南北地震带岩石圈S波速度结构面波层析成像

本文利用天然地震面波记录和层析成像方法,研究了南北地震带及邻近区域的岩石圈S波速度结构和各向异性特征.结果表明南北地震带的东边界不但是地壳厚度剧变带,也是地壳速度的显著分界.其西侧中下地壳的S波速度显著低于东侧,强震大多发生在低速区内部和边界.青藏高原东缘中下地壳速度显著低于正常大陆地壳,在松潘甘孜地块和川滇地块西部大约25～45 km深度存在壳内低速层;这些低速特征与高原主体的低速区相连,有利于下地壳物质的侧向流动.地壳的各向异性图像与下地壳流动模式相符,即下地壳物质绕喜马拉雅东构造结运动,东向的运动遇到扬子坚硬地壳阻挡而变为向南和向北东的运动.面波层析成像结果支持青藏高原地壳运动的下地壳流动模型.南北地震带的岩石圈厚度与其东侧的扬子和鄂尔多斯地块相似但速度较低.川滇西部地块上地幔顶部(莫霍面至88 km左右)异常低速;松潘甘孜地块上地幔盖层中有低速夹层(约90～130 km深度).岩石圈上地幔的速度分布图像与地壳显著不同,在高原主体与川滇之间存在北北东向高速带,可能会阻挡地幔物质的东向运动.上地幔各向异性较弱且与地壳的分布图像显然不同.因此青藏高原岩石圈地幔的构造运动具有与地壳不同的模式,软弱的下地壳提供了壳幔运动解耦的条件.     

长白山火山区壳幔S波速度结构研究

利用面波层析成像和远震接收函数方法对长白山地区的地壳上地幔速度结构进行了研究。结果表明:长白山火山区附近存在岩石圈减薄、上地幔软流圈增厚以及上地幔S波速度降低等与上地幔高温物质有关的现象,它表明长白山的岩浆系统一直延伸到上地幔软流圈范围。天池火山区地壳内部存在明显的S波低速层,在离天池火山口较近的WQD台附近,低速层顶部埋深约8km,厚度近20km,S波最小速度约2.2km/s。在距离天池火山北部50km的EDO台地壳中没有明显的低速层。火山区S波速度结构总体表现出距离天池越近,地壳的V_P/V_S越大,低速层的厚度和幅度增加的特征,表明天池火山口附近地壳内部存在高温物质或岩浆囊。CBS台站不同方位的接收函数及反演结果表明,地表低速层厚度以及莫霍面深度存在随方位的变化。地表低速层在南部方向明显较厚,莫霍面深度在南部天池火山口方向存在小幅度抬升。CBS台站附近特殊的近地表速度结构可能是该台站记录的火山地震波形主频较低的主要因素。天池火山口附近莫霍面的小幅度抬升意味着存在与火山作用有关的壳幔物质交换通道     

大别苏鲁地区层状地幔反射体及其解释

深反射地震虽然己广泛应用于地壳上地幔调查，然而，来自地幔的反射体在全世界 都还比较少见，尤其是尚未有发现上地幔中多层水平反射体的报道. 近年来，作者用24s 的 深反射地震记录揭示了在大别苏鲁地区岩石圈地幔内存在5组水平的反射体, 表明该区具有 特殊演化作用形成的上地幔组构, 它们可随深度增加分别命名为M1到M5 . 这些反射体不仅 可在地震叠加剖面上看到，有时还可在野外单炮记录上看到. 反射体M1对应Moho面，而M5大 概与现今岩石圈底界对应，根据地热资料，苏鲁热岩石圈厚度约为78km. 其他3个反射体可 能是中生代岩石圈减薄诱发的壳幔作用的结果. 根据岩石学与地球化学的数据，在晚中生代 中国东部岩石圈的厚度约从150km减薄到约60km，在新生代又略微加厚到平均 78km. 这一减 薄作用引起岩浆底侵并在下地壳产生麻粒岩层，而早侏罗纪扬子克拉通向北的陆-陆俯冲又 在上地幔产生榴辉岩层. 在双程走时12s处的反射体M2 则是麻粒岩层与榴辉岩层的边界，它 也是古生代的 Moho面. 反射体 M3 出现在14s 前后，看来是榴辉岩层的底面, 它的下面应 保存有残留的古生代上地幔. 由于新老岩石圈地幔成分不同，其界面产生反射体 M4. 这种 多层岩石圈地幔反射体的存在表明，所研究地区的地幔结构与中国东部中生代岩石圈减薄作 用有关. 同时，由于20世纪80年代以来一直认为上地幔在反射地震上是相对透明的，多层反 射体的发现对这一认识是新的挑战, 表明采用爆炸震源与地震反射新技术有可能揭露岩石圈 地幔内部结构细节，这些细节也是地幔动力学作用的产物.     

