青藏高原东北缘地壳地震各向异性研究进展

青藏高原东北缘是青藏块体与华北块体的接触前缘部位,是研究青藏高原隆升扩张和深部动力学问题的重要区域。本文收集了青藏高原东北缘及其邻区由不同方法和不同资料获得的地壳地震各向异性结果,介绍了中上地壳和全地壳各向异性特征;结合区域地质构造、地表运动、构造应力和深部结构,分析了研究区域地壳各向异性的区域分布特征及其与地质构造的关系。结果表明,青藏高原东北缘地震各向异性存在明显的横向区域差异性,体现区域深部构造和地壳介质变形的复杂性;上地壳与全地壳的垂向差异性,反映出该区域可能存在各向异性分层现象。由于青藏高原隆升在其东北缘的伸展边界、物质运移及深部动力模式等尚处在探讨之中,结合多种数据并综合多种方法分析,有助于获得精细、准确的地震各向异性信息,为研究青藏高原隆升演化机制和深部动力模式提供有效的约束。     

青藏高原东北缘地壳三维速度结构

本文用1980—2000年M≥1.5的2 032个天然地震事件的38 052个〖AKP-〗、〖AKS-〗、Pm、Sm、Pn和Sn震相到时及人工地震测深给出的Moho面形态资料,利用地震层析技术反演了32°~40°N, 100°~108°E区域内地壳地震波速度结构.从层析成像图象中可以得到,本区的地壳可分成4个层位.第1层（埋深约在0~3 km）为沉积层, 速度梯度约为0.2 s-1;第2层（埋深约在3~17 km）为上地壳, 其顶部速度梯度约为0.1 s-1, 下部速度横向变化较大且存在低速块体;第3层（埋深约在17~36 km）为中地壳, 速度梯度约为0.03 s-1;第4层（埋深约在36 km—Moho）为下地壳, 是一个契形层,总的趋势是西厚东薄,青藏高原较厚逐渐向鄂尔多斯地块和扬子准地台方向变薄,各处的地震波速度梯度不尽相同.     

汶川地震后青藏高原东北缘中等地震活动特征分析

汶川地震后青藏高原东北缘地区发生了多次M_L≥4.0地震,本文利用甘肃数字地震台网的资料,采用CAP方法计算得到了31次M_L≥4.0地震的震源机制解,并对结果进行分析与讨论。研究表明:受汶川地震的影响,青藏高原东北缘区域应力场的调整过程使得中等地震分区、丛集活动,地震类型表现出明显的区域特征。31次中等地震的最大主应力方位显示,祁连山地震带优势方向为NE向,甘东南地区近EW向,表明区域应力场呈现局部性的特征。     

青藏高原东北缘地质构造背景及地壳结构研究

利用地质和人工地震测深剖面资料,研究了青藏高原东北缘的地质构造背景、地壳结构和莫霍面形态．主要结果是：① 给出了青藏高原东北缘的大地构造分区和主要深大断裂的特征;② 主要利用人工地震测深资料得到莫霍面的基本特征;③ 地表断裂与莫霍面的某些特征有较好的对应关系,这种复杂的地壳结构可能是强烈地震的孕育环境．     

青藏高原东北缘地壳各向异性及其动力学意义

利用中国地震科学探测台阵项目二期（ChinaArray Ⅱ）81个台站的地震数据,使用时间域反褶积方法提取接收函数,挑选满足要求的高质量Ps震相,通过改进的剪切波分裂计算方法获取了53个台站共130对高质量各向异性参数对.地壳各向异性分析指出,研究区东南部地区地壳各向异性方向为NWW向,与XKS各向异性方向、GPS速度场三者近平行关系,说明该地区在青藏高原向欧亚大陆增生的过程中是一个耦合的连贯变形过程;位于研究区中、北部地区的地壳各向异性方向表现为NEE-SWW或E-W方向,与GPS速度场方向一致,而与XKS结果的偏振方向大角度相交,说明该地区受到青藏高原下地壳塑性管道流的影响,可能存在壳幔解耦作用.

