重庆及周边地区地壳各向异性研究

根据重庆及周边地区固定地震台站记录的远震资料提取了接收函数,并利用接收函数Pms相到时方差最小方法建立网格搜索,最终获得该区的地壳各向异性参数。结果表明:重庆及周边地区的地壳各向异性延迟时间为0.14～0.91 s,平均为0.4 s;快波偏振方向主要有NEE、NNW和NWW向,并且大部分台站快波方向与所在区域的主压应力方向明显不一致;重庆地区地壳各向异性具有横向不均匀性及分区特征,岩石圈形变特征主要来自地幔各向异性。     

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.     

秦岭及周边地区瑞雷波方位各向异性

除了使用前人提取的面波频散曲线外, 还从秦岭及周边地区布设的59个宽频流动地震台的数据和中国地震局及各省局台网的数据中筛选出的地震事件波形和台站间噪声互相关格林函数中提取瑞雷波群速度频散曲线. 利用二维面波层析成像反演获得了瑞雷波周期为10—50 s的各向同性群速度及方位各向异性分布. 结果显示： 周期为10 s的各向同性群速度和方位各向异性分布与各构造单元存在明显的对应关系; 周期为10—50 s的面波在四川盆地和鄂尔多斯盆地内的快波方向多为近NS向. 与前人研究结果不同的是, 本文得到的秦岭、 大巴山构造带周期为10—50 s的面波快波方向均与山脉走向近似平行, 且与SKS波分析得到的快波方向一致. 这表明秦岭和大巴山之下整个岩石圈的快波方向都与山脉走向平行, 预示着秦岭和大巴山整个地壳, 甚至岩石圈发生了类似的变形. 由于四川盆地和鄂尔多斯盆地面波快波方向与SKS波结果差别较大, 推测青藏高原隆升扩展对这两个盆地的地壳基本无影响, 但对其岩石圈上地幔却产生了重大影响.     

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.     

青藏高原东北缘上地幔各向异性研究

通过分析位于青藏高原东北缘的区域数字地震台网30个台站的远震SKS波形资料,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SKS快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,获得了青藏高原东北缘上地幔各向异性图像.从得到结果看,青藏高原东北缘的各向异性快波方向基本上呈NW-SE方向,并有一顺时针旋转趋势,快、慢波时间延迟是0.70～1.51 s.青藏高原东北缘的SKS快波偏振方向与区域内主要构造断裂走向基本一致;各向异性快波偏振方向变化与区域内最小平均主压应力方向变化相似,也与由GPS测量得到的速度场方向变化相似.研究表明青藏高原东北缘上地幔物质在区域构造应力场的作用下,发生了顺时针旋转的形变以至流动,使得上地幔中橄榄岩的晶格排列方向平行于物质形变或流动方向,上地幔变形和上覆地壳变形可能存在垂直连贯变形特征.     

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.

     

利用Pms波分裂研究青藏高原东南缘地壳各向异性及变形情况

通过分析青藏高原东南缘新部署的密集地震台阵的接收函数得到了该区域的地壳各向异性。所测量的接收函数Pms波的分裂时间分布在0.02~0.88s,平均分裂时间为0.28s,这远大于近震S波分裂得到的云南地区上地壳(15km以上)累积的分裂时间,表明研究区地壳各向异性主要来自中下地壳(15km以下)。各次级块体内的Pms波的快波偏振方向与主压应力方向基本一致,在一些大型走滑断裂带附近,如小江断裂带、红河断裂带和澜沧江断裂带,快波偏振方向与断裂带走向基本平行。分裂时间在小江断裂带两侧表现出东侧小,西侧大的特征。在块体内部,由于韧性的中下地壳发生差异运动,从而引起物质沿运动方向排列,产生各向异性。小江断裂带、红河断裂带和澜沧江断裂带附近地壳中分布的低速带、高泊松比和高热流表明断裂带下方可能存在部分熔融,因此在这些深的大走滑断裂带下方的各向异性快波方向沿着断裂带走向分布,主要是由于矿物和熔体在断裂带的走滑运动下发生定向排列引起,说明走滑运动控制着断裂带下方地壳的变形模式。对比Pms波与SKS波分裂模式,本文更倾向于认为研究区地壳与上地幔变形解耦。     

