利用剪切波分裂研究内蒙古阿巴嘎地区上地幔各向异性

内蒙古阿巴嘎地区壳幔经历强烈变形,岩石圈变形机制尚不明确.利用布设在研究区的32个流动地震台站所记录到的远震剪切波数据,测量得到120对各向异性参数和113个无效分裂结果.结果表明,研究区快慢波延迟时间变化范围为0.4~1.4s,平均0.77±0.21s;各向异性快波方向变化范围为N101°E-N45°W.其中一组快波偏振方向为N82.0°E±12.3°,与区域内断裂走向平行,反映地幔矿物晶格定向排列;另一组快波方向集中位于华北克拉通内部,平均为N146.8°E±9.5°,平行于早白垩纪岩石圈伸展变形方向,推测由残留在岩石圈中的化石各向异性所引起.在研究区北部部分台站,只观测到无效分裂而没有观测到有效分裂结果,可能存在局部热地幔物质上涌.     

中亚造山带壳幔各向异性

中亚造山带是显生宙以来最大的陆売增生造山带,由前寒武纪微陆块、岛弧、蛇绿混杂岩带以及大陆边缘区等不同构造单元之间相互作用而成,是研究大陆动力学的理想场所。而介质变形的方向和大小可以通过地震各向异性反映出来。因此,开展中亚造山带壳幔各向异性研究有助于我们理解该区域岩石圈变形和深部地幔过程。本文利用新的地震观测数据,使用剪切波分裂方法,获取了研究区地壳及上地幔各向异性参数,并对地幔流特征进行了数值模拟,讨论了其可能的地球动力学含义。利用中国东北地区116个流动台站和31个固定台站平均观测时间2年以上的地震数据开展了SKS分裂研究,得到了377对各向异性参数。结果表明,大致以127°E为界,东西两部分各向异性特征差异明显。其中,西部地区各向异性快波偏振方向变化范围为N143?199°E,平均N169°E,与晚中生代岩石圈伸展方向一致;各向异性延迟时间平均值约为0.8s,主要为残留在岩石圈中的古老变形。而在研究区东部,各向异性方向比较杂乱,NNW-SSE朝向的各向异性被观测到,并伴随较大的延迟时间,可能与太平洋板块撕裂回撤而产生的地幔流动有关。此外,佳木斯地块被观测到了近W-E向的各向异性快波方向,可能与太平洋板块西向俯冲有关。利用位于蒙古地区105套流动地震台站数据开展了SKS分裂研究,测量到231对各向异性参数。结果表明,蒙古地区各向异性大致以蒙古主缝合线和华北克拉通北部边缘为界,从北到南划分为3个区域:在蒙古主缝合线以北,各向异性快波方向主要呈NW-SE向,范围从N118°E至N155°E,平均N134°E,延迟时间从0.6 s到2.4 s变化,平均值为(1.4±0.4)s,其中有6个台站各向异性程度十分强烈,可能与局部地幔流有关;蒙古主缝合线以南区域,各向异性快波偏振方向介于N44°E到N103°E之间,平均N81.4°E,基本与韧性走滑断层剪切方向一致,平均延迟时间为0.8 s,可能与断裂引起剪切作用有关;而在华北克拉通北部边缘区域,各向异性快波偏振方向骤变为NNW-SSE向,推测与岩石圈在早白垩纪的伸展构造有关,为残留在岩石圈内部的化石各向异性。肯特山以南和阿巴嘎火山地区,33个台站只测量到null结果,推测与地幔热物质上涌有关。使用蒙古中南部地区69套流动地震台站数据,对接收函数Pms震相进行分裂研究,获取了1 473对地壳各向异性参数。结果表明,蒙古中南部地壳各向异性分布不均匀,在54个台站得到了NE-SW向各向异性快波偏振方向,平均值为N58°E±16°,与最大水平主应力方向和区域内主要断层走向一致,说明这部分地壳各向异性的主要成因与上地壳流体填充的微裂隙有关。而NW-SE向各向异性快波偏振方向在53个台站被观测到,各向异性方向变化范围平均N132°E±16°,与研究区大部分SKS分裂快波方向具有较好的一致性,说明下地壳造岩矿物晶格定向排列是各向异性的主要成因。利用GPS和断层第四纪滑动速率数据,计算得到了地表速度场。在简单软流圈地幔流假设下,联合地表速度场和实际测量各向异性数据,模拟了蒙古地区地幔流运动速度,结果表明蒙古下方存着两种可能的地幔流形式:在HS3热点参考系下,地幔流方向为NW向,大小约为25 mm/a;而在NNR无旋参考系下,地幔流方向为NE向,大小约为16 mm/a。     

