地壳三维构造反演和速度层析成像

本文给出利用空间深地震测深反射资料重建地壳三维构造和速度分布的方法，适用于任意分层并且每层可由若干断块组成的地壳模型。通过采用适当的反演方法获得地壳界面的三维构造，并在此结果基础之上，进一步将剩余走时残差归因于地壳速度的不均匀性，采用东分块的反演方法，重建地壳三维速度分布，数值模拟的结果表明算法是有效的。     

DEEP ELECTRIC STRUCTURE BENEATH NORTHEASTERN BOUNDARY AREAS OF THE NORTH CHINA CRATON

Magnetotelluric data are collected along a NW-SE trending and about 900km long profile within northeastern boundary areas of the North China craton(NCC). This profile extends from the Hegenshan belt within the Central Asian orogenic belt(CAOB), across the Baolidao arc, Solonker-Linxi suture zone, Ondor Sum accretion complex, Bainaimiao arc, Inner Mongolia paleo-uplift, Yanshan belt, and ends on the Liaohe depression of the NCC. Impedance tensor decomposition methods are used to study the dimensionality and geo-electric strike of MT data of the region. Two-dimension (2D) analysis is appropriate for this profile. The 2-D subsurface electrical resistivity structure along profile is obtained using the non-linear conjugate gradient (NLCG) algorithm. The electrical resistivity structure is characterized by lateral segmentation, and divided into high resistive, low resistive, and high resistive areas; The lateral variation of electrical resistivity is significant within the CAOB, but it is smooth in the NCC; The extensive high conductive body(HRB)is observed in the mid-low crust beneath the Solonker-Linxi suture zone and Inner Mongolia paleo-uplift, respectively; The low resistivity could be due to the partial melts and crustal flows. Based on our electrical resistivity structure and other geological, geophysical observations, we speculate that (1)the final suturing of the Siberian craton to the NCC could be along the areas between Xilinhot Fault and Xar Moron Fault; (2)the relatively thick high resistive body beneath the Yanshan belt may serve as a tectonic barrier separating the on-craton and off-craton regions into different upper mantle convection system, and lower the effect of tectonic evolution of CAOB on the destruction to NCC.     

中国内蒙古高原及周边地带岩石圈三维速度结构

我国内蒙古高原和其周边地域地壳与上地幔的专门研究尚属空白，然而全区又为第四纪以来的沙漠所覆盖，地表地质构造亦不十分清晰。本文利用了一种测量面波频散信号的新技术；即适配滤波频时分析和改进的分格随机反演理论与方法从混合路径中提取了４°×４°的计１８个网络中每一个网格单元的纯路径频散，并依据频散反演出该区地表与上地幔的剪切波三维速度结构。结果表明：１．该区地壳为成层结构，Ｍｏｈｏ界面埋深平均为３７±３ｋｍ，并向东减薄，断裂分布与构造迹线在深部均有显示，并存在着一系列北北东向，近北东向和北西向的断裂，且断抵上地幔顶部。２．上地幔亦为成层结构，地幔低速层平均埋深为８５±１０ｋｍ，南部地区则较深，地幔低速层速度均偏低。３．该区地幔盖层似一＂楔板，体向北插入。４．沙漠地带与造山地带相比不论是地壳厚度，还是地幔低速层埋深，前者均比后者浅约±５ｋｍ，该区有着良好的油气前景。     

中国东南地区深部电导率分布的进一步研究

本文用五个地磁台站的静日日变资料重新研究中国东南地区的深部电导率分布。这五个台站是:武汉、佘山、广州、泉州与仑坪。五台定出的C值结果与文献〔1〕的不同。另外本文用简单的蒙特卡罗(Monte-Carlo)法反演推断可能的电性结构模型。     

云南腾冲全新世火山源区性质及其岩浆演化

在对腾冲火山区进行野外考察的基础上,重点对区内3座全新世火山(黑空山、打莺山和马鞍山)的岩石学及地球化学特征、岩浆源区性质及其演化进行研究。对主量元素和微量元素研究表明,这套岩石属于高钾钙碱性系列,包括粗面玄武岩、玄武粗安岩、粗面安山岩和英安岩,从基性岩到酸性岩都有分布。这套火山岩富集大离子亲石元素和轻稀土元素,亏损Nb-Ta-Ti不相容元素,具有岛弧火山岩特征。通过微量数据模拟认为,腾冲全新世火山岩为石榴石相地幔橄榄岩在低压条件下大比例部分熔融的产物。源区富钾矿物为金云母,不含角闪石。腾冲及其邻区新生代以来的火山喷发主要受盆地内断裂控制,不受板块俯冲或者火山弧作用的控制。其活动产物为板内火山岩,表现出的岛弧火山岩特征是由于地幔源区受到古洋壳的俯冲板片的富集作用,富集作用发生在部分熔融作用之前。富集地幔部分熔融形成的富钾岩浆沿断裂上升进入地壳形成岩浆房,在岩浆房阶段经历了分离结晶作用和地壳混染作用,有钛铁氧化物、磷灰石、橄榄石、单斜辉石和斜长石的结晶分离。     

