黄海及其邻近地区的Pn波速度与各向异性

利用中国东部地震台网和ISC 报告1980~2004年的地震走时数据,反演了黄海及其邻近地区的Pn波速度和各向异性,根据岩石层地幔的横向非均匀性分析了区域地质构造的深部特点.Pn波速度的变化与区域地质构造有一定的对应关系,黄海地区上地幔顶部的P波平均速度较高,没有发现明显的低速异常,表明上地幔顶部不存在大范围的地幔扰动.速度异常的分布表明,南黄海东部和西部有可能分属于不同的构造块体,其间的分界大致对应于南北走向的黄海东部断裂带,具有相对较低的Pn波速度.边界东、西两侧的Pn波各向异性存在明显的差异：南黄海西部Pn波的快波方向以北东—北北东方向为主,反映了海区内部扬子块体向北运动产生的构造变形;南黄海东部Pn波的快波方向为南北方向,与黄海东部断裂带的走向基本一致,说明黄海东部和西部之间存在一个深达岩石层地幔的南北向转换边界.结合相关资料估计黄海东部断裂带在中生代时期发生了右旋走滑运动,以响应中国东部郯庐断裂带的大规模左旋剪切以及南黄海扬子块体的向北嵌入.     

环渤海地区Pn波速度结构与各向异性

环渤海地区位于华北克拉通的中东部,是岩石圈破坏和减薄的主要地区,同时也是我国大陆东部强震的多发区和油气田产区,一直是国内外学者研究的重点区域.本研究利用环渤海地区1980—2015年期间中国地震台网高质量Pn波到时数据,反演得到环渤海地区Pn波速度结构及各向异性.结果显示,环渤海地区上地幔顶部的Pn波速度结构存在明显的横向不均匀性,且与区域地质构造有一定相关性.在地形隆起区,如太行山隆起、燕山隆起、鲁西隆起、胶辽隆起及苏鲁褶皱带地区,呈现为低波速异常,说明这些隆起区下方的上地幔存在热物质上涌,而凹陷地区,如华北盆地、南黄海北部盆地和南黄海南部盆地,则表现为高波速异常,说明这些凹陷地区上地幔顶部岩石圈强度较大.地壳内强震主要发生于低波速异常区和高低波速异常过渡带上,说明华北地区地壳强震的发生有可能受到上地幔深部构造的影响.太行山造山带地区Pn波各向异性快波方向为近NNE向,苏鲁褶皱带区域的Pn波各向异性快波方向为近NE向,与断裂带的走向基本一致,表明在地壳形变剧烈的地区,可能受上地幔顶部的深部动力学影响较大.华北盆地的北部和南部各向异性方向存在差异,可能与岩石圈的厚度及热状态的不均匀性有关.     

中天山地区的Pn波速度结构与各向异性

利用宽频带流动地震台阵GHENGIS和吉尔吉斯地震台网KNET记录的地震波走时数据,反演了中天山地区的Pn波速度结构和各向异性.结果表明,中天山上地幔顶部平均速度偏低,具有构造活动地区的特点和明显的横向非均匀性;中天山南部地幔上涌区的Pn波速度非常低,表明存在较高的热流活动.Pn波速度的变化与地震分布有着密切的对应关系：地震大都发生在中天山北部Pn波高速区上方,而南部的Pn波低速区上方几乎没有地震.这一现象说明地幔上涌引起高温极大地降低了岩石层地幔的强度,并以热传导的方式进入地壳使其失去地震破裂强度而发生韧性变形.中天山北部和南部的各向异性也存在一定的差异,南部各向异性的快波方向为近南北方向,与SKS波的各向异性特征基本一致,反映了地幔物质的迁移方向;北部各向异性的快波方向呈向南凸出的旋转趋势,估计与哈萨克地台南缘楚河盆地地壳块体向天山挤入造成应力场的改变和岩石层变形有关.     

川滇及邻区Pn波速度结构和各向异性研究

川滇地区是中国大陆构造变形及地震活动最强烈的区域之一.本文利用从国际地震中心(ISC)、中国地震台网以及云南、四川、重庆三个省级地震台网的地震观测报告中严格挑选出的53673个Pn波到时数据,用Pn波层析成像方法反演了川滇地区的Pn波速度结构和各向异性.结果表明该地区上地幔顶部速度结构的横向变化与现代构造运动有明显的关联:盆地地区上地幔顶部速度明显高于其周边区域,四川盆地尤为突出,其上地幔顶部P波速度是整个研究区域的高值;上地幔顶部P波速度低值区与研究区现代火山活动区域(如腾冲)及高热泉活动区域(如康定)有明显的相关性.强震大都发生在Pn波速低值区或Pn波速低值边界区.Pn波速度低速带与狭义的南北地震带相吻合,反映出上地幔顶部的流变性对构造应力的传递起着重要作用.Pn波各向异性表明:位于川青块体与四川盆地交界的龙门山地区,快波方向与该区域绝对运动方向不一致,而是基本沿龙门山断裂走向,这表明该地区的各向异性主要受龙门山断裂对Moho面切割变形的影响.而在其他区域的Pn波各向异性方向大体与当地块体的绝对运动方向一致,说明其各向异性主要是由板块运动产生的软流圈变形引起.     