     

青藏高原东北缘地壳介质各向异性非均匀特征及其构造意义

本文利用径向和切向接收函数后方位角加权叠加方法分析了中国地震科学台阵探测项目二期资料, 确定了青藏高原东北缘海原断裂和西秦岭北缘断裂邻近区域地壳各向异性参数.结果显示, 研究区地壳各向异性快波方向表现出强烈的横向不均匀性, 快慢波延迟时间平均值为0.44 s; 快波方向受断裂带影响显著, 走滑断裂带附近快波方向和断层方向一致性较强, 逆冲断裂附近快波方向和断层方向差别较大或垂直; 晚中新世以来形成的海原断裂、香山—天景山断裂等多个走滑断裂附近地壳各向异性强度明显小于其他区域, 且形成时间更早的海原断裂方向和快波方向一致性更强.这种断裂附近各向异性强度和方向的分布特征也是该区域构造演化过程中逆冲断裂向走滑断裂转化的反映.陇中盆地快波各向异性结果复杂且没有明显规律性分布特征可能反映出该次级地块保留了较老构造过程中残存的化石各向异性.本研究结果表明东北缘地区高原扩展主要以连续流变模式为主, 在走滑断裂带附近存在局部侧向挤出, 但是侧向挤出影响的地壳变形范围较小.

     

青藏高原东北缘地壳上地幔速度结构的地震层析成像研究

本文收集了甘肃、青海、宁夏、陕西和四川台网的130个台站1980-2002年间记录的3 229个区域地震(Ms≥1.5)和168个远震资料,从55 024个区域地震震相中挑选出了51 210个最大走时残差为3.0s的震相,选取了2 651个远震震相.层析成像结果显示:(1)青藏高原东北缘地区下地壳存在大范围的P波速度低速异常,上地幔顶部多数地区平均P波速度为8.05 km/s左右,接近于大陆下方全球的Pn波平均速度8.1 km/s,使得莫霍间断面比较清晰,莫霍面反射波能量较强;(2)研究区内发生大震的震中大多位于深度图中10 km的低速区、30 km的高速区附近和50km的低速区附近,表明这些区带为孕震区;(3)青藏高原东北缘地区的主要断裂带均是逆冲兼走滑断裂,多数位于速度正负异常的过渡区上,且很可能是超壳断裂;(4)从张掖经海原、平凉再向南拐的弧形地带可能就是青藏高原的边缘地带;且预示着阿拉善地块有地台活化的迹象;(5)从层析成像结果中切出的二维速度扰动剖面与人工地震测深剖面吻合较好.     

青藏高原东北缘莫霍界面的三维空间构造特征

通过在青藏高原东北缘设计专门的三维地震观测系统而获得的莫霍界面反射波,利用三维反演方法反演重建了该区莫霍(M)界面的构造形态,得到了研究区M界面的三维构造图像和地壳深断裂的展布,研究区M界面总体上由东北向西南方向呈逐渐下倾趋势,而在不同的块体内部又具有不同的倾斜态势,反映了不同块体之间的差异和复杂程度的不同.鄂尔多斯块体M界面变化平缓,内部结构完整且坚硬;弧形构造区M界面的倾斜趋势发生了逆转,此现象可视为该区域在挤压、变形构造作用下M界面发生了明显的扭曲变形;秦祁块体M界面呈现出较陡的倾斜趋势,在本块东南端与弧形区结合部,M界面所显示出的局部隆起可视为地壳发生了强烈扭曲变形的迹象.综合二维、三维结果认为,特殊而复杂的构造变形环境,为海原8.6级大地震的孕育和发生提供了地质条件和深部背景.     

青藏高原东北缘地壳各向异性的构造含义

青藏高原东北缘记录了印度-欧亚大陆板块碰撞和汇聚的远场效应,且仍正处于侧向生长阶段.而地壳各向异性则反映了高原地壳的形变特征.为此,本文主要利用甘肃数字地震台网(2001年1月-2010年10月)波形记录资料,采用SAM方法进行剪切波分裂研究,得到青藏高原东北缘地壳各向异性的平均剪切波分裂参数及剩余地震各向异性参数,两个参数分别反映了区域构造和应力场特征及局部构造和局部断裂特征.研究结果表明:快剪切波2个优势偏振方向分别为NE47.72°±21.83°和121.65°±22.07°,慢剪切波平均时间延迟为2.63±1.31 ms·km-1.快剪切波平均偏振方向反映了该区域的水平主压应力方向,快剪切波偏振方向的第二优势取向揭示了NWW的局部构造意义,表明应力环境受本区NWW深大断裂带的影响.各个台站的剩余快剪切波偏振方向的优势取向与断裂走向一致,表明活动断裂控制着剩余快剪切波偏振方向.剩余慢剪切波时间延迟变化反映了断裂引起地震各向异性程度,形变具有区域特征.     