中国东北地区北部上地幔各向异性及其动力学意义

中国东北地区广泛发育新生代板内火山,晚中生代以来岩石圈遭受过多期拉张作用.作为中国唯一的深震孕育区,中国东北地区受到太平洋板块的西向俯冲,使得其成为研究岩石圈变形、板块俯冲和板内火山成因及其相互作用关系的天然实验室.通过分析架设在中国东北地区北部的147个流动和固定台站的SKS波形数据,共计得到了377对各向异性参数和251个无效分裂结果.结果表明,中国东北地区东西两侧具有不同的各向异性分布:西部地区各向异性方向变化范围为N143-199°E,平均N169°E,与晚中生代岩石圈伸展方向一致;其各向异性延迟时间平均值约为0.8s,说明来自地幔的各向异性比较微弱,主要由残留在岩石圈中的古老变形所引起.同时,在松辽盆地和佳木斯地块部分区域,观测到延迟时间较小的各向异性(~0.4s),可能是由于岩石圈的拆沉和热地幔物质的上涌侵蚀了保留在岩石圈的古老形变所致.在研究区东部,NNW-SSE朝向的各向异性被观测到,并伴随较大的延迟时间(大于1.0s),可能与太平洋板块撕裂回撤而产生的地幔流动有关.此外,近W-E方向的各向异性只在佳木斯地块被观测到,而太平洋板块在地幔过渡带中的俯冲可能是其产生的主要成因.     

贝加尔裂谷区地壳上地幔复杂的各向异性及其动力学意义

位于西伯利亚板块东南缘的贝加尔裂谷是最典型的大陆裂谷之一,其形成的动力机制与演化过程一直是地学界争论的焦点.本研究使用一种改进的横波分裂测量方法——全局最小切向能量法,对研究区宽频带固定台站ULN和TLY记录的SKS震相和接收函数PmS震相进行分裂测量,得到了裂谷地区地壳和上地幔的各向异性属性.ULN台的SKS分裂测量结果表明,台站下方存在双层各向异性结构,其中,上层的快波偏振方向为N74°E,快、慢波分裂时差为0.80 s,下层的快波偏振方向为N128°E,快、慢波分裂时差为0.80 s;PmS震相分裂测量结果表明,台站下方地壳内存在单层各向异性结构,其快波偏振方向为N77°E,与SKS分裂测量的上层各向异性的快波偏振方向相近,快、慢波分裂时差为0.26 s,这说明SKS分裂测量的上层各向异性同时包含了地壳和地幔岩石圈.对TLY台进行SKS分裂测量时发现,台站下方上地幔结构表现出横向非均匀性:当反方位角<90°时,快波偏振方向在N60°E左右,快、慢波分裂时差为1.27 s;当反方位角>90°时,快波偏振方向约为N120°E,快、慢波分裂时差为1.40 s;PmS震相分裂测量没有获得有效的结果,并且不同方位的PmS震相到时基本一致,说明TLY台下方地壳结构接近各向同性.根据分裂测量结果,结合贝加尔裂谷区的构造演化过程,得到以下结论:(1)ULN台双层各向异性的上层主要是岩石圈原始结构的反映,并且存在地壳与地幔岩石圈的一致性形变,而下层指示着现今软流圈地幔的流动;(2)由于刚性的西伯利亚克拉通的阻挡,地幔流动方向在克拉通南缘发生了偏转,在深部绕克拉通边缘流动,因此形成了TLY台下方上地幔结构的横向变化.     

蒙古中南部地区地壳各向异性及其动力学意义

利用蒙古中南部地区布设的69套宽频带数字地震仪2011年8月—2013年7月记录的远震事件,使用时间域反褶积方法提取接收函数,并挑选高质量Pms震相,通过改进的剪切波分裂方法对研究区地壳各向异性参数进行了研究,最终获取了1473对各向异性参数.经过统计分析,有48个台站可以归纳出两个方向的各向异性,11台站得到单个方向的各向异性,而剩余10个台站各向异性方向比较发散.结果显示,各向异性在蒙古中南部地壳中呈不均匀分布,有54个台站得到了NE-SW向各向异性,快波偏振方向平均值为N58°E±16°,与最大水平主应力σHmax方向和区域内主要断层走向一致,说明这部分地壳各向异性的主要成因存在于上地壳,可能与流体填充的微裂隙有关.而NW-SE向各向异性在53个台站被观测到,各向异性方向变化范围平均N132°E±16°,与研究区大部分SKS分裂快波方向具有较好的一致性,说明下地壳成岩矿物晶体定向排列是各向异性的主要成因.研究区地壳各向异性的分层特征总体上支持岩石圈受到NE-SW向挤压的动力学模型.     