中国中西部地区地震的重新定位和三维地壳速度结构

采用中国中西部地区(21~36N， 98~112E)193个地震台在1992～1999年间记录到的9 988次地震的Pg和Sg震相走时的读数资料，用Roecker的SPHYPIT90程序，反演了该地区三维地壳P波速度结构，并用SPHREL3D90程序进行了地震的重新定位．反演结果揭示了中国中西部地区地震P波速度结构明显的横向不均匀性，这些不同深度上波速的横向变化多以该地区的活动断裂为分界线．可以看出活动断裂两侧存在明显的速度反差．通过重新定位，得到了6 459次地震的震源参数，这些精确定位的地震震中明显沿该区活动断裂呈现条带状分布，其范围和尺度清晰地表示了这一地区地震活动与活动断裂的紧密关系．其中，82％重新精确定位的事件的震源深度在20 km以内. 这一结果与笔者用双差地震定位法得到的重新定位的震源深度分布相一致．      

中国西南及邻区上地幔P波三维速度结构/

利用ISC报告以及中国和NEIC基本测震台网报告中的80974条P波初至到时资料（地震数为7053，台站数为165，且地震和台站都分布在研究区内），对中国西南及邻区（北纬10～36、东经70～110）的深至400km的上地幔三维速度结构进行了研究，分辨率达22．初步结果表明:①研究区速度的横向不均匀性，虽随深度增加而减弱，但至400km深度时仍很明显；②在北纬16和24的纵剖面上，可以看到与印度板块向东和欧亚板块相碰撞挤压相对应的速度结构，以及印度板块与欧亚板块速度结构的差异．在东经90的纵剖面上，与印度板块向北俯冲到欧亚板块（青藏高原）之下相对应的速度结构也比较明显；③在90ｋｍ深度的横剖面上，由缅甸的密支那至越南的洞海的低速条带，可能与红河断裂带有关；④ 提出并使用了能够更为准确直观地描述分辨率好坏的图示方法．      

龙门山断裂带中北段的地壳电性结构及其动力学模型

2012年在四川龙门山断裂带的茂县—绵竹段进行了点距约3km、横跨断裂带的大地电磁探测,精细处理并反演获得长70km,深50km的2维电性剖面。通过与同位置的反射地震资料对比进行综合解释,刻画出龙门山断裂带中北段的地壳结构:1)四川盆地上覆地层为低阻,电性结构稳定并叠置于坚固的扬子中下地壳之上;龙门山3条主断裂均表现为低阻—中低阻,其构造形态都沿NW向倾斜,并由陡变缓向下延伸,浅部最陡处60°,深部最缓处30°。2)龙门山断裂带上地壳整体逆冲推覆于扬子板块的刚性基底之上,不仅形成由陡趋缓的3条主断裂,而且多期次的地震活动造成隐伏次级断裂发育;映秀-北川断裂之下具有明显NW倾斜且陡立的电性梯度带,2008年汶川地震余震在该区域内集中分布,其中安县-灌县断裂下盘发育大型隐伏的基底断裂,可能为发震断裂,地震能量沿隐伏次级断裂向上传递导致映秀-北川断裂遭破坏最为严重。3)青藏高原东缘的中下地壳下插,使高阻的扬子中下地壳嵌于龙门山逆冲推覆带和青藏高原东缘中下地壳之间,形成"鳄鱼口"样式的构造格架。龙门山的隆升是由上地壳的逆冲推覆脆性变形和中下地壳的壳内高导物质流的韧性变形共同作用的结果。同时提出,由于中下地壳物质流在龙门山不仅受阻于刚性的扬子块体,而且下插于扬子板块上地幔,形成一种可能的类似"传送带"的动力模式,带动了其上盘发生持续的逆冲推覆脆性变形。     

