基于背景噪声和地震面波联合反演华北克拉通中部岩石圈结构

基于ChinArray三期项目布设于华北克拉通中部的流动台阵观测数据,利用背景噪声互相关和地震面波层析成像获取了研究区内6—140 s周期的瑞雷面波频散,使用蒙特卡罗非线性反演方法获得了华北克拉通中部岩石圈的高分辨率三维S波速度结构。结果显示华北克拉通不同地块的岩石圈速度结构存在显著的横向差异：其中鄂尔多斯盆地腹地整体表现为高速特征,延伸至200 km以下,但其东南缘存在小范围的低速异常;东部的华北盆地整体表现为低速特征,具有较薄的地壳和岩石圈厚度;中部造山带南北两端以及南北重力梯度线下方存在相连接的低速区域,在深处延伸至华北盆地下方;在下地壳和上地幔顶部,大同火山群区域的低速体逐渐向西偏移至鄂尔多斯盆地东北角下方;而在上地幔中,该区域的低速异常随深度增加而逐渐减弱,低速体延伸至东南方向的华北盆地下方。基于本研究获得的S波速度模型,我们认为：鄂尔多斯盆地腹地保持了克拉通特性,但其东南缘存在局部的岩石圈改造作用;华北盆地发生了强烈的岩石圈破坏减薄和地壳伸展变形;中部造山带南北端以及南北重力梯度线下方的岩石圈发生了局部的改造减薄,其机制可能都来源于华北盆地下方地幔热物质的上涌;大同火山群下...     

华北克拉通东北部的远震S波走时层析成像研究

华北克拉通是近年来我国地学界研究的热点之一.本文利用布设在华北东北部地区的华北地震科学台阵所记录的远震波形资料,用波形互相关方法拾取了9105条S波走时残差数据,进而用体波走时层析成像方法反演获得了研究区从地表至600 km深度的S波速度结构.所获得的S波层析成像结果表明,华北克拉通中部块体的山西断陷带低速异常一直从地面延伸至上地幔约300 km深处,推测该低速异常体可能与中、新生代的大同火山群的形成与活动有关.研究发现华北东部存在一高速异常体由东部渤中凹陷的地壳一直向西延伸至太行山山前断裂下方地幔转换带410 km附近,推测该高速异常体可能为太平洋板片向西俯冲在华北克拉通东部块体下方地幔过渡带内的滞留.研究结果显示华北克拉通东部的华北盆地表现为高低速相间分布,表明该地区下方的岩石圈发生了破坏,而位于华北克拉通北缘的燕山造山带显示为高速异常,表明燕山造山带下方的岩石圈没有明显的破坏迹象.     

鄂尔多斯块体-华北地区地壳上地幔P波三维速度结构

本文利用华北地震科学台阵、鄂尔多斯及周缘地震台网和区域地震台网记录的62736个远震P波走时数据,获得了鄂尔多斯块体中部与华北地区之间400km深度范围内的P波三维速度结构.考虑到研究区的复杂地质结构,本文采用FMM算法和子空间反演算法进行地震层析成像.成像结果表明:1)研究区的地壳速度分布与地质构造格局的相关性显著,随着深度的增加相关性减弱;断裂带多为高速异常区和低速异常区的分界线.2)研究区东部的速度结构与鄂尔多斯块体相比存在明显的不均一性,上地幔高速异常具有南北不均匀性.表明华北克拉通破坏时东、西部的岩石圈可能经历了不同的构造变形过程,东部岩石圈受到大规模破坏,破坏后的上地幔物质呈南北向不均匀分布,西部鄂尔多斯块体岩石圈保持着相对稳定的克拉通特征,不存在大规模破坏的证据.3)华北克拉通的岩石圈厚度由东向西整体逐渐增加.东部在100km深度附近出现大范围的低速异常,表明在该深度已进入软流圈,西部鄂尔多斯块体的岩石圈厚度约为250km.4)鄂尔多斯块体的东边界在黄河以东的离石断裂带.     

