印度板块下地壳北向俯冲与榴辉岩化的地震学证据:接收函数成像结果

印度地壳与岩石圈地幔的俯冲前缘和俯冲形态,对认识高原构造变形、隆升机制有重要意义.本文基于青藏高原西缘分布的流动宽频带地震台站（TW-80测线和Y2台网）记录的远震波形数据,通过接收函数H-κ网格搜索与CCP叠加方法,对研究区地壳结构进行成像.结果显示：（1）研究区西侧北西—南东向剖面（剖面1,2）,狮泉河逆冲断裂带以南,深度67~80 km范围内均观测到连续的Moho界面;40~55 km范围内存在另一组横向上可连续追踪的界面,其形态与之下Moho面横向变化趋势近乎平行;（2）研究区东侧剖面3下方,Moho面从南端喀喇昆仑断裂带下方向北逐渐加深,在雅鲁藏布江缝合带附近增至大约67 km,进入拉萨块体至台站WT20和WT03下方至最深75~80 km,然后向北有所抬升.基于成像结果和岩石学研究成果推测藏南块体下方,自西向东均存在俯冲印度板块下地壳的榴辉岩化现象,可以用来指示印度板块地壳尺度的俯冲前缘,其在青藏高原西部（约80°E）位于班公湖—怒江缝合带附近,向东逐步递减至拉萨块体中部.

     

利用接收函数反演青藏高原西部地壳S波速度结构

相对于宽阔的腹地,青藏高原西部南北向宽度仅约600 km,却记录了印度和欧亚板块汇聚的深部过程及其响应.本文用22台宽频带流动地震台站在西缘构建了一条南北向探测剖面(~80°E,TW-80试验).利用接收函数反演剖面下方S波速度结构,综合西部已有的宽频带探测结果,分析认为:印度板块向北俯冲可能已到达班公湖-怒江缝合带附近,俯冲过程中下地壳发生榴辉岩化;喀拉昆仑断裂带、班公湖-怒江缝合带、阿尔金断裂带均为切穿地壳的深断裂,莫霍面发生错断;喀拉昆仑断裂带和龙木错断裂带之间的中上地壳没有发现连续的S波低速体,说明可能缺乏解耦层,支持青藏高原西部地壳为整体缩短增厚模式.     

喜马拉雅及南藏的地壳俯冲带——地震学证据

地质学的证据表明 ,在喜马拉雅的冲断层带MCT和MBT处有大规模的地壳缩短 ;在雅鲁藏布缝合带附近也观测到冲断层 .但是 ,迄今还不知道这些冲断层向下俯冲多深 .我们根据地震学的证据 ,认为喜马拉雅及南藏的冲断层向下延伸至 80— 1 0 0km ,然后停止 .在MCT、MBT以及雅鲁藏布缝合带下面的冲断层与喜马拉雅以及南藏的多次地壳俯冲有密切关系 .这个现象为印度—欧亚的碰撞过程设定一个十分重要的框架 .该地区的地壳俯冲有一定深度 ,由于入侵的地壳太轻 ,使俯冲不能更深 ;此时由于印度板块的继续向北推进 ,在原俯冲带后方 ,出现另一个新的地壳俯冲带 .喜马拉雅与南藏的多重地壳俯冲与该地区地质活动的多幂性相吻合 .首先 ,在雅鲁藏布缝合带产生地壳俯冲 ,在到达 80— 1 0 0km处停止 .然后 ,在雅鲁藏布以南的MCT和MBT相继产生新的地壳俯冲 .它们也在 80— 1 0 0km的深处停止 .除了喜马拉雅和雅鲁藏布向北倾斜的地震带外 ,另外还观测到一个自地表从唐古拉山向南缓慢倾斜并到达雅鲁藏布地壳底部的地震带 .它可以解释为在唐古拉山附近的地壳向北仰冲 .喜马拉雅及南藏的多重地壳...     