中国东部及其邻区上地幔顶部Pn波速度结构及各向异性

中国东部地处欧亚板块东南部,紧邻西太平洋板块俯冲带,有着复杂的地质构造和深部结构,是国内外学者研究的重点区域.本文采用Pn波层析成像方法反演得到了中国东部及其邻区上地幔顶部Pn波速度结构及各向异性.研究中应用的Pn到时数据主要来自多种地震观测报告,并特别补充了东北流动台阵、华北流动台阵以及区域地震台网记录的地震事件,拾取了大量高精度的Pn到时数据,最终挑选出2049个台站记录的24072次地震的240814条Pn波到时数据.结果显示,中国东部地区上地幔顶部平均速度为8.06 km·s^-1,速度变化范围为7.81~8.32 km·s^-1.东北地区东部表现为显著的低速异常,华北克拉通中、东部Pn呈现低速,而西部地区则表现为高速异常,华南地块主体表现为高速.反演结果还揭示江汉盆地、下辽河盆地、二连盆地及海拉尔盆地都显示出高速,而四川盆地和松辽盆地内部则呈现出不均匀的结构特征.四川盆地的高速异常显示出明显的分块现象,这可能是该盆地在沉积前具有不同的基底物质;松辽盆地的北部呈现为高速,而南部却表现为低速异常,这一特征与松辽盆地南、北部分别为高、低热流相对应,暗示盆地南部的岩石圈已经历了改造.研究进一步揭示Pn波低速区和高、低速过渡带的各向异性也较为强烈,而大部分强震都发生在这些区域之上的地壳内,说明这些部位容易发生变形而应力集中或产生应力差.

     

沂沭断裂带及周边区域Pn波速度结构与各向异性

沂沭断裂带位于鲁西隆起、胶辽隆起与苏鲁褶皱带之间,是郯庐断裂带地震活动最为强烈的部分,上地幔顶部Pn波速度结构与各向异性研究对于认识沂沭断裂带对地震活动的控制作用具有重要意义.本研究通过手工拾取与观测报告相结合的方法,最终挑选出研究区域2008-2019年期间290个台站记录到的1665个地震事件的26598条Pn走时...     

利用临时地震台网研究印度东北部西隆高原的Pn波速度

使用临时地震台网对西隆高原下面上地幔Pn波速度进行了研究。在此研究中,我们利用了多对台站记录到的浅源远震(M>3.0)的Pn到时,这些台站相对于给定的震中的方位角之差在2°范围内。由于这个方法基于相对走时差,所以计算与发震时刻和定位误差无关。我们发现Pn平均速度是8.57公里/秒,高于印度次大陆其它地区的地幔Pn平均速度8.13公里/秒。可以把观测到的Pn速度归咎于此高原下存在着高密度物质。     

地幔顶部Pn波成像方法的发展与应用

地震Pn波的射线路径集中在地幔顶部有限深度范围内,在射线横向覆盖密度方面具有独特优势,因而Pn震相是研究地幔顶部这一重要层面速度和各向异性结构的优势震相. Pn波速度的横向变化可以反映上地幔温度及成分差异,Pn波各向异性能够反映地幔物质的运动及形变特征,高精度的地幔顶部Pn波速度和各向异性结构可以提供关于岩石圈结构、板块运动和深部热物质运移过程等关键信息. Pn波成像方法经过发展和改进,已经成为研究地幔顶部结构的成熟技术,并被应用于全球范围获取地壳厚度、上地幔速度和各向异性等结构信息,精细刻画了全球上地幔结构的横向不均匀性,进一步认识了地球内部结构和板块俯冲、大陆碰撞变形、火山活动等动力学过程.随着全球地震台站覆盖的日益密集和观测数据的不断增加,大量高质量的Pn数据为地幔顶部精细结构的研究提供了有利条件.本文围绕Pn波成像方法的发展及在全球范围的应用进行综述.     

