首都圈地区横波分裂与地壳应力场特征

利用宽频带流动地震台阵和首都圈固定台网记录到的近震波形数据,研究了首都圈地区（386°N～410°N,〖JP〗1150°E～1197°E）的横波分裂,给出了快波偏振优势方向的场分布,讨论了首都圈地区的应力场特征. 在此基础上,采用二维线弹性有限元数值模拟方法,探讨了断层不均匀滑动对区域构造应力场的影响. 结果表明：（1）首都圈地区的应力场整体特征表现为NE向的背景应力场和受张家口-蓬莱断裂带控制的NW向的局部应力场;（2）在研究区域的西半部分和中部,最大主压应力方向为NE60°～70°,在唐山大震区及其东部区域,最大主压应力方向近WE向;（3）首都圈地区的局部应力场最大主压应力方向比较一致,基本上都与张家口-蓬莱断裂带走向平行,为120°～130°;〖JP2〗（4）首都圈区域内断层的存在及其郴均匀滑动是研究区内出现大量局部应力场的一个重要原因,张家口-〖JP〗蓬莱断裂带对首都圈局部应力场起着重要的控制作用.      

首都圈西北部地区地壳介质地震各向异性特征初步研究

本研究使用首都圈数字地震台网2002年01月～2003年12月的波形记录资料,采用SAM方法,进行了剪切波分裂的分析,得到首都圈西北部地区地壳介质地震各向异性的初步结果.根据对有3条以上可靠记录的14个台站的统计分析,得到首都圈西北部地区的剪切波分裂的统计平均结果为: 快剪切波平均偏振方向为NE699°±445°,慢剪切波平均时间延迟为444±293（ms/km）.研究认为,NE699°±445°的快剪切波平均偏振方向暗示了该区域的水平主压应力方向,快剪切波偏振方向的第一优势取向揭示了NWW近E W方向的原地水平主压应力的构造意义,凸现了NWW向的张家口—蓬莱断陷带.通过快剪切波偏振方向,本研究进一步证实,位于活动断裂上的台站的快剪切波偏振方向的优势取向与断裂走向一致,认为南口—孙河断裂和夏垫断裂是两个活动断裂,而八宝山断裂可能是个并不太活跃的活动断裂.华北盆地里的快剪切波偏振方向显示出复杂的分布特征,对应了盆地凹陷区里许多断裂互相交汇造成区域主压应力场受到局部调整的复杂图像.研究还认为慢剪切波时间延迟急剧的梯度变化可能与地壳深部的温度变化有关联.     

首都圈地震活动构造成因的小震精定位分析

应用双差地震定位法对首都圈及其邻区1980～2004年发生的地震进行重新定位,进行首都圈的地震构造成因分析表明：重定位的地震表现为与区域构造更为密切的“井”字形活动分布,地震震源分布证实了人工地震勘探所推断的深大断裂的存在;首都圈地区的地震多发生于地壳的中、上部,可能存在局域构造块体运动变形和深部构造动力作用的二种不同地震构造成因;地震活动图像表明中强震易发生在上下地壳相交的脆－韧性转换带中,并揭示了首都圈地区潜在的地震空区和陡倾角的隐伏断层.     

环渤海地区的地震层析成像与地壳上地幔结构

利用环渤海地区的天然地震P波到时资料,采用纬度和经度方向分别为05°×06°的网格划分,反演了该地区地壳上地幔的三维P波速度结构.初步结果表明,环渤海地区地壳上地幔的速度结构具有明显的横向不均匀性：京津唐地区地壳中上部的速度异常反映了浅表层的地质构造特征,造山带和隆起区对应于高速异常,坳陷区和沉积盆地对应于低速异常;地壳下部出现大规模的低速异常与华北地区广泛存在的高导层相对应,估计与壳内的滑脱层和局部熔融、岩浆活动有关;莫霍面附近的速度异常反映了地壳厚度的变化及壳幔边界附近热状态的差异;上地幔顶部大范围的低速异常可能是上地幔软流层热物质大规模上涌所致.     