喜马拉雅及南藏的地壳俯冲带——地震学证据

地质学的证据表明 ,在喜马拉雅的冲断层带MCT和MBT处有大规模的地壳缩短 ;在雅鲁藏布缝合带附近也观测到冲断层 .但是 ,迄今还不知道这些冲断层向下俯冲多深 .我们根据地震学的证据 ,认为喜马拉雅及南藏的冲断层向下延伸至 80- 1 0 0km ,然后停止 .在MCT、MBT以及雅鲁藏布缝合带下面的冲断层与喜马拉雅以及南藏的多次地壳俯冲有密切关系 .这个现象为印度-欧亚的碰撞过程设定一个十分重要的框架 .该地区的地壳俯冲有一定深度 ,由于入侵的地壳太轻 ,使俯冲不能更深 ;此时由于印度板块的继续向北推进 ,在原俯冲带后方 ,出现另一个新的地壳俯冲带 .喜马拉雅与南藏的多重地壳俯冲与该地区地质活动的多幂性相吻合 .首先 ,在雅鲁藏布缝合带产生地壳俯冲 ,在到达 80- 1 0 0km处停止 .然后 ,在雅鲁藏布以南的MCT和MBT相继产生新的地壳俯冲 .它们也在 80- 1 0 0km的深处停止 .除了喜马拉雅和雅鲁藏布向北倾斜的地震带外 ,另外还观测到一个自地表从唐古拉山向南缓慢倾斜并到达雅鲁藏布地壳底部的地震带 .它可以解释为在唐古拉山附近的地壳向北仰冲 .喜马拉雅及南藏的多重地壳...     

青藏高原印度板块向欧亚大陆俯冲速率的研究——GPS观测资料的反演结果

利用近年来中外几个研究单位在青藏高原的GPS观测结果，根据印度板块向欧亚大陆 俯冲模型，采用二层弹性自重半空间内断层运动的位错模型，对印度板块向欧亚大陆俯冲的 速率进行了反演，给出了在大地测量观测结果约束下的现今印度板块向欧亚大陆俯冲的速率 . 反演结果表明，现今印度板块约以8.1°的倾角、21.8 mm/a的速率向欧亚大陆俯冲. 本文 结果与从地质推断的在过去2～３Ma时期内，印度板块向欧亚大陆俯冲速率平均为18mm/a,有 较好的一致性,表明在较长时间内，印度板块向欧亚大陆俯冲的速率仍然是稳定的.     

用宽频带远震接收函数研究青藏高原的地壳结构

为研究青藏高原的岩石层构造及其动力学过程,根据记录到的来自台站东北方向的大量宽频带远震林波波形资料,应用时间域的最大熵谱反褶积算法,得到了11个（全部）PASSCAL（地壳与岩石层的地震台阵研究计划）台站的接收函数．利用时间域广义线性反演的Jumping（跳动）算法,引入模型光滑度约束,并将合成地震图的Kennett完全算法及微分地震图的Randall快速算法用于接收函数的正演计算,由台站接收函数获得了各台站下方的一维S波速度分布．反演结果表明,青藏高原的Moho界面在班公—怒江缝合带附近存在明显的深度错断;在日喀则、拉萨、桑雄和安多等地的地壳内部,可以连续观测到三个显著的速度界面h1,h2和h3,其中h1和h2可以连续追踪到温泉、二道沟和不冻泉等地,而h3在班公—怒江缝合带以北消失;在日喀则、拉萨、桑雄、安多、二道沟和不冻泉等地有壳内低速层．关于班公—怒江缝合带附近Moho界面的错断现象,一个可能的解释是班公—怒江缝合带是印度地壳向欧亚下地壳挤入的前沿．     

用宽频带远震接收函数研究青藏高原的地壳结构

为研究青藏高原的岩石层构造及其动力学过程,根据记录到的来自台站东北方向的大量宽频带远震林波波形资料,应用时间域的最大熵谱反褶积算法,得到了11个（全部）PASSCAL（地壳与岩石层的地震台阵研究计划）台站的接收函数．利用时间域广义线性反演的Jumping（跳动）算法,引入模型光滑度约束,并将合成地震图的Kennett完全算法及微分地震图的Randall快速算法用于接收函数的正演计算,由台站接收函数获得了各台站下方的一维S波速度分布．反演结果表明,青藏高原的Moho界面在班公-怒江缝合带附近存在明显的深度错断;在日喀则、拉萨、桑雄和安多等地的地壳内部,可以连续观测到三个显著的速度界面h1,h2和h3,其中h1和h2可以连续追踪到温泉、二道沟和不冻泉等地,而h3在班公-怒江缝合带以北消失;在日喀则、拉萨、桑雄、安多、二道沟和不冻泉等地有壳内低速层．关于班公-怒江缝合带附近Moho界面的错断现象,一个可能的解释是班公-怒江缝合带是印度地壳向欧亚下地壳挤入的前沿．     