青藏高原东南缘远震S波分裂:对地壳上地幔复杂变形的启示

利用位于青藏高原东南缘云南地区的中国地震科学探测台站(ChinArray)一期300多个宽频带流动台站记录到的XKS波形(包括SKS,SKKS,PKS)进行了S波分裂分析。XKS分裂结果最主要的特征是快波偏振方向(φ)在26~27°N附近,从北部的近N—S向突变为南部的近E—W向。研究区西部喜马拉雅东构造结附近的结果较好地反映了岩石层左旋剪切变形下发育的各向异性。26°N以南地区,快波分裂方向以E—W向为主,与中上地壳最大张应力的方向一致,表明云南地区整个岩石层都可能处于纯剪切变形环境。但是该区岩石层厚度不足80km,产生的XKS分裂快慢波时差(0.7s)仅能解释部分观测值(0.9~1.5s)。因此,软流层中的各向异性对于该地区的S波分裂结果(快波偏振方向为NW—SE和近E—W向)可能产生了重要的作用。一方面,NW—SE向快波偏振方向可能反映了缅甸块体的俯冲及其随后撤退引起的上地幔流动造成的各向异性。另一方面,伴随着高原构造演化发生的从青藏高原向中国东部的软流层物质流动,以及由于绝对板块运动造成的软流层顶部的剪切作用,将产生快波方向为近E—W向的各向异性。本研究结果为研究青藏高原东南缘不同深度的变形特征及其差异提供了重要的信息,尤其在研究青藏高原的构造抬升及其向东南缘的扩展方面产生了新的认识。     

青海地区S波分裂研究

本文利用国家地震台网及中国地震局“十五”期间在青海布设的30个宽频带地震台站记录到的远震波形数据,分别采用最小能量法和旋转相关法对SKS、SKKS和PKS波震相进行了偏振分析,计算了台站下方介质的各向异性分裂参数：快波的偏振方向（φ）和慢波延迟时间（δt）.本文研究结果表明,研究区多数台站下方的地震各向异性参数都表现出随方位角变化而变化的特征,可以用双层各向异性模型来解释.其中上层各向异性的快波偏振方向位于N65°E～N95°E之间,可能与中下地壳物质的流动有关;而下层各向异性的快波偏振方向位于N105°E～N135°E之间,可能为祁连块体NEE向的推移及导致的岩石圈缩短有关.此外,我们还发现,与周边的台站下方各向异性分裂参数相比,昆仑断裂附近两个台站GOM和DAW的各向异性特征急剧变化,其快波方向都与该断层近乎平行,这很可能暗示昆仑断裂已经切穿整个岩石圈;阿尔金断裂附近两个台站（LEH和HTG）无效分裂事件的方位分布与阿尔金断裂走向缺乏相关性,我们推测研究区内阿尔金断裂可能为地壳尺度的断裂.     

南北构造带北段上地幔各向异性特征

对布设在南北构造带北段的中国地震科学探测台阵项目二期674个宽频带流动台站和鄂尔多斯台阵21个宽频带流动台站记录的远震XKS(SKS、SKKS和PKS)波形资料作偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索法和"叠加"分析方法求得每一个台站的XKS波的快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,并结合该区域出版的122个固定台站的分裂结果,获得了南北构造带北段上地幔各向异性图像.快波方向分布显示青藏高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体西缘的快波方向主要表现为NW—SE方向,秦岭造山带的快波方向为近E—W方向,鄂尔多斯块体内部的快波方向在北部为近N—S方向,南部表现为近E—W方向.时间延迟分布来看,鄂尔多斯块体的时间延迟不仅明显小于其周缘地区,而且小于其他构造单元,特别是在高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体的交汇地区的时间延迟很大,反映了构造稳定单元的时间延迟小于构造活跃单元.通过比较快波方向的横波分裂测量值与地表变形场模拟的预测值,并结合研究区地质构造和岩石圈结构特征分析表明,在青藏高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体西缘各向异性主要由岩石圈变形引起,地表变形与地幔变形一致,地壳耦合于地幔,是一种垂直连贯变形模式;秦岭造山带的各向异性不仅来自于岩石圈,而且其岩石圈板块驱动的软流圈地幔流作用不可忽视;鄂尔多斯块体内部深浅变形不一致,具有弱的各向异性、厚的岩石圈和构造稳定的特征,我们认为其各向异性可能保留了古老克拉通的"化石"各向异性.     