利用背景噪声和接收函数研究华北克拉通地壳结构

收集华北克拉通地区188个宽频带流动台站观测资料进行处理.通过背景噪声面波数据和接收函数双重资料约束联合反演,得到了研究区沉积层厚度、地壳厚度及地壳S波速度结构.结果显示:(1)沉积盖层厚度与地质构造相对应,盆地区与隆起区分界明显.(2)研究区地壳厚度变化范围约29~46 km,自西向东逐渐变薄.(3)中、上地壳华北盆地S波速度偏高,可能与新生代以来多次沉降所造成的相对高的岩石强度有关;(4)下地壳S波速度显示研究区主要存在三个低速区,分别是唐山—天津周边、张北及太行山造山带地区;华北盆地存在显著高速异常,推测可能是由于华北盆地经历下地壳拆沉后,大规模的伸展作用相伴随的幔源基性铁镁质岩浆底侵至下地壳结晶所造成的.(5)多个发生过强震的区域表现出沉积层下方存在较大范围的(约10 km)高速体,并且高速体又被其下低S波速度包裹,壳内岩石强度的差异为应力积累及地震发生提供条件.     

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.     

环渤海地区Pn波速度结构与各向异性

环渤海地区位于华北克拉通的中东部,是岩石圈破坏和减薄的主要地区,同时也是我国大陆东部强震的多发区和油气田产区,一直是国内外学者研究的重点区域.本研究利用环渤海地区1980—2015年期间中国地震台网高质量Pn波到时数据,反演得到环渤海地区Pn波速度结构及各向异性.结果显示,环渤海地区上地幔顶部的Pn波速度结构存在明显的横向不均匀性,且与区域地质构造有一定相关性.在地形隆起区,如太行山隆起、燕山隆起、鲁西隆起、胶辽隆起及苏鲁褶皱带地区,呈现为低波速异常,说明这些隆起区下方的上地幔存在热物质上涌,而凹陷地区,如华北盆地、南黄海北部盆地和南黄海南部盆地,则表现为高波速异常,说明这些凹陷地区上地幔顶部岩石圈强度较大.地壳内强震主要发生于低波速异常区和高低波速异常过渡带上,说明华北地区地壳强震的发生有可能受到上地幔深部构造的影响.太行山造山带地区Pn波各向异性快波方向为近NNE向,苏鲁褶皱带区域的Pn波各向异性快波方向为近NE向,与断裂带的走向基本一致,表明在地壳形变剧烈的地区,可能受上地幔顶部的深部动力学影响较大.华北盆地的北部和南部各向异性方向存在差异,可能与岩石圈的厚度及热状态的不均匀性有关.     

山西断陷带地区高分辨率地壳速度结构及其构造演化意义

山西断陷带是中国大陆内部一条著名的板内强震带,位于华北克拉通中部造山带.华北克拉通中部造山带是华北克拉通东部块体和西部鄂尔多斯块体的缝合带,中部造山带形成后遭受了后期构造活动的改造,内部岩石圈结构复杂.获得山西断陷带地区的精细地壳结构对于认识山西地区的构造演化、发震机制有重要意义,并且能够为研究华北克拉通的形成演化提供参考.为了得到山西断陷带区域的精细地壳结构,本文利用山西及周边地区108个台站共18个月的连续波形数据,利用背景噪声互相关方法提取了4437条瑞利面波相速度频散曲线,周期范围为5～45s,然后使用基于面波射线路径追踪的面波直接成像方法得到了0～60km深度的三维横波速度结构模型.模型的横向分辨率在多数区域可达50～80km.成像结果显示,太原盆地的沉积厚度小于5km. 0～10km深度的速度分布与山西地表构造有很好的对应关系,裂谷中部为低速,而两侧隆起区为高速,低速区东西两侧边界与控盆断裂基本重合.随着深度的增加,低速区域有所收缩,且低速异常一直从地表沉积延伸到地下15km左右.从25km深度附近开始,中南部太原盆地、临汾盆地、运城盆地由上地壳的低速异常转为下地壳的高速异常,并一直延伸到上地幔顶部,可能为盆地拉张之前第三纪早期的玄武岩岩浆底侵至下地壳深度,之后冷却呈现出高速特征.大同火山区的低速异常从上地幔顶部一直向上延伸至20km深度,并由西向东转移,较清晰地显示了大同火山岩浆上涌通道.北纬38°以北大面积的低速区,可能是新生代以来大同火山大量的岩浆活动引起地壳升温乃至部分熔融造成的.该地区的地震主要分布在断陷带区域的5～20km深度范围内,且地震大都发生高低速转换区域偏向高速的地区.本研究获得的三维高分辨率地壳速度结构模型为认识山西断陷带地区的构造演化及地震分布特征提供了重要的地震学约束.     