中国西部及邻区的地壳三维速度结构

用网格频散反演技术计算了155条瑞利面波混合频散数据,将中国大陆分为目前最小分格2°×2°,得到了中国西部及邻区深至80km地壳和上地幔顶部的三维剪切波SV速度结构。结果表明:(1)天山褶皱系地壳平均厚度为54km,上地壳平均速度为3.3km/s,下壳平均速度3.93km/s,上地幔盖层平均速度为4.64km/s,都偏大。北天山壳厚比天山薄,壳和上地幔盖层下均有低速层。(2)塔里木盆地中部地壳厚46km,到其边缘的昆仑山、天山地带壳厚增加到52～55km。壳内无低速层,壳平均速度很低,为3.49km/s,地表有9km的沉积层。(3)青藏高原莫霍面呈凹形,平均壳厚为67km,平均壳速度为3.58km/s。东西端存在壳内低速层,埋深为15～35km。(4)南北带为构造复杂的区域,莫霍面深度具有东高西低,南北两端高、中间低的特点,带内普遍存在壳内低速层。南北带从群速度、速度、莫霍面等深线都可看到明显的横向差异。(5)准噶尔盆地地壳厚47km,无壳内低速层,中地壳不明显。该区呈稳定的大陆壳结构。(6)柴达木盆地在正常速度的中壳顶部有一高速夹层,速度为3.72km/s,厚10km,上顶部埋深14km。     

利用长周期面波研究华北地区地壳与上地幔结构的横向非均匀性

本文以太行山为界将华北地区分为东西两部分,东部为河淮块体,西部为鄂尔多斯块体.利用最小二乘法,从混合路径基阶瑞利面波群速度频散提取两块体的纯路径频散,并反演其地壳、上地幔的层状结构.所得结表果明,两块体的面波频散和地壳、上地幔结构存在明显差异.东部的河淮块体地壳较薄,地壳内平均速度比西部的鄂尔多斯块体壳内平均速度约低0.13km/s,壳内20km深度左右出现低速层;而西部的块体壳内速度成层递增,未见低速层出现.两块体上地幔顶部速度均偏低,地幔低速层的埋藏深度基本相同.但西部块体地幔低速层厚,且比东部块体地幔低速层的速度约低0.3km/s.     

利用长周期面波研究华北地区地壳与上地幔结构的横向非均匀性

本文以太行山为界将华北地区分为东西两部分,东部为河淮块体,西部为鄂尔多斯块体.利用最小二乘法,从混合路径基阶瑞利面波群速度频散提取两块体的纯路径频散,并反演其地壳、上地幔的层状结构.所得结表果明,两块体的面波频散和地壳、上地幔结构存在明显差异.东部的河淮块体地壳较薄,地壳内平均速度比西部的鄂尔多斯块体壳内平均速度约低0.13km/s,壳内20km深度左右出现低速层;而西部的块体壳内速度成层递增,未见低速层出现.两块体上地幔顶部速度均偏低,地幔低速层的埋藏深度基本相同.但西部块体地幔低速层厚,且比东部块体地幔低速层的速度约低0.3km/s.     

由包体推导的河北汉诺坝下地壳-上地幔地温线及其地质意义

通过对采自河北汉诺坝玄武岩中的下地壳和上地幔包体的详细研究 ,建立了本区下地壳—上地幔地温线。该地温线高于大洋地温线和古老地盾地温线 ,接近克拉通边缘的地温线 ,符合该区的大地构造环境。由该地温线建立的下地壳—上地幔地质结构剖面表明 ,该区下地壳主要由不同类型的麻粒岩相岩石组成 ,其化学成分以镁铁质为主 ,深度范围为 2 5～ 4 2km。上地幔由超镁铁质的二辉橄榄岩组成 ,在尖晶石二辉橄榄岩和石榴石二辉橄榄岩之间有一过渡层。由地温线确定的壳幔边界位于 4 2km附近 ,与地震资料确定的莫霍面一致 ,但在壳幔边界之上的下地壳底部有下地壳麻粒岩和超镁铁质岩的互层。这一现象可以解释在下地壳底部常见的层状反射层。该区岩石圈底界大约在 95km ,其下的软流层仍由石榴石二辉橄榄岩组成     

中国青藏高原深部地球物理探测与地球动力学研究(1958-2004)