天山构造带地震各向异性及动力学机制研究进展

天山构造带及邻区的深部动力学机制是地球动力学研究的热点,而地震各向异性是区域构造深部动力学机制的一个重要性质。研究表明,天山构造带上地壳各向异性结果呈现区域性分区,受到构造带与断裂走向和区域应力影响;上地幔各向异性的结果认为快波偏振方向和构造带走向基本平行,但在伊塞克湖附近、塔里木盆地和准噶尔盆地挤压区域各向异性快波方向变化复杂,垂直方向上的变化可能由区域性双层各向异性引起,但局部复杂性原因有待进一步探讨。诸多研究支持天山构造带的地壳与上地幔垂直连贯变形机制。此外,地幔柱、软流圈变形、小尺度地幔对流等概念均被用来解释天山构造带的动力学背景,表明该地区的深部动力学机制非常复杂,需要更深入的探讨。     

加入多次波的长时窗接收函数主成分分析及其在张八岭构造带地壳分析中的应用

接收函数主成分分析方法可以有效地提取单台接收函数中蕴含的台站下方地壳结构和速度各向异性信息, 本文在原有理论基础上将该方法应用于加入了多次波的长时窗接收函数.通过位于郯庐断裂带张八岭构造带的滁州台和嘉山台的数据进行分析验证, 并估计了该地区地下结构和速度各向异性信息.测试结果表明: 相较于仅对Ps转换波的接收函数主成分分析研究, 扩大时窗范围、加入多次波后, 利用第二主成分重构的径向接收函数中信息更加丰富, 且更有利于对构造特征和速度各向异性进行约束.研究同时发现, 重构的接收函数在多次波的时窗内的稳定性更强.实际数据结果显示: 张八岭构造带东缘滁州台下方地壳底部具有倾向指北、向下倾斜不超过20°的构造特征, 壳内具有快轴方向近似平行于郯庐断裂带走向且不大于7%的速度各向异性.而嘉山台下的地壳横向结构变化幅度不大, 具有较弱的速度各向异性特征, 但沉积层底界面表现为近北东走向, 向东南下倾的构造特征.这种差异的地壳结构特征也指示出该构造带在演化过程中具有较高的非均一性.

     

腾冲地区近震S波分裂研究

本文利用布设在云南腾冲地区的15个固定和流动地震台站记录的近震波形数据,采用剪切波分裂分析方法得到了593对高质量的各向异性分裂参数.结果显示,腾冲火山区地震台站下方的近震各向异性的慢波延迟时间为0.02~0.37 s,平均延迟时间0.2 s.结合已有接收函数地壳各向异性研究结果,推测研究区地壳各向异性的主要贡献源自中上地壳.研究区不同台站的快波偏振方向变化很大,似乎反映了构造和区域应力场的共同作用.其中腾冲火山断裂西侧多数台站的快波偏振方向呈近N-S向,而东部多数台站的快速偏振方向呈NE-SW向,与区域主压应力方向一致,暗示研究区中上地壳各向异性主要是受主压应力引起定向排列的裂隙所致.基于近震走时得到的研究区平均V_P/V_S为1.68,推测腾冲火山区地壳应力场的局部变化可能与上地壳中富含气体的中酸性岩浆膨胀活动有关.另一方面,在腾冲火山区外围个别台站（MIZ、MZT）观测到了快波偏振方向与主压应力、已知断层等构造走向不一致的现象,暗示其各向异性是构造或构造和区域应力场共同作用的结果.

