河北省南部及邻区地壳P波速度结构三维反演

1980—2012年河北省及邻区测震台网地震记录,使用了河北省南部及邻区（34.0°—38.0°N,112.0°—118.0°E）63个固定地震台站和4 540个地震事件,得到27 709条P波到时数据,采用速度结构与地震位置联合反演的方法,获得研究区内地壳P波三维速度结构,重新确定中小地震震源位置。速度结构揭示：研究区域内地壳的P波速度结构存在明显的横向不均匀性,在10—25 km深度上横向不均匀性更加显著;大地震基本发生在速度异常体或高低速交界区域。地震重新定位结果显示：地震P波走时均方根残差（RMS）从1.68 s降到0.82 s;地震呈明显条带状分布,震源深度与地质构造年代具有一定负相关性。     

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.     

应用背景噪声成像研究祁连山地区地壳S波速度结构

利用祁连山地区(36°~42°N,96°~104°E)38个台站2014年8月—2015年12月的垂直分量连续背景噪声记录,获得了台站对之间的互相关函数和瑞利面波相速度频散曲线,采用基于射线追踪的面波频散直接反演方法,得到了观测台站下方5~40 km深度范围内的S波速度分布图像。结果表明:在5 km深度处,速度结构分布特征与地表构造分布存在一定的相关性,松散沉积层厚度影响明显;在18 km深度处,S波速度横向不均匀性明显,呈现为高低速相间不同尺度大小的区域性。同时,5~20 km深度范围内速度随深度增加而逐渐增加,其变化幅度为0.2 km/s;在30 km深度处,祁连和门源地区高低速相间分布明显;在35~40 km深度,随深度增大,祁连山北缘断裂带、托莱山断裂、冷龙岭断裂带以北地区为高速区,以南为低速区。     

利用接收函数方法研究瑞丽-龙陵断裂两侧S波速度结构

利用研究区(23.9°～25.1°N,97.8°～99.0°E)内瑞丽—龙陵断裂两侧4个流动数字地震台记录到的宽频带远震P波波形数据进行接收函数反演,得到了台站下方0～100km深度范围内地壳、上地幔的S波速度细结构。结果如下:(1)在研究区内,以瑞丽—龙陵断裂为界,其西北侧Moho面深度为38～40km,东南侧Moho面深度约为38km。(2)断裂两侧地壳、上地幔S波速度结构存在显著差异,西北侧台站下方地壳和上地幔均存在大范围低速区;东南侧台站下方上地幔中无明显低速层,地壳内存在低速层,但范围和速度差都较小。(3)断裂两侧台站下方地壳和上地幔S波速度结构的较大差异,证明它们分属不同的构造单元。(4)研究区内的S波速度结构存在明显的横向非均匀性。     

利用接收函数方法研究腾冲地区S波速度结构

腾冲地区邻近印度板块与欧亚板块碰撞、俯冲的边界,地质环境和构造背景十分复杂,是我国地震、火山活动比较活跃的地区之一.本文采用最大熵谱反褶积方法提取腾冲地区1.0°×0.8°范围内5个流动数字地震台站的宽频带远震接收函数,反演得到台站下方0～100km深度范围的S波速度结构,分析讨论了该地区的深部构造特征.结果表明:1)腾冲地区地质结构存在明显的横向非均匀性;2)盈江断裂两侧莫霍面深度有较大差异;3)腾冲和高黎贡山之间是地壳厚度和S波速度变化的高梯度带;4)盈江断裂东南、新生破裂带以西附近地区存在明显的低速层;5)盈江断裂和新生破裂带都可能对火山区的熔融体具有阻隔作用.     

