华北克拉通地壳结构及动力学机制分析

本文对布设在华北克拉通三个陆块的199个宽频带台站记录的远震数据进行了接收函数计算.利用H-κ迭代方法获得了该区域基岩地区的地壳结构,平滑处理后作为背景结构模型中的基岩地区地壳结构;利用相邻算法对沉积层地区的接收函数进行了波形拟合计算,获得了沉积层结构,平滑后作为背景结构模型中的沉积层结构;结合前人的研究成果,完善了研究区域的背景结构模型.以此模型为基础,对接收函数进行了CCP（Common Conversion Point,共转换点）叠加成像,获得了Moho面成像结果,对比沉积层的成像结果发现：西部陆块中鄂尔多斯块体东部地区地壳厚度较大,约为42 km,泊松比较低,小于0.24,为长英质含量较多的地壳层;位于中部陆块的山西地堑地壳厚度小于鄂尔多斯块体,且变化较大,西侧地壳厚度约为40 km,东侧重力梯度带附近地壳厚度迅速减薄至36 km左右,张家口-怀来-大同一带出现了地壳的局部抬升,地壳厚度等值线基本以北北东方向为主,与构造带方向基本一致,地堑内泊松比约为0.26~0.28,前人对此区域的层析成像研究结果表明太行山隆起和阴山隆起存在壳内低速层,推测为地壳部分熔融以及上地幔物质上涌造成的;东部陆块中渤海湾盆地的地壳厚度较薄,约为32 km,部分地区小于30 km,其中冀中坳陷带地壳厚度最薄,约为28 km,沉积层基底分布与Moho面分布呈镜像对称趋势,沉积层较厚地区的地壳较薄,推测东部陆块在太平洋板块俯冲作用下,存在北西-南东向的拉张作用,使其内发育了大量断陷盆地.

     

鄂尔多斯西缘北段的地壳结构和块体间变形关系

本文对喜马拉雅计划二期部分台站的远震波形数据进行接收函数提取,利用接收函数共转换点叠加方法获得阿拉善地块、鄂尔多斯地块以及银川—河套盆地下方0~80 km深度的速度间断面结构.结果表明：鄂尔多斯地块成层性好,地壳厚度为38~42 km,康拉德界面为18~22 km,阿拉善地区的Moho面深度为38~45 km.河套盆地地壳厚度约52 km,银川断陷盆地和贺兰山下方的Moho面最深为~55 km.鄂尔多斯西缘构造边界下方Moho面变化明显,且黄河断裂为深大断裂直接切割莫霍界面.根据本文的间断面成像结果我们进一步确定阿拉善地块与鄂尔多斯地块分属不同的大地构造单元.与此同时,我们推测贺兰山以西70~80 km范围内和鄂尔多斯地块西缘北段存在地壳增厚变形的可能.

     

华北克拉通中西部地区地壳厚度与波速比研究

本文使用华北科学台阵和中国国家地震台网164个地震台站记录的远震波形资料,用最大反褶积方法提取接收函数,采用接收函数H-k叠加方法得到了各台站下方的地壳厚度和波速比.研究结果表明, 华北克拉通中西部地区的地壳厚度由东向西加深,其中东部的华北平原地区地壳厚度介于30~33 km ,中部的燕山—太行地区地壳厚度介于33~40 km之间,西部的鄂尔多斯块体地壳厚达40~42 km.研究显示该区的地壳平均波速比与地壳厚度没有明显相关性,这可能与该区地壳厚度、地壳组成横向变化异常强烈有关.研究区的地壳平均波速比介于1.68~1.86之间,东部盆地地区台站下方的波速比变化较大,多数分布于1.70~1.80之间;山区平均波速比主要集中分布于1.70 ~ 1.77之间,暗示山区块体较东部盆地地区地壳组成更富长英质,而缺少铁镁质成分.该区地壳厚度与地形高度具有很好的相关性,其斜率为6.6,较青藏高原东缘地区的斜率更高,通过分析表明,华北克拉通中西部地区上地幔顶部岩石密度相对较低,为古老的、低密度难熔的、富镁贫铁的克拉通,可为地壳提供更大的浮力.     

