中国海城地震与地壳上地幔异常结构

通过海城及其邻区深部地球物理方法的综合探测,不仅揭示了海城地震区的地壳上地幔结构存在若干引人注目的异常,而且还发现震源分布与这些异常的某些特殊部位密切相关.本文论述了震源与异常的关系,并对其进行了解释.     

中国海城地震区地壳与上地幔构造特征的研究

研究表明,海城地震区地壳与上地幔构造特征可以归纳为如下四点:1.震区所处的辽南地区,其地壳是由高速与低速相间的成层介质组成,地壳与上地幔结构不论纵向和横向都是不均匀的,且被深大断裂切割为若干块体;2.本区地壳按其界面分布特征可分为上层地壳、中层地壳和下层地壳;3.本区地壳介质在纵向及横向上均存在明显的不均一性;4.海城地震震源区位于耿庄——海城上地幔局部隆起东侧的中层地壳上部。     

青藏高原地区地壳—上地幔结构与巨厚地壳的形成

基于在青藏高原地区所进行的地壳与上地幔的爆炸地震探测资料;雅鲁藏布江以南和以北两条近东西向纵剖面(长约1000km左右),近南北向纵剖面(长约1200km左右),通过计算与分析,给出了青藏高原地区地壳与上地幔结构、速度分布的综合立体剖面图,发现地壳中存在著两个低速层,雅鲁藏布江是一条近于陡立的略向南倾的深大断裂带。地壳结构不论在纵向与横向都是不均匀的,最后探讨了大陆板块碰撞与巨厚地壳的形成。     

中国西部地壳上地幔速度和Qβ结构

从穿越中国西部地区所有双台大圆路径中,选出Ｒａｙｌｅｉｇｈ波记录比较清晰且焦散效应相对较弱的３条双台大圆路径,计算出双台间地震面波相速度频散,群速度频散和随周期变化的衰减因子,进而反演出３条路径下地壳下地幔的平均Ｓ波速度和Ｑβ结构,对应于兰州－高和径,在约７２ｋｍ深度的上是幔中开始出现低速和Ｑβ层,在深度为６ｋｍ－２０ｋｍ的地壳中,存在一低Ｑβ层,而在其下２０ｋｍ～３４ｋｍ深度的地壳中存在一高Ｑβ夹层,对应于成都－乌鲁木齐路径,在约８６ｋｍ深度的上地幔中开始出现低速Ｑβ层,在１２１ｋｍ深度开始出现明显的低Ｑβ层,在深度为１９ｋｍ～３４ｋｍ的地壳中,存在一显著的高Ｑβ层,对应于高台一拉萨路径,在约８４ｋｍ深度的上地幔中开始出现低速和低Ｑβ层,在１５ｋｍ～２９ｋｍ深度的地壳中,存在一高Ｑβ夹层。     

新疆富蕴--库尔勒剖面地震层析图像与地壳上地幔的速度结构

利用在2002~2004年新疆天山地区富蕴—库尔勒布设的流动地震台,经过连续两年的观测所采集的数据,挑选远震P波到时数据,进行了地震层析反演处理,获得此剖面地震层析图像推断地壳上地幔的速度结构。反演结果表明,富蕴—库尔勒剖面上塔里木板块向北的推进相对于西部有所减弱,在西部表现强烈的造山作用,向东逐步减缓,在天山的底部不过100km上下。地震活动集中在此范围内。岩石圈物质移动方向发生变化部分向东推移,自然也降低了天山的隆升作用,从而造成天山西段和东段的差异。在本剖面范围内天山的Moho面结构复杂有重叠、斜插特征,深度最大在天山地区达80km,准噶尔盆地和本剖面范围内塔里木盆地北部Moho面深度为40~50km。     

喜马拉雅造山带的地壳上地幔结构——近震反射观测结果

2002-2005年完成了穿越喜马拉雅山的宽频地震探测,采用了沿剖面紧密排列的台站布置并获得了近震中的反射波资料,这对地壳和岩石圈内部速度界面的研究有重要意义.地震数据及研究结果表明,青藏高原的地震主要发生于上地壳范围内,高原莫霍面反射波的纵波PmP与横波SmS波至清晰可辨且有很强的能量,在跨越雅鲁藏布江时PmP和SmS均发生了错动,表现为北深南浅.在改则至鲁谷沿线所记录到的发生在拉萨地块的Fw21事件的地震数据中,拉萨地块内部的莫霍面反射波,尤其是SmS波至非常清晰连续,地壳纵波平均速度为Vp=6.3km/s,表明拉萨地块内部Moho面平坦、连续,不存在突起与错位.在此Moho面之前出现壳内较强反射界面,埋深45kin可能正是下地壳的顶界面.P208事件中PmP和SmS均清晰可见,然而在距震中450km及其以远地段存在两个清晰的震相PLt及SLt,并且其能量很强,可能是位于160km深处的岩石圈底界面的反映.根据对近震资料的分析研究,本文建立了该地区的地壳上地幔的结构模型.     