山西断陷带上地幔顶部Pn波速度结构与各向异性成像

本研究拾取了中国数字测震台网固定台站记录的2008—2019年期间发生在山西断陷带及邻区2级以上天然地震事件及陕西神木、府谷等3级以上非天然地震事件共25304条高质量Pn到时数据,反演了山西断陷带及邻区上地幔顶部高分辨率Pn波速度结构与各向异性.研究结果显示,山西断陷带及邻区Pn波速度结构差异较大,大同火山及以南区域、忻定盆地、太行山造山带、华北盆地南部和吕梁山局部地区表现为显著的低波速异常,而运城盆地、临汾盆地北部、太原盆地、大同盆地北部、华北盆地北部和鄂尔多斯块体呈现明显的高波速异常.大同火山下方上地幔顶部的低波速异常与Pn快波方向呈现以火山为中心的近发散状结构特征,结合已有的远震上地幔成像结果,暗示大同火山岩浆可能来源于地幔深部,岩浆的底侵或热侵蚀作用造成了该地区岩石圈的破坏以及整个华北克拉通的"活化",这一推论符合克拉通的热-化学侵蚀破坏模型.山西断陷带上地幔顶部速度异常形态较好的对应了研究区的地质构造,Pn快波速方向与地质构造的展布方向和SKS波各向异性的特征基本一致,说明变形形式以简单剪切为主,表明其形成和演化过程与上地幔物质运移过程有密切关系.     

郯庐断裂带中南段及邻区Pn波速度结构与各向异性

郯庐断裂带是一条纵贯我国大陆东部NNE走向的巨型深断裂,其中南段及邻区(115°E-122°E,29°N-38°N)跨越了华北断块区、扬子断块区和华南褶皱系三大一级构造单元,由于其重要性和复杂性,长期以来一直是地学家们研究的热点.本文从国际地震中心(ISC)、中国地震台网及区域地震台网的地震观测报告中精心挑选出6381个Pn震相数据,用Pn波时间项层析成像法反演得到了郯庐断裂带中南段及邻区上地幔顶部Pn波速度结构和各向异性.结果显示,研究区上地幔顶部具有显著的横向非均匀性,相对于7.95 km·s-1的平均速度而言,Pn波速度值在7.68~8.24 km·s-1范围内变化.Pn波速度分布在郯庐断裂带中段和南段具有分段性:沿中段及周边存在一NE向低速异常带,低速可能是由于岩石圈的减薄和软流圈的高温物质沿郯庐带上涌导致;沿南段表现为一NNE向弱高波速异常带,作为高低速的边界带清晰地勾勒出了华北与扬子这两个不同块体,该边界在江苏域向华北地块NW方向凹进.Pn波速度各向异性的强弱与速度分布存在一定的相关性.总体上,如鲁西隆起及以南等低速区、茅山断裂附近的高低速过渡带,其速度各向异性较为强烈;而在具有高速异常的苏北盆地、合肥盆地等稳定区域下方其各向异性较弱.本文通过Pn波震相基本未能探测到郯庐断裂带中段的方位各向异性,推测是上地幔顶部被"冻结"下来的各向异性痕迹被软流圈热物质上涌这一强烈构造运动削弱所导致.南段具有与断裂伸展方向近乎平行的快波速方向.Pn波速度横向变化和强震活动存在一定关联.强震主要发生在Pn波低速异常区或高低速过渡带上.郯城8.5级地震震中位于中段和南段高低速过渡带,该区域也是速度横向变化最大的地方,最容易集中应力和产生应力差.     

郯庐断裂带及其邻区上地幔顶部Pn波速度与各向异性层析成像

本研究拾取了中国数字测震台网固定台站记录的2008-2016年2级以上地震事件中的27233条高质量Pn到时资料,反演得到了郯庐断裂带及其邻区上地幔顶部Pn波速度和各向异性结构模型.结果显示,研究区上地幔顶部Pn波速度结构存在强烈的横向不均匀性,速度异常形态与区域地质构造较为吻合.太行山造山带、鲁西隆起、大别造山带、苏鲁褶皱带、胶辽隆起和华北盆地南端等隆起区表现为低波速异常,而黄海北、南部盆地、渤海湾和华北盆地北部等凹陷区均为高波速异常.壳内强震主要发生在Pn低波速异常和高低波速异常的横向过渡地带,说明强震的发生与上地幔结构的横向变化之间存在有一定关联.郯庐断裂带两侧Pn波速度以郯城地震为界其东北侧和西南侧分别分布有与断裂带近平行的低波速异常条带,而西北侧和东南侧分别分布有高波速异常条带,各向异性快波方向近乎沿断裂带走向,可能由于上地幔热物质沿郯庐断裂带上涌形成低速异常后断裂带发生左旋平移运动所致.华北盆地内上地幔顶部Pn波速度结构和各向异性的明显变化,反映华北克拉通破坏过程中经历了地幔热物质上涌、莫霍面隆升以及岩石圈拆沉等复杂构造变形.

