宽频带远震体波波形反演方法与青藏高原岩石圈速度结构研究

本文系统地研究了宽频带远震体波波形反演的理论与方法 ,发展了较频率域除法运算稳定、精度高、分辨好的 ,从远震 P波波形中提取接收函数的时间域反褶积方法 ;并利用青藏高原中美合作研究计划获得的准确可靠的PASSCAL宽频带数字化远震波形数据 ,得到了可信的台站接收函数 ,反演了青藏高原的岩石圈速度结构 ,获得了对深部构造的新认识 ,为揭示青藏高原的动力学演化过程、建立大陆动力学理论提供了可靠的地球物理证据。主要工作简述如下 :(1 )系统回顾了用天然地震研究地壳上地幔构造的两种主要方法 :即体波走时反演方法和体波波形模拟方…     

体波波形反演对青藏高原上地幔速度结构的研究

采用波形反演方法对青藏高原地区震中距8°-38°范围内的宽频带炸波波形进行拟合,研究该地区上地幔平均速度结构以及上地幔纵、横波速度的横向不均匀性结果表明青藏高原地区的平均地壳厚度约为68km,上地幔盖层平均厚度约为30－40km,速度约为8.10km／s雅鲁藏布江附近地壳厚度最大,约80km,相应的上地幔Pn速度为8．15km／s左右,青藏高原中部地区的地壳平均厚度约68-70km．位于拉萨地块北部的羌塘地块S波速度相对较低,其地壳和上地慢的平均S波速度分别比拉萨地块低1％和2％以上34°N以北,90°E附近的区域存在明显的上地幔P波低速异常区,P波的平均速度小于7．8km／s据此结果及前人工作,推断印度板块的俯冲可能以雅鲁藏布江缝合带附近为界,青藏高原巨大的地壳厚度是由于欧亚板块碰撞造成地壳缩短与增厚引起.     

利用远震接收函数研究黄海周边地区的地壳上地幔结构

利用宽频带流动台站(YSBSN)记录的远震波形数据和远震接收函数方法,反演了黄海东、西两侧地壳上地幔的S波速度结构.结果表明,莫霍面深度在30~38 km之间变化,位于中方一侧的JNN台下方地壳厚度最大,可以归因于华北板块和扬子板块的碰撞;韩方一侧的地壳厚度自北向南逐渐变厚,但仍然难以厘定朝鲜半岛南部潜在碰撞带的位置,这些问题的解决需要更大范围的流动台站观测.由于部分台站位于巨厚的沉积层和多孔的火山岩之上,与浅部构造的相关性使得接收函数表现出较大振幅的混响,从而影响了来自深部结构的转换震相.     

用宽频带远震接收函数研究青藏高原的地壳结构

为研究青藏高原的岩石层构造及其动力学过程,根据记录到的来自台站东北方向的大量宽频带远震林波波形资料,应用时间域的最大熵谱反褶积算法,得到了11个（全部）PASSCAL（地壳与岩石层的地震台阵研究计划）台站的接收函数．利用时间域广义线性反演的Jumping（跳动）算法,引入模型光滑度约束,并将合成地震图的Kennett完全算法及微分地震图的Randall快速算法用于接收函数的正演计算,由台站接收函数获得了各台站下方的一维S波速度分布．反演结果表明,青藏高原的Moho界面在班公—怒江缝合带附近存在明显的深度错断;在日喀则、拉萨、桑雄和安多等地的地壳内部,可以连续观测到三个显著的速度界面h1,h2和h3,其中h1和h2可以连续追踪到温泉、二道沟和不冻泉等地,而h3在班公—怒江缝合带以北消失;在日喀则、拉萨、桑雄、安多、二道沟和不冻泉等地有壳内低速层．关于班公—怒江缝合带附近Moho界面的错断现象,一个可能的解释是班公—怒江缝合带是印度地壳向欧亚下地壳挤入的前沿．     

