中国上地幔剪切波速度结构的初步研究

本文通过合成SH波理论地震图的方法,利用SS-S走时和SS波波形资料,研究了我国上地幔剪切波速度结构。初步结果表明,我国大陆上地幔可以分成两个独立不同的速度结构模型:一是青藏高原;另一是中国大陆东部。两部分均存在剪切波低速层,但埋藏深度不同,高原部分是100km,东部地区是60km,两部分的差异大约在350km以下趋于消失。在405km和660km深处存在剪切波的速度间断面。400km以下青藏高原和中国大陆东部地区剪切波的速度结构与北美洲、北大西洋西部、欧洲、阿尔卑斯带地区的结构一致,说明在这几个地区上地幔剪切波速度结构的横向变化在400km以下很小。     

华南上地幔P波速度结构

通过拟合15°-30°内的长周期P波走时及波形资料,得到了华南地区上地幔P波速度结构模型SC.研究结果表明,在华南地区的上地幔内无低速层存在,在405km和660km深度处仃一级间断面存在,速度跳跃分别为5.7％和4.6％.通过与欧洲西部上地幔模型K8,欧洲西北部上地幔模型S8和西藏地区上地幔模型QX8比较,我们发现各个构造区P波速度的过渡区是一致,但间断面的绝对深度不一样.     

中国大陆及邻区上地幔P波各向异性结构

利用分布在中国大陆及邻近地区的213个地震台站记录到的远震P波走时数据和弱各向异性条件下P波速度扰动调和分析方法,研究了中国大陆上地幔P波各向异性结构.研究结果表明中国大陆西部上地幔变形主要受印度大陆俯冲的影响.印度大陆的P波快波方向总体为NNE方向,与绝对板块运动方向一致,这表明印度大陆上地幔流动方向与板块运动方向一致.青藏高原内部、东天山的P波快波方向与主压应力方向接近,而在青藏高原南缘、北缘及东北缘等块体边界地区P波快波方向与主压应力方向垂直.中国大陆东部上地幔变形主要受菲律宾板块和太平洋板块俯冲的影响.在扬子板块内部P波快波方向为SE方向,这与绝对板块的运动方向一致.华北地区的各向异性结构较为复杂,可能与华北克拉通裂解有关.中国大陆东北的东部平均方向为SE,而在兴安岭一侧为SSW方向,即平行于构造线方向.根据各向异性的倾角,中国大陆及邻区上地幔各向异性结构大体可分为三块:1)青藏新疆地区的各向异性倾角接近水平,推测该区形变力源主要为上地幔物质水平流动.2)南北带地区的各向异性倾角较大,特别是在青藏东缘地区的倾角约为40°,这可能是由于青藏向东挤出过程中受华南地块和鄂尔多斯地块的阻挡,在板块边界地区产生了垂直变形.3)中国东部地区各向异性结构较为复杂,在中国大陆东北部各向异性倾角接近水平,这可能是该区上地幔变形主要受太平洋板块俯冲的影响,而在太行山、大别-苏鲁地区各向异性倾角较大,这表明该区上地幔以垂直变形为主.     

用瑞利面波资料反演中国大陆东部地壳上地幔横波速度的三维构造

利用中国大陆东部21个台站的43条面波大圆路径上瑞利面波记录的双台资料,计算出双台间地震面波相速度频散,采用Tarantola概率反演的方法求得相速度频散曲线的分布,并由各处相速度频散曲线反演得到地壳上地幔的三维横波波速图像,进而得到中国东部地壳上地幔的S波速度结构.结果表明:我国大陆东部地壳厚度总体上呈东薄西厚的趋势,以105°E为界向西地壳厚度逐渐加深到55 km以上,其中有一个北东向的h形地壳厚度的坡度带.豫西及晋南地区为相对薄地壳的地区.大别山地区和泰山附近地区地壳变厚,但秦岭地区地壳不变厚.上地幔低速层上界面的深度在华北地区较浅,为80-90km,在鄂尔多斯、四川东部以及黔湘地区为120-130km.扬子地块东部及华南褶皱系中、东部上地幔顶部速度偏低使低速层的速度反差不明显.滇黔褶皱系的西部在200 km以内的上地幔中未出现低速层.     

