利用面波频散与接收函数联合反演青藏高原东南缘地壳上地幔速度结构

青藏高原东南缘对于青藏高原的隆升、增厚和物质逃逸等问题有着重要的研究价值.本文对研究区内布设的大型流动地震台阵的观测记录进行处理,联合反演面波频散与接收函数数据,获得了地壳厚度、沉积层厚度分布情况以及地壳上地幔高精度S波速度结构.联合反演的结果表明：（1）研究区域内地壳厚度变化很大,从西北往东南方向地壳厚度逐渐变薄;（2）沉积层厚度与研究区内沉积盆地的分布情况较为一致;（3）在研究区中下地壳内由北向南呈条带状分布有两条主要的壳内低速体,其中一条从川西北次级块体向南延伸,穿过丽江断裂到达滇中次级块体下方,另一条低速体沿小江断裂分布,向南延伸到24°N左右,两条低速体在中地壳范围被四川盆地及峨眉山大火成岩省内带下方的高速异常所隔开.     

利用接收函数、背景噪声频散和Rayleigh波ZH振幅比联合反演青藏高原东北缘及周边地区地壳结构

本文对在青藏高原东北缘及邻近地区架设的571套宽频带流动地震台站记录到的连续波形数据进行处理,通过联合反演P波接收函数、背景噪声频散和Rayleigh波ZH振幅比,获得了研究区高分辨率三维地壳S波速度（V_S）结构.研究结果显示,松潘—甘孜块体和西秦岭造山带以及北祁连造山带下方15~40 km的深度范围内存在很显著的S波低速异常体.其中,松潘—甘孜块体和西秦岭造山带下方的低速异常体很可能与部分熔融有关,且造成部分熔融的原因除了剪切加热外,还有可能是软流圈物质上涌和地壳内部的放射生热.而北祁连造山带的低速异常体则可能由地表隆升和地壳增厚所造成.阿拉善块体内部分布有很多不太显著的低速异常体,这可能与阿拉善块体经历了复杂的构造变形有关.在银川—河套地堑下方20~35 km的深度范围内同样观测到了相对不太显著的低速异常体,这更可能与基性岩浆的底侵作用有关.

     

青藏高原东南缘地壳结构及云南鲁甸、景谷地震深部孕震环境

通过联合解释青藏高原东南缘地区Rayleigh波群速度频散和固定地震台站的远震接收函数,构建了青藏东南缘3维地壳剪切波速度模型。结果表明研究区地壳结构具有强烈的横向不均一性。该区地壳厚度变化强烈(30~65km),其总体趋势是东南浅、西北深。研究显示该区存在2个明显的壳内低速异常带,其中中地壳(15~20km)低速带主要分布在腾冲、川滇菱形块体内部;而25~40km深度范围的中、下地壳低速带主要出现在研究区的北部,而在四川盆地和研究区南部则普遍缺失。鲁甸地震所在地震带的上地壳表现为高速异常,中、下地壳范围内存在2个显著的壳内低速带。鲁甸地震主震及其多数余震分布在高速的上地壳之中。与之不同,景谷地震序列及其所在思茅-普洱地震带下方没有显著的壳内低速带的出现,但其上地壳则表现为S波低速异常,该上地壳低速异常可能与地壳强烈破碎及断层/微裂隙中的流体有关。     

面波频散与接收函数联合反演南北地震带北段壳幔速度结构

通过对南北地震带北段区域所布设的676个流动地震台站观测资料进行处理,联合反演面波频散与接收函数数据,获得了研究区内地壳厚度、沉积层厚度的分布情况以及地壳上地幔高分辨率S波速度结构成像结果.反演结果显示研究区地壳厚度从青藏高原东北缘向外总体逐渐变薄,秦岭造山带地壳厚度较同属青藏高原东北缘的北祁连块体明显减薄;鄂尔多斯盆地及河套盆地分布有非常厚的沉积层,阿拉善块体部分区域也有一定沉积层分布,沉积层与研究区内盆地位置较为一致;松潘—甘孜块体、北祁连造山带等青藏高原东北缘总体表现为S波低速异常;在中下地壳,松潘—甘孜块体下方的低速体比北祁连造山带下方的低速体S波速度值更小、分布深度更浅,更有可能对应于部分熔融的地壳;鄂尔多斯盆地在中下地壳以及上地幔内有着较大范围的高速异常一直延伸到120 km以下,而河套盆地地幔只在80 km以上部分有着高速异常的分布,此深度可能代表了河套盆地的岩石圈厚度,来自深部地幔的热物质上涌造成了该区域的岩石圈减薄;阿拉善块体在地壳和上地幔都表现出高低速共存的分布特征,暗示阿拉善块体西部岩石圈可能受青藏高原东北缘的挤压作用发生改造.