利用接收函数研究鄂尔多斯东缘地壳上地幔结构

       由1876个远震三分量P波地震图组成的数据集,取自布置于鄂尔多斯-太行山一线的宽频带流动台站。通过阵列反 卷积方法,得到地下界面响应的接收函数,并通过共转换点偏移叠加得到地下结构的图像。图像显示,从鄂尔多斯至渤海 湾盆地地壳厚度总体上逐渐变薄,Moho面总体呈小角度向西倾斜。鄂尔多斯块体中部地壳最厚,达到52 km,向东到鄂尔多 斯边缘,地壳厚度减小至43 km。太行山至渤海湾盆地地壳厚度从45 km减小至37 km。山西地堑下方Moho面上隆,和两边的 Moho面相比,抬升8~10 km,且其Moho面的上隆和新生代地堑的凹陷呈镜像关系。     

中国东北地壳结构的地震层析成像

中国东北地区自晚古生代晚期以来,受古亚洲洋、蒙古—鄂霍茨克洋、太平洋构造域的叠加作用,壳幔结构极为复杂。本文收集中国东北地区国家地震台网接收的100 980个P波和91 030个S波到时数据,采用地震走时层析成像方法获得了该地区地壳P波和S波速度结构,进而获得了泊松比结构,用以探讨复杂的地壳结构。成像结果显示：中国东北地区地壳地震波速度结构呈明显的横向不均匀性,不同构造单元和构造单元内部都存在不同程度的不均匀性。松辽盆地整体上浅层地壳以低速异常为主,尤其是S波速度,但部分区域分辨率较低,中下地壳存在较大范围高速异常,推测与太平洋俯冲、后撤导致的岩石圈拆沉和热物质上涌等动力学过程有关;北部的大兴安岭重力梯级带和长白山一线主要表现为低速异常,表明具有大范围的岩浆作用,广泛岩浆作用为固体矿产资源的形成提供热源或物源;长白山、五大连池等近代活动的火山下方部分地壳区域均表现了较强低地震波速度和高泊松比异常结构特征,表明仍存在活动的可能。     

上地幔流体和地幔岩结构

迄今,已经公认产于玄武岩中的橄榄岩包体,又称幔源包体,是来自上地幔的物质,是研究地幔岩的直接对象。     

论上地幔的磁性

本文从分析研究巨大的区域磁异常出发，通过反常计算及有关得出与原有的按地热增温律所得的居里面分布截然不同的结论，即Ｔｋｐ最大可能的成因来自上地幔的深部，从而建立了岩石圈综合磁模式。     

福建地区地壳上地幔S波速度结构与泊松比

        利用在福建地区布置的 12 个宽频带数字地震流动台站和 8 个固定台站记录的远震 P 波波形数据进行接收函数计算, 运用H-k 搜索叠加方法得到了研究区的平均地壳厚度H 与波速比k（=VP/VS）,并运用接收函数反演方法得到了 0~80 km 范 围内的地壳和上地幔 S 波速度结构。H-k 叠加结果表明,福建地区地壳厚度在 28.4~32.8 km 范围内,从内陆到沿海变薄, 从南到北变厚;沿着 NW-SE 方向,泊松比分布有分带特征,沿海地区泊松比高于内陆地区;同时表明,该地区地壳可分 为上、中、下地壳,地壳结构横向差异较明显,多个台站下方可发现壳内低速层,沿海地区上地幔顶部平均速度相对低, 可能暗示了深部存在热异常区域。     

中国西部布格重力异常特征和地壳密度结构

本文是以地学断面、反射/折射地震和宽频地震资料为地壳密度模型初始约束条件,沿西藏噶尔-新疆布尔津、西藏亚东-内蒙古额济纳旗、新疆阿尔泰-四川成都等3条剖面做布格重力异常反演计算,模拟出中国西部地壳密度结构.中国西部地壳密度结构特征在南北方向存在巨大差异.以西昆仑-阿尔金-祁连山近EW向重力梯度带为界,地壳密度结构可分为南北两个大的密度结构单元,南部地壳密度结构特征为低密度、厚地壳;北部地壳密度结构特征为高密度、薄地壳;中国西部地壳处于地壳均衡状态.地壳上地幔密度不均匀性特征在纵向和横向上都是很明显的.青藏高原内部软流圈具有低密度特征,低密度软流圈产生向上的浮力是青藏高原重要的隆升机制之一.     

福建省地壳——上地幔结构及深部构造背景的研究

本文主要根据区域、深部物探资料成果,结合地质特征,综合论述了与福建省地壳—上地幔及深部构造背景有关的重要基础地质问题:本省地壳可分为上、中、下三层,内有七个速度层,壳—幔分为七个电性层,据此建立了地壳—上地幔综合柱状图及圈层结构综合模式;省内断裂分为岩石圈、地壳、基底、盖层四种类型,最重要的断裂有七条,总结出本省构造格架具有东西分带、南北分块的特征;深部构造从东到西地幔具有陡坡带—坳陷带—缓隆带及岩石圈顶面具有深凹陷—狭窄隆起带—隆起的分区特点;提出松溪—长汀、滨海两条古俯冲带,将本省及邻区划分为武夷、戴云、台湾三个古板块及四个相应大地构造单元;提出在同安—莆田—带深凹陷上存在印支期古俯冲事件残迹,并探索了与其有关的四个大型推覆构造、三个环状构造,以及东部火山岩区存在古裂堑构造等;将省内花岗岩类成因划分为 I、S 及过渡型,探讨了它与深部构造及与板块活动关系等;论述了深部构造与内生金属矿床分布的关系,总结出了控制本省矿床形成的七种基本要素,圈出了三条主要成矿远景带及17个远景区,为今后进一步开展地勘工作提供了依据。     