天山地区岩石层及软流层的结构

将远震P波走时残差同区域工业爆破的P波走时相结合,得到了天山地区上地幔的速度结构图象。按照上地幔的性质,此区域可分为两个部分,其分界线位于Talasso-Fergana断层附近。断层东边区域的上地幔结构类似于裂谷带结构,由两个低速层夹一个高速层组成。其上地幔速度与地表起伏有明显的对应关系,这表明天山东部的隆起与上地幔的地热作用有关。而在天山西部,其上地幔具有一稳定地台的结构,而地壳收缩似乎是此地区这一部分的造山作用最可能的解释。岩石层变形方式的不同必然引起天山上述两部分边界上地壳岩石的相对右旋位移,沿Talasso-Fergana断层已观察到了这种概念模式的位移。     

中国东北地区地壳、上地幔速度结构及其对矿产能源形成的控制作用

中国东北地区处于古亚洲洋和滨太平洋构造域叠合部位,地质构造极其复杂.利用东北及华北地区部分台网所接收的近震及远震走时资料获得东北地区地壳与上地幔三维P波速度结构,成像分辨率在80 km左右.成像结果表明东北地区地壳与上地幔具有较强的横向不均匀性.P波速度异常走向大体呈北东向,与该区地表构造走向一致.5 km深度的速度异...     

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走时数据,通过反演获得一个新的沂沭断裂带及周边区域上地幔顶部Pn波速度结构及各向异性结构模型.结果显示,研究区域上地幔顶部Pn波速度结构存在显著的横向变化,华北盆地南端、太行山造山带、鲁西隆起、胶辽隆起表现为低速异常,华北盆地内部速度结构存在显著的横向不均匀性,其强高速异常表现出明显的分块现象.沂沭断裂带呈现明显的分段特征,其两侧速度结构存在明显差异,表明沂沭断裂带可能延深至上地幔顶部.强震多数发生在上地幔顶部具有高速和低速异常变化特征区域上方的地壳内,说明强震的孕育发生与上地幔顶部结构有关.太行山造山带、胶辽隆起区Pn波各向异性快波方向与地质构造的伸展方向趋于一致,但与SKS波分裂结果不同,说明在岩石圈形变一定深度范围可能存在局部解耦现象.南黄海盆地Pn波各向异性快波方向与...     

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.     

青藏高原东北缘地区Pn波速度的横向变化

搜集整理了中国国家地震台网和区域地震台网记录的Pn波到时资料，利用层析成像方法分析了青藏高原东北地区上地幔顶部P波速度及其各向异性的横向变化．结果表明，该地区Pn波的平均速度偏高，为8.09 km/s；构造上稳定的柴达木盆地下面，上地幔顶部Ｐ波速度较高，而构造上比较活跃的山西地堑地区波速则较低．1920年发生海原大地震的地区，上地幔顶部是Ｐ波速度偏低的地区．一个值得注意的结果是，与天山挤压带上地幔顶部Ｐ波速度偏低的情况不同，在青藏高原东北缘的祁连山现代挤压变形带地区，上地幔顶部是Ｐ波速度偏高的地区．鄂尔多斯地块下面，波速度不均一，存在高低速的变化．这与该地块四周皆有强地震活动、地块本身可能有整体的构造运动有关．      

东北地区Pn波速度结构研究

本文利用2000年1月至2011年2月黑龙江省地震台网的数字地震波形记录中2158条Pn波到时数据,并结合1985～2008年的中国地震年报数据中提取的10641条Pn波到时数据,反演了中国东北地区（东经110°—136°、北纬35°—55°）的Pn波速度结构,结果表明东北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：上地幔顶部Pn波速度低值区与中国东北地区火山活动区域有很好的一致性;松辽盆地地区Pn波速度显然高于其周边区域。东北地区强震大都发生在Pn波的速度低速带或速度过渡带,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。     

青藏高原东北缘-鄂尔多斯地壳上地幔地震层析成像研究

根据横跨青藏高原东北缘—鄂尔多斯地区的流动宽频带地震台阵和区域地震台网的走时数据,利用地震层析成像方法研究了该地区400km深度范围内地壳上地幔的P波速度结构. 结果表明：青藏高原东北缘—鄂尔多斯地区地壳上地幔结构呈明显的横向不均匀性. 这种不均匀性体现在不同块体之间,同时也存在于块体内部;青藏高原东北缘上地幔P波平均速度低,而鄂尔多斯地块的P波平均速度高,这与两个地块的地质构造活动特征相吻合. 在青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块之间的上地幔存在宽约200km的过渡带,该过渡带在地表的界限在兰州—海原之间,在上地幔表现为向东45°左右的倾斜条带,基本结构特征表现为高速与低速物质的混杂;青藏高原内部的柴达木地块平均速度偏低,而祁连地块的上地幔的平均速度偏高,两者相差约8髎;在泽库、兰州和海原地区的上地幔顶部有明显的低速体侵入特征.     

