2008年汶川Ms8.0级地震的深部构造环境——远震P波接收函数和布格重力异常的联合解释

对龙门山及其邻近地区20个宽频带地震台站的记录提取远震P波接收函数,并应用H-k叠加方法,求得每个台站下方的地壳厚度和波速比.以此为约束,进一步作接收函数反演,获得各个台站下方的S波速度结构.后龙门山与松潘-甘孜地块的地壳速度结构相似,而前龙门山的地壳速度结构则与四川盆地相似.由此说明,中央主断裂带是青藏高原东部与扬子地块之间主要的边界断裂.松潘甘孜地块至后龙门山中南部地区存在下地壳低速层,有利于中上地壳物质的滑脱作用.远震接收函数和布格重力异常的分析结果支持龙门山断裂带深部构造为滑脱-逆冲型的论断.在松潘-甘孜地块内可能具有双层的滑脱构造.上层滑脱发生在10~15km的深度上,该滑脱带表现为高温韧性滑脱剪切带.下层滑脱则发生在30km左右的深度上,其下方为青藏高原东部广泛存在的下地壳流.布格重力异常的分析表明,在中上地壳,四川盆地的密度较高,松潘-甘孜地块密度相对较低.龙门山断裂带位于密度较高的一侧,是松潘-甘孜地块向东南方的四川盆地逆冲的结果.在地壳下部,四川盆地为高P波速度和高密度区,表明地壳物质是坚硬的.松潘-甘孜块体是低S波速度和低密度区,表明物质比较软弱.高密度块体阻挡了青藏高原东部下地壳物质向四川盆地下方的流动.受印度板块往北运动的影响,青藏高原下地壳物质向东流动.中上地壳物质向东运动受到刚性强度较大的扬子地块的阻挡,在龙门山断裂带上产生应力集中,导致中央断裂带上应力突然释放,产生汶川Ms8.0级地震.     

利用宽角反射/折射地震剖面揭示芦山M_S7.0地震震区深部孕震环境

2013年4月芦山地震发生后,中国地震局迅速成立了芦山地震科学考察指挥部,要求查明芦山地震的深部构造环境和孕震背景.为此,中国地震局地球物理勘探中心于2013年9月至11月在芦山震源区布设了一条长约410km的人工地震高分辨宽角反射/折射探测剖面,获得了信噪比较高的人工地震探测数据,采用地震射线走时正演拟合构建了该区的地壳及上地幔二维P波速度结构模型,结果显示:扬子块体和松潘—甘孜块体显示出迥异的速度结构特征,地壳厚度由南向北逐渐加厚.沉积盖层在四川盆地厚达7.8km,而进入松潘—甘孜块体沉积层最薄处只有几百米厚,几乎出露地表;在中上地壳,扬子块体平均速度比松潘—甘孜块体高0.2km·s-1,在盆地与高原耦合部位(构造转换带)以北深度大约20km左右有一厚度为8.0km的软弱层(低速层),该层内的速度为5.80km·s-1,明显低于周围介质的平均速度6.00~6.10km·s-1;构造转换带内,震相显示紊乱、不清晰、不能连续对比,由地表至上地幔顶部壳内界面不连续、速度结构异常紊乱且呈现低速异常特征;在中下地壳,沿剖面速度呈现正梯度垂向增大变化;壳内界面在扬子块体内部起伏变化不大,但在构造转换带以北呈现急速加深的趋势,特别是Moho界面起伏变化较为明显,界面深度在距离50km范围内由扬子块体的36.2km迅速变化至松潘—甘孜块体下方的45.8km,形成一陡变带.芦山MS7.0级地震震源位置位于二维速度结构异常紊乱和界面起伏变化的地带,研究表明,壳内界面及速度结构差异、起伏变化的特征与该区域的地震活动性关系密切.     