用宽频带远震接收函数研究青藏高原的地壳结构

为研究青藏高原的岩石层构造及其动力学过程,根据记录到的来自台站东北方向的大量宽频带远震林波波形资料,应用时间域的最大熵谱反褶积算法,得到了11个（全部）PASSCAL（地壳与岩石层的地震台阵研究计划）台站的接收函数．利用时间域广义线性反演的Jumping（跳动）算法,引入模型光滑度约束,并将合成地震图的Kennett完全算法及微分地震图的Randall快速算法用于接收函数的正演计算,由台站接收函数获得了各台站下方的一维S波速度分布．反演结果表明,青藏高原的Moho界面在班公-怒江缝合带附近存在明显的深度错断;在日喀则、拉萨、桑雄和安多等地的地壳内部,可以连续观测到三个显著的速度界面h1,h2和h3,其中h1和h2可以连续追踪到温泉、二道沟和不冻泉等地,而h3在班公-怒江缝合带以北消失;在日喀则、拉萨、桑雄、安多、二道沟和不冻泉等地有壳内低速层．关于班公-怒江缝合带附近Moho界面的错断现象,一个可能的解释是班公-怒江缝合带是印度地壳向欧亚下地壳挤入的前沿．     

利用SV分量接收函数反演地壳横波速度结构

详细讨论了远震体波SV分量接收函数的特点及其在反演地壳S波速度结构中的优势．与径向接收函数类似,SV分量接收函数可通过对远震体波的SV分量直接反褶积P分量获得．研究分析表明：与径向接收函数相比,SV分量接收函数的振幅随震中距的变化更加稳定,波形简单且突出了对结构最敏感的PS转换波信息．理论数值实验显示：在反演地壳S波速度结构时,SV分量接收函数比径向接收函数具有更好的收敛性．作为实例,利用SV分量接收函数反演方法反演了海拉尔台下的S波速度结构．     

根据接收函数反演得到的首都圈地壳上地幔三维S波速度结构

利用2002~2003年中国地震局地质研究所台阵实验室以唐山大震区为中心布设的40个流动宽频带地震台站和首都圈数字台网的33个宽频带台站的远震数据,采用接收函数非线性反演方法得到其中72个宽频带台站下方60 km深度范围内的S波速度结构.根据得到的各台站下方地壳上地幔的S波速度结构,并综合刘启元等（1997）用接收函数非线性反演方法得到的延怀盆地15个宽频带流动台站下方的地壳上地幔S波速度结构模型,给出了39°N～41°N,114°E~119.5°E区域内沿不同走向、不同深度S波速度分布.由于综合了利用首都圈数字地震台网的宽频带台站以及流动地震台阵的观测数据,本文给出了较前人同类研究空间分辨率更好的结果.结果表明: (1)研究区的速度结构,特别是怀来以东的速度结构十分复杂.在10~20 km深度范围内,研究区地壳具有高速和低速异常块体的交错结构.研究区中上地壳速度结构主要被与张渤地震带大体重合的NW向高速条带和穿越唐山大震区的NE向高速条带所控制,而其中下地壳的速度结构主要为延怀—三河—唐山地区上地幔隆起所控制.(2)研究区内存在若干壳内S波低速体,它们主要分布在唐山,三河及延怀盆地等地区.在这些地区,壳内低速体伴随着壳幔界面的隆起和上地幔顶部速度结构的横向变化.(3)地表断层分布与地壳速度结构分区有较好的相关性,表明断层对不同块体有明显的控制作用.其中,宝坻断裂,香河断裂和唐山断裂均为超壳断裂.(4)首都圈内大地震的分布与壳内低速体及上地幔顶部的速度结构有密切关系.对于唐山大地震的成因,仅考虑板块作用引起的水平应力场是不够的,有必要充分重视由于上地幔变形引起的地壳垂直变形和上地幔物质侵入造成的热效应.     