     

南海及邻近地区面波层析成像和S波速度结构

本文介绍由面波层析成像得到的南海和邻近地区地壳上地幔三维S波速度结构.研究区域介于100°E ~130°E和0°~30°N之间,南海位于区域中心,其北、西、南三面通过大陆架和陆坡分别与华南、印支和巽它地块相连,东面邻接台湾—菲律宾岛弧和西菲律宾海盆.由面波层析成像得到的速度结构横向变化与研究区内构造单元的划分基本相符,给出了各个单元的主要结构特征.(1)扬子地块具有厚而高速的岩石圈,华南褶皱带和印支地块具有活动陆块的结构特征,西菲律宾海盆表现为一个较老的稳定的海盆,而岛弧地带显示低速的岩石圈和俯冲板片引起的高速.(2)南海海盆岩石圈厚度60~70 km,横向变化不大,软流圈内低速不显著,整体上表现出一个已停止扩张的年轻海盆的结构特点.与东部中央海盆相比,西南次海盆的上地幔盖层速度和软流圈速度都较低.(3)在南海海盆周边的陆缘地区,岩石圈厚度变化较大,上地幔盖层和软流圈速度较低,明显低于海盆和外围的大陆地区.红河断裂带也表现类似现象,说明这些地区的岩石圈新生代以来经历了长期的构造作用.     

南海东北部东沙海域海水层反射特征分析

本文基于对南海东北部东沙海域近期采集的多道反射地震资料进行重新处理获得新的地震海洋学数据,分析了该海域内孤立波/内孤立波包、沙丘上方和陡坎附近特殊反射结构特征,从而提供了新的海水层与海底相互作用依据.研究结果表明,除之前已发表文章中地震海洋学资料显示存在的第一模态内孤立波/波包和沙丘上方常见的反射样式-披毛状发射外,地震海洋学资料上还发现了第二模态内孤立波、陡坎上方的上抬型波动反射结构样式.在新的地震海洋学数据中,第一模态内孤立波振幅均小于50 m,宽度上都小于5 km,单个内孤立波的最大振幅约为45 m.内孤立波包的内孤立波振幅都相对较小,均小于40 m,并且与之前不同的是,彼此之间振幅相差不大,没有明显的排列规律.此次地震海洋学数据记录到的第二模态内孤立波,形态较为完整,上层和下层反射的振幅相差不大,在30 m左右;中间层大约在水深130 m位置处,垂向结构的整体大小大于200 m.沙丘上方反射结构普遍存在弱反射层,可能是湍流边界层,并且存在特殊反射样式-披毛状反射.但并不是沙丘上方都存在披毛状反射样式,本文分析它出现在地震海洋学资料上可能是受测线与沙丘走向之间夹角的影响.陡坎区域...     

华南及南海北部地区瑞利面波层析成像

基于华南及周边地区106个宽频带地震台站多年记录的MS≥5.0中浅源地震事件, 开展瑞利面波层析成像和速度结构特征研究, 获得了华南大陆及南海北部地区10~100 s瑞利波群速度分布图像和典型剖面下方地壳上地幔速度结构, 为理解该地区构造演化和深部过程提供约束.考虑到实际地震射线的覆盖情况以及华南地区主要构造的主体展布特征, 本文同时采用传统的规则网格剖分和平行主要构造走向的非规则网格剖分方法, 分别进行分格频散反演, 开展了不同参数化方案对反演结果影响的对比分析研究.基于瑞利面波层析成像结果, 进行了典型剖面横波速度结构反演, 重建了华南地区由内陆至南海海域主要构造单元的壳幔横波速度结构.研究结果表明, 扬子和华夏块体地壳上地幔结构特征差异显著, 扬子块体地壳和岩石圈厚度均大于华夏地块, 且扬子块体上地幔顶部速度较华夏块体低, 岩石圈厚度在雪峰山造山带下方发生过渡和转换;南海北部陆缘和南海海盆上地幔速度较高且形态相对完整, 表现为非火山型大陆边缘和已停止扩张海盆的壳幔结构特征.     

Discussion on origin of Pn velocity variationin China and adjacent region

IntroductionInrecentyears,theresultsfromresearchesonwavevelocitystructureofuppermostmantleusingMohorefractionwavesindicatethattheclearlateralvelocityvariationandanisotropyexistintheuppermostmantle(Hearn,1996,1999;Mele,etal,1998;WANG,etal,2002).Astotheoriginofvelocitylateralvariation,thegeneralconsiderationisthatitmayberelatedtothemate-rialcomposition,pressureandtemperatureintheuppermostmantle(Hearn,1984,1999;Beghouletal,1993).Theseismicanisotropyoftheuppermostmantleisnowanestablishedfactan…