云南数字地震台站下方的S波速度结构研究

通过对云南数字地震台站的宽频带远震接收函数反演，获得了云南地区数字地震台站下方0-0km深度范围的S波速度结构.结果表明，云南地区地壳厚度变化剧烈，中甸、丽江等西北部地区，地壳厚度达62km左右，景洪、思茅和沧源等南部地区，地壳厚度仅为32-34km.厚地壳从西北部向东南方向伸展，厚度和范围逐渐减小，至通海一带地壳厚度减为42km，其形态和范围与小江断裂和元江断裂围成的川滇菱形块体相一致.地壳厚度较小的东、南部地区Moho面速度界面明显；在地壳厚度较大或变化剧烈的地区，Moho面大多表现为S波速度的高梯度带.云南地区S波速度结构具有很强的横向不均匀性.km深度以上，北部地区S波速度明显低于南部地区，在-20km深度范围内，北部地区的S波速度比南部地区高.地壳内部S波速度界面的连续性较差，低速层的深度和范围不一，近一半的台站下方不存在明显的低速层.受南部地区上地幔的影响，40-50km深度范围内，S波速度南部高、北部低，高速区随深度增加逐渐向北推移，低速异常区形态与川滇菱形块体的形态趋向一致.70-80km深度的上地幔速度分布与云南地区大震分布具有一定的相关性.     

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.     

中国东部地区上地幔的三维P波速度结构

本文应用Aki等的三维反演方法,反演了中国东部地区大尺度上地幔三维P波速度结构,其中采用了300个远震事件在所研究区域(100°—125°E,20°—45°N)的50多个台站的P波到时残差。结果表明:(1)中国东部地区上地幔横向不均匀性至少深达680公里,其中40—400公里范围内的结构具有共同特点,仍保持有地表大地构造的痕迹,400公里深度以下,不均匀性逐渐减小,地表构造痕迹消失。(2)存在一条北北东走向的深层构造带将中国东部地区分成两部分,西部速度稳定、偏高,东部速度复杂,低速高速随深度变化而交替出现。     

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.     

中国东北地区地壳、上地幔速度结构及其对矿产能源形成的控制作用

中国东北地区处于古亚洲洋和滨太平洋构造域叠合部位,地质构造极其复杂.利用东北及华北地区部分台网所接收的近震及远震走时资料获得东北地区地壳与上地幔三维P波速度结构,成像分辨率在80 km左右.成像结果表明东北地区地壳与上地幔具有较强的横向不均匀性.P波速度异常走向大体呈北东向,与该区地表构造走向一致.5 km深度的速度异...     

辽宁及邻区背景噪声相速度结构研究

收集辽宁及其周边地区（吉林、河北、山东、内蒙）70个宽频带地震仪2012年连续背景噪声波形数据,基于地震背景噪声层析成像方法,得到研究区面波群速度及相速度图像。利用台站对互相关方法,提取瑞利面波格林函数,采用时频分析法（FTAN）获取2 416条相速度频散曲线,从中筛选1 661条信噪比较高的频散曲线。将研究区以0.25°×0.25°进行网格化,采用Ditmar等提出的层析成像反演方法,得到周期10—40 s的瑞利面波群速度及相速度结构分布图。与群速度结果相比,分辨率更高,研究区大部可达0.5°×0.5°（局部可达0.25°×0.25°）。结果表明,辽宁地区地壳及上地幔面波相速度结构存在显著的横向不均匀性。在周期10—15 s的群速度图中,浅层及中上地壳速度分布与研究区地形地貌及主要地质构造单元具有较好的对应关系,盆地及沉积层低速,山区隆起高速,且在高低速转换带多为地震孕震区;在周期20—30 s相速度结构图中,下地壳至上地幔顶部深度范围内,相速度速度结构主要受地壳厚度及渤海湾内巨厚沉积层的影响,在海城至大连区域内出现的低速异常推测为地下热物质上涌;随着深度的增加,在周期30—40 s的相速度图中,速度分布逐渐受控于莫霍面起伏,明显变化出现在辽东半岛,由高速变为低速。     

