华北克拉通地壳结构区域差异的接收函数研究

利用远震数据接收函数H-?叠加和前人发表的共823个台站下方的Moho面深度与平均泊松比信息,结合地形与接收函数振幅资料,共同约束华北克拉通的地壳结构特征.结果表明华北克拉通古老和改造的地壳共存,与区域地形和地质构造有较好的对应关系.华北东、中和西三块体地壳结构差异明显,整体大致处于重力均衡状态,中西部局部地区和东部均衡度较低.它们的平均Moho面深度分别为33,37和42 km,而平均泊松比分别为0.268,0.267和0.264.Moho面深度或泊松比异常主要分布在裂陷区,中部南北缘以及构造边界附近;鄂尔多斯核心表现出典型克拉通性质的Moho面深度和泊松比.三个区域Moho面深度与泊松比都呈现出负相关的关系,但变化趋势存在差异.东、中部北缘接收函数振幅相对较大,裂陷及其邻区振幅相对偏低,燕山带和山西裂陷南侧振幅显示出小尺度变化.上述结果表明,华北东部地壳整体受到破坏减薄,中、西部地壳表现为局部改造.不同区域地壳结构的差异可能反映了华北地壳改造过程和机制的区域差异性:东部地壳整体破坏可能主要由中新生代以来东侧太平洋板块俯冲引起;中、西部地壳局部改造可能是其自身结构和性质的不均匀性在长期演化过程中多次改造活化的叠加效果.     

鄂尔多斯块体西侧地壳各向异性初步研究

利用宁夏区域台网记录的2009年1月至2014年9月的近场小震波形资料, 使用剪切波分裂系统分析方法SAM方法, 对位于青藏高原东北缘的鄂尔多斯块体西侧进行了地壳各向异性研究, 共得到7个台站记录到的19条有效数据。 研究发现, 受复杂的局部构造、 应力场及断裂分布的影响, 研究区地壳各向异性在空间分布上呈现出分区性特点。 受区域构造应力场的控制, 台站的快剪切波偏振方向与区域构造应力的主压应力方向基本一致。 在构造上, 大致以中部的三关口—牛首山NNW向断裂为界, 可以分为南北两部分。 本研究显示, 以快剪切波偏振方向空间分布特征为划分依据, 大致以37°N为界划分南北部, 北部区域的快剪切波偏振方向为近N-S向, 与按构造划分的青藏高原东北缘—鄂尔多斯块体西侧北部区域主压应力场一致; 南部区域的快剪切波偏振方向为近E-W向, 同样与按构造划分的区域主压应力场一致。     

山西断陷带地壳结构的接收函数研究

利用2006年8月到2008年3月北京大学在山西断陷带南部架设的两条东西向流动观测地震台阵记录的远震资料,提取各台站接收函数,然后进行倾斜叠加(Slant stack)和台阵偏移成像,获得了沿台阵横穿山西断陷带的地壳和上地幔的精细结构变化.研究结果显示,山西断陷带下面莫霍面存在明显不连续,莫霍面上隆约4~6 km,纵横波速比从两侧的1.75上升为山西断陷带内部2.0左右,且中、下地壳可能存在一个低速层.山西断陷带的构造模式沿相距140 km的两条剖面表现出明显差异:南端的临汾盆地为拉张作用下的纯剪切模式,向北转化为太原盆地的简单剪切模式.     

渤海海峡及周边区域地壳结构的层析成像特征

渤海海峡是连接中国东部山东半岛和辽东半岛的重要途径,其跨海通道的地壳稳定性研究受到高度关注.本文利用地震层析成像方法重建三维P波速度模型,揭示了渤海海峡及周边区域地壳和上地幔的构造特征.结果表明,渤海海峡的速度结构存在明显的非均匀性,海峡北部地壳速度较高,结构较为完整,断层活动不明显,与现今较弱的地震活动相吻合,但是地壳底部存在低速薄层,它有可能成为地壳和上地幔之间的滑脱带,需要开展进一步的研究加以确认.相比之下,海峡南部地壳速度偏低,附近区域地震活动频繁,与张家口-蓬莱断裂带通过于此有着密切的联系,该断裂持续不断的地震活动对海峡南部的地壳结构产生了较大的影响.在渤海南部,郯庐断裂带东、西两侧的地壳结构明显不同,西侧速度偏高,东侧至渤海海峡速度偏低,这一特征可能与此地区广泛发育的断层和地震活动有关.另外,受华北克拉通破坏及地幔上涌的影响,渤海地区地壳深部和上地幔速度偏低,郯庐断裂带及渤海海峡附近显示出深部热流的活动迹象,反映了岩石圈减薄和软流圈的局部抬升.

