大别造山带地壳速度结构与动力学

1994年完成的大别造山带深地震测深剖面（全长420km）穿越了华北地块,大别造山带和扬子地块三个构造单元．获得了垂向成层、横向分块的地壳纵、横波速度结构．结合地质、地球化学研究成果,大别山地壳可分为三层：上地壳是多重叠覆的构造岩石层,中地壳为韧性变形层,下地壳整体成分偏酸性．大别山地表及浅部的超高压变质岩石具有典型的薄皮构造特征．本文提出大别山不同期双向俯冲造山模式和超高压变质岩石的反向加楔退拔折返机制;大别山腹地至今仍保留6-8km厚的山根．     

松潘-甘孜造山带地壳速度结构

位于川西地区的奔子栏——唐克深地震测深剖面以NNE走向穿越松潘——甘孜造山带．根据人工地震记录分析得到的震相走时和相关的振幅信息，确定了该剖面二维P波地壳速度结构．剖面的地壳结构可分为5层，其中第1，2，3层为上地壳；第4，5层为下地壳．上地壳中部普遍存在低速异常带，但龙日坝以北，这一低速带与其上覆的低速基底合为一体．同时，沿剖面的地壳速度结构具有较强的横向变化．据此，可将剖面分为4段，即甘孜——理塘断裂以南、甘孜——理塘断裂至鲜水河断裂、鲜水河断裂至龙日坝断裂和龙日坝断裂以北. 这与区域构造划分基本一致． 地壳厚度沿测线从南西向北东逐渐减薄，即从金沙江畔的62 km减小到黄河附近的52 km． 根据PmP震相分析，莫霍界面深度在鲜水河断裂两侧没有明显变化．全剖面的地壳平均速度较低，为6.30 km/s．奔子栏——唐克剖面揭示了该地区的造山带型地壳上地幔结构特征．鲜水河断裂带位于剖面的中部，该地区的上地壳速度为正异常，而下地壳和上地幔顶部存在负异常．笔者认为，这是一类有利于强震孕育和发生的深部构造环境．      

大别造山带地壳S波速度结构

在大别造山带深地震测深剖面H维P波地壳速度结构的基础上,从地震记录的水平分量得到S波地壳速度结构,并用P波和S波的资料共同约束地壳的组成.剖面上大多数炮点的记录均显示了清晰的Sg和SmS震相.在埠塔寺炮和金拱炮的记录上还较清晰地显示出莫霍界面的反射转换震相PmS,表明在相应的范围内莫霍界面是一级间断面.在Pn和SmS震相都比较强的记录截面图上缺少相应的Sn震相,表示在上地幄顶部泊松比随深度急剧增大,在这一深度上物质可能存在局部熔融状态.剖面的地壳泊松比模型表明,上地壳在深度10km以内泊松比为025左右,仅北淮阳弧后复理石带较低,为0.23;扬子板块和华北板块的下地壳泊松比为0.26-0.27;在大别选山带,上地壳下部泊松比为0.22-0.24,而下地壳泊松比为0.27-0.30,其中超高压变质带最高.P、S波速度和泪松比表明超高压变质带下地壳主要由基性麻粒岩组成.大别造山带中、下地壳组成的横向不均匀性反映了在三叠纪造山作用期间扬子板块向华北板块俯冲,以及存在与地慢物质相联系的岩浆侵入体.     

大别造山带地壳速度结构与动力学

1994年完成的大别造山带深地震测深剖面（全长420km）穿越了华北地块,大别造山带和扬子地块三个构造单元．获得了垂向成层、横向分块的地壳纵、横波速度结构．结合地质、地球化学研究成果,大别山地壳可分为三层：上地壳是多重叠覆的构造岩石层,中地壳为韧性变形层,下地壳整体成分偏酸性．大别山地表及浅部的超高压变质岩石具有典型的薄皮构造特征．本文提出大别山不同期双向俯冲造山模式和超高压变质岩石的反向加楔退拔折返机制;大别山腹地至今仍保留6-8km厚的山根．     