大别─苏鲁碰撞造山带的地震层析成像研究──岩石圈三维速度结构

对包含大别－苏鲁碰撞造山带在内的东经 １１２°－１２４°,北纬２８°－３９°区域进行地 震层析成像研究,重建其地壳及上部地幔的三维速度图像．结果表明：造山带岩石圈速度横 向不均匀性显著;大别造山带以商城－麻城断裂为界,东侧的大别地块与西侧红安地块在地 壳速度上是两个不同的速度块体;中地壳 １５-２５ｋｍ深度范围内存在低速带,与伸展滑脱构造 有关;南、北大别构造单元之下,莫霍面下凹,地壳内发育了速度为６．５－６．６ｋｍ／ｓ、向北倾斜的 相对高速体,与超高压变质岩体相对应;在大别－苏鲁造山带下方的上部地幔中存在向北倾 斜的板片状高速体,结合已有地质、地球化学证据推测,它是三叠纪俯冲的扬子地块的残留 体;俯冲板片在深部发生了断离．本文利用地震层析成像方法揭示的造山带岩石圈速度结构 细节,对研究与地表地质有关的地球动力学无疑是十分重要的．     

中国及邻区岩石层密度三维结构

利用中国及邻区２×２Ｓ波速地震三维层析成像和３０’×３０’重力资料．首先采用密度差与Ｓ波速差的经验关系式,建立起中国及邻区的岩石层密度初始模型,再利用布格重力异常进行阻尼最小二乘法反演,得到该区岩石层三维密度分布结果．反演结果表明：１．中国地区密度异常分布与大地构造分区有着明显的相关性,高密度区对应古老地块,低密度区对应高原及山区,在不同块体边界存在着密度异常梯级带;２．岩石层地幔密度分布与地壳密度分布特征不一致．     

帕米尔及邻区地壳上地幔P波三维速度结构的研究

研究了帕米尔及邻区(65°E-80°E,30°N-45°N,深度0-2km)的P波三维速度结构. 所使用的59054条初至P波到时数据取自ISC的73个台站对5402个地震的记录报告,这些地震和台站都在研究区内. 以水平面上1°×1°和不等的深度间隔(随深度在20-90km之间变化)划分网格并设置初始三维速度模型,用近似弯曲快速射线追踪方法计算走时和射线路径,用LSQR方法进行反演. 反演结果的分辨率用检验板方法进行了讨论,并引入了定量描述还原程度质量的两个参数. 初步结果表明:(1)天山山脉的km深度处,在东部和西部各有一个明显高速区,而在74°E、41°N附近的低速区可能与天山地表大断层在该处被大幅错开相关. 在75°E附近的天山山脉下,波速在40-60km深度偏高,而在60-90km深度(或更深)又偏低,反映了天山下方构造和物性的复杂性. (2)在由帕米尔构造"结"南侧往北直至天山以北的速度纵剖面上,显示了印度-欧亚板块在帕米尔构造"结"地区的强烈碰撞挤压作用:在抬高地面形成高原的同时,也把浅部速度较低的地壳岩石层介质俯冲拖曳到了深部.     

帕米尔及邻区地壳上地幔P波三维速度结构的研究

研究了帕米尔及邻区(65°E-80°E,30°N-45°N,深度0-2km)的P波三维速度结构. 所使用的59054条初至P波到时数据取自ISC的73个台站对5402个地震的记录报告,这些地震和台站都在研究区内. 以水平面上1°×1°和不等的深度间隔(随深度在20-90km之间变化)划分网格并设置初始三维速度模型,用近似弯曲快速射线追踪方法计算走时和射线路径,用LSQR方法进行反演. 反演结果的分辨率用检验板方法进行了讨论,并引入了定量描述还原程度质量的两个参数. 初步结果表明:(1)天山山脉的km深度处,在东部和西部各有一个明显高速区,而在74°E、41°N附近的低速区可能与天山地表大断层在该处被大幅错开相关. 在75°E附近的天山山脉下,波速在40-60km深度偏高,而在60-90km深度(或更深)又偏低,反映了天山下方构造和物性的复杂性. (2)在由帕米尔构造"结"南侧往北直至天山以北的速度纵剖面上,显示了印度-欧亚板块在帕米尔构造"结"地区的强烈碰撞挤压作用:在抬高地面形成高原的同时,也把浅部速度较低的地壳岩石层介质俯冲拖曳到了深部.     

庐枞矿集区矾山-将军庙地区AMT三维反演及地质结构解释

庐江-枞阳矿集区是长江中下游成矿带内的一个重要的多矿种成矿区.为揭示矾山-将军庙地区的地质结构以指导找矿,首先,在庐枞矿集区北部的矾山-将军庙地区开展了三维音频大地电磁数据采集工作,采用Rhoplus方法进行AMT数据死频带校正保证数据质量,利用相位张量分析地下介质的维性特征;其次,利用模块化三维反演并行代码ModEM开展了实测数据的三维反演,获得了一个典型的具有双层结构特征的火山岩盆地三维地下电性模型;最后通过电性模型及其他地质资料的综合解释,依据反演模型中近地表的低阻层和深部的高阻隆起区,分别勾画出了火山岩地层的厚度和深部侵入岩的分布范围,并在小岭地区发现地表浅部下方存在一个含矿次级火山机构的高导体.     

