鄂尔多斯及邻区基于程函方程的面波层析成像

利用鄂尔多斯及邻区的固定台站和流动台站记录到的面波资料,使用基于程函方程的面波层析成像的新方法,得到了鄂尔多斯及邻区12~150 s周期的瑞利波相速度的分布图.短周期的相速度很好的揭示出鄂尔多斯及邻区的山脉隆起和拉张盆地等引起的高低速异常的分布特征.中等周期的相速度显示鄂尔多斯盆地内部为显著的高速异常,而它的四周逐渐地被低速异常所包围.大同火山区的低速异常在垂向上进行不断的延伸和扩展,推测是由于其下方的岩浆上涌引起地壳和上地幔顶部升温造成的.长周期的相速度显示鄂尔多斯盆地下方在岩石圈深度范围内,以北纬38°为界南北部岩石圈的差异比较明显,呈现南部厚北部薄的特点.研究发现研究区从西到东岩石圈逐渐减薄,这可能是由于受到太平洋板块俯冲引起的地幔热物质上涌和运移的影响.

     

青藏高原东北缘及周边地区基于程函方程的面波层析成像

利用"中国地震科学台阵探测"在南北地震带北段布设的670套宽频带地震台站记录到的面波资料,使用新近发展的程函方程面波层析成像方法,获得了青藏高原东北缘及周边地区12~60 s周期范围比以往成像结果具有更高分辨率的瑞利面波相速度分布图像.青藏高原东北缘的祁连褶皱系西段、秦岭褶皱系西段和松潘—甘孜褶皱系,在16~60 s周期范围内均显示出明显的低速异常分布,表明该地区的地壳力学强度较低,在强烈的构造应力作用下易发生形变.与西段不同,祁连褶皱系东段和秦岭褶皱系中段的相速度分布特征揭示,其中下地壳的速度明显高于高原内部区域.鄂尔多斯块体整体上表现为稳定块体具有的高速特征,但其西部边缘在中上地壳的速度比块体中部地区偏低,且存在一定的不均匀性.鄂尔多斯块体西北缘的临河断陷盆地和西缘的银川断陷盆地,在较短的周期范围内（12~20 s）表现为局部低速特征,但与银川断陷盆地不同,临河断陷盆地的低速特征可一直延续至60 s周期以上,表明该盆地下方地壳及上地幔速度明显偏低,可能与深部热作用有关.阿拉善块体与其北部地区的速度差异主要表现在中上地壳,这一现象值得今后进一步探讨.基于程函方程面波层析成像方法给出了青藏高原东北缘及周边地区高分辨率的成像结果,揭示了以往面波层析成像难以获得的深部细节特征,为该地区的深部构造研究提供了新的信息.     

山西及邻区壳幔速度图像特征及其构造意义

为了获取山西地区更为精细的壳幔速度结构,文中利用2014年山西断陷带及其邻区216个宽频带地震台站的垂直分量连续波形记录,通过波形互相关提取台站对间的经验格林函数,采用时频分析方法测量Rayleigh波的群速度和相速度频散曲线,反演得到研究区8～50s周期的Rayleigh波群速度和相速度分布图像。结果显示,研究区内成像水平分辨率在50km以内,部分周期可提高至40km。8～18s周期的相速度和10～22s周期的群速度分布与地表的地质构造特征较一致。18～30s周期的相速度、24～35s周期的群速度均明显反映了山西地区以38°N为界,分为南、北两区的现象,与山西南浅北深的莫霍面深部起伏特征及"南硬"、"北软"两大古老块体的缝合带在这一区域有关。30～50s周期的相速度分布存在NW向速度梯度带,其NE侧的低速异常可能与新生代火山活动有关。大同火山区18～45s周期的相速度和24～45s周期的群速度均呈现由浅及深的"喇叭口"状低速异常,反映了更精细的大同火山岩浆上涌通道。     