大别造山带地壳S波速度结构

在大别造山带深地震测深剖面H维P波地壳速度结构的基础上,从地震记录的水平分量得到S波地壳速度结构,并用P波和S波的资料共同约束地壳的组成.剖面上大多数炮点的记录均显示了清晰的Sg和SmS震相.在埠塔寺炮和金拱炮的记录上还较清晰地显示出莫霍界面的反射转换震相PmS,表明在相应的范围内莫霍界面是一级间断面.在Pn和SmS震相都比较强的记录截面图上缺少相应的Sn震相,表示在上地幄顶部泊松比随深度急剧增大,在这一深度上物质可能存在局部熔融状态.剖面的地壳泊松比模型表明,上地壳在深度10km以内泊松比为025左右,仅北淮阳弧后复理石带较低,为0.23；扬子板块和华北板块的下地壳泊松比为0.26-0.27；在大别选山带,上地壳下部泊松比为0.22-0.24,而下地壳泊松比为0.27-0.30,其中超高压变质带最高.P、S波速度和泪松比表明超高压变质带下地壳主要由基性麻粒岩组成.大别造山带中、下地壳组成的横向不均匀性反映了在三叠纪造山作用期间扬子板块向华北板块俯冲,以及存在与地慢物质相联系的岩浆侵入体.     

秦岭造山带及其两侧区域地壳剪切波分裂

本文分析了陕西区域地震台网2006年1月到2015年7月的近震波形资料,采用剪切波分裂系统分析方法（SAM）,获得了秦岭造山带及两侧区域17个台站的快波偏振方向和慢剪切波时间延迟.结果显示,剪切波分裂参数具有明显的分区特征.鄂尔多斯内部和渭河盆地的台站表现出NE-SW和NEE-SWW向的快波偏振方向,与华北地块区域主压应力方向一致;鄂尔多斯西南部,处于多个地块过渡区,积累了大量的应变,该区快波偏振方向较为复杂,反映了该区复杂的区域构造;南秦岭以勉略缝合带为界,北部为秦岭微板块,南部为扬子地块北缘.秦岭微板块地区台站快剪切波优势偏振方向为NWW-SEE向,与华南地块应力方向一致;扬子地块北缘地区台站表现出NE-SW向的快波优势偏振方向,可能受到青藏高原向东北扩张的影响.本文得到的快剪切波优势偏振方向与秦岭造山带被商丹缝合带和勉略缝合带分割的构造划分方案一致.研究区内,扬子地块北缘地区慢剪切波时间延迟最大,可能反映该区各向异性强于其他区域.本文的研究结果为进一步了解区域应力场特征和动力学过程提供了重要参考.

     

大兴安岭造山带及两侧盆地的地壳速度结构

内蒙新巴尔虎左旗-黑龙江齐齐哈尔深地震测深剖面长630 km,跨越海拉尔盆地、大兴安岭造山带和松辽盆地.本文根据沿测线爆破地震的9炮记录截面图中,5个震相的到时资料,结合地震记录中的振幅信息,确定了沿剖面的二维纵波地壳速度结构,海拉尔盆地的地壳厚度为39.0~41.0 km,大兴安岭造山带西侧莫霍面深度为38.5~43.5 km.东侧的莫霍面深度为34.5~36.4 km.松辽盆地的莫霍面深度为32.4~36.2km.整个地壳形态东浅西深,松辽盆地最浅的莫霍面深度为32.4 km,大兴安岭西侧最深的莫霍面深度为43.5 km.最后讨论了本区的深部特征和盆山结构关系.     

大别造山带的地壳结构研究

介绍横穿大别造山带的深地震测深剖面的地壳P波速度结构和密度结构.地表高程最大的岳西至晓天之间存在约5km厚的山根,在晓天-磨子潭断裂下方莫霍界面达4.5km垂直错断表征三叠纪碰撞的古缝合线,在超高压带3km深度以下的相对高速异常区,可能与含量较高的超高压变质岩有关.     

