中国地壳与上地幔的地球物理探测

中国地壳与上地幔的地球物理探测对于全球板块构造和其动力系统的研究有着重要意义。本文论述了爆炸地震、大地电磁测深、重力测量、航空磁测等方面的研究结果和进展,最后提出了地壳与上地幔地球物理探测的任务与展望。     

东北地区地壳上地幔结构的探测与研究

本文简要综述了近30余年来在中国东北地区开展的重力资料反演、大地电磁测深、深地震测深、地震层析成像等深部地球物理探测与研究及其在该区取得的地壳上地幔结构研究成果。     

邢台震区地壳上地幔电性结构及其构造意义

用大地电磁测深（ＭＴ）方法在邢台地震区作了４条观测剖面，资料解释结果表明探测区地壳上地幔的电性结构主要特征为：震源区复杂，周边区简单；发震深度复杂，非发震深度简单；震源区电性突变，显示隐伏高角度断裂；高导层代表１０ｋｍ和２０ｋｍ深度的滑脱面；地幔上隆可能意味着地幔物质向上运移。这些观测结果对于了解测区构造背景、发震构造和深浅构造的关系有重要意义     

中国中部的地壳及上地幔构造

本文利用中国数字地震台网的资料,对昆仑山—柴达木盆地—秦岭—大别山纬向构造带的地壳及上地幔构造进行了研究。沿这一构造带沉积层平均厚度为8km,剪切波速度β=2.62km/s,壳内平均速度较低,为3.5km/s左右,在下地壳还存在低速层。地壳平均厚度为48km,自东而西相差不很大。上地慢低速层在70—90km深处开始出现。这种构造特征有别于地台和高原,具有块体间的过渡性质,表明这是中国地壳块体中的一个独立构造单元。     

昆仑山脉和喀喇昆仑山脉地区的地壳上地幔电性结构特征

本文简介从新疆叶城至西藏狮泉河的大地电磁测深剖面．它北起塔里木盆地,横跨昆仑山脉和喀喇昆仑山脉地区到冈底斯西段,全长８００余公里．探测结果表明,不同测点的地壳内部有的有两个低阻层,有的则只有一个低阻层,壳内第１低阻层的埋藏深度约１０－３５ｋｍ,第２低阻层的埋藏深度约３０－６５ｋｍ。在南昆仑缝合带以南,壳内低阻层的埋藏深度有从南向北不断加深的趋势;而在其以北的壳内低阻层的埋藏深度则与此相反．上地幔第１低阻层的埋藏深度约在１００－１５０ｋｍ之间,第２低阻层的埋藏深度约在３５０－５５０ｋｍ之间．     

张北-尚义地震区及其邻区地壳上地幔结构

对张北－尚义地震区及其邻区的深部结构的研究表明,张家口－蓬莱构造带与其两侧的山西裂谷系、华北裂谷盆地和燕山褶皱带相比,具有低阻性质,地壳内的速度界面及莫霍面的深度分布显示出明显的不同。以延怀盆地为界,把张家口－蓬莱构造带分成西北和东南两段。最新的大地电磁观测研究表明,张北－尚义地震区电性结构与周围有一定差别,壳内有一近北北西向构造,主震和绝大多数余震都发生在壳内低阻带以上     

昆仑山脉和喀喇昆仑山脉地区的地壳上地幔电性结构特征

本文简介从新疆叶城至西藏狮泉河的大地电磁测深剖面．它北起塔里木盆地，横跨昆仑山脉和喀喇昆仑山脉地区到冈底斯西段，全长８００余公里．探测结果表明，不同测点的地壳内部有的有两个低阻层，有的则只有一个低阻层，壳内第１低阻层的埋藏深度约１０－３５ｋｍ，第２低阻层的埋藏深度约３０－６５ｋｍ。在南昆仑缝合带以南，壳内低阻层的埋藏深度有从南向北不断加深的趋势；而在其以北的壳内低阻层的埋藏深度则与此相反．上地幔第１低阻层的埋藏深度约在１００－１５０ｋｍ之间，第２低阻层的埋藏深度约在３５０－５５０ｋｍ之间．     

我国西北部分地区地壳-上地幔电性横向变化特征与地震活动的关系

由50余个测点的大地电磁测深资料,讨论了该区的地壳-上地幔电性横向变化特征。按照上地幔第一低阻层顶面埋深,将测区划分为四类地区:浅埋深(55-90公里)、中浅埋深(90-110公里)、中深埋深(110-160公里)和深埋深(160-250公里)。讨论了本区六次大震例的深部电性背景。指出了上地幔顶部的梯度带地区、地壳内电性横向变化剧烈的地区和地壳内存在局部特殊增厚的低阻层地区将可以作为潜在震源区的深部电性判据之一     

河北廊坊-天津大港剖面地壳上地幔电性结构特征

在河北廊坊-天津大港一线部署了110 km的MT勘探剖面,通过资料远参考与Robust估算处理及反演解释,对剖面的构造维数及构造方向做了分析;揭示了冀中坳陷、沧县隆起、黄骅坳陷三个不同构造单元及边界接触关系;对地壳、上地幔电性构造层进行了划分和分析。MT成果显示岩石圈体现为纵向分层、横向分块的特征;沧东及大城断裂是区内重要的深大断裂,控制了隆起两侧坳陷的沉积和形成;断裂深部对应上地幔高导层的局部隆起,两侧存在中下地壳高导层的错动。     