华北克拉通中部地区背景噪声成像

利用华北地区的流动与固定地震观测台阵在2007年1月~12月期间的垂直分量记录,采用背景噪声层析成像方法获得了华北克拉通中部地区6~40 s的相速度和群速度分布图像.成像结果显示研究区地壳以及上地幔的速度结构存在很大的横向不均匀性.8~16 s的相速度以及8~20 s的群速度分布图像清晰地勾绘出华北地区盆地和隆起之间的边界.华北盆地以及山西断陷带呈明显的低速异常,表明相应区域存在较厚的沉积层并且在中、上地壳内存在低速带;而太行山隆起以及鄂尔多斯高原则呈现高速异常.相速度16~25 s以及群速度20~30 s的图像显示华北盆地由低速异常变为高速异常,表明华北盆地的地壳较薄.长周期(30~35 s)相速度图像表明华北盆地的上地幔顶部存在低速异常.华北盆地较薄的地壳和低速异常(明显低于全球平均水平),可能与该地区岩石圈减薄,软流圈物质上涌有关.8~35 s的群速度和相速度图像都显示,大同火山区是一个低速异常区,可能是由目前仍在活动的岩浆的加热而引起地壳升温造成的.     

蒙古中南部地区噪声层析成像

依托中蒙国际合作项目"远东地区地磁场、重力场及深部构造观测与模型研究", 我们首次获取了蒙古中南部地区密集的地震台阵观测资料.本研究收集了69套宽频带台站2011年8月至2013年7月间的垂直向连续记录, 利用噪声互相关方法计算了台站间的经验格林函数, 并采用基于连续小波变换的频时分析方法, 提取了1478条周期6~30s的瑞雷波的相速度频散曲线.利用 Ditmar & Yanovskaya 方法, 我们构建了研究区6~30s瑞雷波的高分辨率(0.5°× 0.5°)相速度分布图.结果表明, 蒙古中南部地区的地壳上地幔速度结构存在横向非均匀性, 但并不显著(相对变化~± 2%).短周期(如6s)的相速度分布与地表地质构造具有明显的相关性, 具体来说, 北部山盆显示为高速, 南部盆地、戈壁滩均显示为低速; 随着周期的增大(如15s, 20s), 地形的控制作用相对减弱.较长周期(30s)的相速度分布图上, 南部的高速区进一步扩大, 与南部地壳厚度较薄有关.蒙古主构造线南北两侧相速度分布有明显差异, 暗示它不仅是地表地形和构造的分界线, 而且还是地壳结构的分界线.从6~30s中戈壁一直显示为低速, 可能与该区新生代火山活动有关; 研究区北部杭爱山—肯特盆地一直显示为相对的高速, 与该区具有较老、稳定的地层有关.     

青藏高原东北缘噪声层析成像研究

利用青海、甘肃和宁夏3个区域地震台网两年的波形数据,通过地动噪声层析成像方法给出了青藏高原东北缘8—40 s的瑞雷面波二维群速度结构和三维地壳上地幔顶部的剪切波速度结构。研究结果显示,相比传统的面波层析成像方法,噪声层析成像给出的短周期面波信息能够较好地约束地壳和上地幔顶部结构。8 s和10 s周期的群速度图像与沉积层和基底结晶深度有关,具体而言:祁连山和西秦岭造山带表现为高速体特征,柴达木盆地、河西走廊和鄂尔多斯西缘表现为低速特征;周期为15 s和20 s的瑞雷面波群速度图像反映的是中地壳结构,15 s周期群速度图像上造山带下方高速体向北和向东方向扩展,20 s周期群速度图像呈现大范围低速体,推测为中下地壳低速层影响所致;30 s和40 s周期的群速度图像反映的是莫霍面深度附近的速度结构,具体表现为青藏高原大范围的低速体,向北和向东逐渐表现为高速体,说明青藏高原的莫霍面深度较深,且向北和向东逐渐减薄。另外,三维剪切波速度结构显示祁连地块和甘孜地块中地壳存在大范围低速层,且由柴达木盆地东侧深部的低速层连接,该低速层可能是青藏高原物质北移的一个通道。      

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.