秦岭造山带与南北相邻地带远震接收函数与地壳结构

从2013年3月至2014年11月,我们布设了一条延川—涪陵的流动宽频带地震台阵,剖面由70个流动台站组成,全长约900 km,穿越华北克拉通、秦岭—大巴造山带和扬子克拉通东北缘陆内三大构造单元.利用记录到的远震波形资料,提取得到5638个远震P波接收函数,使用H-κ叠加扫描和CCP偏移叠加方法刻划了秦岭造山带与南北相邻地带的地壳厚度、泊松比以及构造界带.研究结果显示,(1)关于地壳厚度:地壳最厚的区域出现在大巴山,地壳厚度集中在47~51 km之间,秦岭的地壳厚度相对大巴山较薄,且呈向北减薄趋势,集中在37~46 km之间,渭河盆地地壳厚度为本区域最薄地带,在34°N左右处达到最薄为35 km,剖面北侧的南鄂尔多斯盆地的地壳厚度变化缓慢,多为44 km左右,南侧的四川盆地东北缘的地壳厚度向南缓慢减薄,集中在42~48 km之间;(2)关于泊松比:使用接收函数H-κ叠加扫描法得到了沿剖面各台站下方地壳的平均纵、横波速度比VP/VS(κ),进一步计算得到泊松比σ,泊松比具有明显的横向分块特征,秦岭造山带的泊松比明显低于南北两侧区域,其小于0.26的泊松比表征着该区域地壳物质组分主要为酸性岩石,亦即其酸性长英质组分上地壳相对于基性铁镁质组分下地壳较厚,该区域没有高泊松比分布则表明不存在广泛的部分熔融.(3)关于构造界带:秦岭—大巴造山带与扬子克拉通的边界并非在勉略构造带,应向南移至四川盆地的东北缘,华北克拉通和扬子克拉通分踞秦岭—大巴造山带南、北两侧,且分别以较陡倾角向南和相对较缓的倾角向北俯冲于秦岭—大巴造山带之下,使得秦岭—大巴造山带呈不对称状扇形向外扩展与向上抬升的空间几何模型.秦岭和大巴山之间33°N附近存在分界面,两区域地壳厚度与泊松比特征各异.     

西秦岭造山带(中段)及其两侧地块深部电性结构特征

本文对跨过西秦岭造山带(中段)的阿坝—若尔盖—临潭—兰州大地电磁剖面(WQL-L1)所采集到的数据进行了精细化处理分析和二维反演研究,结合跨过2013年岷县漳县地震区的WQL-L6剖面大地电磁探测结果和以往的地质与地球物理资料,对西秦岭造山带(中段)的深部电性结构、主要断裂带延伸状况以及与南北两侧地块的接触关系等进行了分析研究,结果表明:东昆仑断裂带塔藏段、迭部—白龙江断裂和光盖山—迭山断裂带共同组成了东昆仑断裂系统,分隔了松潘—甘孜地块和西秦岭造山带(中段);西秦岭北缘断裂带为主要的高角度南倾大型电性边界带,延伸深度穿过莫霍面;临潭—宕昌断裂带具有电性边界带特征,其延伸情况具有东、西差异.西秦岭造山带(中段)自地表到深度约20 km范围表现为东北和西南浅、中部深的倒"梯形"高阻层,在高阻层之下广泛发育低阻层,低阻层与高阻层相互契合,呈现相互挤压堆积的式样,其西南侧的松潘—甘孜地块中下地壳存在西南深、东北浅低阻层,其东北侧的陇西盆地具有稳定的成层性结构,显示出西秦岭造山带(中段)正处于松潘—甘孜地块向北挤压和陇西盆地向南的阻挡挤压作用中.松潘—甘孜地块从西南向东北推挤、东北侧陇西盆地相对阻挡的相互作用是2013年岷县漳县6.6级地震发生的外部动力学机制,同时地震震源区特殊介质属性是该次地震发生的内部因素.西秦岭造山带(中段)中上地壳倒"梯形"高阻体埋深西薄、东厚的分段差异与该段内部中强地震分布差异有关.东昆仑断裂玛沁段和塔藏段内部的深部电性结构差异和延伸状况与东昆仑断裂自西向东走滑速率减小有内在联系.     

秦岭造山带的造山过程及其动力学特征

秦岭是经过3个不同构造演化阶段,以不同构造体制发展演化而形成的复合型造山带.其主造山作用板块构造演化阶段(Pt_3-T_2)是3个板块沿两个消减带俯冲碰撞,经历了漫长复杂的造山过程.从裂谷构造体制转换为板块构造体制,从扩张、俯冲到碰撞.尤其从点接触初始碰撞经面接触碰撞到全面碰撞成山等造山的细节过程,反映了秦岭长期在特提斯构造域众多陆壳块体群分离、拼合、增生的过程中发展演化而形成,也显示出是在古今地幔动力学和圈层耦合关系变动过程中发展演化的,具有重要大陆地质与大陆动力学意义.     