利用远震接收函数研究华北克拉通北部造山带地壳厚度及泊松比

对2006年10月—2009年9月华北克拉通北部太行山—燕山造山带及相邻区域115套宽频带流动台和6套甚宽频流动台的接收函数数据,使用预测反褶积方法进行处理,消除沉积层的影响;然后利用谐波校正的H-κ-c叠加方法,得到了华北克拉通北部造山带及邻近区域消除地壳S波方位各向异性及倾斜界面影响的地壳厚度及泊松比。研究结果表明,研究区地壳厚度呈现西厚东薄的整体特征,地壳厚度与地形存在高度相关性,且基本符合艾里（Airy）均衡理论。西部陆块泊松比较低,表明其相对稳定,中部造山带和东部陆块的泊松比分布不均匀,可能遭受过复杂的改造过程。结合前人的研究结果,推测怀来—延庆盆地及唐山南部存在地壳部分熔融和上地幔物质的上侵,石家庄北部存在下地壳拆沉,保定—房山一带下地壳拆沉后,受伸展作用影响遭遇地幔物质底侵。不同区域地壳结构的差异性导致了谐波矫正前后研究区地壳厚度及平均泊松比变化的分布不同。     

利用接收函数方法研究胶东半岛地区地壳结构

<正>1研究背景胶东半岛地处山东省东部,位于黄海、渤海之间,隶属华北块体并位于华北克拉通的东部边缘,华北地块东缘与苏鲁造山带山东段在此交会,在大地构造划分上属于华北克拉通与扬子克拉通的结合部位（晁洪太等,2001;周瑶琪等,2015）。华北克拉通破坏是中国东部地质演化的重要事件,胶东半岛位于华北克拉通遭遇破坏的东部边缘,     

利用接收函数方法研究蒙古中南部地区地壳结构

2011年8月至2013年7月中国地震局地球物理研究所与蒙古科学院天文与地球物理研究中心在蒙古中南部区域布设了宽频带流动地震台阵,这为开展远东地区深部结构的精细探测提供了有利的数据基础.利用台阵记录的远震地震事件,采用P波接收函数的H-κ叠加分析和共转换点（CCP）叠加方法获得了台站下方的地壳厚度及平均波速比.结果显示研究区的地壳厚度介于39 km至45 km之间.整体上Moho面埋深从西北往东南方向逐渐变浅.在蒙古主线性构造两侧地壳厚度呈现区域性变化特征,东南部地区地壳厚度较薄,约为39 km,而西北部地区地壳较厚,达45 km,为此推测蒙古主构造线可能是地壳的一个陡变带.此外,研究地区地壳的平均波速比值（VP/VS）在1.70到1.79之间,均值为1.75,低于全球大陆的平均值1.78,这可能暗示着该区其地壳是缺少铁镁质的.研究还发现测线的西北与东南地区其地壳波速比值较高,推测是古生代铁镁质地壳的残留或是新生代岩浆底侵的反映.     

利用远震接收函数的共转换点叠加方法研究华北克拉通上地幔过渡带结构

上地幔过渡带的结构形态对于研究上覆岩石圈的构造环境有十分重要的意义。本文通过对横跨华北克拉通中东部的一条北西向的测线L上分布的35个宽频带台站记录的远震数据进行接收函数的计算和共转换点叠加成像,得到了测线下方上地幔过渡带的结构。成像结果表明:华北克拉通的三个陆块处于不同的构造环境,西部陆块较为稳定,中部造山带位于地幔对流较强的构造环境内,而东部陆块由于受到太平洋俯冲板块的影响,所处环境温度较低,说明中部造山带内的裂陷盆地在形成过程中,受到地幔对流作用的影响较大,而东部陆块内的新生代裂陷盆地在形成过程中,可能主要是受到右旋拉张力的作用,两者的形成主要动力或有不同。     