     

地震体波走时层析成像方法研究综述

地球介质参数是地震深部探测的重要目标,蕴含了丰富的地球结构和演化信息.全波形反演技术由于计算量大的原因,目前阶段在实际壳幔结构成像应用中还存在较大的难度.基于P波和S波到时的体波成像仍然是壳幔精细速度结构成像的重要途径.本文主要介绍了三种具有代表性的地震体波走时层析成像方法,即基于高频近似射线理论的成像方法、基于程函方程数值解的初至波成像方法及有限频成像方法.基于射线理论的成像方法计算量小,计算效率高,长期以来是体波成像的主要方法之一;基于程函方程数值解的成像方法,在初至波走时成像方面有优势,但是要求网格节点较密,计算量大;有限频成像方法基于波动方程理论,比射线理论包含更丰富的介质信息,但是由于计算量大,目前在实现过程中引入简化的假设,成像效果还有较大的提升空间.     

中国东北地区噪声层析成像

中国东北地区是中国唯一的深震孕育区,获取该区的壳幔结构,对于研究板块俯冲、深震以及火山活动等有重要的科学意义.本文利用该区159个固定台站2011年1月至2012年6月和27个流动台站2011年1月至2011年6月间的垂向波形连续记录,计算了台站间的预估格林函数,并采用基于连续小波变换的时频分析方法,测量了双台路径上瑞雷波的群速度和相速度频散曲线.通过质量控制和筛选,最终得到了2204条路径上周期5~40 s的群/相速度频散曲线.检测板测试表明,反演结果可以达到2°×2°的分辨.利用Ditmar & Yanovskaya反演方法,我们得到了研究区（105°E—135°E,39°N—52°N）周期8~30 s的瑞雷波的群速度和相速度分布图.不同周期的群/相速度分布图,反映了不同深度S波速度的横向变化情况.研究结果显示：中国东北地区的地壳上地幔S波速度结构存在横向非均匀性.短周期（如8 s）的群/相速度分布与地表地质构造具有明显的相关性,具体来说,山区显示为高速,沉积盆地显示为低速;随着周期的增大（如15 s,22 s）,地形的控制作用相对减弱;较长周期（如30 s）的群/相速度分布与地壳厚度密切相关.     

鄂尔多斯及邻区地壳S波速度和各向异性结构的全波形层析成像研究

鄂尔多斯及邻区一直是研究活动地块间相互作用和物质运移的热点区域.青藏高原的扩展与鄂尔多斯地块内部及周缘的变形之间的耦合关系仍有待厘定.基于“中国地震科学台阵探测”项目的密集台阵和固定台网数据,本文利用区域地震全波形层析成像方法获得了研究区三维S波速度和径向各向异性结构,结果表明：鄂尔多斯地块存在以37°N为界的南北速度结构差异,南部的相对低速反映了较厚的地壳,与地形地貌相对应;鄂尔多斯西南缘在中、上地壳表现为负径向各向异性结构特征,S波速度扰动在中地壳呈显著的低速异常,延伸到鄂尔多斯西南部,该区域作为青藏高原扩展的前缘,速度结构特征反映了中地壳滑脱,上地壳缩短变形的地壳增厚模式;具有扩展早期构造变形特征的阿拉善地块南部呈相对低速,在上地壳表现为明显的负径向各向异性;鄂尔多斯东缘的山西断陷带存在南北速度结构差异,断陷带北部下地壳为低速异常,反映受地幔热物质改造的软弱物质堆积,断陷带中部则呈相对高速结构特征,推测其深部构造应力、应变环境比较稳定;负径向各向异性结构在南北地震带北段和山西断陷带浅部均有分布,为深入研究地震活动性与地壳速度结构的关系提供了波形成像证据．     

鄂尔多斯地块及邻区重力均衡研究

为更加精细地了解鄂尔多斯及其邻区的地壳均衡状态,本文在考虑地壳密度横向变化的基础上计算了该区域的重力均衡异常。首先,利用研究区内重力异常和真实莫霍面深度进行反演得到壳幔密度差分布,以艾里均衡理论为基础计算了莫霍面的理论深度;其次,通过莫霍深度理论值与真实值对比来获得研究区的重力均衡异常;最后,结合区内地震分布,讨论了重力均衡异常与地震活动的关系。结果表明:研究区内盆地以负均衡异常为主,山地则表现为正均衡异常,鄂尔多斯地块内部基本均衡;研究区内中强地震主要分布在重力均衡异常梯度带上。      