印度板块岩石圈地幔向北俯冲到羌塘地体之下的远震P波层析成像证据

利用PASSCAL、INDEPTH-Ⅱ、INDEPTH-Ⅲ、HIMNT等研究计划,及中国新疆地学断面和国家973项目在青藏高原布设的流动台站记录的到时数据,以及自1990年1月到2004年2月全球地震事件的震相报告,作者对覆盖印度大陆的恒河平原和整个青藏高原的305个地震台站记录的9649个远震事件,共139021条P波初至到时资料进行了层析成像反演．结果表明：印度岩石圈地幔在不同的位置向北俯冲的形态不同,但俯冲前缘都到达羌塘地体之下．沿88°E剖面显示,厚约100 km的印度岩石圈地幔从南部的恒河平原向北一直俯冲到青藏高原之下．在主边界逆冲断裂之下100 km深度处以约22°角度开始向北俯冲,俯冲最前缘到达羌塘地体的中部地区约34°N,之后进入上地幔深处．而沿北东方向的剖面则显示,印度岩石圈地幔以近水平的角度俯冲到青藏高原之下,向北越过班公－怒江缝合带,到达33°N附近,然后以大角度近乎垂直地向下俯冲断离,并引起地幔热物质的上涌,形成羌塘地体之下大规模的低速带．     

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.     

中国东北地区高分辨率地壳结构:远震接收函数

利用分布在东北地区的国家地震局台网、NECESSArray台网、吉林大学在长白山及其周边地区布设的26个临时台站总计259个台站接收到的16,070条高质量的P波接收函数,采用H-k和CCP(Common Conversion Point,共转换点)叠加成像方法,获得该区高分辨率的地壳结构.观测结果显示,东北地区莫霍界面深度和地表高程总体呈镜像关系;西部大兴安岭—太行山重力梯级带附近存在莫霍界面深度陡变带;中部的松辽盆地地区受晚中生代的地壳拉伸作用影响,地壳厚度较薄,北部的小兴安岭地区和南部的华北北缘造山带可能同样受拉伸运动影响,具有较小的地壳厚度;松辽盆地莫霍界面深度由西向东逐渐减小,推测这与太平洋板块俯冲作用有关;东部地区莫霍界面结构比较复杂,依兰—伊通断裂与敦化—密山断裂之间出现复杂震相,可能与该区存在地幔物质的底侵作用有关;长白山火山地区地壳厚度较大,对应较高的波速比,推测在该区地壳内存在岩浆囊.     

利用接收函数研究河南及邻区的地壳深部构造特征

本文利用接收函数反演了河南及邻区26个宽频带地震台站下方的地壳厚度和波速比。研究结表明:河南省地壳厚度及泊松比分布与地质构造密切相关。主要表现为:(1)太行山断块,地壳厚度由东向西逐渐递增,地壳深度范围为31.8~40.2km,区域东北部永年台及附近台站泊松比为0.23~0.25,与较大范围的花岗岩分布有关,主要是石英、长石含量高,焦作台、涉县台、浚县台泊松比为0.26~0.27,表明铁镁质和长英质成分含量相当。(2)东部黄淮海平原块地,地壳厚度为28~34km,其中驻马店台、尖山台和浚县台,地壳厚度分别为30.5km、34.9km和31.8km,该地区泊松比变化范围比较稳定,数值在0.24~0.25之间。(3)在秦岭地块断裂活动强烈,卢氏台下方的地壳厚度为38.4km、泊松比为0.23,反映出燕山运动使该地区地壳盖层产生了褶皱台隆和地幔酸性岩浆的侵入活动。南阳盆地北部地壳厚度反演结果为28.8km,泊松比为0.29,泊松比升高,表明以中性、基性岩石为主,地壳岩石中铁镁质成分明显增加,是由于地幔物质深度侵入改变了部分地区的岩石性质。(4)大别山地块位于苏鲁-大别超高压变质带,由大别山北部的商城台向南至大别山地块内的金寨台存在地壳厚度梯度带,地壳厚度从31.8km增加至35.8km,而泊松比由0.27下降到0.24,反映出陆相褶皱带内的逆冲推覆构造的显著特征。     