华北克拉通中部地区背景噪声成像

利用华北地区的流动与固定地震观测台阵在2007年1月~12月期间的垂直分量记录,采用背景噪声层析成像方法获得了华北克拉通中部地区6~40 s的相速度和群速度分布图像.成像结果显示研究区地壳以及上地幔的速度结构存在很大的横向不均匀性.8~16 s的相速度以及8~20 s的群速度分布图像清晰地勾绘出华北地区盆地和隆起之间的边界.华北盆地以及山西断陷带呈明显的低速异常,表明相应区域存在较厚的沉积层并且在中、上地壳内存在低速带;而太行山隆起以及鄂尔多斯高原则呈现高速异常.相速度16~25 s以及群速度20~30 s的图像显示华北盆地由低速异常变为高速异常,表明华北盆地的地壳较薄.长周期(30~35 s)相速度图像表明华北盆地的上地幔顶部存在低速异常.华北盆地较薄的地壳和低速异常(明显低于全球平均水平),可能与该地区岩石圈减薄,软流圈物质上涌有关.8~35 s的群速度和相速度图像都显示,大同火山区是一个低速异常区,可能是由目前仍在活动的岩浆的加热而引起地壳升温造成的.     

兴蒙造山带阿尔山火山群地壳厚度与波速比研究

利用架设在我国东北地区阿尔山火山区的宽频带流动地震台站记录的远震波形数据,采用P波接收函数H-κ叠加扫描方法,得到了阿尔山火山区的地壳厚度和平均波速比。结果显示:阿尔山地区的地壳厚度范围为33.9—37.9 km,整体呈西北厚东南薄的特点,火山带附近地壳较薄;地壳平均波速比范围为1.73—1.83,主要有柴河镇—明水河镇、伊敏德仁北部和天池镇三处高波速比区。结合前人研究结果推断, 阿尔山火山区薄的地壳和高波速比值可能是由地幔物质上涌、玄武岩浆底侵下地壳所致。      

利用接收函数方法研究华北克拉通地壳上地幔结构

华北克拉通的“去根”作用是克拉通活化的代表。研究其内部动力学对于了解华北克拉通的“去根”方式有着十分重要的意义。本文回顾了全球范围内的地幔动力学模式以及前人对于华北克拉通的地质、岩石圈、各向异性以及地幔过渡带等研究结果,以及通过层析成像和各向异性的研究结果所推测出的华北克拉通的动力学模式,介绍了接收函数以及其波形模拟、H一Ⅳ的叠加以及CCP叠加方法的基本原理。     

山西五台山地区地壳深部结构特征研究

利用穿过山西断陷带及五台山区的宽角反射/折射地震测深剖面所获得的资料对该区地壳结构进行研究,结果表明：五台山地区地壳呈明显的分层结构,上下地壳的分界是以壳内较为连续可靠的反射波P3所反映的界面为标志的,上地壳的厚度为23～28km,莫霍界面的深度为39～43km,五台山区是本区M界面最深的地区;地壳结构非均匀变化强烈的地区发生在五台山及其邻近地区,上地壳内较大范围低速异常体的存在和壳内强反射波组的出现可视为地壳深部岩浆活动的一种标志;壳内界面的中断、Pm波的局部不连续和地壳深断裂的存在等诸多现象均表明该地区地壳结构发生了强烈的挤压、变形和构造活动,从而形成了该地区复杂的地形地貌和地壳深浅部异常的结构特征.     

中国华南地区地壳厚度与波速比分布特征及其地质意义

本研究利用中国国家地震台网336个固定地震台站记录的远震波形资料,通过P波接收函数H-κ分析估算了中国华南地区的地壳厚度和地壳平均波速比.研究结果显示,地壳厚度约为25~46 km,整体表现西深东浅的变化特点.研究区地壳厚度变化分别与布格重力异常和地形呈现负相关和正相关.扬子块体东部显示较低地壳波速比（< 1.7）可能与地表沉积岩的存在相关.四川盆地内部的平均地壳波速比（约1.71~1.8）与全球大陆地盾/克拉通地区相当.但其周围地区地壳平均波速比明显增高（1.81~1.95）,推测可能是克拉通形成过程中岩浆的底侵引起下地壳组分以铁镁质麻粒岩为主.华夏块体西部表现为薄的地壳厚度和低的地壳平均波速比（1.65~1.75）,暗示该区基性下地壳物质的缺失可能与增厚的地壳发生拆沉有关.华夏块体东南段呈现出较高的地壳平均波速比（约1.77~1.86）,地壳组成以中基性铁镁质为主,推断可能与晚中生代铁镁质岩浆底侵作用密切相关.