新疆伽师强震群区上部地壳细结构的高分辨折射地震探测研究

2004年4月在伽师强震群区完成了一条高分辨折射地震探测剖面. 我们采用有限差分反演和哈格多恩原理折射波前成像方法进行了处理, 得到了该地区上部地壳细结构图象. 结果显示上部地壳结构总体上横向比较均匀，纵向分层明显. 该地区地壳顶部11 km以上可分为4层:顶部约400 m以上为浅表盖层，P波速度约1.65~1.8 km/s，该层为较松散的风化层；第二层为纵向强梯度层, P波速度在1.8~4.5 km/s之间, 纵向梯度约1.2 kmmiddot;s-1/km，其厚度在2.96~3.0 km之间， 其底界面几乎水平； 第三层的厚度有较大变化, 其埋深从东北向西南逐渐变深， 西南端层厚约6.5 km，东北端减薄为5.5 km. 该层的上部和下部又表现为不同的速度结构特征，其上部速度较均匀，平均P波速度约4.8 km/s，下部相对于第二层来说为一弱梯度层， 梯度约0.35 kmmiddot;s-1/km， P波速度在5.1~6.25 km/s之间. 该层的底界为结晶基底，其结晶基底西南深东北浅，形成一个向天山方向上翘的斜坡，似乎显示出坚硬的塔里木块体在插入天山下时受阻的上部地壳结构特征；第四层比较均匀，速度约为6.3 km/s. 在4 km深度左右有一横向速度异常变化，推断可能与隐伏的麦盖提断裂及下苏洪——麦盖提断裂有关，但未见这些断裂延伸至地表及穿过基底的结构特征. 伽师强震群的发震构造至少应位于11 km深度以下的中下地壳之中.      

天水-礼县地区地壳速度结构

1984—1985年,利用厂坝铅锌矿工业爆破,在天水—礼县地区布设测线进行了大范围的地震测深工作。对该地区的地壳速度结构的研究结果表明,该地区沉积层平均厚度为2.5km,速度为4.0km/s(P波);地壳平均厚度为43.68km,平均速度为6.20km/s;徽县—礼县地壳速度剖面可分为5层,其中在24—29km深处有一低速层,基底深度变化较大,在礼县地壳浅部发现一断层。对天水—礼县地区还进行了P波、S波联合反演,获得了该区P波与S波速度结构,其地壳范围内的平均波速比为1.73。     

中国大陆及海域Love波层析成像

收集了研究区域(68°-150°E,5°-55°N)内33个数字地震台站记录的面波资料,利用多重滤波技术提取了4000余条路径上的Love波群速度频散曲线. 将研究区域划分成1°×1°网格,采取Occam反演方法得到了7.3-184s共43个周期的Love波群速度分布图;然后对网格结点进行S波速度结构反演,得出研究区域内420km深度内的地壳上地幔三维速度结构. 并采用Checkerboard方法对分辨率进行检验,得到横向的分辨率约为3°-5°. 研究结果表明:中国大陆地壳上地幔结构的横向不均匀性非常明显,内部结构与地表特征的相关性可以达到0-150km深度. 大陆地区东西分带、南北分块,块体的边界反映比较清晰.     

1992年美国加州兰德斯地震——地壳结构不均匀性对地震发生的影响

为了理解地震的发生和地壳结构不均匀性的关系,利用南加州地震台网的固定台和临时台所记录的2863个兰德斯余震和区域地震,共计107401个P波和19624个S波高质量的到时数据,采用地震层析成像方法得到了兰德斯地震区P波和S波的精细的三维速度结构和泊松比分布．结果显示,地震的发生和分布与地壳结构的横向不均匀性有密切的关系．总体上看,兰德斯地震区余震成丛分布,并被低速块体截断,其中4级以上地震大多分布于P波高、低速异常过渡区域或偏向高速块体一侧,这可能是因为高速区多属地壳脆性介质,易于造成应力集中,导致地震;反之,低速度区则可能代表破碎程度较高、富含流体或温度较高区域,因而更倾向于产生无震变形．基于兰德斯地震区强震震源位置、地震区P波、S波速度异常与泊松比分布推断,兰德斯地震区可能有流体存在．地壳流体易使地壳岩石弱化,从而引发大地震．     

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.      

利用非线性方法反演琉球-台湾-吕宋地区的岩石层P波速度结构

根据中国地震台网和ISC台站提供的P波走时资料,使用差异演化全局优化算法(DE算法)和移动窗方法反演了琉球-台湾-吕宋地区岩石层尺度的P波速度结构.在台站和地震分布较为密集的地区,反演窗口为2°×2°,移动步长为1°;在台站和地震较少的地区,反演窗口为4°×4°左右,移动步长为2°.反演结果揭示出琉球-台湾-吕宋地区壳幔结构的横向差异:琉球岛弧西侧受冲绳海槽地幔热扰动的地壳减薄,东侧由于菲律宾海板决的俯冲挤压地壳略有增厚;欧亚大陆与菲律宾海板块的相互碰撞导致台湾地区地壳及岩石层明显增厚;吕宋及菲律宾北部岩石层受岛弧火山下方热流影响较大.结果表明,非线性全局优化算法和移动窗方法能够用于反演较大尺度速度结构的横向变化.     