华南地块及其邻区Rayleigh波相速度层析成像研究

基于华南地块及其邻区609个宽频带地震台站2010~2012年的垂直分量连续波形记录,通过波形互相关和叠加计算得到各台站对间的经验格林函数.采用时频分析法提取出大量高质量的Rayleigh波相速度频散曲线,并反演得到了研究区周期6~50s的Rayleigh波相速度分布图像.结果显示周期6~10s的相速度分布与地壳中上部地质特征一致性较好,区域内的主要盆地和一些小尺度地堑和盆地呈现低速异常,造山带和褶皱带则呈现高相速度分布特征;周期20~30s的相速度分布以太行山-武陵山重力梯度带和地壳厚度突变带为界,西部地区主要表现为低速异常,东部地区则整体表现为高速异常,其中秦岭-大别造山带以南的华南地块东部相对以北的华北地块东部而言具有相对更高的相速度,可能与中生代以来华北克拉通和华南地块的构造演化存在差异有关;周期40~50s的相速度分布主要与下地壳和上地幔速度结构的横向变化有关,青藏高原东部因地壳厚度较厚表现为显著的低速异常,华北平原东南部和华南沿海地区表现为相对的高低速相间分布,四川盆地、鄂尔多斯盆地南部表现为显著高速异常,体现这两个块体稳定的上地幔岩石圈特征.从不同周期的相速度分布来看,华南地块西边界南段在云南东部及附近地区,相速度分布与当前的块体边界划分不太相符,仍需要深入研究.四川盆地相速度随着周期的增加存在"整体低速-盆地中部向外渐变高速-整体高速"的分布特点,反映了该盆地中部结晶基底和上地幔的高速.位于华北地块的鄂尔多斯盆地南部中上地壳存在一定程度的非均匀性,下地壳-上地幔顶部可能存在高速异常体.秦岭-大别造山带中段和位于桂东南的广西加里东期花岗岩分布区域在一定的周期范围存在显著高速异常体,其形成机理有待进一步分析.     

华北克拉通岩石圈有效弹性厚度及其各向异性

华北克拉通是典型的克拉通破坏的区域,研究该区域的岩石圈有效弹性厚度(T_e)及其各向异性特征有助于了解华北克拉通的强度构造及破坏机制.我们根据空间分辨率为30″×30″的地形数据和由自由空气异常解算得到的完全布格重力异常数据,利用Fan小波分析方法计算了两者之间的相关性,并基于Forsyth理论和正交各向异性薄板模型计算了华北克拉通地区的岩石圈T_e和其各向异性分布情况.结果表明:(1) 从各向同性T_e分布来看,华北克拉通岩石圈在东部、中部和西部存在着明显的差异.鄂尔多斯地块、河淮盆地的T_e值均较高;中华北克拉通、南北重力梯度带及鲁西隆起T_e值较低,约10~25 km;郯庐断裂带两侧T_e有非常大的差异,西侧的T_e明显小于东侧,推测郯庐断裂带在华北克拉通破坏过程中起着非常重要的作用.(2) 从T_e的各向异性来看,不同块体T_e各向异性的大小或方向存在差异,并且研究区内地震大多分布在T_e各向异性大小或方向转变的区域.(3) 从地震波SKS各向异性和T_e各向异性的比较来看,在华北克拉通西部阿拉善块体岩石圈变形趋于垂直连贯变形模式;鄂尔多斯地区各向异性源自历史构造事件的"化石"各向异性;山西裂谷带地区T_e的弱轴方向和SKS的快波方向平行,而在山西裂谷带南部的秦岭—大别区域,SKS快波方向和T_e弱轴方向相垂直,这可能与地幔热物质上涌等作用有关.此外,T_e各向异性与现今构造应力场间的相关性不明显,体现出华北克拉通复杂的构造应力特征.     