     

青藏高原东北缘甘东南地区地壳各向异性特征及构造意义

本文利用径向和切向接收函数确定地壳各向异性的方法,处理了布设在青藏高原东北缘甘东南地区、横跨西秦岭北缘等断裂的24个密集宽频带流动台站远震资料,得到了研究区地壳各向异性特征.结果显示,平均快波方向呈现NW-SE、NWW-SEE及NNW-SSE,平均分裂时间0.56 s.甘东南中部及北部地区快波方向与GPS速度方向、前人利用XKS波分裂获取的快波方向及该地区断层展布方向基本一致,说明该地区壳幔运动可能是耦合的.同时研究区南部少数台站快波方向呈现NNW-SSE,与断裂方向及GPS速度方向有一定夹角,表明台站下方壳幔运动可能是解耦的.全区快波方向自北向南由近E-W逐渐转变为NW-SE,最后变为NNW-SSE.据此推测地壳在该区的变形挤压有顺时针方向旋转的趋势,这与该区块体挤压应力方向一致.

     

青藏高原东南缘基于背景噪声的Rayleigh面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘地区是现今地壳形变和地震活动最强烈的地区之一,也是研究青藏高原现今变形机制和构造演化规律的重要区域.本研究使用云南区域地震台网的55个宽频带地震台站连续地震背景噪声数据,采用双台站互相关方法获得Rayleigh(瑞利)面波经验格林函数,提取相速度频散曲线,反演得到云南地区周期5~34s范围内方位各向异性分布图像.反演结果揭示:短周期(5~12s)Rayleigh面波快波优势方向与区域断裂走向有很好的一致性,快波方向随着断裂走向的变化而变化.周期16~26s快波优势方向与反映上地壳特性的5~12s图像总体图像相似,但细节略有不同.其中,滇中块体内易门断裂和滇中块体内东侧的普渡河断裂附近,各向异性快波方向从NS向NW方向旋转;易门断裂以西呈NW向.这反映了青藏高原物质东流和川滇块体受到青藏块体的南东向挤压作用.周期30~34s范围的各向异性,滇缅泰块体和印支块体,快波优势方向为NS和NNW向;而在滇中块体内部,各向异性快波方向呈顺时针旋转变化,可能与青藏高原物质向东逃逸有关.本文还开展了与体波各向异性的对比分析,通过与近震S波分裂、Pms转换波分裂和远震SKS、PKS和SKKS(以后简称为XKS)分裂的对比研究,发现随着周期的增大,得到的快波优势方向与XKS剪切波快波偏振方向趋向一致,与地壳快剪切波偏振方向呈一定夹角.本研究认为,青藏高原东南缘地区壳幔各向异性具有不同的特征和形成机制.     

喜马拉雅东构造结及周边地区地壳各向异性特征

利用喜马拉雅东构造结及周边地区的48个宽频带地震台站记录的远震波形数据,通过Pms波分裂测量得到了295对地壳各向异性横波分裂参数,获得了研究区的地壳各向异性图像.喜马拉雅东构造结的快波偏振方向主要为NE-SW方向,周边地区的快波偏振方向呈现出绕东构造结顺时针旋转的趋势.Pms波分裂的慢波延迟时间范围为0.11~0.30 s,平均值为0.24 s.对比分析研究区内Pms波分裂、近震直达S波分裂和远震SKS波分裂的结果发现,上地壳各向异性对Pms波分裂影响有限,地壳各向异性主要来自于中下地壳矿物和熔体的定向排列;地壳各向异性对SKS波分裂影响较小,SKS波分裂主要反映了上地幔的各向异性特征;Pms波分裂的快波偏振方向与近震直达S波分裂和远震SKS波分裂的快波偏振方向表现出较好的一致性,并且与地表构造和变形特征具有较好的相关性,反映了喜马拉雅东构造结及周边地区的岩石圈变形可能为垂直连贯变形模式.