用接收函数方法反演青藏高原东北缘地壳结构

利用ASCENT计划于2007年布设在青藏高原东北缘的18个宽频带流动台站约一年的观测资料获得了2547个接收函数.使用H-?域的搜索算法,得到了14个台站下方的地壳厚度.对于数据质量较差的3个台站,通过Moho的Ps转换波的到时估算出地壳厚度值.计算结果表明,研究区的地壳结构复杂,Moho深度变化范围为40~60 km.海原断裂附近Moho模糊,而且较两侧明显地加深.秦祁地块由西向东Moho逐渐变浅,105°E以东,Moho平均深度约为45 km,以西则在50 km以上.结合面波研究结果推测,在105°E附近可能存在一个秦岭与祁连分界线.以Crust 2.0作为初始模型,把计算得到的地壳厚度值作为约束,用线性反演方法得到了15台站下方的S波速度结构.通过与研究区人工源地震测深结果比较,发现二者具有较好的一致性,表明反演结果可靠.综合分析认为:在青藏高原区,青藏高原与西秦岭过渡带和西秦岭北段均存在中下地壳低速层,推测它们可能与附近断裂和深部物质运移有关.从青藏高原内部到边缘,中下地壳速度逐渐升高.再结合研究区地壳的速度(尤其是低速层)的分布特点以及与地壳物质成分相关的泊松比的变化规律等综合分析,认为地壳流在青藏高原东北部的边缘地带可能不存在,地壳可能是通过在挤压方向上的缩短而加厚.     

汶川地震近震源区地形变短期前兆现象的解析

2008年汶川8.0级地震是我国自建国以来灾难最为严重的一次强地震, 有关震前该区域地壳变形情况引起许多学者的关注。 本文给出了沿龙门山地震带地倾斜及跨龙门山断裂断层水准剖面临震前变化的特征: 汶川地震前沿龙门山地震带分布的康定、 汶川及茂县台地倾斜无明短期显变化; 6个断层水准观测场地, 除耿达场地观测到较大幅度变化有争议外, 其他断层观测场震前均未观测到突出的短临前兆性异常变化。 本文分析了汶川地震前大区域地震活动性资料及震前沿南北地震带显著形变异常点分布特点, 探讨了汶川地震震中区域应变积累过程, 认为近震源区域无显著短期前兆变化现象很可能与震中区域介质所具有的高应变、 小变形性质有关。 另外, 也不排除地形变观测点所处的位置等有关因素。     

青藏高原东北缘主要断裂滑动速率及其动力学意义

本文利用青藏高原东北缘地区1991—2015年的GPS速度场资料, 基于弹性球面块体模型获得了区域活动断裂的滑动速率, 并讨论了断裂滑动速率分配的动力学意义。 反演结果表明, 青藏高原东北缘地区主要块体以北东向并兼顺时针旋转运动为主; 区域断裂平均闭锁深度为17 km; 另外, 各主要断裂滑动速率也不尽相同。 其中, 阿尔金断裂、 东昆仑断裂左旋走滑速率为10～12 mm/a, 祁连—海原断裂左旋走滑速率为3～5 mm/a, 鄂拉山断裂、 拉脊山断裂右旋走滑速率为1～3 mm/a。 阿尔金断裂、 祁连—海原断裂、 东昆仑断裂的走滑速率被其端部的山脉隆起和逆冲断裂所吸收和转换, 鄂拉山断裂和拉脊山断裂则起到了调节块体间运动平衡的作用。     