软流圈岩浆潮的调制作用与地震轮回关系初探

本文提出软流圈岩浆潮的假设来解释作者所发现的全球主要地震区的大地震都存在１８．６年的地震轮回。文中阐述了岩浆潮存在的可能性及其影响，认为１８．６年分量是岩浆潮的主要分量，并用全球火山活动的１８．６年准周期性和各主要地震区地震期的中心时间呈规则分布来支持岩浆潮假设。周期性地震轮回是一类混沌现象。地震轮回可以认为是全球或某一地区对地球内部和外部因素的非线性相互作用的响应或自组织过程。     

青藏高原东北缘-鄂尔多斯地壳上地幔地震层析成像研究

根据横跨青藏高原东北缘—鄂尔多斯地区的流动宽频带地震台阵和区域地震台网的走时数据,利用地震层析成像方法研究了该地区400km深度范围内地壳上地幔的P波速度结构. 结果表明：青藏高原东北缘—鄂尔多斯地区地壳上地幔结构呈明显的横向不均匀性. 这种不均匀性体现在不同块体之间,同时也存在于块体内部;青藏高原东北缘上地幔P波平均速度低,而鄂尔多斯地块的P波平均速度高,这与两个地块的地质构造活动特征相吻合. 在青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块之间的上地幔存在宽约200km的过渡带,该过渡带在地表的界限在兰州—海原之间,在上地幔表现为向东45°左右的倾斜条带,基本结构特征表现为高速与低速物质的混杂;青藏高原内部的柴达木地块平均速度偏低,而祁连地块的上地幔的平均速度偏高,两者相差约8髎;在泽库、兰州和海原地区的上地幔顶部有明显的低速体侵入特征.     

青藏高原及邻近地区地壳与上地幔剪切波三维速度结构

本文利用30个基准台所记录的238条长周期面波资料,经过适配滤波和分格频散反演,得到中国大陆及邻区147个分格10—105s的纯路径频散,进而反演出青藏高原及邻近地区深至170km的剪切波三维速度结构.研究表明,青藏高原中西部地区和东部地区的地壳平均厚度分别为70±7km和65±7km,地壳平均剪切波速度分别为3.55和3.62km/s,上地幔顶盖平均速度分别为4.63和4.61km/s; 岩石层厚度均为120±10km;东部地区下地壳内30—40km深度处普遍存在低速层;青藏高原及其东侧的上地幔低速层内有横贯东西且明显向上隆起的低速腔.滇西缅北地区的地壳厚45±5km,上地壳及下地壳内都有低速层;上地幔顶盖的速度为4.42km/s,比青藏高原本体及恒河平原都低.恒河平原地壳厚34±2km,速度平均为3.45km/s;上地幔顶盖厚86±10km,速度平均为4.63km/s,顶盖内55—83km深处有一个低速夹层.     

JOINT INVERSION OF SURFACE WAVE DISPERSION AND RECEIVER FUNCTIONS FOR CRUSTAL AND UPPERMOST MANTLE STRUCTURE BENEATH CHINESE TIENSHAN AND ITS ADJACENT AREAS

The Tienshan orogenic belt is one of the most active intracontinental orogenic belts in the world. Studying the deep crust-mantle structure in this area is of great significance for understanding the deep dynamics of the Tienshan orogen. The distribution of fixed seismic stations in the Tianshan orogenic belt is sparse. The low resolution of the existing tomographic results in the Tienshan orogenic belt has affected the in-depth understanding of the deep dynamics of the Tienshan orogenic belt. In this paper, the observation data of 52 mobile seismic stations in the Xinjiang Seismic Network and the 11 new seismic stations in the Tienshan area for one-year observations are used. The seismic ambient noise tomography method is used to obtain the Rayleigh surface wave velocity distribution image in the range of 10~50s beneath the Chinese Tienshan and its adjacent areas (41°~48° N, 79°~91° E). The joint inversion of surface wave and receiver function reveals the S-wave velocity structure of the crust and uppermost mantle and the crustal thickness below the station beneath the Chinese Tienshan area(41°~46° N, 79°~91° E). The use of observation data from mobile stations and new fixed seismic stations has improved the resolution of surface wave phase velocity imaging and S-wave velocity structure models in the study area.
The results show that there are many obvious low-velocity layers in the crust near the basin-bearing zone in the northern Tienshan Mountains and the southern Tienshan Mountains. There are significant differences in the structural characteristics and distribution range of the low-velocity zone in the northern margin and the southern margin. Combining previous research results on artificial seismic profiles, receiver function profiles, teleseismic tomography, and continental subduction simulation experiments, it is speculated that the subduction of the Tarim Basin and the Junggar Basin to the Tienshan orogenic belt mainly occurs in the middle of the Chinese Tienshan orogenic belt, and the subduction of the southern margin of the Tienshan Mountains is larger than that of the northern margin, and the subduction of the eastern crust is not obvious or in the early subduction stage. There are many low-velocity layers in the inner crust of the Tienshan orogenic belt, and most of them correspond to the strong uplifting areas that are currently occurring. The thickness of the crust below the Tienshan orogenic belt is between 55km and 63km. The thickness of the crust(about 63km)is the largest near the BLT seismic station in the Bazhou region of Xinjiang. The average crustal thickness of the Tarim Basin is about 45km, and that of the Junggar Basin is 47km. The S-wave velocity structure obtained in this study can provide a new deep basis for the study of the segmentation of the Tienshan orogenic belt and the difference of the basin-mountain coupling type.     