利用双平面波干涉面波层析成像方法研究山西断陷盆地及鄂尔多斯地台三维速度结构

本文利用了北京大学在山西地堑的34个台站以及中国地震局台网中心在鄂尔多斯地区46个台站的远震波形数据,运用双平面波干涉的面波层析成像方法,提取瑞利面波相速度频散曲线,开展台阵覆盖区三维速度结构反演,据此分析了研究区地壳和上地幔的结构特征。结果表明,瑞利面波相速度分区特征显著,山西断陷盆地和渭河断陷盆地的相速度整体偏低。鄂尔多斯块体在莫霍面以下有明显高速异常,表明该地块为构造稳定的克拉通块体,鄂尔多斯块体的岩石圈下界面在120～140km的深度左右。与此相反,山西断陷盆地和渭河断陷盆地地下70～120km左右均有低速异常,显示这两个地区构造活动活跃,这也与该区域历史上多次发生强震是相符的。     

用接收函数方法研究华北克拉通中部造山带及其邻域地壳方位各向异性

华北克拉通是中国东部的重要组成部分,近年来众多研究结果表明,华北克拉通东部在中生代以来发生了明显的岩石圈减薄和破坏.深部岩石圈破坏过程必然伴随地壳构造变形.因此,详细的地壳变形信息可为认识华北克拉通东部的破坏过程和方式提供基本观测依据.文章采用远震接收函数集约束地壳方位各向异性结构的方法,对华北克拉通198个流动地震台站的莫霍面Ps转换波进行谐波分析,获得了其中23个台站下方稳定可靠的地壳平均方位各向异性结构信息,并进一步分析判断了这些台站所在的渤海湾盆地边缘、阴山-燕山造山带及太行山地区的地壳变形特征.研究结果显示,华北克拉通中部造山带邻域台站下方地壳的S波快慢波分裂时间从0.05到0.68s不等,平均值为0.23s,说明在研究区域存在明显的地壳方位各向异性.分析认为,华北克拉通破坏峰期中国东部强烈的NW-SE向伸展变形事件对该区域地壳方位各向异性的贡献很大.除此以外,渤海湾盆地边缘台站下方近E-W向的快波方向,说明该区域可能还受到ENE-WSW方向的现今地壳最大水平主压应力场的作用;阴山-燕山构造带附近地壳各向异性特征还受到侏罗纪到早白垩世多期主要为N-S向的缩短变形运动的影响;太行山地区的台站分裂时间较大,快波方向呈现一致的NW-SE向,与远震SKS波分裂方法得到的快波方向的一致性较好,推测该区域地壳变形可能主要与晚中生代到新生代以来的岩石圈改造和上地幔物质底侵有关.     