2008年汶川Ms8．0级地震的深部构造环境——远震P波接收函数和布格重力异常的联合解释

对龙门山及其邻近地区20个宽频带地震台站的记录提取远震P波接收函数,并应用H-k叠加方法,求得每个台站下方的地壳厚度和波速比．以此为约束,进一步作接收函数反演,获得各个台站下方的s波速度结构．后龙门山与松潘-甘孜地块的地壳速度结构相似,而前龙门山的地壳速度结构则与四川盆地相似．由此说明,中央主断裂带是青藏高原东部与扬子地块之间主要的边界断裂．松潘甘孜地块至后龙门山中南部地区存在下地壳低速层,有利于中上地壳物质的滑脱作用．远震接收函数和布格重力异常的分析结果支持龙门山断裂带深部构造为滑脱-逆冲型的论断．在松潘-甘孜地块内可能具有双层的滑脱构造．上层滑脱发生在10—15km的深度上,该滑脱带表现为高温韧性滑脱剪切带．下层滑脱则发生在30km左右的深度上,其下方为青藏高原东部广泛存在的下地壳流．布格重力异常的分析表明,在中上地壳,四川盆地的密度较高,松潘．甘孜地块密度相对较低．龙门山断裂带位于密度较高的一侧,是松潘-甘孜地块向东南方的四川盆地逆冲的结果．在地壳下部,四川盆地为高P波速度和高密度区,表明地壳物质是坚硬的,松潘-甘孜块体是低s波速度和低密度区,表明物质比较软弱．高密度块体阻挡了青藏高原东部下地壳物质向四川盆地下方的流动．受印度板块往北运动的影响,青藏高原下地壳物质向东流动．中上地壳物质向东运动受到刚性强度较大的扬子地块的阻挡,在龙门山断裂带上产生应力集中,导致中央断裂带上应力突然释放,产生汶川Ms8．0级地震．     

汶川MS8.0地震：地壳上地幔S波速度结构的初步研究

2008年5月12日我国四川省汶川地区发生了震惊世界的M_S8.0地震.历史上,同类地震在大陆内部极为罕见.该地震深部构造背景的研究对理解其成因极为重要.本文利用中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室在川西地区布设的大规模密集流动宽频带地震台阵记录的远震P波波形数据和接收函数非线性反演方法,得到了沿北纬31°线的19个台站下方120 km深度范围内的S波速度结构及台站下方地壳的平均泊松比.该观测剖面穿越了主震区,总长度约为420 km. 我们的结果揭示了川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地三个不同地块构造差异.上述三个地块的地壳结构特征可以概括为：（1）四川盆地前陆壳幔界面向西侧倾斜并有较为明显的横向变形,地壳厚度存在46～52 km的横向变化,中下地壳S波速度存在横向变化,地壳平均泊松比值较高（0.28～0.31）,但在龙门山断裂带附近,显示了坚硬地壳的特征,地壳平均泊松比仅为0.2;（2）松潘-甘孜地块地壳厚度由西侧靠近鲜水河断裂的60 km,向东减薄为52 km,在14～50 km深度范围内存在S波速度2.75～3.15 km/s的楔状低速区,其厚度由西侧的～30 km向东逐渐减薄为～15 km,相应区域的地壳平均泊松比高达0.29～0.31; （3）鲜水河断裂西侧,川滇地块地壳结构相对简单,地壳厚度为58 km,并在26 km深度存在约10 km厚度的高速层,地壳内平均泊松比约为0.25;（4）汶川大震区在12～23 km深度上具有近乎4.0 km/s的S波高速结构,而其下方的地壳为低速结构,地壳平均泊松比0.31～0.32,汶川大震的余震序列主要分布在高速介质区域内. 本文的结果表明松潘-甘孜地块的地壳相对软弱;而且并不存在四川盆地向西侧的俯冲.我们认为在青藏高原东向挤压的长期作用下,四川盆地强硬地壳的阻挡作用可导致松潘-甘孜地块内部蓄积很大的应变能量以及上、下地壳在壳内低速层顶部边界的解耦,在龙门山断裂带附近形成上地壳的铲形逆冲推覆.汶川大地震及其邻近区域所具有的坚硬上地壳和四川盆地的阻挡作用为低应变率下的高强度应力积累创造了必要条件,而松潘-甘孜地块长期变形积累的高应变能构成了孕育汶川大地震的动力来源.     