宽频带数字地震波形反演与中国大陆地壳上地幔速度结构的研究

本文对利用体波波形资料研究地壳上地幔速度结构的理论与方法进行了系统的研究 ,通过引入非线性反演中的遗传算法 ,发展了一种灵活有效的体波波形反演方法。利用中国的CDSN台网和中美合作在青藏高原架设的PASSCAL临时地震台站记录的宽频带体波波形资料 ,对中国大陆地区地壳上地幔速度结构进行了研究。在青藏高原地区 ,通过对高原中部地区瑞利波衰减特性及相速度频散特性的测定 ,反演了该地区地壳上地幔的 Qβ结构和 S波速度结构 ,并对 S波速度的横向不均匀特征进行了探讨。本文对上地幔速度结构的主要研究方向进行了系统的总结 ,这些…     

南海及邻区地壳上地幔三维S波速度结构的面波波形反演>.

对南海及邻区中国数字地震台网４个台站接收到的328条长周期地震记录的面波波形进行分块波形反演．分块波形反演把大尺度的优化问题转化为小尺度的优化问题，采用非线性优化方法求解，从而得到南海及邻区22网格划分、从地表深至430ｋｍ 的地壳上地幔三维S波速度结构，并用检验板法进行了分辨率分析．结果表明，海域、岛弧和大陆在速度分布、岩石圈和软流圈存在明显的结构差异．      

由深源远震体波记录反演华北部地壳上地幔速度结构

重点研究的地区为河北省北部包括京津地区，以及山西、内蒙的部分地区，在此区选取了２９个台站；在向东延伸的背景区，选取了６个台站。利用这些台站的深源远震体波记录资料，通过选取介质结构模型，计算理论地震图，与观测图进行拟合，以确定地震台下介质结构的可接受模型。在拟合时，对每个地震台站都选择若干次深源远震的体波记录作为观测图。对每个地震台站一般都算出６０个不同模型的理论图。实际上做出的结果比地壳深，为大约     

江苏及邻区地壳上地幔结构研究

江苏及邻区在大地构造位置上跨越中朝断块区、扬子断块区和昆祁秦断褶系三大一级构造单元。研究区内有切割岩石圈级的深大断裂郯庐断裂,有大别-苏鲁超高压变质带,地质构造非常复杂。     

青藏高原东北缘—鄂尔多斯地块地壳上地幔S波速度结构

1999～2000年从青海玛沁到陕西榆林,横跨青藏高原东北缘和鄂尔多斯布设了一条由47台宽频带数字地震仪组成的长约1000km的流动地震台阵观测剖面.利用记录到的远震体波波形资料和接收函数方法获得了剖面下0～100km深度的地壳和上地幔S波速度结构.结果表明,沿观测剖面地壳结构显示了明显的分块特征; 地壳厚度自东向西由40km增加到64km左右;在海原地震带下方和西秦岭断裂以西到日月山断裂之间的区域Moho间断面结构复杂;在1920年海原震区及其西侧,上地壳存在明显的低速层,在该地区的绝大部分地震分布在该低速层东边界偏向高速区一侧;祁连山东缘Moho面有约4km的深度间断,壳内向西逐渐减薄的低速层内有大量微震发生,沿祁连山的逆冲加走滑的构造运动在深度上已经穿透了Moho面;在玛沁断裂和日月山断裂之间,上地壳存在厚度很大的低速层,同时该区域下地壳也明显加厚.研究结果表明,青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块之间的过渡带地壳变形强烈,地壳结构较为破碎,这与该地区地震频发相一致.     

由深源远震体波记录反演华北北部地壳上地幔速度结构

重点研究的地区为河北省北部包括京津地区，以及山西、内蒙的部分地区，在此区选取了２９个台站；在向东延伸的背景区，选取了６个台站。利用这些台站的深源远震体波记录资料，通过选取介质结构模型，计算理论地震图，与观测图进行拟合，以确定地震台下介质结构的可接受模型。在拟合时，对每个地震台站都选择若干次深源远震的体波记录作为观测图。对每个地震台站一般都算出６０个不同模型的理论图。实际上做出的结果比地壳深，为大约８０ｋｍ（即大致相当于岩石层或称岩石圈）厚度内的地壳上地幔介质结构，它们大都由１０层左右的介质组成。通过波形拟合共给出了上述３５个台站下的壳幔介质分层结构。并由此给出了Ｍｏｈｏ面的轮廓。     