鄂尔多斯盆地北缘南北向剖面上地幔远震P波层析成像

为深入理解华北克拉通破坏机理,本研究通过鄂尔多斯盆地北缘南北向宽频带线性高密度流动地震台观测记录的远震波形数据,获得了1985条高质量到时资料,进而利用FMTT(Fast Marching Teleseismic Tomography)快速行进层析成像方法获得了华北克拉通西部鄂尔多斯盆地北缘深至300km范围的P波速度模型.结果显示,鄂尔多斯盆地下方呈现出深至150~200km的高波速异常,说明华北克拉通其西部岩石圈保存完好尚未遭到明显破坏.河套地堑下方存在向鄂尔多斯盆地下方延伸的明显低波速异常,其深度可达300km深度,而阴山造山带下方上地幔存在深至100km左右的弱高波速异常,说明鄂尔多斯盆地周边地区的岩石圈均遭到一定程度破坏并减薄,可能与新生代时期太平洋板块的俯冲引起深部热物质上涌等作用密切相关.这些研究结果说明,华北克拉通在构造演化过程中不同块体经历了不同的破坏演化历史,这对于认识克拉通破坏减薄机制具有重要意义.     

华北克拉通中西部地壳S波速度结构及其地质意义

华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一.我们利用布设于华北中部的ChinArray计划461个宽频带地震台阵的连续波形资料,基于背景噪声成像技术,获得了克拉通中西部5～45 s的Rayleigh波群速度频散曲线,并利用线性反演方法获得了研究区地壳上地幔顶部的S波速度结构.密集流动地震台阵使我们能够揭示研究区精细的地壳上地幔顶部速度变化,以深入探讨华北克拉通中西部深部结构及其对岩浆和地震的控制作用.8 km深度的S波速度切片显示低速与高速异常分别与地表的盆地和山脉对应良好.不同经度和纬度方向的S波速度剖面均表明,西部克拉通地壳大致可以分为上、中、下地壳三层.克拉通西部鄂尔多斯块体的下地壳S波速度介于3.7～3.8 km·s^-1,暗示其下地壳以长英质岩石为主.大同火山区下方的S波低速异常从中地壳延伸至上地幔顶部,推测源自软流圈的地幔热流提供了近垂直的主干上涌通道,并控制了该区新生代岩浆活动.强震集中分布在上地壳高速体内部或高低速相间区,其下地壳乃至上地幔顶部都呈现明显的低速异常,推测源自上地幔/下地壳的深部热流沿地壳尺度的陡深断裂上侵,诱发上覆高应力刚性块体发生蠕动破裂...     