新疆天山中段地壳和上地幔顶部P波速度结构研究

天山造山带一直以来是研究盆山耦合作用的理想场所,深入理解这一地区的壳幔结构对认识天山造山带深部动力学过程具有重要意义.本研究基于2009—2020年新疆区域数字地震台网固定台站、震后架设应急流动台站以及部分宽频带流动地震台站记录到的M_S≥1.5地震到时资料,采用双差地震层析成像方法反演获得了新疆天山中段精细的地壳和上地幔顶部三维P波速度结构和地震震源参数.结果显示：新疆天山中段具有复杂的深浅构造关系,地壳浅部及上地壳P波速度结构与地表地质构造密切相关,高速异常区对应于天山造山带,低速异常区对应于沉积盆地.研究区中东段中地壳和下地壳存在较大范围低速区,与两侧准噶尔盆地和塔里木盆地上地壳和中地壳低速区相连,且准噶尔盆地和塔里木盆地下地壳及上地幔顶部双向均向新疆天山中段下方倾斜.结合前人诸多研究成果推测,在南北向构造挤压作用下,塔里木盆地与准噶尔盆地双向向天山造山带壳幔岩石圈发生“层间插入与俯冲削减”.重定位后地震分布显示,地震震源深度优势范围为0～25 km,主要沿断裂带、盆山结合部以及不同块体接触部位分布,且与壳内低速体有较好的相关性.这些结果可能为研究新疆天山中段...     

汶川Ms8．0地震：地壳上地幔S波速度结构的初步研究

2008年5月12日我国四川省汶川地区发生了震惊世界的Ms8.0地震.历史上,同类地震在大陆内部极为罕见.该地震深部构造背景的研究对理解其成因极为重要.本文利用中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室在川西地区布设的大规模密集流动宽频带地震台阵记录的远震P波波形数据和接收函数非线性反演方法,得到了沿北纬31°线的19个台站下方120 km深度范围内的S泼速度结构及台站下方地壳的平均泊松比.该观测剖面穿越了主震区,总长度约为420 km.我们的结果揭示了川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地三个不同地块构造差异.上述三个地块的地壳结构特征口J以概括为:(1)四川盆地前陆壳幔界面向西侧倾斜井有较为明显的横向变肜,地壳厚度存在46～52 km的横向变化,中下地壳S波速度存在横向变化,地壳平均泊松比值较高(0.28～0.31),但在龙门山断裂带附近,显示了坚硬地壳的特征,地壳平均泊松比仪为0.2;(2)松潘-甘孜地块地壳厚度由西侧靠近鲜水河断裂的60 km,向东减薄为52 km,在14～50 km深度范围内存在S波速度2.75～3.15 km/s的楔状低速区,其厚度由西侧的～30 km向东逐渐减薄为～15 km,相应区域的地壳平均泊松比高达0.29～0.31;(3)鲜水河断裂西侧,川滇地块地壳结构相对简单,地壳厚度为58 km,并在26 km深度存在约10 km厚度的高速层,地壳内平均泊松比约为0.25;(4)汶川大震区在12～23 km深度上具有近乎4.0 km/s的S波高速结构,而其下方的地壳为低速结构,地壳平均泊松比0.31～0.32,汶川大震的余震序列主要分布在高速介质区域内.本文的结果表明松潘-甘孜地块的地壳相对软弱;而且并不仔在四川盆地向西侧的俯冲,我们认为在青藏高原东向挤压的长期作用下,四川盆地强硬地壳的阻挡作用可导致松潘-甘孜地块内部蓄积很大的应变能量以及上、下地壳存壳内低速层顶部边界的解耦,在龙门山断裂带附近形成上地壳的铲形逆冲推覆.汶川大地震及其邻近区域所具有的坚硬上地壳和四川盆地的阻挡作用为低应变率下的高慢度应力积累创造了必要条件,而松潘-甘孜地块长期变形积累的高应变能构成了孕育汶川大地震的动力来源.     