     

鄂尔多斯及周边区域噪声层析成像研究

基于中国地震科学探测台阵在鄂尔多斯及周边地区布设的461个地震台为期2年的地震观测资料,采用背景噪声层析成像方法,研究获得了鄂尔多斯及周边地区5—46 s周期、分辨率高达0.3°×0.3°的瑞雷面波相速度分布图像.与基于程函方程的地震面波成像结果对比看出,噪声层析成像在较短周期具有明显的优势(5—16 s),可以获得更...     

地壳分层各向异性的接收函数研究

<正>大陆动力学是当今固体地球科学各领域研究的主导方向。尽管大陆动力学研究所涉及的问题十分广泛,但其核心问题是研究大陆的变形及其动力学机理。地球介质的各向异性与其矿物组成、温压条件、应力状态以及变形历史密切相关,因此,地球介质的各向异性参数已成为推测地下不同层位介质变形的重要依据。早期的研究认为,地球内部的各向异性主要源自地幔物质在高温高压环境下塑性流动形成的橄榄石晶格优势排列,且主要表现在上地幔或者上地幔的顶部,而地壳的各向异性可以     

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.

     

鄂尔多斯西缘北段的地壳结构和块体间变形关系

本文对喜马拉雅计划二期部分台站的远震波形数据进行接收函数提取,利用接收函数共转换点叠加方法获得阿拉善地块、鄂尔多斯地块以及银川—河套盆地下方0~80 km深度的速度间断面结构.结果表明：鄂尔多斯地块成层性好,地壳厚度为38~42 km,康拉德界面为18~22 km,阿拉善地区的Moho面深度为38~45 km.河套盆地地壳厚度约52 km,银川断陷盆地和贺兰山下方的Moho面最深为~55 km.鄂尔多斯西缘构造边界下方Moho面变化明显,且黄河断裂为深大断裂直接切割莫霍界面.根据本文的间断面成像结果我们进一步确定阿拉善地块与鄂尔多斯地块分属不同的大地构造单元.与此同时,我们推测贺兰山以西70~80 km范围内和鄂尔多斯地块西缘北段存在地壳增厚变形的可能.

     

青藏高原拉萨及羌塘块体的地壳结构研究

采用接收函数反演方法,从INDEPTH-Ⅲ台站中选取了18个资料记录较好的台站,对拉萨及羌塘块体的地壳厚度与低速层的分布等进行了研究. 结果表明,沿着INDEPTH-Ⅲ剖面,拉萨块体Moho界面较羌塘要深约8 km, 这可能暗示拉萨块体北缘的地幔盖层向北俯冲到羌塘块体之下;反演得到的地壳速度模型显示,拉萨北部及羌塘块体的部分台站下方中地壳有低速层存在,结合以往地质资料,可以推断拉萨块体北部和羌塘块体10~20 km以下的中地壳普遍存在低速层. 这些低速层可能与其下部的高温上地幔有直接关系.      

鄂尔多斯块体周边的地震活动性及地震机制

本文对鄂尔多斯块体进行了广泛的研究。根据块体体周边的M—t图划分了三个地震活跃期,由∑E~(1/2)i-t曲线外推了块体周边织累的应变,据M_S≥4.0 级地震的震级一频度关系求得块体周边的b值为0.42—0.56。 块体周边的强震有成组孕育的特点,在一个周边上发生了M_S≥6.0级的地震后,数年内(一般不超过5年)在块体其它周边上常跟着发生M_S≥6.0级的地震。研究了块体周边M_S≥7.0级地震前的活动图象,发现震前“活动区”和“空白区”可能并存。最后阐述了块体周边地壳应力场的方向,并计算了块体周边的平均滑动速率。     

华北克拉通东部地壳和上地幔结构的接收函数研究

利用北京大学和早期中国科学院地质与地球物理研究所在华北克拉通东部地区布设的共34台宽频带地震仪记录的远震体波资料,获取P波接收函数和S波接收函数,再分别通过偏移成像和共转换点叠加(CCP)和倾斜叠加得到了华北克拉通东部横跨郯庐断裂带地区沿剖面的地壳和上地幔速度间断面分布.研究结果表明,鲁西隆起下方的莫霍面的深度要比华北盆地和青岛地区浅约5 km,形成类似屋顶状的莫霍面隆起.郯庐断裂带和聊考断裂带下方的莫霍面有明显的错断.岩石圈与软流圈的分界面(以下简称LAB)的深度从太行山山前的约100 km深度上升到鲁西隆起下方约60 km深,向东在青岛地区下方LAB深度进一步变浅.我们利用倾斜叠加计算台站下方波速比得到地壳内的泊松比变化,结果显示鲁西隆起泊松比值分布相对均匀,而青岛地区内泊松比变化剧烈,可能反应了该地区作为苏鲁大别超高压变质带的北缘经历了较为复杂的地质演化过程.     