华北克拉通与兴蒙造山带体波走时层析成像研究

华北克拉通岩石圈破坏范围与机制、华北地区深部孕震环境以及华北—兴蒙地区的新生代火山成因是地球科学领域的研究热点。本文利用研究区范围内布设的固定地震台网和流动地震台阵所记录到的近震与远震走时资料,开展研究区体波三维速度结构研究,为克拉通破坏、板内地震和火山成因等研究提供深部地球物理证据。本论文首先简要介绍了华北克拉通和兴蒙造山带的地质构造背景以及前人在该区取得的地壳上地幔地球物理观测结果,并就远震层析成像中几个影响因素进行了对比验证分析。在此基础上,充分收集了华北地区176个地震台站记录的677个近震P波和S波走时数据,其中P波走时43 354条,S波走时30 407条;应用SIMULPS14,获得华北地区地壳P波三维速度结构和v_P/v_S波速比。同时还收集华北—兴蒙造山带范围内757个台站记录的965个远震地震事件,应用波形互相关技术,共拾取93 416条P波相对走时残差数据;并收集兴蒙造山带范围内382个台站记录的606个远震地震事件,90 724个P波相对走时残差数据;应用有限频层析成像方法,分别获得了华北克拉通和兴蒙造山带0~800km深度、0.5°×0.5°的P波三维速度结构。获得主要成果及认识如下:(1)张渤地震带孕震环境综合P波速度结构、v_P/v_S波速比结果揭示张渤地震带地壳内存在低速层,且具有高波速比特征,可能反映此低速层与幔源热物质的侵入有关。由于幔源物质侵入,使得地壳深部流体的供给量增加,在地壳发震层下长期存在的流体会影响断裂带的结构,降低断裂带的强度,使区域应力场发生变化从而导致断裂带上应力的集中,进而引发地震。(2)华北克拉通与兴蒙造山带深部结构特征在鄂尔多斯地块下方显示为整体的高速异常,并向下延伸至300km深度甚至更深,是鄂尔多斯作为稳定克拉通地块的表现,暗示克拉通西部块体岩石圈还未遭到破坏。在克拉通中部的山西裂陷下方揭示了一强的低速异常,该低速异常在400km以上深度表现明显,这一显著的低速异常可能是由晚中生代至新生代的岩浆活动引起的,与克拉通活化有关。与之形成对比的是,克拉通东部华北平原地区则表现为高速异常与低速异常交互分布的复杂特征,而燕山地区则为高速异常,表明华北平原地区有明显的岩石圈去根和减薄过程,燕山地区则没有发生该过程或此过程发生的现象不明显。兴蒙造山带速度异常分为东、中、西三个区域,其中东西两个区域为低速异常区,中部松辽盆地内部呈现以高速异常为主导、高低速异常混合分布的特征;松辽盆地上地幔呈现高、低速异常相间的特征,推测可能是松辽盆地岩石圈拆沉的反映;在盆地南部400km以下存在低速异常,该低速异常向下延伸至下地幔中,推测可能是下地幔热物质上涌的产物。(3)华北克拉通与兴蒙造山带新生代火山成因本文的研究结果还揭示了锡林浩特—阿巴嘎火山下方的低速异常局限于400km深度之上;但阿巴嘎火山在200km深度以上,存在明显的高速异常,推测阿巴嘎火山下方的高速异常可能与火山年龄古老,岩浆有不同程度的固结有关,而锡林浩特—阿巴嘎火山下方的低速异常暗示仍有岩浆体的残留。P波速度结构还表明了大同火山及其周边400km深度以上,存在明显的低速异常,且低速异常并没有贯穿地幔转换带到达下地幔,据此我们推测该低速异常可能与深部热物质的存在有关,可能并不是因地幔转换带/下地幔的地幔柱热物质上涌所致。大同火山下方低速异常与锡林浩特—阿巴嘎火山下的低速异常没有相连的迹象,这可能暗示大同火山与锡林浩特火山群具有不同的深部热源。五大连池与长白山和阿尔山具有不同的地下速度异常结构,也意味着它们的成因可能不大相同。其中,五大连池火山下方也有低速异常,但该低速异常向下延伸至150km左右,这个低速异常结构暗示着五大连池火山的热源较浅。长白山下方400km深度以上存在一低速异常,该低速异常体向下继续延伸甚至突破地幔转换带到达下地幔;推测该低速异常代表了热的、上浮的岩石圈地幔,被夹持在太平洋板块岩石圈下方,在太平洋板片俯冲作用下由缺口向上发生上涌,上涌过程产生减压熔融成为长白山火山,是形成长白山火山的深部源泉。阿尔山火山下方存在一低速异常,该低速异常延伸至约600km深度左右,甚至穿过地幔转换带延伸至下地幔,该低速异常有可能就是热物质的输送通道,是阿尔山地区温泉形成的深部原因。     

利用瑞雷面波反演华北克拉通东北部边界的岩石圈结构

运用瑞雷面波相速度频散曲线分析和反演得到了华北克拉通东北部边界及其邻近区域岩石圈的精细S波速度结构.利用11个地震事件、60个台站的瑞雷面波波形资料,得到了周期从25-150 S的相速度频散曲线,并且通过线性反演方法得到了深度从40-300 km的S波速度结构.结果表明,该研究区域S波速度存在强烈的不均匀性.从东南部的...     