利用小震与强震震源机制解反演首都圈现今构造应力场

由于首都圈地区近年来布设了较为密集的地震台网, 使得较小地震震源机制的求解成为可能。 本文收集了首都圈地区近50年来大震震源机制以及2002—2004年中小震震源机制解, 采用对不同震级地震进行加权处理的网格搜索法将强震与小震结合对首都圈地区的现今地壳应力场进行反演。 得到了较为精确的首都圈地区各区域的构造应力场。 结果表明: 北京张家口区, 主压应力轴N(43°～86°)E向; 唐山及邻区,主压应力轴N(38°～86°)E向; 邢台区, 主压应力轴N(79°～81°)E向; 本文反演结果与前人结果相似, 表明了研究方法的正确性, 并揭示了现今首都圈地区应力场的整体一致性和分区差异, 对解释首都圈地区的发震背景和地球动力学研究有一定的参考意义。     

华北及邻区地壳上地幔三维速度结构的地震走时层析成像

利用华北及邻区475个地震台站的区域地震走时资料,反演了该地区的地壳上地幔三维P波和S波速度结构。地震走时的计算用近似弯曲射线追踪方法,三维速度模型的反演用LSQR算法。用检测板方法对走时数据进行成像分辨率分析,结果表明反演模型在水平方向上以0.5°×0.5°的节点分布,垂直方向上以1km、10km、25km、42km、60km为节点作网格划分是合理的。研究区域内,秦岭—大别造山带两侧的华北块体与扬子块体有不同的速度异常特征：华北块体地壳速度结构复杂,而扬子块体则相对简单。华北块体地壳内存在较明显的低速异常,而扬子块体则正常或高速异常。自中新生代以来华北块体地壳经历挤压到伸展的强烈变形,而扬子块体相对稳定。华北块体的构造活动依然强烈,表现为频繁的地震活动。华北地块地壳速度结构的主要特征是：①主要构造带（如燕山构造带、太行山山前构造带、汾渭构造带、郯庐断裂带以及秦岭-大别构造带）位于地壳上地幔的低速或高低速过渡区内;②在唐山及附近地区25 km、42 km和60 km深处连续的低速异常,可能意味着上地幔热的物质上涌,到达上地壳的下部后停止上升过程。     

首都圈地区精细地壳结构——基于重力场的反演

本文以地质与地球物理资料作为约束条件,利用小波多尺度分析方法,对首都圈地区重力场进行了有效分离,应用Parker位场界面反演法及变密度模型对莫霍界面进行了反演分析,并构建了两条地壳密度结构剖面模型,对该区精细地壳结构进行了深入研究.研究结果表明首都圈地区受多期构造运动的改造,形成坳、隆相邻,盆、山相间,密度非均匀性,壳内结构与莫霍面埋深相差比较大的地壳分块构造格局.受华北克拉通岩石圈伸展、减薄以及岩浆的上涌底侵作用,首都圈地区莫霍面起伏比较大,莫霍面区域构造方向呈NE-NNE方向,在盆地向太行山、燕山过渡地带形成了莫霍面陡变带;盆地内部莫霍面形成东西向排列、高低起伏的框架,最大起伏约5 km,但平均地壳厚度比较小,北京、唐山地区地壳厚度最小约29 km,武清凹陷地壳厚度最大约34 km.在重力均衡调整作用下,西部太行山区地壳厚度较大,但地壳密度小于华北裂谷盆地内部;中上地壳重力场特征与地表地形及地貌特征具有很大的相关性.受新生代裂谷作用影响,首都圈中上地壳结构非常复杂,形成了NNE方向为主体的构造单元,断层多下延至中地壳;下地壳发生明显的褶曲构造,表现出高低密度异常相间排列的典型特征;首都圈地区地壳密度具有明显的非均匀性.研究认为首都圈地区地震的发生与上地幔顶部及软流层物质的上涌有一定关系.     