     

利用面波和接收函数联合反演滇西地区壳幔速度结构

考虑到面波频散对介质S波速度、接收函数对界面深度的各自敏感性优势,综合利用面波和接收函数资料实现联合反演,求取滇西地区壳幔速度结构. 本文利用适配滤波频时分析技术处理覆盖滇西地区的长周期面波资料,获得10.5～105.0s周期范围内的面波群速度频散,进而利用分格反演方法提取研究区内1°×1°网格纯路径频散;基于滇西地区宽频带三分量远震记录,经反褶积后得到台站下方的远震P波接收函数. 联立面波纯路径频散信息和接收函数资料建立系统方程,利用阻尼最小二乘法实现联合反演,从而获得滇西地区壳幔S波速度结构. 结果表明,滇西地区以红河断裂为界,东西两侧壳幔结构存在明显差异,断裂西侧约20km深度处存在一厚度为10km左右的低速层,而东侧并不明显;滇缅泰块体上的畹町、沧源一带属于上地幔低速区,而另一个地幔低速区则位于滇中块体上的康滇古隆起上,两处地幔低速区与大地高热流分布、强震活动具有较好的对应关系.     

用面波频散与远震接收函数联合反演对朝鲜半岛三维地壳成像

结合Cho等(2006b)的高频面波层析成像结果与朝鲜半岛80个点位上的远震P波接收函数,对朝鲜半岛南部的剪切波速度的三维变化进行了祥细的研究。这些接收函数是根据韩国气象局和韩国地球科学与矿产资源学院台网提供的高增益加速度、短周期和宽带数字数据集求出的。垂直剖面追踪了莫霍面深度的水平变化、近地表的低速度变化以及自地表速度到中地壳速度过渡带的厚度变化。根据获得的地壳结构提出了关于朝鲜半岛地壳演变的新观点。     

天山及其邻区地壳上地幔S波速度结构的接收函数与面波频散联合反演

根据天山及其邻近区域88个宽频带地震台站的接收函数和欧亚大陆的基阶瑞利波群速度图像, 联合反演了这些台站下的地壳上地幔一维S波速度结构. 在这些速度模型的基础上, 利用线性各向同性变差克里金空间插值技术得到了该区域的地壳上地幔三维S波速度模型. 通过在垂向不同深度上的切片和横向上剖面投影的方式, 显示和分析了天山及其邻区地壳上地幔的剪切波速度特性与构造特性之间的关系. 结果表明, 天山及其邻区的地壳结构垂向上分为上、 中、 下3层, 每层的界面大致位于20, 40和50 km, 并且这些界面的起伏随不同块体的构造差异而变化. 天山地区和塔里木盆地隆起区的上地壳表现为高速特征, 而沉积盆地大部分地区和山前坳陷区的上地壳则表现为低速特征. 东、 西天山之间下地壳存在的近南北向低速带以及上地幔高速盖层在深度上的差异均说明东、 西天山在构造活动和形变上有明显的差别, 这种差别可能是由于印度板块与欧亚大陆的碰撞对它们产生的不同影响而造成的.     