鄂尔多斯块体及周边区域地壳结构的接收函数研究

鄂尔多斯块体及周边区域的深部构造研究对于了解华北克拉通与其周边地带形成、发展和克拉通破坏具有怎样的壳、幔结构和深层动力学过程具有重要的意义.本文利用北京大学和中国地震局在华北克拉通西部地区布设的共32台宽频带地震仪记录的远震体波资料,组成一条近南北向的观测剖面,由北至南依次穿过阴山造山带、河套盆地、鄂尔多斯块体、渭河盆地、秦岭造山带和大巴山系.计算各台站的P波接收函数,利用倾斜叠加(H-κ)方法得到了研究区域地壳厚度和泊松比;利用Kirchhoff偏移成像方法得到了研究区域下方Moho面的形态.研究结果表明,阴山造山带地壳厚度为42~44km,地壳结构稳定,泊松比约为0.27,推测该区域的造山运动是深部物质上涌导致.河套盆地内Moho面抬升,可认为是岩石圈物质上涌导致.鄂尔多斯块体内平均地壳厚度41.2km,泊松比0.27,Moho面从北至南平缓有平缓抬升的趋势,从最北端的43.5km到最南端的39km.鄂尔多斯块体北部在20km深度处存在低速层,块体内部36°N~37°N区域内出现Moho面小规模下沉,这对鄂尔多斯块体地壳结构单一、完整、未遭到破坏的观点提出了挑战.渭河盆地内Moho面隆起,最浅达到30km,推测是青藏高原地壳上地幔物质向东挤出并上涌所造成的.秦岭造山带地壳厚度约38.5km,Moho面平稳.位于扬子板块北缘的大巴山系地壳厚度达到54.5km,明显大于华北克拉通的地壳厚度.     

华北构造区岩石圈二维P波速度结构特征:来自盐城-包头深地震测深剖面的约束

从长1300余公里的盐城-包头深地震宽角反射/折射剖面21次爆破所得到的地震记录截面中,识别出6组清楚的壳内震相和1组岩石圈界面反射震相,采用射线追踪技术得到了华北克拉通东部、山西断陷带和银川-河套裂陷带岩石圈二维P波速度结构.研究结果表明,太行山东、西两侧岩石圈结构差异明显,太行山不仅是重力梯度带,也是一条岩石圈厚度的突变带和岩石成分分隔带.太行山以东的华北克拉通东部中新生代岩石圈结构遭受强烈改造和破坏,岩石圈厚度减薄至70~80 km;华北盆地有巨厚的新生代沉积盖层,结晶基底最深处约7.0 km,地壳厚度减薄至约31.0 km;鲁西隆起区结晶基底相对较浅,埋深1.0~2.0 km,地壳厚度33.0~35.0 km;苏北盆地有较厚的新生代沉积,结晶基底最大埋深5.0~6.0 km,地壳厚度31.0~32.0 km;郯庐断裂是一条岩石圈级别的深大断裂,其两侧速度结构差异明显,在华北克拉通东部的岩石圈破坏中起着重要作用.太行山以西地壳厚度明显增厚,山西断陷带下方地壳厚度约46 km,且其下方中地壳上部存在速度小于6.1 km s?1的低速结构.结合其他地球物理探测研究成果,环鄂尔多斯块体的陕西-山西断陷带和银川-河套裂陷带岩石圈遭受的破坏是不均匀的,其岩石圈厚度在大同-包头附近约为80~90 km,在定襄-神木附近为75~137 km,在安阳-宜川附近为80~120 km.造成岩石圈不均匀破坏的原因可能是环鄂尔多斯古老的构造带在长期的构造演化过程中,受多期构造事件影响而活化,被多次改造弱化,弱化的程度与鄂尔多斯块体的作用有关,在新生代印度板块与欧亚大陆的陆-陆碰撞和青藏高原块体北东向推挤的作用下,其岩石圈受到进一步改造减薄.     