青藏高原东北缘合作—大井剖面地壳电性结构研究

青藏高原东北缘合作—大井剖面的大地电磁探测结果表明,该区域的电性结构呈明显的纵向分层、横向分块的特点,中下地壳普遍存在高导层.青藏高原东北缘西秦岭北缘断裂带、北祁连南缘断裂带、北祁连北缘断裂带(海原断裂带)及龙首山南缘断裂带等区域性断裂带在电性结构模型中均表现为电性梯度带或低阻异常带.电性结构的横向分区与构造上的地块划分有明显的一致性,各个地块的电性结构存在明显差异.西秦岭北缘断裂带作是一个大型的板块边界,但板块结合带附近没有明显逆冲或俯冲痕迹,可能主要以左旋走滑为主.北祁连地块向北仰冲与阿拉善地块向南俯冲边界可能不是海原断裂带,而是龙首山南缘断裂带.西秦岭造山带内的壳内高导层与青藏高原内部存在的高导层具有可对比性,可能是由于部分熔融与含盐水流体共同作用的结果.中祁连地块内的高导层可能是含盐水流体引起的.而北祁连与河西走廊过渡带内的高导层则可能是板块俯冲或仰冲的构造运动痕迹,也可能是由含盐水流体引起的.     

汶川地震前后青藏高原东北缘重力场动态变化研究

通过对青藏高原东北缘重力观测资料进行整体平差计算, 系统分析了该区重力场在汶川8.0级地震前后重力场的时空动态演化特征。 研究结果表明, 汶川地震的发生使青藏高原深部物质向北东运移, 且部分通道受鄂尔多斯陆块的阻隔, 青藏高原东北缘区域重力场出现大空间尺度的趋势性显著重力变化; 汶川地震后, 甘、 宁、 陕交界的六盘山断裂带与西秦岭北缘断裂带以及之间地区重力场出现显著的非均匀变化, 该地区受汶川大地震的影响显著。     

青藏块体东北缘近期GPS水平运动特征与汶川大震影响

利用青藏块体东北缘2004～2007年、2007～2009年GPS水平运动观测资料,分析地壳运动与活动断裂带构造变形演化特征以及汶川大震对活动断裂的影响。研究表明:祁连山—海原断裂带近期仍呈现与其构造活动背景一致的左旋挤压特性,观测结果未显示汶川大震对断裂有明显影响。而汶川大震对西秦岭构造区中东部、六盘山断裂中南段、秦岭北麓与渭河断裂的西段的影响相对显著,其中对西秦岭构造区中东部的大范围区域应变积累可能呈以增强为主的影响,其它断裂段近期可能呈以调整为主的状态特征。     

青藏高原东缘地应变演化特征

利用青藏高原东缘1999—2013年间多期GPS水平速率观测数据,基于多面函数拟合,计算球面坐标系下区域不同时期的面应变和最大剪应变,分析地应变的时空演化特征,结合不同时期发生的中强以上地震(MS6.0),研究期间大震分布与地应变时空演化特征的关系,主要结论如下:(1)青藏高原东缘面应变分布与地块有一定的对应关系,面应变的差异会在块体边界和内部形成不同的断层闭锁形式,与地震发生位置和震源机制有一定的关联;(2)区域最大剪应变的高值区对应于构造活动性较强的断裂带,这些断裂带鲜有地震发生;低值区对应于活动性较弱的断裂带,在区域地壳运动剧烈的背景下,在这些活动性相对较弱的断层上易形成应变能积累,因而会发生地震。区域绝大多数地震都发生在最大剪应变的低值区。     

2008年汶川MS8.0地震前定点形变高频异常特征的研究

本文以中国大陆西部定点形变观测资料作为研究对象, 采用S变换和超限率时频分析法对其进行了处理和分析。 研究结果表明: 在2008年汶川M_S8.0地震前, 距离震中600 km范围内的定点形变个别台站观测到高频异常, 异常持续时间较长; 距离震中300 km范围的个别台站临震高频异常非常显著; 并且不同的定点形变观测手段对高频信号的响应不同, 地倾斜测项临震前高频异常形态较地应变测项更为清晰灵敏。 同时S变换和超限率两种方法处理结果具有较好的一致性, 表明本文提取到的高频异常可信度较高。     

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.