南北地震带岩石圈S波速度结构面波层析成像

本文利用天然地震面波记录和层析成像方法,研究了南北地震带及邻近区域的岩石圈S波速度结构和各向异性特征.结果表明南北地震带的东边界不但是地壳厚度剧变带,也是地壳速度的显著分界.其西侧中下地壳的S波速度显著低于东侧,强震大多发生在低速区内部和边界.青藏高原东缘中下地壳速度显著低于正常大陆地壳,在松潘甘孜地块和川滇地块西部大约25～45 km深度存在壳内低速层;这些低速特征与高原主体的低速区相连,有利于下地壳物质的侧向流动.地壳的各向异性图像与下地壳流动模式相符,即下地壳物质绕喜马拉雅东构造结运动,东向的运动遇到扬子坚硬地壳阻挡而变为向南和向北东的运动.面波层析成像结果支持青藏高原地壳运动的下地壳流动模型.南北地震带的岩石圈厚度与其东侧的扬子和鄂尔多斯地块相似但速度较低.川滇西部地块上地幔顶部(莫霍面至88 km左右)异常低速;松潘甘孜地块上地幔盖层中有低速夹层(约90～130 km深度).岩石圈上地幔的速度分布图像与地壳显著不同,在高原主体与川滇之间存在北北东向高速带,可能会阻挡地幔物质的东向运动.上地幔各向异性较弱且与地壳的分布图像显然不同.因此青藏高原岩石圈地幔的构造运动具有与地壳不同的模式,软弱的下地壳提供了壳幔运动解耦的条件.     

利用数字地震记录研究唐山震区台下的P、S波速度结构

直接采集数字地震记录的原始 P波、S波记录波形 ,与利用 Haskell矩阵传递方法得到的理论综合地震图进行对比 ,通过不断调整介质模型 ,最后得到台站下方的体波速度结构模型 ,此方法中得到的 S波速度结构不同于通过其他波形转换而来的结果 ,而是同 P波一样从原始波形拟合而来 ,同时获得地震台下方 P、S速度介质模型 ,这为我们讨论地下介质的性质提供了更多的信息。数字地震波形资料取自于唐山市遥测地震台网陡河和滦县的短周期地震记录 ,共选用了震中距范围为 30～ 60°、震源深度为 1 0 0～ 60 0 km的 5个不同地点的深源远震记录资料。结果表明 ,台站下方的纵波和横波速度分层结构相当吻合 ,说明拟合结果相当可靠。两个台站下的地壳厚度均为 38km,速度结构在 1 3km的低速层处出现差异 ,滦县的低速层比陡河要更厚一些。两个台站的地壳速度结构都是高低相同 ,而且陡河的高低差异较滦县更为显著。唐山震区滦县部分的震源比陡河附近的浅 ,而 1 976年唐山 7.8级地震发生在陡河附近 ,可见地震的发生与壳内低速层的差异幅度有关。从泊松比高值来看 ,地幔顶部存在低速层 ,该区域是地幔上隆区 ,可能有部分熔融     

芦山强震区上地壳速度和泊松比分布特征及其动力学意义

龙门山断裂带南段芦山地区先后发生了2013年芦山M_S7.0和2022年芦山M_S6.1地震,2次强震的孕育发生与所在区域深、浅地震构造环境、地壳物性结构参数密切相关。研究该区地壳浅部物性结构特征及其与深部动力学过程的映射关系对认识该区的孕震环境具有重要意义。因此,文中利用金川—芦山—乐山深地震测深剖面资料的P波、 S波初至波走时数据,采用二维射线追踪走时反演方法获取了沿剖面上地壳的精细P波、 S波速度和泊松比值。结果显示：剖面西北段松潘-甘孜块体的上地壳具有高P波、 S波速度和低泊松比的特征,而东南段的四川盆地上地壳具有低P波、 S波速度和高泊松比的特征。在松潘-甘孜块体和四川盆地之间的龙门山构造带,上地壳P波、 S波速度和泊松比等值线形态受区域构造活动控制,与地层产状基本一致,呈近直立趋势展布。龙门山构造带下方沉积基底表现出明显的结构差异,且速度和泊松比等值线形成“V”形特征。龙门山断裂带的上地壳速度、泊松比横向变化梯度大,可能是印度板块和欧亚板块碰撞的远程效应使得青藏高原东缘低泊松比地壳向坚硬的扬子地台(高泊松比)挤压,进而产生地壳垂向变形...     