龙门山断裂带西南端地壳电性结构

在龙门山断裂带中段于2008年5月12日发生了汶川M_S 8.0地震,5a之后于2013年4月20日在其西南侧即龙门山断裂带SW段发生了芦山M_S 7.0地震。而在汶川地震前,沿龙门山断裂带主体部分存在7a间未发生4.0级以上地震的相对平静期。因此,汶川地震后人们研究了龙门山断裂带的地壳结构及其与汶川地震的成因关系,仅仅相隔5a时间,就在龙门山断裂带的SW段发生了芦山地震,其深部结构和孕震环境以及与汶川地震的关系又成为人们关注的热点科学问题。为了研究龙门山断裂带西南端附近的地壳结构,布置了一条穿越龙门山断裂带西南端附近的大地电磁探测剖面LS6,该剖面位于芦山地震破裂带的西南端。通过采用先进技术对大地电磁数据的分析和二维反演,发现LS6剖面与其东北侧的穿过芦山地震区汶川地震后完成的LMS4剖面的地壳电性结构既有相似性,但也存在明显的差别,其电性结构更复杂。研究表明,尽管2008年发生了汶川地震,但是龙门山断裂带受到的西北侧松潘-甘孜地块向SE的运动和对龙门山断裂带的推挤作用,以及东南侧四川盆地的阻挡作用仍然存在,同时龙门山断裂带西南端及其附近地区的地壳结构更复杂,而且还受到其西南侧川滇地块和鲜水河断裂等变形作用的影响,因此推测芦山地震与汶川地震既是相互独立的2次地震,但也有一定关联。     

中国东部海域地壳-上地幔瑞利波速度结构研究

为了进一步了解中国东部沿海及相邻海域的地壳－上地幔结构特征,对该区域的构造演化历史、地震活动及深部构造等方面研究提供一些基础资料,利用３１个数字地震台记录的高质量瑞利波资料,采用一种新的混合路径频散的网格反演方法（Ｏｃｃａｍ方法）,对中国东部海域瑞利波群速度横向不均匀分布进行了初步研究．根据反演得到的１０—１５０ｓ共３６个中心周期的群速度分布特征,以及几个典型地点的剪切波速度结构的深度变化,对研究区域内各构造单元的划分以及它们在速度结构和上地幔低速层埋深等方面的特征进行了讨论。     

青藏高原及邻近地区地壳与上地幔剪切波三维速度结构

本文利用30个基准台所记录的238条长周期面波资料,经过适配滤波和分格频散反演,得到中国大陆及邻区147个分格10-105s的纯路径频散,进而反演出青藏高原及邻近地区深至170km的剪切波三维速度结构.研究表明,青藏高原中西部地区和东部地区的地壳平均厚度分别为70±7km和65±7km,地壳平均剪切波速度分别为3.55和3.62km/s,上地幔顶盖平均速度分别为4.63和4.61km/s; 岩石层厚度均为120±10km;东部地区下地壳内30-40km深度处普遍存在低速层;青藏高原及其东侧的上地幔低速层内有横贯东西且明显向上隆起的低速腔.滇西缅北地区的地壳厚45±5km,上地壳及下地壳内都有低速层;上地幔顶盖的速度为4.42km/s,比青藏高原本体及恒河平原都低.恒河平原地壳厚34±2km,速度平均为3.45km/s;上地幔顶盖厚86±10km,速度平均为4.63km/s,顶盖内55-83km深处有一个低速夹层.