秦岭造山带三维结构及其动力学分析

根据秦岭造山带地表地质、地球化学和地球物理综合研究,概括其现今结构呈现为具流变学分层的“立交桥”式三维结构几何学模型。并从其构造几何学与运动学特征,进行构造动力学分析,认为它是在长期构造演化基础上,主要是中新生代以来深部地幔动力学和岩石圈圈层关系调整变动的产物。     

东秦岭造山带的流变学及动力学分析

通过地质、地球物理和地球化学资料分析,建立了东秦岭地学断面带地壳二维深度-强度剖面,揭示了该造山带的地壳结构和流变学分层性．脆性的上地壳南薄北厚;中、下地壳包括莫霍面呈现水平流变状态,南端蠕变特征更明显;上地幔流变强度较大其地壳类型是栾川以南为H型地壳,构成中、新生代造山带的核部,具有伸展构造和走滑构造的特征,栾川以北为C型地壳,中、新生代的大陆汇聚带．东秦岭地学断面带整体上看为C-H型地壳,反映了后造山期陆内造山的构造特征．地壳物质为长英质-石英闪长质壳内软层具有低速、高热、强网状反射和低强度蠕变的地球物理特征,是后造山期经过调整的水平流变层.     

大别造山带地壳结构反演及其动力学意义

大别造山带是全球最大的碰撞造山带之一,三叠纪时期,扬子板块深俯冲至地幔的200km处,经历了超高压变质作用。白垩纪早期,该造山带发生了强烈的伸展和垮塌,以及大规模的后造山地幔源岩浆侵入和火山活动。本研究收集了大别造山带及其邻区(29°~34°N、114°~119°E)的震相资料,采用双差层析成像技术,对大别造山带地壳结构进行反演,研究地壳结构与后造山地幔源岩浆侵入和火山活动之间的关系。结果显示,大别造山带中上地壳存在低速结构,该低速结构可能是熔融的幔源侵入物质,由于俯冲板片断裂,或下地壳/岩石圈发生拆沉,导致软流圈物质上涌至地壳底部、侵入地壳中,形成大别造山带地壳中的低速结构;同时,合肥盆地显示为低速区,可能是受浅部沉积层影响。研究中横切大别山的4条剖面显示,该地区下方存在北向倾斜高速结构,该高速结构可能是襄樊-广济断层,或者是扬子板块向华北板块下方俯冲的遗迹。     

秦岭造山带岩石圈电性结构及其地球动力学意义

秦岭造山带三维电性结构特征的详细研究结果，结合其他多种地球物理和地质资料分析发现，自中新生代以来，尤其是晚近时期华北和扬子两地块向秦岭造山带持续陆内俯冲过程中，由于南秦岭岩石圈向北挤入作用，秦岭造山带的后陆冲断褶带和北秦岭厚皮叠瓦逆冲带，现今处于岩石圈叠置加厚与拆沉作用的初始期；与之相反，南秦岭正在经历拆沉－底侵的物质再循环作用，佛坪一带可能发育新的地幔柱；此外，在造山带北、南深部边界与内部不同岩石圈块体之间还伴随强烈的不同性质的走滑作用和物质侧向传输．最后探讨了秦岭造山带构造拆沉与巨厚岩石圈并存以及走滑构造作用等的地球动力学意义．     

滇西地区地壳上地幔速度结构特征的研究

本文描述滇西86-87工程资料处理解释的初步结果.结果表明,滇西地区自南向北速度结构有明显的横向不均匀性.莫霍界面深度从剖面南端的38km 加深到北端的58km.地壳的平均速度南低北高,在6.17-6.45km/s 之间.固结地壳为上、中、下三层结构,P10界面是上地壳中的一个弱界面,P20和 P30界面分别是中、上地壳和中、下地壳的分界面,个别地区,在下地壳内部还可以追踪到另一个较弱的 P30界面.PR 界面的深度为0-6km,P10界面的深度为9.2-16.5km,P20和 P30界面的深度分别在17.0-26.5km 和25.0-38.0km 之间.上地壳的速度由南向北逐渐增大,在南高寨与支梯之间达到最大值,基底面的速度可达6.25-6.35km/s,再向北又开始变小.中地壳的速度变化不大,自金河洱海断裂向北中地壳是一速度为6.30km/s 的低速层.下地壳为一较强的梯度层.在剖面南段的景谷与景云桥之间和无量山与澜沧江断裂之间存在-上地幔低速区,Pn 波速度只有7.70-7.80km/s,红河断裂以北 Pn 波速度也低,为7.80km/s.在上地幔顶部还追踪到一个P60界面,剖面南端深65km,北端深85km.      