经过半个多世纪的努力,中国学者在青藏高原进行的地壳上地幔地球物理探测工作取得了巨大进展. 累计完成长约45000km的深部地球物理探测工作,取得了许多科学数据,为探讨高原地壳上地幔结构、隆升机制和动力学研究奠定了基础. 为比较全面反映中国学者多年来的工作成果,作者广泛收集资料,总结了中国学者在青藏高原地壳上地幔地球物理探测工作程度,并按照方法分类绘制了系列工作程度图. 文中分别对地壳结构、上地幔的横向不均匀性、岩石圈的电性结构、青藏高原隆升机制、青藏高原地球动力学模型等几个方面所取得的主要成果做了概略的评述. 已有资料表明：青藏高原的莫霍面埋深变化较大,且在几条重要缝合带莫霍面两侧都有断错;根据目前的探测结果,高原在20±5km埋深范围内普遍存在壳内低速高导层,速度一般为56～58km/s,电阻率约为1～10Ω·m,厚度一般为5～10km,但横向分布不连续. 低速层与高导层的深度、厚度在趋势上一致,但不十分吻合.天然地震的研究结果表明,组成高原各个地块内部的地震各向异性方向大致相同,各地块的分界处各向异性方向往往有明显的变化;虽然对高原隆升机制还存在不同的看法,但至少认为高原是多期隆升、多种机制共同作用的结果这一点已达成共识. 综合已有的地球物理调查成果,结合地质地球化学资料建立的高原地球动力学模型,形象地表达出青藏高原岩石圈的双向挤压变形模式. 这些工作为研究青藏高原隆升和变形机制提供有价值的信息.     

印度-欧亚碰撞与洋—陆碰撞的差异

观测的证据充分表明,印度——欧亚的缝合带雅鲁藏布江上存在自南向北的地壳俯冲带,它穿过莫霍面,深度大约达到100 km. 喜马拉雅中可能存在多重的地壳俯冲. 它们有别于海洋碰撞时所产生的整个岩石圈俯冲. 作者观测到雅鲁藏布江以北上地幔的板片构造,它可以解释为印度向欧亚俯冲时上地幔岩石圈的痕迹. 它们说明与洋——陆的俯冲不同,印度向欧亚俯冲时,地壳与上地幔岩石圈出现拆层现象. 综合现有的地壳上地幔构造,显示在不同地质年代中,印度与欧亚之间产生自南向北以及自北向南相反方向的俯冲,而且俯冲带周围出现某些速度异常区.      

太行山东缘汤阴地堑地壳结构和活动断裂探测

采用深、浅地震反射和钻孔地质剖面相结合的探测方法,对太行山东缘汤阴地堑的地壳结构和隐伏活动断裂进行了研究.结果表明,该区地壳厚度约36~42 km,莫霍面从华北平原区向太行山下倾伏.汤阴地堑是一个受汤东断裂控制的半地堑构造,其基底面形态与莫霍面展布呈"镜像"关系.汤东断裂是1条继承性的隐伏活动断裂,该断裂向上错断了埋深约20 m的中更新世晚期地层,向下延伸至上地壳底部.综合分析深地震反射和已有深地震宽角反射/折射剖面结果,发现深地震反射剖面上的中-下地壳强反射层和壳幔过渡带反射,与深地震宽角反射/折射剖面上出现的中-下地壳正负速度梯度变化层有着较好的对应关系,这表明本区中-下地壳和壳幔过渡带可能为一系列速度递变层或高低速物质的互变层,埋深约15~16 km的强反射带为上地壳与中-下地壳的转换带,壳幔过渡带的底界为地壳与地幔的分界.研究结果为深入理解该区的深部动力学过程、分析研究深浅构造关系、评价断裂的活动性提供了依据.     

中国东部地区的壳-幔过渡带结构

莫霍面是地壳和上地幔的边界,但莫霍面并不是一个简单的"面",而是一个反映地壳和地幔物质交换、相互作用等动力学意义的"过渡带".本文综合深地震反射、宽角地震折射和高温高压岩石物理实验结果,确定壳-幔过渡带的地震P波速度变化范围为6.8~7.5 km·s^-1.在克拉通等构造活动稳定地区壳-幔过渡带内的速度梯度强且壳-幔过渡带厚度薄,而在造山带等构造活动区域壳-幔过渡带内的速度梯度弱且壳-幔过渡带厚.中国东部地区的壳-幔过渡带的平均厚度约为5~10 km,在四川盆地下方最薄（<5 km）,而在华北克拉通中部造山带下方的壳-幔过渡带最厚（~30 km）.综合地球化学结果,华北中部巨厚壳-幔过渡带主要是幔源岩浆的底侵作用和堆晶作用而形成.     