     

南岭-武夷交汇区的深部背景及地壳泊松比

为研究南岭-武夷交汇区深部动力学过程提供深部背景资料和科学依据,本文利用远震P波接收函数H-κ叠加和共转换点（CCP）叠加两种方法获取了研究区66个宽频带流动台站及24个固定台站下方的地壳厚度、泊松比和Moho面起伏形态,揭示了扬子地块与华夏地块地壳结构及泊松比变化特征,给出了南岭和武夷之间一条莫霍凸起带的高分辨图像.

结果显示：（1）研究区内地壳厚度平均值为31.2 km,泊松比平均值为0.23,总体呈现薄地壳、低泊松比的特点.地壳厚度从西北往东南由厚变薄,与区域地壳伸展特征相一致.（2）在韶关-赣州-吉安-南昌一线存在条带状薄地壳结构,平均值为28 km,呈南西-北东向展布,对应的泊松比值略微升高.推测地壳减薄带的形成可能与来自南海方向的地幔热流上涌有关.（3）江南造山带的泊松比整体偏低,存在两处平均值小于0.21的区域.华夏地块内地壳厚度与泊松比之间存在弱的负相关,表示随着地壳厚度的增大,铁镁质的下地壳厚度在整个地壳厚度中所占的比例减小.

     

利用共转换点叠加方法研究华北地区地壳结构

利用华北地震台阵L测线的35个台站记录的895个远震数据进行了接收函数的计算,并利用H-κ叠加方法得到华北克拉通西部陆块东侧和中部陆块内基岩台站下方的地壳结构.利用得到的基岩台站下方的地壳结构和通过波形模拟方法得到的渤海湾盆地的沉积层结构作为背景模型对测线进行共转换点(CCP)叠加成像.在渤海湾盆地,通过增大CCP叠加方法中的共转换点单元,使得由于沉积层基底反射信号过强而难以识别的Ps转换波信号得以增强,获得渤海湾盆地下方的地壳结构.由CCP叠加的结果可以看出:华北克拉通地壳西厚东薄.西部陆块东侧的吕梁山下方地壳出现了地壳的突然减薄,减薄幅度约3 km.在减薄处的西侧,地壳逐渐加深,由44 km左右加深至46 km左右,之后在减薄处突然减薄至43 km左右,推测该减薄处可能是西部和中部陆块在深部的分界点;中部造山带地区的重力梯度带的西侧,地壳较为平缓,厚约42 km左右,山西断陷盆地下的地壳出现了略微的上升,幅度为2 km左右.大同盆地东侧下方的台站出现了Moho面的不连续,可能是地幔物质上涌的通道.在太行山前缘的重力梯度带内地壳迅速变浅至33 km左右,渤海湾盆地内地壳厚约32 km左右,冀中坳陷带下方地壳变浅,最浅可达29 km.沉积层基底的深度与地壳厚度呈负相关关系,可能与渤海湾盆地受到的拉张剪切作用力相关.     

江西九江—福建宁化接收函数剖面研究

江西九江—福建宁化剖面沿NW--SE方向穿过华南大陆东部的扬子地块和华夏地块两个地质单元. 通过收集沿该剖面布设的35个流动宽频带地震台站2012—2014年记录的远震波形资料, 采用P波接收函数H-k扫描叠加和CCP叠加两种方法, 对该剖面下方的地壳厚度和泊松比分布进行了研究. 结果表明: 沿剖面地壳厚度为29—33 km, 扬子地块东南边缘与华夏地块的莫霍形态差异明显, 萍乡—广丰断裂北侧的萍乐凹陷带深部存在明显的莫霍面上隆现象, 为研究区域中地壳最薄处; 研究区大部分台站下方的泊松比值相对较低, 介于0.21—0.24之间, 萍乡—广丰断裂两侧泊松比值稍高, 可达0.26, 表明不同构造单元地壳深部岩石组成存在差异; 萍乡—广丰断裂可作为江绍拼合带的自然西延, 是扬子地块与华夏地块在赣北地区的拼合界线, 推测其深部的物质组成有相似之处.      