利用接收函数、背景噪声频散和Rayleigh波ZH振幅比联合反演青藏高原东北缘及周边地区地壳结构

本文对在青藏高原东北缘及邻近地区架设的571套宽频带流动地震台站记录到的连续波形数据进行处理,通过联合反演P波接收函数、背景噪声频散和Rayleigh波ZH振幅比,获得了研究区高分辨率三维地壳S波速度（V_S）结构.研究结果显示,松潘—甘孜块体和西秦岭造山带以及北祁连造山带下方15~40 km的深度范围内存在很显著的S波低速异常体.其中,松潘—甘孜块体和西秦岭造山带下方的低速异常体很可能与部分熔融有关,且造成部分熔融的原因除了剪切加热外,还有可能是软流圈物质上涌和地壳内部的放射生热.而北祁连造山带的低速异常体则可能由地表隆升和地壳增厚所造成.阿拉善块体内部分布有很多不太显著的低速异常体,这可能与阿拉善块体经历了复杂的构造变形有关.在银川—河套地堑下方20~35 km的深度范围内同样观测到了相对不太显著的低速异常体,这更可能与基性岩浆的底侵作用有关.

     

利用P波接收函数研究青藏高原东南缘地幔转换带结构

研究青藏高原东南缘的深部结构对于理解印度-欧亚板块的碰撞机理和青藏高原的形成演化具有重要的科学意义.本研究对布设在研究区域内566个固定和流动地震台站的波形资料进行了处理,获得77853条高质量P波接收函数,应用接收函数共转换点（CCP）叠加技术获得了研究区域下方精细的地幔转换带间断面起伏形态及转换带厚度变化图像.结果表明：研究区域南北方向上具有两个明显的转换带增厚异常区,南侧异常区位于滇中次级块体与印支块体下方,可能是新特提斯洋板片与上部印度板块间断离并部分滞留在转换带底部的结果;北侧川西地区异常增厚可能与上方岩石圈拆沉并降至转换带有关;腾冲火山起源可能是板块俯冲过程中发生断离造成软流圈物质部分熔融,湿热物质上涌所致.

     

用远震接收函数研究山西地区地壳厚度变化：“晋中坡折带”及其地质意义探讨

利用山西数字地震台网中心6年的远震数据计算接收函数并进行H-k搜索,以获得台站下方的地壳厚度.结果表明, 山西地区在平遥盆地北缘的文水-晋中一线,地壳厚度存在北厚南薄差异变化的坡折带,称之为“晋中坡折带”.该带呈NEE向延伸,其南部地区地壳厚度37~40 km,北部地区厚41~45 km.本文分析认为,该坡折带代表早前寒武纪基底构造,是华北克拉通内部的重要构造边界.山西地区基底构造保存完好,地壳厚度未明显减薄.     

基于程函方程与三维速度模型的中国东北地区地幔过渡带接收函数研究

本文利用中国东北地区NECESSArray记录到的45505条接收函数,结合该区域最新三维速度模型,采用快速行进法求解程函方程,计算了P-S转换波相对走时,并通过共转换点叠加成像方法获得了该地区下方地幔间断面起伏情况.结果显示,在长白山—五大连池连线一带东西约300 km,南北约900 km的狭长形区域内,660-km间断面下陷幅度达20~40 km.其结构可细分为南北两部分,南部更为狭窄且与日本海沟走向一致,对应于从日本海沟俯冲的太平洋板块在地幔过渡带的滞留区;北部对应于从千岛海沟俯冲的太平洋板块在地幔过渡带的滞留区.同时,在长白山西部,存在与长白山—五大连池下陷区形状类似的南北向狭长形抬升区,660-km间断面抬升幅度约为10 km,显示俯冲太平洋板块只延伸至松辽盆地东侧;而在盆地西侧,660-km间断面的下陷区可能与该地区岩石圈拆沉有关.同时,410-km间断面在松辽盆地—渤海一带,以及长白山火山西南和东北方向存在明显的下陷区;另外,在阿巴嘎及阿尔山也有小范围的下陷区.所有这些下陷区,均与地表新生代火山活动区/拉伸区有很好的对应关系,表明这些地表构造与深部热物质上涌有关.