青藏高原中东部地壳和上地幔顶部P波层析成像

为获取青藏高原中东部地壳和上地幔顶部的精细结构,本文基于1万4 484条天然地震的P波（Pg和Pn）到时数据,对青藏高原中东部地壳和上地幔顶部进行P波三维速度结构层析成像,获取了该区域内地壳P波、上地幔顶部Pn波的速度结构和地壳厚度信息。层析成像结果显示,青藏高原中东部地壳P波速度范围为5.2—7.2 km/s,上地幔顶部Pn波速度范围为7.7—8.4 km/s,地壳厚度范围为48.0—68.6 km,地壳和上地幔顶部存在强烈的横向不均匀性,与地质块体分布有较好的对应关系。地壳P波速度结构显示,研究区中、下地壳分布有较大范围的低速区,上地壳与中下地壳P波分布存在明显的差异:羌塘地块和巴颜喀拉地块在上地壳主要表现为高速异常,随着深度增加逐渐表现为低速异常;而柴达木地块在上地壳主要表现为低速异常,下地壳则表现为高速异常;柴达木地块和拉萨地块在上地幔顶部表现为较高的Pn波速度,最高约为8.4 km/s,而在巴颜喀拉地块和羌塘地块东部,Pn波总体上表现为低速,最低约为7.7 km/s。研究区内地壳厚度的总体特征表现为南厚北薄,其中羌塘地块东部和拉萨地块的地壳较厚,而柴达木地块和巴颜喀拉地块东部的地壳相对较薄,羌塘地块西部存在局部的地壳变薄现象,反映了印度板块对欧亚板块北向俯冲作用下的岩石圈变形特征。      

青藏高原中部INDEPTH-Ⅲ剖面上地幔远震S波层析成像

印度板块向欧亚俯冲前缘位于班公—怒江缝合带附近,但是印度岩石圈地幔的俯冲形态和形变过程仍然缺乏共识,在不同地区使用不同方法获得的结果之间存在明显差异.本文使用青藏高原中部INDEPTH-Ⅲ剖面远震S波波形数据,提取走时信息,通过层析成像方法获得剖面下方S波速度扰动图像.结果显示:在班公—怒江缝合带下方100至300 km深度范围内存在一个高角度(约65°)北倾的S波高速体,推测可能是回退的印度岩石圈板片或/和小规模对流引起的岩石圈拆沉后残留的印度大陆岩石圈板片.     

青藏高原东缘S波速度结构及其意义

利用从2009年到2013年在研究区域部署的50个流动观测台站及10个固定台站（中国数字地震台网CD-SN,四川地震台网）收集到的数据资料,采用接收函数线性反演的方法对研究区域的地壳上地幔S波速度结构进行研究,得出青藏高原东缘各台站的VS断面最显著的特征是速度很低,中地壳VS平均速度值为3.0～3.4km/s,上地幔VS速度值为4.0～ 4.5 km/s.地壳内普遍存在低速层,大部份低速层位于深度20～40 km的中地壳,在10～20 km的上地壳及40～60 km的下地壳中也出现少量的低速层.此外在青藏高原东缘南部地区也只有部份低速层出现.青藏高原东缘地壳流并不处处存在,而仅局限在有限区域,主要分布在中地壳内部（深20～40 km）.当地壳流遇到刚强的四川盆地地壳及上地幔阻挡时出现拆分现象,即产生向上或向下的2～3个分支,向上的一支引起上地壳隆升形成陡峻的山峰,向下的一支使莫霍界面下沉引起地壳增厚.     