利用远震P波层析成像研究巴颜喀拉地块东缘及邻区的深部结构

为了揭示巴颜喀拉地块东缘及邻区的壳幔速度结构差异,获取2017年九寨沟M_S7.0地震的深部构造背景,本文收集了2009年5月至2016年8月期间四川及邻区数字测震台网的203个地震台站所记录到的远震P波走时数据,应用有限频体波走时层析成像方法,反演得到了巴颜喀拉地块东缘及邻区50—600 km深度范围内的三维壳幔P波速度结构。反演结果表明:巴颜喀拉地块东缘及邻区的壳幔速度结构具有明显的横向不均匀性和分区特征,松潘—甘孜地槽褶皱系、西秦岭和祁连山褶皱系的整体速度异常较低,研究区东部具有克拉通性质的四川盆地西北缘和鄂尔多斯地块南缘则呈明显的高速异常。上地幔P波速度结构特征差异表明松潘—甘孜地块的抬升可能与地幔上涌有关,巴颜喀拉地块东缘九寨沟震区及周边50—250 km深度范围内的上地幔存在低速异常,在400—600 km地幔过渡带深度范围内表现为明显的高速异常特征。巴颜喀拉地块向东南方向运移受到东部高速、高强度的扬子克拉通地块对青藏高原物质东向挤出的强烈阻挡,而九寨沟震区处于松潘—甘孜地块重要的北东边界断裂交会处附近,应力容易在此集中,这些因素均可能是东昆仑断裂塔藏段与岷江断裂北段交会处附近发生九寨沟M_S7.0地震的深部动力学背景。      

Contribution to the knowledge of the magmatic evolution by the study of the variation of the coefficient of viscosity

The determination of the coefficient of viscosity of eruptive products gives useful elements to the knowledge of possible variations of composition and physical conditions of the magmas.     

Pictorial Series of the Manifestations of the Dynamics of the Earth

Studia Geophysica et Geodaetica -     

Magnetic stratigraphy of the Ordovician in the lower reach of the Kotuy River: the age of the Bysy-Yuryakh stratum and the rate of geomagnetic reversals on the eve of the superchron

Until recently, the existing data prevented the geophysicists from accurately dating the Bysy-Yuryakh stratum, which outcrops in the middle reach of the Kotuy River, constraining the time of its formation to a wide interval from the end of the Late Cambrian to the beginning of the Silurian. The obtained paleomagnetic data unambiguously correlate the Bysy-Yuryakh stratum to the Nyaian regional stage and constrain its formation, at least a considerable part of it, by the Tremadocian. This result perfectly agrees with the data on the Bysy-Yuryakh conodonts studied in this work and yields a spectacular example of the successful application of paleomagnetic studies in solving important tasks of stratigraphy and, correspondingly, petroleum geology. Within the Bysy-Yuryakh stratum, we revealed a large normal-polarity interval corresponding to the long (>1 Ma) period when the geomagnetic reversals were absent. This result, in combination with the data for the Tremadocian and Middle–Upper Cambrian sequences of the other regions, indicates that (1) the rate of occurrence of the geomagnetic reversals on the eve of the Ordovician Moyero superchron of reversed polarity was at most one reversal per Ma; (2) the superchron does not switch on instantaneously but is preceded by a certain gradual change in the operation conditions of the dynamo mechanism which, inter alia, manifests itself by the reduction of the frequency of geomagnetic reversals with the approach of the superchron. This finding supports the views according to which a process preparing the establishment of the superchrons takes place at the core–mantle boundary.     