基于邻域算法的瑞利面波垂直-水平振幅比及频散曲线联合反演及应用

瑞利面波垂直-水平振幅比(或ZH振幅比)是一个随频率变化的函数,对于台站下方浅层地壳结构非常敏感,且具有和频散资料不同的深度敏感核,是传统频散反演方法的一个很好的补充,从而可以将基阶瑞利面波的ZH振幅比和面波频散数据联合起来更好地反演获得观测台站下方的速度结构.本文提出了基于邻域算法的面波频散曲线与ZH振幅比联合反演方法,我们进行了基于理论模型的模拟测试,证明了联合反演是一种更为可靠的反演方法,且能更好地约束浅层地壳结构.相比于频散曲线单独反演,联合反演不仅可以精确反演获得地壳的Vs结构,对分层地壳的Vp/Vs也能很好地约束.然后我们将联合反演算法应用于实际测量数据,获得了中国西南昆明台(KMI)下方更为准确的地壳横波速度结构及Vp/Vs模型.     

接收函数、面波与重力联合约束地壳厚度与波速比

提出了一种利用接收函数、面波频散和重力数据联合约束地壳厚度、v_P/v_S和平均P波速度的改进方法,并基于两种地壳模型对改进后的方法进行了验证。结果显示,改进后的方法不仅可以提高地壳厚度和波速比的估计精度,还能更准确地估计地壳平均P波速度。在此基础上,将该方法应用于华南地区两个固定台站的地壳结构分析,相关结果也证实了该方法在确定地壳结构中的可行性。     

利用双差层析成像方法反演青藏高原东南缘地壳速度结构

本文利用云南及周边区域地震台网2010—2016年记录到的近震资料,采用双差层析成像方法进行地震重定位并获得了青藏高原东南缘的三维地壳速度结构。结果显示:重定位后的震源位置精度得到明显提高,震源主要分布于20 km深度以上的中上地壳;地震分布与速度结构存在一定的相关性,大多数地震发生在中上地壳的低速异常区内以及高、低速异常区域之间;研究区上地壳速度结构存在明显的横向不均匀性,其速度异常与地表地形及地质特征密切相关;中下地壳分布着两条主要的低速带,一条沿着安宁河断裂、小江断裂分布在川滇菱形地块的东侧;另一条主要分布在川西北次级地块内,并穿过丽江断裂向南延伸,推测这两条低速带可能是青藏高原中下地壳物质向南逃逸的两条通道。      

青藏高原东北缘地壳S波速度结构与泊松比及其意义

利用甘肃地震台网16个台站记录的远震资料,采用最大熵谱反褶积方法,得到了各个台站的接收函数. 采用接收函数扫描法和线性反演方法对研究区的壳幔结构进行了研究,这两种接收函数方法得出的结果具有很好的一致性. 青藏高原东北缘地壳厚度变化剧烈,祁连块体为50～55 km、柴达木块体和河西走廊为45 km左右（合作台除外）,由北向南,Moho界面呈中央下凹的准对称状. 研究区地壳VP/VS介于1.66～1.85（σ=0.215～0.294,均值0.254）,其均值接近或略低于全球平均值;S波速度结构可见壳幔过渡带具有明显的突跳,结合其他地球物理学证据,推断该区可能不存在岩浆底侵作用和地壳部分熔融现象. 该区地壳VP/VS值与地壳厚度呈反相关关系,推断该区地壳的主要组成成分以中酸性岩石为主,其45～55 km厚的地壳可能主要是通过上地壳的叠置形成的.     

峨眉山大火成岩省地壳横波速度结构特征及其动力学意义

峨眉山大火成岩省是我国境内最早获得国际学术界广泛认可的大火成岩省,对于认识地幔柱形成与作用机理、生物与环境演化、资源富集与成矿机制等具有重要意义.本文利用峨眉山大火成岩省宽频带地震台阵（COMPASS-ELIP）以及云南、四川区域地震台网的部分台站资料,基于分格加权叠加策略实现接收函数和面波频散在信息来源和分辨尺度方面的协同;进而开展联合反演,重建了峨眉山大火成岩省关键剖面下方的地壳横波速度结构.研究结果显示：研究区地壳平均S波速度,沿剖面呈现自西向东先增大后减小的分带性,内带中、下地壳速度较高,尤其是下地壳存在明显的高速异常（V_S约3.8~4.2 km·s^-1）;丽江-小金河断裂带和水城-紫云断裂带的东西两侧,中上地壳存在低速层（V_S约3.3 km·s^-1）,尤其是水城-紫云断裂带东西两侧的中地壳低速层尤为明显.结合本文以及现有的系列研究结果,进一步确认内带中、下地壳高速对应二叠纪古地幔柱作用的遗迹,大规模岩浆的底侵和内侵,不仅改造了滇中块体的地壳结构和组分,而且也改变了地壳的流变强度,进而对现今青藏高原东南缘的深部过程产生了深远影响.