西藏高原中南部地壳与上地幔导电性结构

根据2001年国土资源部"十五"青藏专项研究计划项目"西藏高原南部岩石圈电性结构的大地电磁研究"所完成的吉隆-措勤剖面(800线)以及2004年教育部重大项目"藏南雅鲁藏布江缝合带地区地壳三维电性结构及其构造地质学与动力学意义的研究"所完成的定日-措迈剖面(900线)超宽频带大地电磁测深数据,研究西藏高原中南部地壳及上地幔电性结构特征及雅鲁藏布江缝合带导电性结构特征:800线和900线上地壳范围内主要为高阻区,电阻率在200~3000Ω.m之间,顶面大范围出露,底面一般在15~20km深度处,整体上,高阻区底面由南向北逐渐加深,再向北又逐渐变浅,900线高阻体底界深达30km,而800线高阻体底界更深达38km;地下15~45km深度范围内存在一组电性梯度带,该电性梯度带之下存在一组硕大的高导层,其电阻率小于5Ω.m,高导层由规模不等且不连续的高导体构成.雅鲁藏布江以南的中地壳高导体,规模较小,厚度在10km左右,产状略向北倾;雅鲁藏布江以北的高导体,规模较大,厚度在30km左右,产状向北缓倾;相比之下,900线的高导体厚度较小,顶面深度较浅.通过对岩石电阻率影响因素的讨论,推测高导体的成因是部分熔融或含水流体,判断藏南巨厚的中、下地壳的物质状态是热的、软弱的、塑性的.     

南海东北部及其邻近地区地壳上地幔P波速度结构

利用中国地震台网和ISC台站记录的P波到时数据,采用球坐标系有限差分地震层析成像方法反演了南海东北部及其邻近地区壳幔三维P波速度结构,并分析了不同地质单元的构造差异及其深部特征。结果表明:南海东北部表现出陆架地区的岩石层特性,属于华南大陆向海区的延伸,岩石层厚度较大,现今不存在大规模的地幔热流活动,推测大陆边缘张裂作用仅限于地壳内部而没有延伸进入上地幔,具有非火山型大陆边缘的深部特点。中央海盆附近上地幔P波速度明显降低,与海盆下方地幔热流活动密切相关。不同的速度异常特征表明:华南大陆暨台湾地区属于欧亚大陆的正常地壳或是与菲律宾海板块相互作用产生的增厚型地壳,冲绳海槽则是弧后扩张产生的减薄型地壳。滨海断裂带作为华南大陆高速异常和南海北部高速异常的分界,代表了一定地质时期华南地块和南海地块的拼合边界。断裂附近的上地幔低速异常揭示了闽粤沿海岩浆作用的深层动力机制。吕宋岛弧、马尼拉海沟、东吕宋海槽的速度异常与其所处的特殊构造位置有密切的关系,清晰地反映出岛弧俯冲带的地壳结构差异;台湾南部至吕宋岛弧的上地幔低速异常揭示了两个重要火山链的深部构造特征,北吕宋海脊下方100 km深度的条带状高速异常有可能代表了俯冲下沉的岩石层板片。     

青藏高原及其邻区地壳上地幔S波速度结构

利用CDSN、IRIS、GEOSCOPE等台网33个数字台站及部分数字流动台的长周期面波资料,采用改进的Occam网格反演方法,在获得中国大陆及其邻近区域(5°~55°N,68°~150°E)1°×1°的7~184 s周期Rayleigh波群速度频散的基础上,进一步反演青藏高原及邻区(20°~40°N,75°~105°E)内每个经纬度节点介质的S波速度结构,获得了0~420 km深度地壳上地幔的三维速度分布.研究结果显示:青藏高原不但具有厚壳(60~70 km)和厚岩石圈(超过200 km),而且高原深部结构和速度分布存在明显的横向变化和分区特征.     

中国大陆地壳上地幔不均匀性与矿产资源预测

在充分收集、整理、综合研究中国大陆11条地学断面(简称GGT)、数十条其它地球物理剖面(地震剖面、大地热流、大地电磁测深等剖面)和覆盖中国大陆及邻区的剪切波三维速度结构资料的基础上,阐述了中国大陆及邻区地壳结构、岩石圈结构和软流圈结构,并对中国大陆矿产资源预测作了简单的讨论。中国岩石圈结构是在三种不同性质的软流圈基础上发展起来的,有明显的继承性。中国岩石圈结构在某种程度上与大地构造单元相吻合,说明地壳构造受到岩石圈的影响和制约。尤其在地震波垂向低速带上(地壳上地幔都表现为低速性质)是内生多金属矿带的良好产出环境。