中国北部及蒙古地区上地幔P波速度结构的研究

利用CDSN以及境外的数字地震台网观测的宽频带体波波形资料,采用体波波形反演方法,对中国北部及蒙古地区的上地幔平均P波速度结构以及部分地区的横向不均匀性特征进行了研究．结果表明,该地区上地幔盖层的P波速度较低(约7.8～8.0 km/s),平均盖层厚度约60 km,在410和665 km附近存在速度跳跃分别为0.29和0.55 km/s左右的速度间断面．准噶尔盆地上地幔顶部P波速度约7.7 km/s．上地幔盖层具有较高的速度梯度(平均速度梯度>0.005 5/s)和较大的厚度(90～100 km),在140 km深处P波速度可达8.2 km/s左右．贝加尔湖附近上地幔盖层的平均P波速度介于8.0～8.05 km/s之间,上地幔盖层厚度约30 km．      

青藏高原东北缘上地幔多尺度层析成像

利用布设在青藏高原东北缘地区的甘肃宽频带地震台阵记录到的远震P波走时数据,采用小波域参数化和基于L1范数的稀疏约束反演算法的多尺度层析成像方法,得到了该地区400km深度范围内上地幔的P波速度结构.本文采用的多尺度层析成像方法可以自适应数据非均匀采样的情况,有效降低谱泄漏效应和反问题的多解性,明显提高解的分辨率和可靠性.层析成像结果表明青藏高原东北缘上地幔整体上显示为低速特征,扬子地块上地幔则显示为高速特征,两者之间上地幔存在清晰的块体边界带,该边界带位于东经104°—105°之间并且随深度的增加逐渐东移.该特征暗示了青藏高原上地幔物质向东扩张的机制,但在西秦岭上地幔顶部不存在物质运移的通道.青藏高原东北缘内部也具有明显的分区特征,松潘—甘孜地块上地幔P波速度整体呈低速特征,而柴达木地块的上地幔顶部具有相对高速特征,而在上地幔200km以下这两个地块间的差别逐渐减小.1654年天水地震和1879年武都地震都发生在扬子地块与青藏高原的碰撞交汇区,其震中下方上地幔显示为高低速转换结构.     

利用地震转换波探测地壳、上地幔构造试验

当远震P波通过地壳、上地幔速度界面时,除了产生PP型折射波,还产生一系列PS型折射转换波.这类PS转换波与初至P波之间的到时差,可用来测定地壳和上地幔构造. 转换波测深法首次在我国鲁西夏津-高唐地区和京西昌平地区进行了试验应用.为提高转换波震相识别的可靠性,在资料分析中采用了偏振滤波的方法.工作结果获得了上述两地区的深部构造剖面图.转换波法与爆炸地震法所得结果之对比表明,两者的主要界面基本一致.     

青藏高原瑞利波相速度与深部结构的横向变化

利用中美合作在青藏高原布设的11台 PASSCAL 宽频带数字地震仪记录到的瑞利面波资料,测得青藏高原内不同块体的瑞利面波相速度(周期为10——120s),并反演了不同路径的地壳上地幔 S 波速度结构,发现青藏高原 S 波速度结构的横向变化显著.亚东——安多裂谷带的面波频散与相邻的块体差异最大,温泉至日喀则路径的相速度比其它路径的相速度明显偏高.该路径的地壳平均速度为3.79km/s,比其它路径的地壳平均速度3.40——3.50km/s高得多.青藏高原内不同块体的地壳中均有低速层存在,但低速层的厚度和速度不尽相同.位于北部的松潘甘孜块体。其地壳较薄约为65km,Sn 速度为4.48km/s,而且在约120km 深处的上地幔中存在一厚度为60km,速度为4.15km/s 的上地幔低速层.其它路径的上地幔速度相近,均没有明显的上地幔低速层出现.羌塘块体与拉萨块体的瑞利波相速度和 S 波速度结构极为相似,上地幔顶部的速度较松潘甘孜块体略高.在青藏高原广大地区中,地壳的平均速度低,普遍存在地壳低速层;上地幔顶部的横波速度为4.50——4.65km/s,上地幔中或者没有低速层或者低速层埋藏较深.      

