青藏高原东南缘远震P波层析成像研究

利用中国地震科学探测台阵、小江流动台阵、固定台站等共516个地震台站记录资料,通过波形相关方法获取了111718个远震P波到时数据,运用层析成像技术研究获得了青藏高原东南缘深达650km的上地幔三维P波速度结构。结果表明,四川盆地岩石圈具有克拉通地区的高速结构特征;青藏高原东部地区表现为活动地块常见的低速异常;四川盆地西南部下方岩石圈可能受到青藏高原软流圈物质的侵蚀。在四川盆地南部及以南地区,由北向南从浅到深连续分布的高速异常体,可能是岩石圈底部拆沉造成的。岩石圈拆沉作用可能导致上地幔热物质上涌,地壳介质在热作用下力学强度降低,受青藏高原地壳物质侧向挤出作用,导致该地区陡峭的地形地貌和较强的地震活动性。攀枝花附近存在明显的高速异常,可能与三叠纪地幔柱成因的岩浆上升过程中镁铁质和超镁铁质岩浆侵入岩石圈有关。     

青藏高原Pn波研究进展及问题

简要总结了青藏高原地区Pn波速度结构、各向异性研究进展；介绍了Pn波速度结构、各向异性等在岩石圈结构、构造背景反映等方面的应用研究进展。分析了目前青藏高原Pn波研究中存在的一些问题。     

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.     

藏北高原主要断裂带电性结构特征

对600线的部分测点及2100线的全部测点构成的五道梁—绿草山大地电磁深探测剖面进行了二维非线性共轭梯度反演,得到青藏高原中北部二维电性结构模型.根据该电性结构模型,结合研究区域重、磁及区域地质资料推断了青藏高原中北部主要断裂的位置、产状和切割深度等信息.研究结果表明,青藏高原中北部发育有F1—F16一系列深断裂.其中,F1(苟鲁山克错—囊谦断裂带)和F9(乌兰乌拉湖—玉树断裂带)共同构成金沙江缝合带的北界,是松潘—甘孜—可可西里地块与羌塘—唐古拉地块的分界线;F4、F10—F12共同构成昆仑断裂带,F4(阿尼玛卿断裂带)是南部松潘—甘孜—可可西里地体和北部北昆仑-柴达木地体的分界线;F6、F13—F16为柴北缘断裂带,由南倾的岩石圈深断裂F6和一系列产状相背、北倾的逆冲断裂F13—F16所构成;F7和F8可能反映岩石圈内产状平缓、隐伏的滑脱构造形迹.     

大地电磁二维各向异性反演及其在青藏高原北部的应用

地球介质的电性特征在不同深度上都可能表现出各向异性,识别电各向异性有助于深入理解地球内部物质状态及变形环境,促进对动力学模型的理解.本研究在已实现的任意电各向异性大地电磁有限差分正演算法的基础之上,通过构建常规的各向异性反演目标函数,完成对目标函数及其梯度的计算.借助成熟的非线性共轭梯度反演技术,实现了对大地电磁各向异性介质的反演过程.在此基础上,构建了二维方位各向异性理论模型,来验证反演过程的稳定性.理论模型的反演结果直观地显示了大地电磁各向异性反演对模型参数中垂直电导率恢复上的局限性;在各向异性结构分析上需要将电导率张量作为整体考虑.对青藏高原北部东昆仑—柴达木盆地西段的实测大地电磁数据进行反演,并对比早期二维各向同性反演结果发现,各向同性结构中位于祁漫塔格山脉下方上地幔顶部存在低阻异常带,在相同的位置,各向异性结构中表现出明显的方位各向异性,其各向异性低阻主轴电阻率指示的剪切带走向与地表造山带走向不一致,这暗示该处的应力环境复杂,除了受印度—欧亚板块碰撞控制外,还可能受到邻近阿尔金走滑断裂带左行剪切运动的影响.