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.     

鄂尔多斯块体周缘地壳应力场与断层面参数的研究

正本论文基于地震孕育和预测的两个“关键问题”——应力与断层,围绕历史上强震多发、活动特色鲜明、正断层系的鄂尔多斯块体周缘开展详细研究,主要研究内容包括以下3方面:(1)由P波初动资料,应用综合震源机制解法计算了鄂尔多斯块体周缘的地壳应力场;(2)对其周缘的地震丛集群应用双差法进行重定位研究;(3)基于重定位结果,应用由小震分布确定     

五大连池火山区地壳上地幔速度结构的接收函数反演

五大连池火山是全新世以来曾经喷发的近代火山群,该火山区小震活动频繁,被认为是活动的休眠火山．本文对该火山区的深部结构进行了接收函数反演和研究．研究结果表明：该火山区存在广泛分布的S波低速结构,个别低速结构赋存部位较浅,低速结构与地震活动性具有对应关系,火山区下部的莫霍界面不十分明显,存在岩浆上涌的条件．因此,我们认为该火山具有活动火山的深部结构特征,存在再次活动的基本条件．     

鄂尔多斯块体北缘与西缘地区地壳各向异性特征

本研究使用内蒙古自治区数字测震台网2010年1月至2017年10月区域小地震的波形记录资料,采用SAM方法,进行了地壳剪切波分裂的分析,得到鄂尔多斯块体北缘与西缘地区地壳介质地震各向异性的初步研究结果.根据15个台站161个有效地震记录的分析,鄂尔多斯块体北缘与西缘地区的快剪切波平均偏振方向为NE44.4°±38.4°,慢剪切波平均时间延迟为1.7±1.6 ms·km^-1.研究区域的快剪切波偏振显示出两个优势方向,一个是NE方向,另一个是近NS方向.区内的逆冲凸起与走滑正倾断层构造对剪切波分裂产生了直接的影响,造成了剪切波分裂参数的复杂分布,反映了剪切波分裂参数受到区域应力和构造共同作用的影响.鄂尔多斯块体北缘的快波偏振特征有NE和近NS两个优势偏振方向,其东区与西区的快剪切波偏振表现出明显不同的特征.东区的第一快剪切波优势偏振方向为NE,第二快剪切波优势偏振方向为近NS;西区的第一快剪切波优势偏振方向为近EW,第二快剪切波优势偏振方向为近NS.鄂尔多斯块体北缘的区域背景主压应力方向可能总体上为近NS方向,但空间分布有差异,东区NE方向的优势偏振与西区近EW方向的优势偏振更可能反映了断裂与构造的影响.鄂尔多斯块体西缘的快剪切波偏振特征显示出非常清楚的NE向的优势偏振方向,近NS向的优势偏振方向则不太明显,反映出该地区复杂构造对各向异性分布的影响.慢波时间延迟呈现出西低东高的特点,时间延迟的高值出现在鄂尔多斯块体北缘的东部,时间延迟的这种西低东高的各向异性强度变化,可能反映了区域构造活动西强东弱的特性.

     

基于接收函数和邻域算法的地壳各向异性结构反演

本文通过数值模拟,逐个分析了各向异性与倾斜等参数对径向和切向接收函数的影响,总结了各参数对接收函数的影响规律.结合邻域算法(Neighborhood Algorithm)对接收函数反演地壳各向异性结构的方法进行了不同模型的测试,确定了该方法对不同参数反演的稳定性和准确性.并依据反演数值试验的结果,确定了反演中参数选取的原则.最后,将该方法应用于青藏高原东北缘的三个台站,反演了各台站下方地壳的各向异性结构特征.     