中国地壳与上地幔结构的地球物理研究

地壳与上地幔是人类居住与获取各种资源、能源,改造和利用自然的重要场所,是地球科学的基础与生长点,六十年代以来发展迅猛。中国大陆、海域和过渡带地区的地壳和上地幔物理探索,在全球板块构造和驱动机制的研究具有特殊地位,文中分别就1)青藏高原地区的地壳结构,2)青海、甘肃地区地壳结构和地壳中的高速块层,3)中原地区的地壳与上地幔结构,4)京津及外围地区的地壳结构,5)隋县—南京—启东和隋县—安阳人工地震探测面的观测,6)利用面波和远震P波确定中国地壳和上地幔结构,7)中国地壳结构的基本轮廓等方面进行了讨论。     

中国大陆地壳上地幔电性特征

根据大地电磁测深调查结果，编制了中国大陆３０，９０，１５０ｋｍ三个深度的电阻率图以及壳内低阻层和上地幔低阻层的顶面深度图。在９０ｋｍ深度的电阻率图上发现了一个自松辽盆地直到扬子地台西南缘的北东－南西向巨大低阻异常带．１５０ｋｍ深度的电阻率图上显示出在低阻的背景上镶嵌着一些高阻块体．中国大陆的壳内低阻层深度国基本上反映了地温场的特征，壳内低阻层上隆区基本上对应于高地温区．中国大陆的上地幔低阻层深度变化大．最浅处仅５０－６０ｋｍ，大多位于构造活动地区；最深处达２００ｋｍ以上，大部分对应于稳定地区．中国大陆的上地幔低阻层平均深度为１００－１２０ｋｍ，东部浅，西部深。     

全球地壳、上地幔电导率经向分布特征

计算了对应于各个ＵＴ小时的２４个经度带的Ｓq地下感应场对外部施感场的响应函数,应用Ｓｃｈｍｕｃｋｅｒ＇ｓＡｐｐｒｏｘｉｍａｔｅＥｕｒｉｓｔｉｃ反演方法,计算了这些经度带的地下等效层及其电导率分布,得到了地壳－上地幔电导率经向分布的大致图案。对该结果的分析研究得出,全球电导率经向分布存在着极大的不均匀性,在０－４００ｋｍ深度范围内,太平洋和大西洋为低导区;欧亚大陆与美洲大陆为高导区。电导率分布特征与岩石层结构有明显的相关性：在俯冲带,低导区由海洋向大陆下插入;在大洋中脊表现为高导电性。反演结果与地震层析成像结果的比较表明,地下高电导区和低电导区的位置分别对应于地震波低速区和高速区。     

云南地壳和上地幔的岩石学结构

通过对地表出露变质岩、深部地震测深资料和高温高压岩石波速测试资料的综合分析 ,研究了云南地壳和上地幔岩石组成。结果表明 ,云南上、中、下地壳分别由绿片岩相 (顶部为沉积层 )、角闪岩相和麻粒岩相变质岩组成或分别由与之相当的花岗岩类、闪长岩类、辉长岩类组成 ,部分地区地壳底部有镁铁质榴辉岩存在。上地幔由橄榄岩组成 ,部分地区 (兰坪思茅坳陷和滇中坳陷 )壳幔过渡带可能由镁铁质榴辉岩和橄榄岩组成     

天山中部地壳及上地幔三维速度层析成像

应用新疆区域台网记录的地震资料,结合前人对新疆速度结构研究的结果作为初始模型,利用地震层析成像的方法反演了天山中部地壳及上地幔三维速度结构。三维图像结果显示：天山中部地区波速呈现出不均匀性,45km深度以上各层波速表现出高速性质,45km以下的区域波速却表现出低速性质;纬向剖面显示出0～40km深度范围内波速起伏较大,而40km深度以下速度相对稳定。     

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.     

南海中部地球物理特征与地壳结构

自20世纪50年代以来,南海地区的地质构造一直为地学界所关注.本文根据南海的地球物理场特征,讨论了南海中部的基底岩相类型,并将它划分为5个基底岩相区.在中央海盆,分析了高精度磁测异常和卫星测高重力资料,并使用海底扩张磁条带异常相关分析方法,鉴别出扩张脊、转换断层和各磁条带地层的年代,揭示出许多有意义的而过去显示不清楚的特征.进一步提取深部地球物理信息,包括磁性、密度、层速,以及一些界面的深度值,如基底面深度、居里面深度、莫霍面深度等,综合分析并探讨了南海中部的地壳深部地质.认为南海经历了长期地质演变形成了过渡性地壳结构.     

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.     

中国大陆地壳上地幔S波品质因子三维层析成像

根据欧亚大陆及西太平洋地区58个数字地震台站2861个长周期波形记录，从中挑选出符合条件的223对经过中国大陆的双台路径记录，采用相匹配滤波和频率域维纳滤波相结合的方法，计算出双台之间的混合路径衰减系数. 对中国大陆区域进行网格划分，通过网格化反演得到中国大陆区域每个网格单元的纯路径衰减系数. 根据速度和密度模型，对每个网格单元进行深度反演，得到10～350km的S波品质因子Qβ，进而得到整个中国大陆的S波品质因子分布. 结果显示：研究区域的Qβ横向和纵向变化非常显著，能够明显区分软流圈结构，各个大构造单元的Qβ结构呈现出显著的变化. 这为解释中国大陆区域地球内部介质性质和探讨地球动力学提供了丰富的信息.