台湾地区的随机噪音瑞利波层析成像研究

本文使用的数据来源于2004、2005和2008年台湾CWBSN(Central Weather Bureau Seismic Network)的18个宽频带台站记录的数据,2008年中国国家地震台网的2个宽频带台站数据和日本MASN(MeteorologicalAgency Seismic Network)的1个宽频带台站数据.通过互相关方法提取瑞利波的经验格林函数,利用相匹配滤波的时频分析技术测量瑞利波相速度频散曲线.利用面波层析成像方法给出台湾地区8s、12s、16s、20s的瑞利波相速度分布图,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,短周期的相速度分布同地表地质结构、地形密切相关,滨海平原、屏东盆地以及宜兰平原为低速区,西部丘陵、中央山脉以及海岸山脉地区为高速区;不同周期的相速度分布图显示,整体上低速区随相速度周期的增大逐渐向东移,这与台湾地区地壳内部速度的分布特征和构造特征基本一致.此外,屏东地区一直处于低速区,这可能与该地区布格重力负值异常有关.     

鄂尔多斯地块北部及邻区Pn波速度结构与各向异性

利用鄂尔多斯地块北部及其邻区2008—2018年期间固定台网的地震波形记录,手动拾取出高质量的Pn波到时资料,反演获得了研究区上地幔顶部的Pn波速度结构及各向异性。结果表明:鄂尔多斯地块北部及其邻区上地幔顶部的Pn波速度存在明显的横向不均匀性,与区域地质构造和地震活动相关;研究区内平均Pn波速为8.18 km/s,鄂尔多斯地块内部表现出大范围的高速异常,阿拉善地块的高速异常体中存在低速异常现象,河套断陷带、阴山—燕山造山带、银川—吉兰泰断陷带和海原—六盘山弧形断裂带区域均表现为显著的低速异常,河套断陷带下方存在向鄂尔多斯地块内部延伸的明显低速异常条带,大同火山群下方存在强低速异常;多数历史强震均发生在低速异常区或高低速异常过渡带上;鄂尔多斯地块内部Pn波各向异性快波方向西部为近NE?SW向,而东部为近NW?SE向,河套断陷带和鄂尔多斯地块西缘、青藏高原东北缘与阿拉善地块的交界带以及阴山—燕山造山带的各向异性快波方向总体均呈现为NW?SE向,而阴山—燕山造山带东部则呈NE?SW向。      

Crustal structure of the northeastern Tibetan plateau,the Ordos block and the Sichuan basin from ambient noise tomography

We apply ambient noise tomography to significant seismic data resources in a region including the northeastern Tibetan plateau,the Ordos block and the Sichuan basin.The seismic data come from about 160 stations of the provincial broadband digital seismograph networks of China.Ambient noise cross-correlations are performed on the data recorded between 2007 and 2009 and high quality inter-station Rayleigh phase velocity dispersion curves are obtained between periods of 6 s to 35 s.Resulting Rayleigh wave phase velocity maps possess a lateral resolution between 100 km and 200 km.The phase velocities at short periods (20 s) are lower in the Sichuan basin,the northwest segment of the Ordos block and the Weihe graben,and outline sedimentary deposits.At intermediate and long periods (25 s),strong high velocity anomalies are observed within the Ordos block and the Sichuan basin and low phase velocities are imaged in the northeastern Tibetan plateau,reflecting the variation of crustal thickness from the Tibetan plateau to the neighboring regions in the east.Crustal and uppermost mantle shear wave velocities vary strongly between the Tibetan plateau,the Sichuan basin and the Ordos block.The Ordos block and the Sichuan basin are dominated by high shear wave velocities in the crust and uppermost mantle.There is a triangle-shaped low velocity zone located in the northeastern Tibetan plateau,whose width narrows towards the eastern margin of the plateau.No low velocity zone is apparent beneath the Qinling orogen,suggesting that mass may not be able to flow eastward through the boundary between the Ordos block and the Sichuan basin in the crust and uppermost mantle.