巴颜喀拉块体地壳结构多样性探测

青藏高原内部地壳岩性的改造、岩性随深度变化及形变构造是探索研究地壳增厚、物质运动问题的关键.巴颜喀拉块体位于青藏高原中北部,地域广袤,通过对块体内中、东部不同区域的深地震广角反射/折射震相的综合分析,利用反射率理论地震图方法对不同性质震相走时及振幅特征进行细致的模拟计算,进一步研究巴颜喀拉块体内部不同区域地壳精细结构.结果显示：巴颜喀拉块体地壳厚度50~60 km、整体向西逐渐增厚,结晶地壳平均速度6.07~6.18 km·s-1、岩层速度大幅降低,壳内多强反射界面结构、但不同区域差异明显;东部若尔盖盆地地壳介质速度整体低速、壳幔边界较为清晰;中部玉树—玛多段下部地壳发现约6.8 km·s-1的"高速度"介质结构,壳幔边界不清、被改造为2~4 km厚的高速度梯度层,显示了巴颜喀拉块体内部地壳增厚、介质岩性结构被改造的差异性.地壳内部多组强反射、低视速度走时震相揭示了介质岩性的低速破碎、弱化蠕变以及可能的壳内解耦构造.局部地区下地壳的高视速度震相特征显示了青藏高原地壳改造增厚大背景下可能存在稳定的"原始地壳"结构残留或是与上地幔物质的浸入交流.巴颜喀拉块体内不同区域地壳增厚、岩性结构、结晶基底及壳幔边界性质被改造的多样性为深入认识青藏高原地壳形变及动力学过程带来新的启迪.     

鄂尔多斯断块地壳电性结构

鄂尔多斯断块作为新生代以来的稳定块体,其中下地壳内是否存在低阻层一直受到关注。基于穿过鄂尔多斯断块大地电磁剖面的观测资料,利用新的数据处理和解释技术,对鄂尔多斯断块的地壳结构进行了整体研究,发现鄂尔多斯断块的地壳具有成层性结构特点,并在约20km深度存在低阻层,推测它是由流体引起的电阻率降低。在断块东、西两侧的构造活动区,其地壳内不存在成层性电性结构,其中的低阻带可能与地壳内的滑脱带(或韧性剪切带)有关。鄂尔多斯断块和周围地区地壳电性结构的不同特点,对于分析不同地块的变形和地震活动性等有一定价值。     

鄂尔多斯块体周缘地区现今地壳水平运动与应变

位于青藏块体和华北块体之间的鄂尔多斯块体及其周缘地区是中国大陆构造活动最活跃的地区之一,从1300年至今,在块体周边断陷盆地和西南缘断裂带上发生了五次8级以上的地震.为了了解该地区现今地壳运动、应变状态以及断裂滑动分布,我们收集了中国大陆构造环境监测网络2009-2013年、国家GPS控制网、跨断陷盆地的8个GPS剖面等共527个流动站和32个连续站GPS观测数据,获得了高空间分辨率的地壳水平运动速度场,进一步用均匀弹性模型计算了应变率分布.结果表明,块体内部GPS站点向NEE方向运动,速度变化较小,应变率大多在（-1.0~1.0）×10-8/a之间;山西断陷带构造运动与变形最为强烈,盆地相对于鄂尔多斯块体为拉张变形,应变率为（1.0~3.0）×10-8/a,相对于东部山地则为挤压变形,应变率为（-2.0~-3.0）×10-8/a,盆地西侧断裂（如罗云山断裂、交城断裂）以拉张运动为主,拉张速率为2~3 mm·a-1,盆地东侧断裂主要以右旋缩短运动为主,速率为1~3 mm·a-1;河套断陷带西部的临河凹陷处于较强的张性应变状态,应变率为（2.0~3.0）×10-8/a;块体西南边缘处于压缩应变状态,应变率为（-1.0~-2.0）×10-8/a,六盘山断裂存在明显的地壳缩短运动,速率约为2.1 mm·a-1,速率在断裂附近逐渐减小,反映了断裂处于闭锁状态;相对于鄂尔多斯块体内部渭河断裂带为左旋运动,速率为1.0 mm·a-1,盆地处在弱拉张变形状态.     

华北不同构造块体地壳结构及其对比研究

华北古大陆块体经多期构造运动的改造使地壳构造具有明显的分块特征. 利用华北地区近30条、共约两万公里的深地震测深资料及成果,进一步研究华北各次级块体内部地壳细结构,对比分析各块体的结构差异. 根据不同的地壳结构特征,华北地壳可分为三大类：西部鄂尔多斯盆地地壳结构简单,基底结构完整,为稳定古大陆地壳;华北中部隆起区太行山及北部阴山、燕山隆起区地壳结构相对简单,中部地壳和下地壳局部区域轻微速度逆转,可能与该区域地壳增厚隆升的壳内介质解耦形变有关;华北东部裂陷盆地地壳结构复杂, 基底下陷、破碎,壳内介质松散、速度低,Moho上隆、地壳减薄,横向结构差异明显,显示了新生地壳构造特征. 在此基础上,综合研究、探讨了华北地壳分块构造以及与之相关的动力学演化.