     

维西—乔后断裂带的深部变形机制与构造活动特征

维西—乔后断裂是滇西地区一条典型的活动断裂,沿该断裂历史上多次发生过中强震,周边地区地壳变形强烈.地震各向异性是了解地球内部变形方式的重要手段,Moho面P-to-S转换波（Pms）的到时为探测具有水平对称轴的地壳各向异性提供了一种有力的诊断工具.本文利用大理及周边地区的68个宽频地震台站记录的远震三分量波形提取P波接收函数,并从叠加的P波接收函数里拾取不同后方位角对应的Pms震相到时,用网格搜索方法拟合该到时以获取地壳各向异性参数.获得的59个Pms震相的分裂参数表明,Pms分裂时间在0.06±0.06 s到0.97±0.10 s之间,平均值为0.50±0.07 s.优势快波偏振方向为SE-NW,地壳变形总体受控于区域的走滑运动.然而,在漾濞县及周边地区,快波偏振方向变为SW-NE,本文认为这主要由下地壳软弱物质向西南流动所致,同时也是导致维西—乔后断裂南段表现出正断层活动特征的原因.

     

天山构造带及邻区地壳各向异性

天山构造带位于中国大陆西北部,是典型的岩石圈陆内缩短造山带.本文利用新疆区域数字地震台网2009年1月至2014年12月的近场小地震波形资料,采用剪切波分裂分析对天山构造带及邻区的地壳各向异性特征进行研究,获得了研究区域内39个台站的快剪切波偏振方向和慢剪切波时间延迟.剪切波分裂参数的空间特征显示,研究区上地壳各向异性具有分区性,各向异性特征与局部构造、地壳介质变形和应力分布有关.天山构造带的快剪切波偏振呈现出两个优势方向的特点,第一优势方向大致平行于台站附近断裂和天山构造带的走向,与断裂构造和应力的综合影响有关,另一个优势方向反映了主压应力的直接作用.北天山山前断裂带东段的断裂弯折部位和南天山局部地区的剪切波分裂参数与东、西两侧不同,与准噶尔盆地、塔里木盆地的南北向挤压作用密切相关.快剪切波偏振优势方向的剧烈变化揭示,在准噶尔盆地和塔里木盆地双向挤压隆起的过程中,天山构造带产生了强烈的局部不均匀变形.塔里木盆地西侧快剪切波偏振具有两个优势方向,一个为NNE方向,与帕米尔高原受到印度-欧亚板块碰撞产生的北向挤压作用有关,另一个为NW方向,指出了塔里木盆地区域主压应力方向.准噶尔盆地北部也存在NE和NW两个快波偏振优势方向,主要与断裂的影响有关.天山构造带区域内的慢剪切波时间延迟总体上低于塔里木盆地西侧和准噶尔盆地北部,同时慢剪切波时间延迟的结果也进一步证实了天山构造带的局部强烈变形.

     

青藏高原东南缘基于程函方程的面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘作为高原物质侧向挤出的前沿地带,是研究岩石圈变形机制、高原物质侧向逃逸和深部动力学等科学问题的关键地区之一.本文利用研究区内540个宽频带流动地震台站记录的远震面波资料,基于程函方程面波层析成像方法获得了青藏高原东南缘周期14~80 s瑞利面波相速度和方位各向异性分布图像.结果显示：14~20 s周期内,面波方位各向异性分布与断裂带的走向和最大主压应力的方向密切相关,可能受到了断裂带和区域构造应力场的共同作用.川滇菱形块体的北部次级块体及丽江—小金河断裂带附近随着面波周期的增加,各向异性快波方向从NS向逐步转变为NE-SW方向,并与断裂带大致平行,而其以南的攀枝花附近表现为高相速度和弱各向异性的特征.我们推测,在川滇菱形块体北部存在明显的下地壳流,流动方向与块体向南的挤出方向基本一致,该地壳流受到攀枝花附近的高速、高强度坚硬块体阻挡,其前缘向西南方向流动.川滇菱形块体中部地区由于坚硬块体的存在,下地壳没有明显的通道流.在红河断裂以西地区,30~60 s周期范围的面波各向异性快波方向和红河断裂大致平行,推测可能与渐新世至中新世早期印支地块向南东方向的挤出密切相关.研究区东北部,四川盆地南缘地壳各向异性以NE-SW和NEE-SWW向为主与SKS快波方向明显不同,推测主要与该地区地壳的早期构造变形有关同时也说明SKS各向异性主要来自上地幔介质;在研究区南部104°E以西的中长周期面波各向异性方向与SKS分裂研究获得的近EW快波方向基本一致,但在104°E以东地区面波各向异性较弱且快波方向与SKS的观测结果存在明显差异,我们推测东部SKS各向异性来源深度至少在150 km以下.