中国西部及邻区岩石圈S波速度结构面波层析成像

本文利用瑞利波群速度频散资料和层析成像方法,研究了中国西部及邻近区域(20°N—55°N,65°E—110°E)的岩石圈S波速度结构.结果表明这一地区存在三个以低速地壳/上地幔为特征的构造活动区域:西蒙古高原—贝加尔地区,青藏高原,印支地区.西蒙古高原岩石圈厚度约为80 km,上地幔低速层向下延伸至300 km深度,说明存在源自地幔深部的热流活动.缅甸弧后的上地幔低速层下至200 km深度,显然与印度板块向东俯冲引起俯冲板片上方的热/化学活动有关.青藏高原地壳厚达70 km,边缘地区厚度也在50 km以上并且具有很大的水平变化梯度,与高原平顶陡边的地形特征一致.中下地壳的平均S波速度明显低于正常大陆地壳,在中地壳20~40 km深度范围广泛存在速度逆转的低速层,这一低速层的展布范围与高原的范围相符.这些特征说明青藏高原中下地壳的变形是在印度板块的北向挤压下发生塑性增厚和侧向流动.地幔的速度结构呈现与地壳显著不同的特点.在高原主体和川滇西部地区上地幔顶部存在较大范围的低速,低速区范围随深度迅速减小;100 km以下滇西低速消失,150 km以下基本完全消失.青藏高原上地幔速度结构沿东西方向表现出显著的分段变化.在大约84°E以西的喀喇昆仑—帕米尔—兴都库什地区,印度板块的北向和亚洲板块的南向俯冲造成上地幔显著高速;84°E—94°E之间上地幔顶部速度较低,在大约150~220 km深度范围存在高速板片,有可能是俯冲的印度岩石圈,其前缘到达昆仑—巴颜喀拉之下;在喜马拉雅东构造结以北区域,存在显著的上地幔高速区,可能阻碍上地幔物质的东向运动.川滇西部岩石圈底界深度与扬子克拉通相似,约为180 km,但上地幔顶部速度较低.这些现象表明青藏高原岩石圈地幔的变形/运动方式可能与地壳有本质的区别.     

台湾地区的壳幔P波速度和Vp／Vs波速比结构研究

利用中国台湾地震台网1992-2004年间记录到的P波和S波到时数据,使用地震层析成像方法联合反演了台湾及邻近地区地壳上地幔的P波速度和Vp/Vs波速比结构。与已有结果相比,采用的球坐标系有限差分算法适合于地壳波速结构强烈不均匀的情况,能够提高走时计算和三维射线追踪的准确程度,而联合反演得到的P波速度、Vp/Vs波速比及其重新定位后的地震分布为揭示壳幔结构的横向变化和深部特征提供了更多约束。结果表明：在地壳浅表层,沉积盆地和造山带具有明显不同的波速特征,沉积盆地P波速度偏低、Vp/Vs波速比偏高,造山带P波速度偏高、Vp/Vs波速比偏低;台东纵谷作为欧亚大陆和菲律宾海板块的碰撞缝合带,Vp/Vs波速比明显偏高,并延伸至中、下地壳和上地幔,反映了岩石破裂、部分熔融和流体活动对壳幔深部物质的影响;台湾东北部琉球岛弧附近的P波速度、Vp/Vs波速比和重新定位后的地震分布勾画出了菲律宾海板块俯冲至欧亚大陆下方的形态,高速的海洋俯冲板片及板片上方P波低速和高Vp/Vs波速比的特征一直延伸至80km;沿着东西向的纵向波速剖面,地壳厚度在中央山脉东侧达到60km左右,并呈现向东倾的趋势,反映出欧亚大陆板块的向东俯冲和挤压使造山带中下地壳物质变形增厚。     

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。      

应用远震有限频率层析成像反演中国东北地区上地幔P波三维速度结构

选取黑龙江、 吉林、 辽宁、 内蒙古区域地震台网, 以及NECESSArray流动台阵记录的223个远震事件的波形资料, 采用多道互相关方法得到了22569个P波相对走时数据, 并计算了相应的走时灵敏度核, 应用有限频率层析成像反演得到中国东北地区上地幔600 km以上的P波三维速度结构模型, 利用检测板评估了反演结果的分辨率。 结果表明, 松辽盆地下方80~200 km的深度上呈主体的低速异常, 与这一地区上地幔浅部的高地温值和低密度的特征相互对应, 可能暗示了部分熔融的地幔。 南北重力梯度带两侧的速度结构明显不同, 这一差异可以延伸到200 km以下, 表明在中国东北地区南北重力梯度带有可能是一条上地幔内部结构的变化带, 或是深部结构的分界线。 长白山火山区下呈大范围的低速异常, 并可从上地幔浅部延伸到地幔转换带中, 推测此低速异常可能反映了地幔转换带内上涌的热物质, 上涌的原因则主要是受到太平洋板块俯冲运动的作用。     

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.