华北克拉通西部块体北缘及邻区地壳厚度与泊松比分布特征

收集了2010—2011年华北克拉通西部块体北缘及邻区布设的36个流动地震台和2009—2016年内蒙古自治区数字地震台网17个宽频带固定地震台站的远震事件波形数据, 采用接收函数H-κ算法分析获得了53个基岩台站下方的地壳厚度和泊松比结果。 此外, 结合已有的81个台站的研究成果, 给出华北克拉通西部块体北缘及邻区地壳厚度与泊松比分布特征。 综合分析认为, 研究区地壳厚度在整体上呈现自东向西渐变的特征, 最厚的地方出现在华北克拉通西端的阿拉善地块(～48.7±3.0 km)。 研究区平均泊松比为0.27, 泊松比高值异常出现在河套断陷带, 意味着可能具有较高的地壳温度或者存在壳内部分熔融。 研究区内不同构造单元呈现出显著的地壳厚度和泊松比分布特征的差异性, 意味着在华北克拉通构造演化过程中, 不同地区经历了不同的地壳改造过程。     

接收函数方法与华北克拉通北部岩石圈结构的研究

正自从Langston提出接收函数以来,随着地震观测台网越来越密集,利用地震台阵观测研究构造带下方速度结构取得了重要进展,很多学者利用接收函数研究地壳上地幔速度结构。虽然P波接收函数可以获得地壳上地幔结构,但由于莫霍面和壳内间断面多次反射震相的干扰,单纯考虑Ps转换震相难以精确地确定岩石圈边界。Farra和Vinnik利用类似提取P波接收函数的方法得到Sp转换震相的S波接收函数。相比P波接收函数,由于S波接收函数不受间断面多次反射震相的干扰,因而在岩石圈—软     

利用接收函数方法研究四川地区地壳结构

采用接收函数反演和共转换点(CCP)偏移叠加成像方法, 利用四川数字地震台网宽频带的52个区域固定地震台站和布设的两条52个宽频带流动地震观测台站的远震地震波形数据资料, 对四川地区地壳结构进行研究。 结果表明, 四川地区的Moho面深度在青藏高原和四川盆地差异明显, 在川西高原地区地壳厚度为52~68 km, 在川滇地块地壳厚度为50~60 km, 在中地壳内存在不连续的低速层分布; 而在四川盆地地壳厚度为38~45 km, 地壳内没有低速层存在。 Moho面深度从川西高原的60多公里至四川盆地的约40 km, 在二者的交界处龙门山断裂带下面, 存在厚度约30 km左右宽的下降过渡带, 说明其下的Moho面可能受断层影响, 结构比较复杂; 在高原地区的上地壳界面和下地壳上界面比四川盆地的相应界面深; 高原地区在中地壳的上部有不连续的低速层分布, 在松潘—甘孜地块的上地壳下部存在向南东运动的脆性推覆体, 在羌塘—理塘地块的上地壳下部存在向南东和南运动的脆性物质流动。     

华北克拉通东部地壳和上地幔结构的接收函数研究

利用北京大学和早期中国科学院地质与地球物理研究所在华北克拉通东部地区布设的共34台宽频带地震仪记录的远震体波资料,获取P波接收函数和S波接收函数,再分别通过偏移成像和共转换点叠加(CCP)和倾斜叠加得到了华北克拉通东部横跨郯庐断裂带地区沿剖面的地壳和上地幔速度间断面分布.研究结果表明,鲁西隆起下方的莫霍面的深度要比华北盆地和青岛地区浅约5 km,形成类似屋顶状的莫霍面隆起.郯庐断裂带和聊考断裂带下方的莫霍面有明显的错断.岩石圈与软流圈的分界面(以下简称LAB)的深度从太行山山前的约100 km深度上升到鲁西隆起下方约60 km深,向东在青岛地区下方LAB深度进一步变浅.我们利用倾斜叠加计算台站下方波速比得到地壳内的泊松比变化,结果显示鲁西隆起泊松比值分布相对均匀,而青岛地区内泊松比变化剧烈,可能反应了该地区作为苏鲁大别超高压变质带的北缘经历了较为复杂的地质演化过程.