青藏高原东部及其边缘地区的地壳上地幔三维速度结构

利用在青藏高原东部及其邻近地区记录到的１万余条近震到时资料,反演该地区的地壳上地幔三维速度结构。采用网格点模型描述三维速度结构,模型维数为２２２２６,网格点间距水平向为１００ｋｍ,垂直向为２０ｋｍ,网格点之间的速度值通过线性插值给出。采用改进了的快速三维射线追踪方法,确定三维非均匀介质中的地震射线路径和理论走时。反演结果显示,青藏高原南部的上地壳中（３０ｋｍ左右的深度）存在一低速区,这和面波反演的结果一致,羌塘块体下地壳有明显的低速异常带,青藏公路沿线的垂直速度剖面显示出岩石层受挤压增厚的构造特征。     

华北地区地壳上地幔S波三维速度结构

利用华北地区大型流动地震台阵的记录资料,采用近震和远震联合成像方法,得到了水平分辨率0.5°×0.5°、深至600km的S波速度结构.研究结果表明,上地壳S波速度结构与地表地质构造基本一致,燕山—太行山山脉均呈现高速异常,延庆—怀来盆地、大同盆地表现为低速异常,华北盆地内部的拗陷和隆起分别呈现低速和高速.唐山地区中地壳、山西裂陷盆地中下地壳存在明显的低速异常,可能分别与流体和热物质作用有关,有利于形成孕育强震的地质构造环境.90km的速度结构图像依然与地表的构造特征有较大的相关性,可能说明深部结构对地表构造有一定的控制作用.燕山隆起区岩石圈的厚度可达120～150km左右,华北盆地的岩石圈厚度可能在80km左右,太行山地区的岩石圈厚度介于两者之间.山西裂陷盆地上地幔低速层较厚,反映了该区不稳定的构造环境造成了地幔热物质的上涌.华北盆地下方220～320km出现的高速异常体,可能揭示了华北盆地上地幔仍然存在拆沉后残留的难熔、高密度的古老岩石圈地幔.研究区东部地幔转换带呈低速异常,推测可能与太平洋板块俯冲至该区下方地幔转换带前缘120°E左右的俯冲板块相变脱水有关.     

青藏高原东部及其边缘地区的地壳上地幔三维速度结构

利用在青藏高原东部及其邻近地区记录到的１万余条近震到时资料,反演该地区的地壳上地幔三维速度结构。采用网格点模型描述三维速度结构,模型维数为２２２２６,网格点间距水平向为１００ｋｍ,垂直向为２０ｋｍ,网格点之间的速度值通过线性插值给出。采用改进了的快速三维射线追踪方法,确定三维非均匀介质中的地震射线路径和理论走时。反演结果显示,青藏高原南部的上地壳中（３０ｋｍ左右的深度）存在一低速区,这和面波反演的结果一致,羌塘块体下地壳有明显的低速异常带,青藏公路沿线的垂直速度剖面显示出岩石层受挤压增厚的构造特征。     

利用接收函数研究青藏高原东南缘的地壳上地幔结构

本文使用位于青藏高原东南缘的25个地震台站的远震数据,采用P波和S波接收函数的方法研究了台站下方的Moho深度、泊松比以及地幔过渡带的厚度.计算结果表明：① 青藏高原东南缘的地壳厚度由松潘—甘孜地体和羌塘地体的约60 km,向邻区的印支地体以及扬子板块分别减薄为约38 km和约42 km; ② 羌塘地体的泊松比主要集中范围为0.25～0.28,地壳物质组分主要为中基性岩石,推测与下地壳镁铁质成分的增加有关.松潘—甘孜块体、印支块体和扬子板块的泊松比为0.25～0.26,主要为中酸性岩石组分.缺乏高的泊松比(≥0.30)分布表明青藏高原东南缘的地壳不存在广泛的部分熔融,但是不排除局部部分熔融的存在;③ 青藏高原东南缘的羌塘地体内存在一个比较明显的、异常变化范围为10～26 km的地幔过渡带增厚区域,其对应着地幔过渡带内100℃～260℃的温度降低,可以推断与此异常区域的地幔过渡带内存在俯冲的板块有关.