华北地区勒夫波噪声层析成像研究

利用华北地震科学台阵200个流动地震台站、14个月的连续波形数据,通过互相关方法提取了勒夫波的经验格林函数,使用多重滤波方法测量了5229条勒夫波的群速度频散曲线,采用噪声层析成像方法得到了研究区域4~30 s的勒夫波群速度分布图像,横向分辨率在多数区域可以达到0.25°×0.25°. 层析成像结果显示,短周期的群速度分布特征与地表地质和构造特征基本一致,华北盆地和山西断陷带内的盆地呈现低速异常,燕山隆起和太行山隆起表现为高速异常;中周期的群速度分布图揭示了华北盆地内部隆起和坳陷的空间分布范围及沉积层的厚度差异. 勒夫波频散曲线具有明显的分区特征,太行山隆起、燕山隆起和鄂尔多斯块体东北缘的频散曲线形态基本一致,和其它典型克拉通相似;张渤地震带和山西裂谷盆地的频散曲线基本一致,接近于埃塞俄比亚裂谷. 中西部块体的平均频散曲线和其它典型克拉通相似,而东部块体的频散曲线和中西部块体存在较大差异,且低于其它典型克拉通,表明东部块体的地壳受到了强烈的破坏和改造,而中西部块体受改造的程度较低,仍具有稳定克拉通的物理性质. 太行山重力梯度带的东西两侧在地形地貌、速度结构、频散特征、地壳厚度、岩石圈厚度以及地幔过渡带厚度均存在显著差异,是划分华北克拉通破坏空间范围的一条重要界线,推测华北克拉通的破坏范围主要在太行山重力梯度带以东.     

鄂尔多斯盆地深部热结构特征及其对华北克拉通破坏的启示

基于二维稳态热传导方程,利用有限元数值模拟方法,选取东西向横穿鄂尔多斯盆地地质与地球物理解释大剖面进行了深部温度场数值模拟研究,得到了华北克拉通西部的鄂尔多斯盆地下伏岩石圈热结构特征.地幔热流变化范围:21.2~24.5mW·m-2,体现为东高西低特征.壳幔热流比(Qc/Qm)介于1.51~1.84之间,为"热壳冷幔".与华北东部地幔热流对比表明,西部的鄂尔多斯盆地相对处于稳定的深部动力学环境.在岩石圈热结构研究基础上,对克拉通地震岩石圈与热岩石圈厚度差异进行了对比,研究表明:鄂尔多斯盆地西部地震岩石圈与热岩石圈厚度差异约达140km,而东部的汾渭地堑,渤海湾盆地二者差异逐渐减小.华北克拉通自西向东,地震岩石圈厚度与热岩石圈厚度差异不断减小,意味着华北克拉通岩石圈下部的软流圈地幔黏性系数自西向东逐渐降低,本文从地热学角度可能印证了太平洋俯冲脱水作用对华北克拉通的影响.     

华北盆地强震孕育的动力学机制研究

强震活跃区通常出现在地壳变形剧烈的地区.但是,华北盆地地壳变形速率小,而破坏性强震却十分频繁.文中利用有限元方法对华北盆地发震断层下方可能存在的速度异常体进行了力学分析,计算结果显示：无论这个异常区是低速异常还是高速异常,在水平构造力的作用下（无论是挤压还是引张力作用）,应力及应变能密度都在空间某些区域积聚.根据本文的工作及前人的研究结果,认为华北盆地强震孕育的物理机制如下：华北克拉通在减薄、破坏过程中,浸入的岩浆或上涌的地幔物质经过漫长的地质时期演化,成为低速异常体.当断裂带下面存在这种低速异常体时,水平向构造力的作用,会使异常体上方应力集中、应变能积聚.当异常体上方的应力水平达到某种限度,介质发生破坏.在破坏过程中,异常体释放的能量,使断裂带上的应变能集聚速度加快;另一方面,异常体的破坏使断层的闭锁面积减小.随着外部构造应力的持续加载,当发震断层上的应力及能量积累达到一定极限,断层产生错动,发生强震.同时,文中结果还显示,断层在从闭锁、积累能量到解锁、发生强震的过程中,其下方的低速异常体起着重要的推进作用.