从西伯利亚长剖面得到的岩石圈研究结果

过去十年中,在西伯利亚得到的若干条长剖面显示了西伯利亚地台复杂的岩石圈构造。距离可达3000 km的三分量地震观测,使得有可能得到地壳中的P波和S波速度、上地幔的P波速度和Q值以及与反射波、折射波和转换波有关的地震界面,它们的深度可至400—700 km。地壳模型是典型的欧亚古地台模型,平均厚度为40 km,被分为三层,P波速度分别为6.2、6.5、7.0km/s,厚度均为10—15 km。莫霍界面的深度从古老的通古斯凹陷下方的40—50 km至年轻的Vilyui盆地下方变为35—40 km,最复杂的莫霍面结构位于西西伯利亚和西伯利亚地台之间的边界处。上地幔显示了P波速度模型强烈的不均匀性。在深度为80—100 km的上地幔的最上层,水平方向的不均匀性更大,在这里P波速度从年轻的西西伯利亚地台下方的8.0—8.2 km/s至西伯利亚克拉通某些部分的下方变为8.4—8.6 km/s。在对地震记录进行了计算处理以后,利用反射波研究了垂直方向精细的不均匀性。结果勾划出几个厚度为20—50Km的低速层,这些低速层同时还具有低Q值的特点。记录到了来自上地幔和下地幔之间过渡带的强波组。在这个区域,该过渡带的顶部是近乎水平的,其深度是400±25 km,过渡带底部的深度大约为700 km。     

攀西地区的深部地壳结构与构造

根据1984-1985年地震测深资料,论述了攀西地区的深部地质特征。该区地壳厚50-60km;具高、低速相间的多层结构及断块构造;五个主要速度界面中,界面R₄稳定且清晰,为上、下地壳的分界面,R₆稳定并有较强的能量反射,为壳、幔之间的界面（莫霍面）,莫霍面沿构造带北深南浅（56-50km）,横穿构造带西深东浅（60-48km）。构造带内的上地壳较薄,纵横速度变化均较大,而下地壳较厚,速度较均匀,上地壳底部的低速层,在构造带内较带外薄而浅,P_n速度较低,为7.54-7.80km/s,属壳-幔过渡带,厚13-22km。小江、四开、安宁河及金河等断裂为超壳型或壳内断裂,多为逆冲断层。该构造带的各种深部特征表明它为大陆高原型年轻构造带。     

福州-泉州-汕头地区地壳结构的爆炸地震研究

本文根据1982和1985年在福州-泉州-汕头地区的人工爆炸地震测深资料,分析了震相特征,共识别到九个波组:P₁、P_g、P_g^′、P₃^°、P₄（P₄^°）、P₅^°、P_n（P_n^°）、P₇^*及S波组。通过对波的走时反演、正演拟合、理论地震图和射线追踪方法反复计算,得到了该区地壳与上地幔结构模型。结果表明,该区具有大陆地壳向海洋地壳过渡的边缘地区结构特征。地壳P波速度6.30km/s,莫霍面速度7.90km/s,地壳厚度30km,由三层构成,厚度分别为3km、15km和12km。在中地壳存在一层速度为5.50-5.90km/s、厚度为3.0-4.0km的低速层,低速层分布与温泉出露有密切的关系。在下地壳下部有一数公里厚的高速致密的壳-幔混合物层,其形成原因是由于上地幔物质上涌并迁移到下地壳的结果。此外,还讨论了莫霍面结构,界面起伏和断裂展布概况。     

《非均匀地球中的地震波传播和散射:第二版》引言

正1地震波的散射地下大约100km的区域称为岩石层。严格来说,岩石层代表了覆盖在低速层或软流层上的地球的固体部分,并且其厚度随构造背景不同而在不同地方变化。然而,我们将不严格地使用这一术语来指代由地壳和上地幔组成的地下100km以上的区域。自从发现地壳底部的莫霍界面或莫霍面(Mohorovic     