     

用接收函数Ps转换波研究地壳各向异性——以哀牢山—红河断裂带为例

倾斜界面与各向异性介质均可使接收函数的切向分量产生明显的能量.通过对不同模型的理论接收函数的研究,可以发现倾斜界面产生的接收函数切向分量与各向异性介质产生的接收函数切向分量具有显著的差异,主要表现在到时差与周期性上.利用各向异性和倾斜界面造成的切向分量不同的周期性,可以通过加权叠加的方法突出各向异性或倾斜界面的影响,并可对接收函数径向、切向分量进行波形互相关计算,获取各向异性分裂参数.通过对布设于红河断裂附近的4个三分量宽频带流动台站的接收函数莫霍面Ps震相的研究,获得红河断裂附近的地壳各向异性快波方向为132°,快慢波时间延迟为0.24s.地壳各向异性快波方向与红河断裂带构造走向一致,与上地幔各向异性的快波方向相差近90°,表明红河断裂地区地壳与上地幔构造可能存在解耦现象.     

汶川MS8.0地震:龙门山断裂两侧地壳各向异性的初步研究

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,分别采用波形互相关和加权叠加方法研究了地壳各向异性。作为初步结果,得到了龙门山断裂两侧4个宽频带流动台站的接收函数莫霍面Ps转换震相快波方向和分裂时间延迟。结果表明:1)波形互相关方法总体上优于方位加权叠加方法,它不但可以给出快波方位,而且可以给出快慢波的时间延迟;方位加权叠加方法测量结果存在不确定性,其原因在于难以确定介质各向异性对称轴的方位;同时采用上述2种不同方法研究地壳各向异性参数有助于判断测量结果的可靠性;2)四川盆地内快波偏振方位基本一致,表明四川盆地地壳整体性较好,横向非均匀变形较弱;3)以汶川地震主震的震中区为界,松潘-甘孜地块北侧快波偏振方位与龙门山断裂近于平行,表明在四川盆地坚硬地壳的阻挡作用下,龙门山断裂附近松潘-甘孜地块北侧可能存在中下地壳软弱物质沿断层向NE方向的扩张变形,而其南侧处于正向挤压的状态。该结果有助于解释汶川MS8.0地震的单侧破裂过程及其余震发育的特征     

青藏高原东缘强烈盆山相互作用区的地壳各向异性特征及其动力学意义探讨

基于横跨青藏高原东缘龙门山造山带的链式宽频带台阵数据,通过系统拾取28个台站观测到的147个远震事件所对应的Pms转换波分裂参数,获得了青藏高原东缘强烈盆山相互作用区不同构造域的地壳各向异性特征.结果表明,青藏高原东缘盆山相互作用区的地壳各向异性具有明显的分区性,松潘—甘孜地块的地壳各向异性强度(分裂时差约0.28 s)明显大于四川盆地(分裂时差约0.16 s);在快波偏振方向上,剖面西段阿坝次级块体与剖面东段四川盆地的快波方位基本一致,而在松潘—甘孜地块内部,沿剖面自西北至东南,即由阿坝次级块体至龙门山断裂带,快波偏振方位发生系统的顺时针旋转,由NNW(-24°)旋转至NNE(13°)并最终与龙门山造山带近乎平行,体现出盆山相互作用区不同块体在块体边界断裂协调或控制下的形变特征.