     

用cGPS研究青藏高原南缘现今垂向变动

以青藏高原隆升为代表的内陆造山是岩石圈动力学核心问题之一,多年来相关资料比较欠缺,完整性、系统性较差.本文用1995—2020年青藏高原南缘98个GPS连续站,以优于1 mm·a^-1的精度约束青藏高原南缘的现今地壳垂直运动的速度场,清楚呈现了印度—欧亚大陆碰撞前缘地带垂向变形分布,其特征为: 印度次大陆整体,升降幅度不到1 mm·a^-1,恒河平原及低喜马拉雅一带沉降1~2 mm·a^-1,高喜马拉雅隆升1~6 mm·a^-1,藏南一带仅有约2 mm·a^-1左右的上升速率.雅鲁藏布以北逐渐从微弱隆升转变为下降2 mm·a^-1,以上由南向北的沉降-隆升-沉降的空间分布与印度板块向下挤入青藏高原的变形响应一致,喜马拉雅整体处于一种动态的升降状态,通过大震变形,将高喜马拉雅的震间隆升转换为同震沉降,并抬升低喜马拉雅.而雅鲁藏布以北的广大区域因挤压不足、拉张强烈而垮塌.

     

青藏高原东北缘扩展变形范围与深部结构

青藏高原东北缘的隆升和扩展一直是地学界长期关注的重要科学问题,对于研究整个青藏高原的形成演化过程具有非常重要的意义.青藏高原东北缘是高原向北东方向扩展变形的结果,其进一步向北东方向扩展变形的边界范围长期存在较大争议.本文主要收集了近年来前人在青藏高原东北缘及其邻区开展的浅表地质、地壳-上地幔三维结构以及壳-幔变形的相关...     

Response of grain size of Quaternary gravels to climate and tectonics in the northern Tibetan Plateau

The widely distributed thick gravel deposits along the rim of the Tibetan Plateau have been long thought to be the product of rapid tectonic uplift of the plateau. However, this has been challenged by recent works that suggest these thick gravels may be the result of climate change. In this paper we carried out a detailed field measurement of gravel grain sizes from the Jiuquan and Gobi Gravel Beds in the top of the Laojunmiao section in the Jiuxi Basin in the northern margin of Qilian Mts. (northern Tibetan Plateau). The results suggest that the grain sizes of the Jiuquan and Gobi Gravel Beds over the last 0.8 Ma are characterized by nine coarse-fine cycles having strong 100-ka and 41-ka periodicities that correlate well with the loess-paleosol monsoon record and isotopic global climatic record from deep sea sediments as well as by a long trend of coarsening in gravel grain size. The coarse gravel layers were formed during the warm-humid interglaciations while the fine layers correspond to the cold-dry glaciations. Because the paleoclimate in NW China began to get dramatically drier after the mid-Pleistocene, we think the persistent coarsening of gravel grain size was most probably caused by the rapid uplift of the northern Tibetan Plateau, and that the orbital scale cyclic variations in gravel grain size were driven by orbital forcing factors that were superimposed on the tectonically-forced long-term coarsening trend in gravel size. These findings also shed new light on the interaction results of climate and tectonics in relation to the uplift of the Tibetan Plateau.     

Tomographic Study of the Adriatic Plate

Two well-known methodologies have been used, for the first time, to derive a detailed and reliable lithospheric model of the Adriatic Plate, consistent with the thus far available data: non linear inversion of phase and group velocity dispersion curve obtained from surface-wave tomography, and body-waves tomography. To carry out the body-waves tomography, about 16500 P phases and 2000 S phases from 1219 seismic events, 73 seismic stations located at the border of the investigated region and a vertically heterogeneous starting model derived from the nonlinear inversion of average dispersion measurements, are used. The 3-D velocity model of the upper lithosphere, obtained from the combined analysis, shows a rather clear structural anomaly on the northeastern side, where the crust is thicker, and an uprising of the top of the lid in the northern part of the plate with a very thin, if any, transition zone from crust to mantle.Acknowledgement We are grateful to Bruno Alessandrini and Luisa Filippi (National Seismic Service, Rome – Italy) for providing the computer code SIMULPS and for their very useful advice on the local earthquakes tomography method. This work has been supported by the Italian project MURST-COFIN prot. 2001048324-001 (2001).     