Evolution of the Source of the Active Region of the Sun

Geomagnetism and Aeronomy - The magnetic evolution of the active region of the Sun at the level of the photosphere has been studied. Magnetic synoptic maps of the 2007 Kitt Peak Observatory were...     

On the solution of the reverse problem of geodesics with the help of the chord

Резюме Дается вывод формул для вычислений длины хорды, длины и азимутов нормаляных сечений и длины геодезической линии эллипсоида. Применяются тригонометрические функции данных величин и постоянные принятого ргфгргнц-эллипсоида, что является целесообразным при использовании вычислителQjных машин, особенно автоматов. Рабочие формулы рекомендуются в форме (8–11).

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Dedicated to Professor František Fiala on His 85th Birthday

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Address: Veveři 95, Brno.     

On the gravimetric undulations of the geoid and the deflections of the vertical

Summary The author mentions the aims of the World-wide gravity project he established in the Ohio State University in Columbus, in 1950. He outlines the practical procedure of the gravimetric computations of the undulationsN and the vertical deflection components and and emphasizes that only by the global international cooperation and additional gravity observations at sea carried out during the last decade it has been possible to gather to Columbus the needed gravity material. Since there exist still large gravimetrically unsurveyed areas it is of vital significance to study what gravity anomalies are best to be used for these regions. The given figures concerning the accuracy of theN, and , estimated theoretically and obtained in practice, indicate that in the gravimetrically well surveyed parts of the world like in Europe and the United States we can get gravimetrically on basis of existing gravity material theN-values with accuracy of about 5–10 meters, and and with the accuracy of about 1. The geoid undulationsN are already computed in Columbus for more than 6000 points of the northern hemisphere. The sample maps show the interesting geoid of Europe and vicinity between the latitudes 60° and 30° and longitude 5° W and 30° E, drafted on basis of more than 1000N-values computed at the corners of 1°×1° squares. It is interesting to realize that the geoid undulations in all this area are positive, the extreme values being between 40 and 50 meters. The geophysical significance of the geoid maps of this kind is pointed out.     

The effect of the pollution of the ground layer of the atmosphere on the albedo

Summary A simple model is proposed suitable for studying the effect of the ground layer of the atmosphere, polluted by aerosol, on the albedo. This model is founded on solving the equation of transfer of radiative energy. The numerical results are discussed, particular attention being paid to the analysis of errors due to neglecting the multiple reflection of solar radiation on the aerosol particles. A method which would also include the multiple reflection is proposed, and the conditions under which the presence of the aerosol is responsible for an increase or decrease of the solar radiation balance on the Earth's surface, are analysed.     

On the determination of the non-linearity of the gravimeter scale

Summary The results of two different methods of the determination of the non-linearity of the gravimeter scale are compared; the economy is discussed as well.     

On the maintenance of the axisymmetric part of the flow in the atmosphere

Summary The maintenance of the axisymmetric component of the flow in the atmosphere is investigated by means of a steady-state, quasi-geostrophic formulation of the meteorological equations. It is shown that the meridional variations in the time-averaged axisymmetric variables can be expressed as the sum of three contributions, one being due to the eddy heat transport, another to the eddy momentum transport, and a third to the convective-radiative equilibrium temperature which enters the problem through the specification of a Newtonian form of diabatic heating. The contributions by the large scale eddies are evaluated through the use of observed values for the eddy heat and momentum transports.The contributions from each of the three forcing mechanisms to the temperature and zonal wind fields are invstigated individually and found to be of about equal importance. The sum of the three contributions are also presented for the temperature, the zonal wind, the stream function associated with the mean meridional circulation and the corresponding vertical motion. Although the results fail to reproduce the main observed features of the lower stratosphere, they are found to be in good agreement with observations in the middle latitude troposphere. At any pressure level, for example, the computed mean zonal wind has a jet-like profile and the axis of the jet is found to slope to the south with height, as observed in the atmosphere.Based in part on a thesis submitted by the first author as partial fulfillment of the requirements for the Ph.D. degree at the University of Michigan. — Publication No. 194 from the Department of Meteorology and Oceanography, The University of Michigan.