喜马拉雅地区S波分裂研究

利用最小特征值法,分析了喜马拉雅地区56个台站的地震记录,其中有39个台站能观察到S波分裂,其平均分裂时间在08 s左右.沿台站GAIG-T0040 连线的东西两侧各向异性参数呈现明显的差别：其以西地区,约有一半的台站没有观测到S波分裂,快波方向主要为NW和NWW方向;以东地区台站的快波方向在MBT（主边界断裂）以南为NNE向,平均分裂时间为1.05 s;低喜马拉雅地区为NE和NEE向,平均分裂时间为0.72 s;而在特提斯喜马拉雅地区为N-S和NE向,平均分裂时间为0.68 s.综合其他研究结果,认为东西向各向异性参数的差异是由于印度块体向北推进时的横向不均匀性造成的,而南北向的变化与该地区构造单元的分布一致.     

用接收函数方法研究华北克拉通中部造山带及其邻域地壳方位各向异性

华北克拉通是中国东部的重要组成部分,近年来众多研究结果表明,华北克拉通东部在中生代以来发生了明显的岩石圈减薄和破坏.深部岩石圈破坏过程必然伴随地壳构造变形.因此,详细的地壳变形信息可为认识华北克拉通东部的破坏过程和方式提供基本观测依据.文章采用远震接收函数集约束地壳方位各向异性结构的方法,对华北克拉通198个流动地震台站的莫霍面Ps转换波进行谐波分析,获得了其中23个台站下方稳定可靠的地壳平均方位各向异性结构信息,并进一步分析判断了这些台站所在的渤海湾盆地边缘、阴山-燕山造山带及太行山地区的地壳变形特征.研究结果显示,华北克拉通中部造山带邻域台站下方地壳的S波快慢波分裂时间从0.05到0.68s不等,平均值为0.23s,说明在研究区域存在明显的地壳方位各向异性.分析认为,华北克拉通破坏峰期中国东部强烈的NW-SE向伸展变形事件对该区域地壳方位各向异性的贡献很大.除此以外,渤海湾盆地边缘台站下方近E-W向的快波方向,说明该区域可能还受到ENE-WSW方向的现今地壳最大水平主压应力场的作用;阴山-燕山构造带附近地壳各向异性特征还受到侏罗纪到早白垩世多期主要为N-S向的缩短变形运动的影响;太行山地区的台站分裂时间较大,快波方向呈现一致的NW-SE向,与远震SKS波分裂方法得到的快波方向的一致性较好,推测该区域地壳变形可能主要与晚中生代到新生代以来的岩石圈改造和上地幔物质底侵有关.     

内蒙古阿巴嘎地区地壳方位各向异性研究

本文利用架设在内蒙古阿巴嘎地区38个宽频带地震台站记录到的远震数据,通过拟合P波接收函数径向Pms转换波到时和叠加不同方位切向分量,确定了地壳各向异性参数.结果表明,大部分台站Pms延迟时间在0.35 s左右;而少数台站时差较大,推测可能受到索伦缝合带附近地壳残留倾斜界面影响.各向异性快波方向变化范围在N95°E到N180°E之间,平均为N130.6°E±19.1°,推测中下地壳矿物在ENE-WSW向区域主压应力作用下发生晶格定向排列可能是导致地壳各向异性的主要成因.研究区壳幔变形特征和机制不同,属于解耦变形.     

青藏高原东北缘壳幔各向异性研究:基于SKS和Pms震相分析

利用甘肃和青海两省固定宽频带地震台记录的远震波形资料,挑选高质量SKS震相,联合使用最小切向能量方法和旋转互相关方法获得230对高信噪比分裂参数;同时对接收函数中Pms震相随方位角的变化进行拟合,得到了24个台站的地壳各向异性分裂参数.整个区域SKS分裂快波方向均值为123°,Pms分裂快波方向均值为132°,且大部分区域SKS、Pms快波方向与地表构造走向相一致,说明青藏高原东北缘以岩石圈垂直连贯变形为主,地壳上地幔相互耦合.SKS、Pms分裂时差均值分别为1.0s和0.6s,显示地壳各向异性对于SKS分裂时差有较大贡献.昆仑断裂附近Pms、SKS分裂快波方向与昆仑断裂走向基本一致,说明昆仑断裂可能是岩石圈尺度深大断裂;而阿尔金断裂东缘二者快波方向显著差异意味着阿尔金断裂在东缘可能仅为地壳尺度的断裂.     