     

Eastward subduction of the Indian plate beneath the Indo-Myanmese arc revealed by teleseismic P-wave tomography

The deep structure of the eastward-subducting Indian plate can provide new information on the dynamics of the India-Eurasia collision. We collected and processed waveform data from temporary seismic arrays (networks) on the eastern Tibetan Plateau, seismic arrays in Northeast India and Myanmar, and permanent stations of the China Digital Seismic Network in Tibet, Gansu, Qinghai, Yunnan, and Sichuan. We combined these data with phase reports from observation stations of the International Seismological Center on the Indian plate and selected 124,808 high-quality P-wave relative travel-time residuals. Next, we used these data to invert the 3-D P-wave velocity structure of the upper mantle to a depth of 800 km beneath the eastern segment of the arcuate Himalayan orogen, at the southeastern margin of the Tibetan Plateau. The results reveal a high-angle, easterly dipping subducting plate extending more than 200 km beneath the Indo-Myanmese arc. The plate breaks off at roughly 96°E; its fragments have passed through the 410-km discontinuity (D410) into the mantle transition zone (MTZ). The MTZ beneath the Tengchong volcanic area contains a high-velocity anomaly, which does not exceed the Red River fault to the east. No other large-scale continuous subducted plates were observed in the MTZ. However, a horizontally spreading high-velocity anomaly was identified on the D410 in some regions. The anomaly may represent the negatively buoyant 90°E Ridge plate or a thickened and delaminated lithospheric block experiencing collision and compression at the southeastern margin of the Tibetan Plateau. The Tengchong volcano may originate from the mantle upwelling through the slab window formed by the break-off of the subducting Indian continental plate and oceanic plate in the upper mantle. Low-velocity upper mantle materials on the west side of the Indo-Myanmese arc may have supplemented materials to the Tengchong volcano.     

根据接收函数反演得到的首都圈地壳上地幔三维S波速度结构

利用2002~2003年中国地震局地质研究所台阵实验室以唐山大震区为中心布设的40个流动宽频带地震台站和首都圈数字台网的33个宽频带台站的远震数据,采用接收函数非线性反演方法得到其中72个宽频带台站下方60 km深度范围内的S波速度结构.根据得到的各台站下方地壳上地幔的S波速度结构,并综合刘启元等（1997）用接收函数非线性反演方法得到的延怀盆地15个宽频带流动台站下方的地壳上地幔S波速度结构模型,给出了39°N～41°N,114°E~119.5°E区域内沿不同走向、不同深度S波速度分布.由于综合了利用首都圈数字地震台网的宽频带台站以及流动地震台阵的观测数据,本文给出了较前人同类研究空间分辨率更好的结果.结果表明: (1)研究区的速度结构,特别是怀来以东的速度结构十分复杂.在10~20 km深度范围内,研究区地壳具有高速和低速异常块体的交错结构.研究区中上地壳速度结构主要被与张渤地震带大体重合的NW向高速条带和穿越唐山大震区的NE向高速条带所控制,而其中下地壳的速度结构主要为延怀—三河—唐山地区上地幔隆起所控制.(2)研究区内存在若干壳内S波低速体,它们主要分布在唐山,三河及延怀盆地等地区.在这些地区,壳内低速体伴随着壳幔界面的隆起和上地幔顶部速度结构的横向变化.(3)地表断层分布与地壳速度结构分区有较好的相关性,表明断层对不同块体有明显的控制作用.其中,宝坻断裂,香河断裂和唐山断裂均为超壳断裂.(4)首都圈内大地震的分布与壳内低速体及上地幔顶部的速度结构有密切关系.对于唐山大地震的成因,仅考虑板块作用引起的水平应力场是不够的,有必要充分重视由于上地幔变形引起的地壳垂直变形和上地幔物质侵入造成的热效应.