Calibration of the Tibetan Plateau Using Regional Seismic Waveforms

We use the recordings from 51 earthquakes produced by a PASSCAL deployment in Tibet to develop a two-layer crustal model for the region. Starting with their ISC locations, we iteratively fit the P-arrival times to relocate the earthquakes and estimate mantle and crustal seismic parameters. An average crustal P velocity of 6.2–6.3 km/s is obtained for a crustal thickness of 65 km while the P velocity of the uppermost mantle is 8.1 km/s. The upper layer of the model is further fine-tuned by obtaining the best synthetic SH waveform match to an observed waveform for a well-located event. Green's functions from this model are then used to estimate the source parameters for those events using a grid search procedure. Average event relocation relative to the ISC locations, excluding two poorly located earthquakes, is 16 km. All but one earthquake are determined by the waveform inversion to be at depths between 5 and 15 km. This is 15 km shallower, on average, than depths reported by the ISC. The shallow seismicity cut-off depth and low crustal velocities suggest high temperatures in the lower crust. Thrust faulting source mechanisms dominate at the margins of the plateau. Within the plateau, at locations with surface elevations less than 5 km, source mechanisms are a mixture of strike-slip and thrust. Most events occurring in the high plateau where elevations are above 5 km show normal faulting. This indicates that a large portion of the plateau is under EW extension.     

青藏高原内陆湖泊变化的遥感制图

青藏高原上的内陆湖泊群是气候变化的敏感指示器,获取近几十年来湖泊变化的动态信息对研究区域气候及环境变化具有重要的意义.本文讨论了多时相遥感湖泊变化研究中的几个关键问题--湖泊变化季节性因素、湖泊变化信息的提取以及大区域湖泊变化的分析方法,并利用Landsat长时间序列遥感数据,制作青藏高原1970s,1990s,200...     

青藏高原东缘深部速度结构远震层析成像

本文利用FMTOMO层析成像软件以及远震P波走时数据,获得青藏高原东缘地区300km深度范围内的P波速度结构,得到以下结果: ①在60~140km深度范围内,102°E~104°E、29°N~31°N,四川盆地西南部存在一个相对低速区域;②在60~140km深度范围内,沿着龙门山断裂带,在龙门山断裂带的西北侧区域出现相对高速的现象;③在190~290km深度范围内,青藏高原东缘西南区域存在着高速现象,龙门山断裂带、安宁河断裂带不再是高低速区域的分界带。     

Smooth constraint inversion technique in genetic algorithms and its application to surface wave study in the Tibetan Plateau

IntroductionThe dispersion phenomena, which can be observed when surface wave travels through the Earth interior, has been extensively applied in investigating the velocity structure of the Earth interior. Usually, the dispersion curve is a nonlinear function of the thickness, S and P wave velocities and density of each layer. Because surface wave inversion is a multiple-minima problem, the result strongly depends on the initial model in traditional linear inversion. Genetic algorithm (GA) …     

基于P波三重震相研究青藏高原上地幔速度结构及其动力学意义

青藏高原因其复杂的结构和演化历史,一直都是研究大陆碰撞、构造运动及其动力学的热点区域。本文采用三重震相波形拟合技术,基于中国地震观测台网和大型流动台阵记录到的某地震P波垂向记录,获得了包括拉萨、南羌塘和松潘甘孜地块在内的青藏高原上地幔P波速度结构。结果表明：①拉萨和南羌塘地块下方地幔过渡带存在高速异常,推测是俯冲的印度板片滞留体,过渡带底部的板片残余温度较低,使得660-km相变滞后约3～8km。而松潘甘孜地块下方过渡带同样存在高速异常,可能是欧亚岩石圈发生拆沉进入地幔过渡带所致。这说明印度板块俯冲作用的影响已经到达地幔过渡带,其俯冲前缘位于班公怒江缝合带附近。②从拉萨、南羌塘到松潘甘孜地块,200km之上的地幔岩石圈高速盖层速度由南向北逐渐减小,松潘甘孜地块则出现盖层缺失。推测受小规模地幔对流或者热不稳定性的影响,在南羌塘和松潘甘孜地块,增厚的欧亚岩石圈发生拆沉作用,岩石圈被减薄和弱化,造成羌塘地块上地幔低速和松潘甘孜地块上地幔高速盖层缺失。拆沉的冷的欧亚岩石圈可能部分停留在410-km上方,使得410-km抬升约10km,部分沉入地幔过渡带,表现为松潘甘孜地块地幔过渡带中存在高速异常。低温造成660-km下沉约8km,导致地幔过渡带增厚。     