体波波形反演对青藏高原上地幔速度结构的研究

采用波形反演方法对青藏高原地区震中距8°-38°范围内的宽频带炸波波形进行拟合,研究该地区上地幔平均速度结构以及上地幔纵、横波速度的横向不均匀性结果表明青藏高原地区的平均地壳厚度约为68km,上地幔盖层平均厚度约为30－40km,速度约为8.10km／s雅鲁藏布江附近地壳厚度最大,约80km,相应的上地幔Pn速度为8．15km／s左右,青藏高原中部地区的地壳平均厚度约68-70km．位于拉萨地块北部的羌塘地块S波速度相对较低,其地壳和上地慢的平均S波速度分别比拉萨地块低1％和2％以上34°N以北,90°E附近的区域存在明显的上地幔P波低速异常区,P波的平均速度小于7．8km／s据此结果及前人工作,推断印度板块的俯冲可能以雅鲁藏布江缝合带附近为界,青藏高原巨大的地壳厚度是由于欧亚板块碰撞造成地壳缩短与增厚引起.     

基于密集台阵的青藏高原东北缘地壳精细结构及九寨沟地震震源区结构特征分析

基于青藏高原东北缘密集宽频带野外流动观测台阵以及固定台站资料,利用双差层析成像方法对地震位置和研究区的地壳速度结构进行了反演.最终用于联合反演的地震事件合计9644个.结果显示青藏高原东北缘速度结构具有明显的横向不均匀性.从整体上看,青藏高原地区表现为低速异常,鄂尔多斯表现为高速异常,而扬子地块亦表现为高速异常.不同深度处速度结构表现不一致,同一深度处P波速度结构和S波速度结构也有明显差异.由西秦岭北缘断裂带、临潭-宕昌断裂以及礼县-罗家堡断裂围限的地震活动强烈的区域中,P波速度结构由深度0 km时呈现的低速异常,逐渐过渡到5 km时高低速相间分布的特征;而S波速度结构在此区域中,由近地表0 km时高低速相间分布的特征,逐渐过渡到30 km时几乎表现为低速异常.2017年8月8日九寨沟7级地震所在的塔藏断裂、岷江断裂和雪山断裂围限区域,在深度20 km处的P波速度结构和周围存在明显差异,九寨沟地震处于高速异常与低速异常的过渡带内.此外,2013年7月22日发生在青藏高原东北缘的岷漳县6.6级地震,震源区所在的临潭-宕昌断裂附近的P波速度结构在15 km深度处也有明显特征,震源位置所在区域也处于高低速过渡带.该区域这种地壳内部高低速过渡带可能是应力比较容易积累而发生中强地震的一个重要场所.     

美国南加州地壳、上地幔三维P波速度成像-莫霍面起伏的影响

应用南加州地震台网记录的6 347次区域地震的146 422个P波到时数据，并结合其它地震学方法所得到的莫霍面深度资料，在考虑莫霍面起伏变化下，确定了该区0～35 km深度内的精细三维P波速度模型．检测板分辨率实验结果说明了反演结果的可靠性．该模型提供了有关区域结构的重要信息，浅层P波速度结构与地表的地质特征相关，非常准确地反映了山脉盆地、地形地貌的差异；各深度层上的速度结构表现为分块特征，反映了以大型活动断裂为界勾画出的分区，如洛杉矶盆地、文图拉盆地、莫哈韦沙漠、半岛山脉、圣华金山谷、内华达山区及思尔顿凹槽区域整体变化的特征．圣安德列斯断层成为研究区内明显的边界，几个深度层上可以看到两侧的速度存在明显的差异，而横跨该断裂的几个剖面图上则显示了位于断层西南侧的太平洋板块区域速度较高、不均匀性较大，地震活动较深；位于断层东北部的北美板块速度偏低，非均匀性稍弱，地震活动性则较弱．比较平缓莫霍界面和起伏莫霍界面下反演得到的结果可以说明:莫霍界面的起伏对中下地壳层位速度结构的影响是明显的，尤其是在莫霍面深度变化较大的部位，这种影响更为强烈．带莫霍面形状的模型能更精确地计算射线路径和理论到时，从而使反演后的残差更小、结果更精确．