首都圈地区的地壳厚度及泊松比

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107个固定台站的远震数据,采用接收函数叠加搜索方法测定了首都圈地区地壳厚度和平均泊松比.综合利用首都圈数字地震台网的宽频带和短周期台站,以及流动地震台阵的观测数据,使我们的结果具有较前人更好的空间分辨率,为我们研究首都圈地壳的变形及其与地震的关系提供了重要的数据平台.结果表明: (1)首都圈地区地壳厚度和泊松比具有明显的横向分块特征,并与断层切割的地质块体有较好的相关性,地壳厚度变化形成了由涵盖北京—三河—唐山的NE向地壳厚度变化过渡带与张家口—北京—天津的NW向壳幔界面凹陷带构成的交汇构造,后者与所谓的张家口—渤海地震带基本吻合,而且本文给出的深部构造背景与首都圈地区的NE向和NW向地震带的交汇特征相吻合;(2)首都圈地区地壳厚度具有较大的差异,区域内地壳厚度的变化达15 km.其中,台站SZJ下方地壳厚度达到43.8 km,而台站BDH下方地壳厚度仅为28.8 km,总体上研究区西北侧的张家口—怀来地区的地壳厚度较大(~40 km),而唐山以东地区地壳较薄(28~32 km);(3) 研究区地壳的平均泊松比值为0.26左右,其最大值偏离泊松介质（σ=0.25）21%以上,而最小值偏离标准泊松比值9.6%,北京周边地区被高泊松比的介质环绕,而唐山东侧为低泊松比介质,地壳泊松比的分布特征反映了华北克拉通裂解过程中地幔物质的侵入;(4)研究区中强地震大多发生在地壳厚度和泊松比变化的陡变带,且偏于低泊松比的一侧,首都圈地震的成因仅考虑由于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地壳变形运动与热效应.     

晋东北及邻区重力三维正、反演的初步结果

本文根据地质和区域重力资料,利用重力三维正、反演方法研究得到了晋东北地区地壳深部构造。通过三维正演,得到了不同深度的剩余重力异常;用一个已知的莫霍界面的深度值,反演出了全区地壳厚度的平面分布。在此基础上,对一些活动断裂和构造的深度以及地震和第四纪火山活动的地壳深部构造背景进行了探讨。研究还发现,沿北纬40°线可能存在一条深部剪切构造带。     

雷琼拗陷地壳结构特征

根据1984～1985年在雷琼地区完成、长约210 km的白延—江洪深地震测深资料,应用有限差分法、时间项法反演和二维非均匀动力学射线追踪等方法,得到白延—江洪地壳剖面的二维非均匀构造图像.结果显示：琼北及雷州半岛地壳厚约25～26 km,地壳平均速度在琼州海峡南段琼北凸起约616 km·s-1,海峡北段雷琼拗陷区约570 km·s-1;地壳速度偏低,下地壳尤为明显,仅约63～65 km·s-1;结晶基底显示为厚约2～4 km、速度55～60 km·s-1的速度梯度带,Moho界面上、下界面速度分别是65 km·s-1和805 km·s-1的一级速度间断面,没有发现明显的壳幔过渡带.白延—江洪剖面位于雷琼拗陷更新世玄武岩覆盖区,推测地壳厚度减薄以及低速度构造主要反映了该区域自新生代以来一直延续至第四系晚期的多期火山岩浆喷发热地幔对地壳底部的底浸、拆层与地壳仍处于相对温热状态相关.     

华北地区地壳P波和S波速度结构的双差层析成像

基于华北地区(37°N—42°N,113.5°E—118.5°E)133个固定地震台站收集到的P波和S波震相数据,利用双差层析成像法反演了该地区地壳三维速度结构并对所用地震进行了重定位.结果显示:地震走时残差均方根的平均值由重定位前的0.265 s下降至0.008 s;重定位后的震源主要分布于6—16 km深度范围内;...     

华北地区地壳上地幔三维P波速度结构

利用华北地震科学台阵和首都圈地震台网记录的4511次近震和625次远震的P波到时数据,采用纬度和经度方向分别为0.5°×0.5°的网格划分,反演得到了华北北部地区(111°E—120°E,37°N—42°N)深至400km的地壳上地幔三维P波速度结构.层析成像结果表明,研究区的速度存在明显的横向不均匀性,随着深度增加横向不均匀性总体呈现减弱趋势.燕山隆起带在60—120km深度内存在明显的高速异常,这与较大的岩石圈厚度有关;山西裂陷盆地、华北平原下方60km深度存在明显低速异常,与软流圈的出现有关.燕山隆起带岩石圈厚度在120km以上,明显比太行山隆起的岩石圈厚度大,与稳定大陆地区的岩石圈厚度一致.太行山山前断裂已切穿莫霍面,贯入岩石圈.研究区上地幔顶部大范围的低速异常反映了软流圈上隆的特点.在华北平原及燕山隆起下方200—300km存在高速异常可能与太古代大陆板块岩石圈的残留体有关.     