秦岭─大别造山带及其南北缘地震层析成像

利用秦岭─大别造山带及其毗邻地区３１０个地震台站记录到的区域地震２３６００条Ｐ波到时数据,重建了该区地壳和上地幔三维速度图像。结果表明：１．秦岭─大别造山带及其毗邻地区地壳和上地幔存在显著的横向不均匀性,直至１１０ｋｍ深度处依然明显。２．地壳上部的速度图像与地表地质构造密切相关：造山带隆起区显著高速;盆地及坳陷区明显低速。由速度鲜明对比勾勒出的秦岭─大别造山带南界基本上位于扬子北缘主边断裂带上。３．中地壳的速度图像表明,造山带内部的一些低速区对应于一些大型推覆构造。４．４０＋０ｋｍ深度处的速度图像反映了该区莫霍界面深度的起伏。大致以１０７°Ｅ为界,以东地区地壳厚度小于４０ｋｍ,以西地区大于４０ｋｍ,且呈现出往西地壳逐渐加厚的趋势。５．位于滦川、商县、丹凤的北秦岭构造带,上地幔顶部出现低速异常,异常速度值约为７．３９—７．５５ｋｍ／ｓ。结合地球物理测深的结果,可能是由下地壳、上地幔顶部的热过程所致。     

秦岭─大别造山带及其南北缘地震层析成像

利用秦岭─大别造山带及其毗邻地区３１０个地震台站记录到的区域地震２３６００条Ｐ波到时数据，重建了该区地壳和上地幔三维速度图像。结果表明：１．秦岭─大别造山带及其毗邻地区地壳和上地幔存在显著的横向不均匀性，直至１１０ｋｍ深度处依然明显。２．地壳上部的速度图像与地表地质构造密切相关：造山带隆起区显著高速；盆地及坳陷区明显低速。由速度鲜明对比勾勒出的秦岭─大别造山带南界基本上位于扬子北缘主边断裂带上。３．中地壳的速度图像表明，造山带内部的一些低速区对应于一些大型推覆构造。４．４０＋０ｋｍ深度处的速度图像反映了该区莫霍界面深度的起伏。大致以１０７°Ｅ为界，以东地区地壳厚度小于４０ｋｍ，以西地区大于４０ｋｍ，且呈现出往西地壳逐渐加厚的趋势。５．位于滦川、商县、丹凤的北秦岭构造带，上地幔顶部出现低速异常，异常速度值约为７．３９-７．５５ｋｍ／ｓ。结合地球物理测深的结果，可能是由下地壳、上地幔顶部的热过程所致。     

秦岭─大别造山带及其南北缘地震层析成像

利用秦岭─大别造山带及其毗邻地区３１０个地震台站记录到的区域地震２３６００条Ｐ波到时数据，重建了该区地壳和上地幔三维速度图像。结果表明：１．秦岭─大别造山带及其毗邻地区地壳和上地幔存在显著的横向不均匀性，直至１１０ｋｍ深度处依然明显。２．地壳上部的速度图像与地表地质构造密切相关：造山带隆起区显著高速；盆地及坳陷区明显低速。由速度鲜明对比勾勒出的秦岭─大别造山带南界基本上位于扬子北缘主边断裂带上。３．中地壳的速度图像表明，造山带内部的一些低速区对应于一些大型推覆构造。４．４０＋０ｋｍ深度处的速度图像反映了该区莫霍界面深度的起伏。大致以１０７°Ｅ为界，以东地区地壳厚度小于４０ｋｍ，以西地区大于４０ｋｍ，且呈现出往西地壳逐渐加厚的趋势。５．位于滦川、商县、丹凤的北秦岭构造带，上地幔顶部出现低速异常，异常速度值约为７．３９—７．５５ｋｍ／ｓ。结合地球物理测深的结果，可能是由下地壳、上地幔顶部的热过程所致。