     

利用Rayleigh波相速度和群速度联合反演青藏高原东北缘S波速度结构

利用青藏高原东北缘地区固定和流动地震台网2007年8月到2012年1月期间记录的远震波形,运用小波变换频时分析方法分别测定了1216和653条周期从15到140 s的台站间基阶Rayleigh相速度和群速度频散曲线.通过对上述频散进行反演,重构了青藏高原东北缘分辨率高达0.5°×0.5°的2-D相速度和群速度分布图.然后通过对所提取到的每个格网点Rayleigh波相速度和群速度频散进行联合反演,得到了研究区下方一维S波速度结构.最后通过线性插值,得到了青藏高原东北缘下方地壳上地幔三维S波结构.结果表明,印度板块向北俯冲已经达到班公—怒江缝合带附近;在柴达木盆地北部祁连山下面我们发现了亚洲板块,且其没有表现出明显的向南俯冲的迹象;在两大板块中间,我们观测到延伸到250 km深度的低速异常,该低速异常可能是地幔物质底辟上涌现象造成的.     

利用接收函数和大地电磁数据联合反演南迦巴瓦构造结中部地区壳幔结构

利用2010年布设在西藏南迦巴瓦构造结的郎嘎、崩嘎、直白和拉格四个宽频地震台所观测到的近5个月的地震记录,采用时间域迭代反褶积技术处理得到接收函数,通过筛选多条相近震中距和反方位角的高质量接收函数求取其叠加平均.对大地电磁数据做Rhoplus分析处理得到视电阻率和相位曲线.利用单台接收函数和相同位置的大地电磁视电阻率和相位联合反演地下一维壳幔结构.联合反演采用遗传算法,并通过权衡图分析大地电磁和地震数据的兼容性.理论值和实测值的对比显示两种数据能同时得到较好拟合.联合反演结果表明:(1)中上地壳为9 km至14 km厚的高阻高速层覆盖于低阻低速层之上的结构,中地壳低阻低速层可能与深部流体和局部熔融共同作用有关.(2)下地壳存在最厚达20 km的高导的壳幔过渡层,波速在4 km/s左右;上地幔约130 km至150 km以下存在软流圈.(3)上地壳的高阻高速层解释为多雄拉组混合岩化角闪岩相变质岩,而直白台所显示的低阻低速层与高压麻粒岩的少量部分熔融有关,可能源于壳幔过渡带镁铁质岩石的相变或更深处幔源岩浆底侵作用的产物.     

利用接收函数和大地电磁数据联合反演南迦巴瓦构造结中部地区壳幔结构

利用2010年布设在西藏南迦巴瓦构造结的郎嘎、崩嘎、直白和拉格四个宽频地震台所观测到的近5个月的地震记录,采用时间域迭代反褶积技术处理得到接收函数,通过筛选多条相近震中距和反方位角的高质量接收函数求取其叠加平均.对大地电磁数据做Rhoplus分析处理得到视电阻率和相位曲线.利用单台接收函数和相同位置的大地电磁视电阻率和相位联合反演地下一维壳幔结构.联合反演采用遗传算法,并通过权衡图分析大地电磁和地震数据的兼容性.理论值和实测值的对比显示两种数据能同时得到较好拟合.联合反演结果表明:(1)中上地壳为9 km至14 km厚的高阻高速层覆盖于低阻低速层之上的结构,中地壳低阻低速层可能与深部流体和局部熔融共同作用有关.(2)下地壳存在最厚达20 km的高导的壳幔过渡层,波速在4 km/s左右;上地幔约130 km至150 km以下存在软流圈.(3)上地壳的高阻高速层解释为多雄拉组混合岩化角闪岩相变质岩,而直白台所显示的低阻低速层与高压麻粒岩的少量部分熔融有关,可能源于壳幔过渡带镁铁质岩石的相变或更深处幔源岩浆底侵作用的产物.