新丰江地区地壳P波三维速度结构及活动构造研究

利用震源位置和速度结构的联合反演得到2007年6月~2014年7月新丰江地区地震序列的震源位置及P波三维速度结构模型,并进一步对比区域活动构造的产状特征及震源机制解等。结果显示,自ES向WN新丰江库区断裂深度有逐渐增大的趋势,与重力场的研究结果一致。库区大坝至东源锡场之间的中-上地壳存在4个大小不等的高速体,其中,锡场下方的高速体Ⅰ体积最大(EW向截面约6km×7km),速度最大,中心速度达6.3km/s。库区大坝下方存在以人字石断裂(F2)、南山-坳头断裂(F4)、河源断裂(F1)、石角-新港-白田断裂(F5)等为中心的强烈构造变形区,1960年至今大坝下方高速体Ⅲ、Ⅳ边缘已发生包括1962年6.1级地震在内的7次ML≥5.0地震,能量释放较为彻底;锡场下方高速体Ⅰ的边缘自2012年以来中小地震活跃,且b值较低,不排除发展为中强震孕震凹凸体的可能。     

Tomographic determination of the upper crustal structure in the Jiashi strong earthquake swarm region

IntroductionBetween January and April of 1997, 7 earthquakes with M(6.0 occurred successively in Jiashi, Xinjiang. The continual occurrence of strong earthquakes within such a small area and in such a short period of time is exceptional for intraplate earthquakes. The Jiashi earthquake swarm took place on the northeast side of the Pamirs, where the Tarim basin, South Tianshan and West Karakoram meet (HU, et al, 1989). This is also a place where a number of active faults develop, so it is…     

青藏高原东南缘基于程函方程的面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘作为高原物质侧向挤出的前沿地带,是研究岩石圈变形机制、高原物质侧向逃逸和深部动力学等科学问题的关键地区之一.本文利用研究区内540个宽频带流动地震台站记录的远震面波资料,基于程函方程面波层析成像方法获得了青藏高原东南缘周期14~80 s瑞利面波相速度和方位各向异性分布图像.结果显示：14~20 s周期内,面波方位各向异性分布与断裂带的走向和最大主压应力的方向密切相关,可能受到了断裂带和区域构造应力场的共同作用.川滇菱形块体的北部次级块体及丽江—小金河断裂带附近随着面波周期的增加,各向异性快波方向从NS向逐步转变为NE-SW方向,并与断裂带大致平行,而其以南的攀枝花附近表现为高相速度和弱各向异性的特征.我们推测,在川滇菱形块体北部存在明显的下地壳流,流动方向与块体向南的挤出方向基本一致,该地壳流受到攀枝花附近的高速、高强度坚硬块体阻挡,其前缘向西南方向流动.川滇菱形块体中部地区由于坚硬块体的存在,下地壳没有明显的通道流.在红河断裂以西地区,30~60 s周期范围的面波各向异性快波方向和红河断裂大致平行,推测可能与渐新世至中新世早期印支地块向南东方向的挤出密切相关.研究区东北部,四川盆地南缘地壳各向异性以NE-SW和NEE-SWW向为主与SKS快波方向明显不同,推测主要与该地区地壳的早期构造变形有关同时也说明SKS各向异性主要来自上地幔介质;在研究区南部104°E以西的中长周期面波各向异性方向与SKS分裂研究获得的近EW快波方向基本一致,但在104°E以东地区面波各向异性较弱且快波方向与SKS的观测结果存在明显差异,我们推测东部SKS各向异性来源深度至少在150 km以下.