Backazimuthal Variations of Splitting Parameters of Teleseismic SKS Phases Observed at the Broadband Stations in Germany

—SKS phases observed at broadband stations in Germany show significant shear-wave splitting. We have analyzed SKS and SKKS phases for shear-wave splitting from 13 stations of the German Regional Seismic Network (GRSN), from 3 three-component stations of the Gräfenberg array (GRF) and from one Austrian station (SQTA). The data reveal strong differences in the splitting parameters (fast direction φ and delay time δt from a single event at various stations as well as variations at the individual stations for events with different backazimuths. The backazimuthal variations of the splitting parameters at some stations can be explained by two-layer anisotropy models with horizontal symmetry axes. The best resolved two-layer model is the GRA1 model (upper layer φ = 40°, δt = 1.15s; lower layer φ = 115°, δt = 1.95s). The upper layer can be attributed to the lithosphere. Because of the magnitude of the delay time of the upper layer, the lower layer must lie within the asthenosphere. At other stations splitting parameters are consistent with an anisotropic one-layer model for the upper mantle. Stations near the Bohemian Massif show fast directions near EW. Throughout NE Germany the directions are oriented NW/SE. The reason for this direction is probably the nearby Tornquist-Teisseyre line. The observed fast axes are subparallel to this prominent Transeuropean suture zone. At stations in southern Germany near the Alps we observed ENE/WSW directions. Below some stations we also found indications of inclined anisotropic layers.     

南北构造带南段上地幔各向异性特征

对布设在南北构造带南段的中国地震科学探测台阵项目一期350个宽频带流动台站和中国地震台网90个宽频带固定台站记录的远震XKS(SKS、SKKS和PKS)波形资料作偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索法和"叠加"分析方法求得每一个台站的XKS波的快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,获得了南北构造带南段上地幔各向异性图像.结果显示研究区的各向异性具有明显的南北分区特征,北部的快波方向为近N-S方向,而南部主要表现为近E-W方向,且北部的平均时间延迟小于南部.分析表明,具有厚岩石圈的北部的各向异性主要由岩石圈变形引起,是一种垂直连贯变形模式;具有薄岩石圈的南部的各向异性主要由软流圈地幔流引起,缅甸和巽达板片的后撤/回转作用产生了指向西南的软流圈地幔流,在岩石圈底部和软流圈之间产生了一个水平差异运动,产生了一个与简单剪切一致的软流圈变形结构,从而产生了南部观测的各向异性.     

Azimuthal anisotropy in lithosphere on the Chinese mainland from observations of SKS at CDSN

Ａｚｉｍｕｔｈａｌ　ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ　ｉｎ　ｌｉｔｈｏｓｐｈｅｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｍａｉｎｌａｎｄ　ｆｒｏｍ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＳＫＳ　ａｔ　ＣＤＳＮ（郑斯华）（高原）Ａｚｉｍｕｔｈａｌａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｉｎｌｉｔ...     

用面波方法研究上扬子克拉通壳幔速度结构

本文研究采用单台法和双台法提取了穿越上扬子的基阶面波相速度和群速度频散;通过对提取的面波群速度和相速度频散进行联合反演,得到的1-D SV速度模型显示上扬子块体下地壳S波速度与典型克拉通区域相当,其上地幔顶部80~170 km深处存在高速的岩石圈盖层,较AK135模型要快2%~3%,其岩石圈厚度约为180 km.在上扬子地区,径向各向异性集中分布在300 km以浅的岩石圈与软流圈部分,其中岩石圈部分SH波比SV波波速要快2%~4%,软流圈部分SH波比SV波波速要快3%~5%;Rayleigh波相速度方位各向异性分析结果显示,上扬子块体周期为25~45 s（大致相当于30~70 km深度范围内）的Rayleigh波相速度存在1.8%~2.7%不等的方位各向异性,其快波方向介于147°~174°.我们认为上扬子块体径向各向异性集中分布在岩石圈、软流圈部分,且各向异性随深度变化, 其岩石圈部分各向异性为大陆克拉通化的遗迹,软流圈部分各向异性与现今板块运动相关.