南北构造带及邻域地壳、岩石层速度结构特征研究

本文利用重力数据采用Parker-Oldenburg方法反演了南北构造带及邻域地区的地壳厚度,同时采用体波地震层析成像方法反演了研究区的地壳至上地幔的三维速度结构.根据计算结果对研究区的地壳及岩石层结构进行了探讨,力图揭示南北构造带及邻域地壳、岩石层变形特征,并且对青藏高原边缘活动带壳幔构造演化的深部成因、研究区的上地幔流变性及其动力学意义进行了相应的讨论.通过分析研究表明南北构造带地区为地壳厚度剧变区,西侧为地壳增厚区,东侧的鄂尔多斯、四川盆地为地壳稳定区,而再向东为地壳逐渐减薄区.中国岩石层减薄与增厚的边界基本被限定在大兴安岭—太行山—秦岭—大巴山—武陵山一带,这也是东部陆缘带和中部扬子、鄂尔多斯克拉通地区深部构造边界的分界线,其两侧不仅浅层地质构造存在较大的差异,上地幔深部的物性状态和热活动也明显不同,这说明研究区的岩石层和软流层结构以及深部物质的分布存在横向非均匀性.中部地区和青藏高原深部构造边界的分界线位于东经100°—102°左右.     

利用GPS数据分析四川“Y”型构造区地壳运动状态

四川地区地质构造复杂,地壳活动剧烈,为了深入揭示该区“Y”型构造区地壳1999年以来近20年的动态演化规律,基于1999—2017年7期GPS数据,解算各周期网格速度场、应变率场,研究地壳应变场演化过程。结果表明：①2008年以前的3期GPS速度场相对稳定,汶川地震后,速度场变化最大的龙门山断裂带由4.0—5.0 mm/a增至8.0—10.0 mm/a;②汶川震后,“Y”型构造区最大剪应变高值区出现在汶川以东,由2.0×10^-8/a增到22.0×10^-8/a;龙门山断裂带以SE或SEE向主压应变为主,变化速率约5.0×10^-8/a—12.0×10^-8/a,鲜水河断裂由震前NS向主拉应变转为震后EW向主压应变,安宁河断裂东侧由震前SE向主压应变6.0×10^-8/a减至震后的2.0×10^-8/a;面膨胀结果显示,由震前低密度梯度带瞬间变为平行于龙门山断裂带走向的高密度变化区,且存在以金川至都江堰、北川至青川为条带的2个正负交替过渡区;③汶川地震发生压应力释放后,该区SEE向压性特征又逐渐增强,且持续至2017年,释放了龙门山断裂带地壳内部SEE向压应力多年累积能量,但汶川地震对鲜水河断裂与安宁河断裂的整体运动状态则无明显触发作用。     

华北地区基于噪声的瑞利面波群速度层析成像

本文利用华北地震科学台阵2007年1~4月份、190个宽频带和10个甚宽带垂直分量的地震噪声数据,通过互相关方法提取了瑞利面波的经验格林函数,用多重滤波方法测量了瑞利面波的群速度频散曲线.我们将研究区域划分为0.5°×0.5°的网格,利用噪声层析成像方法得到了研究区域7 s、12 s、16 s、23 s的瑞利面波群速度分布图像,所得结果较好地揭示了地壳内部、尤其是浅部地壳的横向速度变化.研究表明,短周期的群速度分布同地表地质结构、地形密切相关;华北地区的地壳结构具有明显的横向不均匀性,华北盆地及山间的沉积盆地显示出低速异常,而基岩广泛出露的太行山和燕山隆起区,呈现高速异常;多数强震(M≥6.0级)都发生在高群速度与低群速度的过渡地带.     

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.