     

青藏高原东南缘地震各向异性及其深部构造意义

青藏东南缘是青藏高原物质东流的通道,为了更全面了解复杂的岩石圈结构和强烈的变形特征,本文介绍了青藏东南缘岩石圈各向异性的形态,综合其他研究者得到的该区域壳幔各向异性结果,增加了部分新的资料,更新了青藏东南缘岩石圈方位各向异性图像,探讨了区域深部构造意义.

基于近场小震、远震和背景噪声资料计算结果,青藏东南缘地震各向异性展现出独特的区域空间分布和垂向层次性分布形态,展现了3个主要特征.（1）青藏东南缘上地壳各向异性与地表变形测量结果相符,快剪切波偏振方向（即快波方向）呈现与地表运动特征一致的发散性,与主压应力方向一致,但受到地质构造的影响.（2）青藏东南缘下地壳方位各向异性展现了更好的方向一致性,但方位各向异性程度相对较弱,在红河断裂带西北端部和小江断裂带下方有两个下地壳低速区,其方位各向异性程度与上地壳相当.（3）青藏东南缘岩石圈方位各向异性,呈现南、北分区特征,南北分界线大致在26°20'N,快波方向在北部近似为NS方向,在南部近似为EW方向.

本文推测：（1）在26°20'N北侧的上地幔有较厚的高速体,高速体南侧边缘呈现出近EW走向的直立墙形构造,其南侧软弱的上地幔物质在EW方向上流动,导致了岩石圈方位各向异性特征在空间发生突然的变化,快波方向由北部的NS变为南部的EW方向;（2）小江断裂带是现今的华南地块的地壳西边界,但岩石圈尺度的方位各向异性展现出的趋势性表明,华南地块的上地幔物质越过了小江断裂带到达其西侧,揭示了华南地块与青藏地块接触碰撞造成的岩石圈物质变形和上地幔软流圈物质运移的深部图像.地震各向异性能揭示区域深部构造与介质变形的信息,不同观测资料的综合分析有助于获得更清晰的各向异性三维图像.

     

青藏高原东南缘三江地区上地壳各向异性初步研究

三江地区位于青藏高原东南缘,川滇菱形块体的西侧.受陆-陆板块碰撞作用的影响,构造活动强烈,地震活动频繁.为研究该区的应力环境、构造特征及二者间的关系,本文使用三江流动线性地震台阵SL-Array（2016-12—2017-05）和国家固定地震台网（2015-01—2017-12）记录到的地震波形资料,运用剪切波分裂分析技术研究三江地区上地壳各向异性研究.计算得到该区域快剪切波优势偏振方向为NNW向,与区域主压应力方向一致.结果显示各向异性特征有分区性,以维西—乔后断裂和小金河—丽江断裂为界,将线性台阵划分为A、B和C三个区域.A区快波优势偏振方向表现出与区域主压应力方向的一致性.B区局部构造复杂,快波优势偏振方向表现为近NS向.C区结果比较离散,无明显快波优势方向.自西向东,研究区域快波优势偏振方向表现为NNW至近NS向的变化趋势.计算得到研究区域慢剪切波时间延迟为2.8±1.7 ms·km^-1,其中B区最大,A区最小,反映了该区地壳介质各向异性强度的不均匀分布,也揭示了区域构造复杂程度与地震各向异性强度的关系.

     

青藏高原东缘深部地球物理与大陆动力学研究进展

经过数十年的努力,我国青藏高原深部地球物理与大陆动力学领域的研究呈现蓬勃的发展态势,取得了一系列研究成果.《地球物理学报》以青藏高原为专辑,集中在2017年6期刊发36篇文章,涵盖了青藏高原深部地球物理与大陆动力学方面的一批最新研究成果.这些工作涉及地震特性与大陆动力学、壳幔结构与地震各向异性、深部电性结构及密度结构等研究方向.本文将从这几个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,分享青藏高原深部地球物理与大陆动力学的研究成果.