青藏高原东缘S波速度结构及其意义

利用从2009年到2013年在研究区域部署的50个流动观测台站及10个固定台站（中国数字地震台网CD-SN,四川地震台网）收集到的数据资料,采用接收函数线性反演的方法对研究区域的地壳上地幔S波速度结构进行研究,得出青藏高原东缘各台站的VS断面最显著的特征是速度很低,中地壳VS平均速度值为3.0～3.4km/s,上地幔VS速度值为4.0～ 4.5 km/s.地壳内普遍存在低速层,大部份低速层位于深度20～40 km的中地壳,在10～20 km的上地壳及40～60 km的下地壳中也出现少量的低速层.此外在青藏高原东缘南部地区也只有部份低速层出现.青藏高原东缘地壳流并不处处存在,而仅局限在有限区域,主要分布在中地壳内部（深20～40 km）.当地壳流遇到刚强的四川盆地地壳及上地幔阻挡时出现拆分现象,即产生向上或向下的2～3个分支,向上的一支引起上地壳隆升形成陡峻的山峰,向下的一支使莫霍界面下沉引起地壳增厚.     

西藏-日本剖面的岩石圈构造

利用长周期数字地震仪的面波记录,研究了西藏——日本剖面的岩石圈构造,在资料处理中采取了纯路径效应提取和反演连续速度模型的计算技术,分别得到了大陆边缘、华北和青藏高原的岩石圈速度分布.前二个地区上地幔的速度结构相似,不仅岩石层较薄,而且存在高低速度层的相间分布,表现出活动构造的特点;青藏高原具有稳定地台的上地幔构造,但其地壳部分却属活动构造.这三个大地基本单元在构造上的差异可以从地壳追寻到上地幔200km深处,反映出印度板块和太平洋板块的不同运动.据此推断华北、日本的地震活动在动力源上属于壳-幔性质,而青藏高原的地震属于壳内性质。      

古雷—石城地区地壳与上地幔地震波速度结构及莫霍面特征

本文是1986年古雷—石城剖面及嵩口—宜城剖面深地震测深资料的初步研究结果。 对古雷—石城的纵剖面资料,分析了震相特征,共识别出五个波组:P_2、P_3~0、P_4~0、P_5~0及P_n(P_n~0)。通过对波的走时反演,正演拟合和理论地震图方法等计算,得到了该区地壳与上地幔结构模型。 古雷—石城地区地壳具有多层结构,并可划分为上、中、下三层。古雷炮点给出的厚度分别为1.0km、15.7km、12.8km,地壳平均速度为6.29km/s,深度为29.5km,上地幔顶面P_n波速度为7.83km/s。石城炮点给出厚度分别为1.8km、18.3km、12.4km。地壳平均速度为6.29km/3,深度为32.4km,土地幔顶面P_n速度为8.00km/s。 在中地壳下部存在一低速层,其厚度为2.8km,速度为5.85km/s。根据其它研究结果,初步判断低速层介质是半熔融物质组成。 测区内横向变化比较强烈。从东向西有长乐—诏安、政和—海丰和邵武—河源三个大断裂穿过该区,并且都深切至莫霍面;在漳州盆地之下莫霍面隆起约3km,戴云山区下莫霍面凹陷近2km;永安—梅州莫霍面隆起接近3km。莫霍面分布显示出从东南向西北逐渐加深。 宜城—连城—嵩口非纵剖面显示了莫霍面在两处有明显断错,错距约2km邵。表明昭武—河源断裂是切割莫霍面的深大断裂。     

渤海东南部深地震探测与地壳结构研究新进展——OBS2013剖面数据处理分析

OBS2013测线沿NNW-SSE方向跨越渤中坳陷和胶东隆起次级构造以及张家口-蓬莱和郯庐两条深大断裂带.对测线上13个站位折合剖面进行震相分析,识别出丰富的Ps、Pg、PcP、Pn和PmP震相.通过射线追踪和走时拟合,建立了二维P波速度结构模型.模型将渤海深部速度结构分为6层,最上部两层为新生界,速度由1.8~2.0km/s变化为4.4~4.7km/s,埋深为0.5~7.2km,并向胶东隆起方向逐渐尖灭.向下依次分为上地壳下部、中地壳和下部地壳,地壳速度由5.6~5.9km/s变化为7.0km/s,其中上地壳底界面埋深11.1~12.9km,中地壳底界面埋深18.0~18.9km,莫霍面在渤中凹陷处埋深最浅为25.5km,向胶东隆起方向逐渐增大到30km.莫霍面之下上地幔顶部速度为8.0~8.1km/s.渤海下部地壳厚度变化接近5km,从下地壳到上地幔顶部均无明显的大尺度横向速度变化,岩浆底侵不发育.结合已有研究成果,推测渤海东南部与华北克拉通中部相比,下地壳厚度减薄9~13.4km,地壳减薄非常有限,具有典型陆壳特征.     

中国西部及邻区岩石圈S波速度结构面波层析成像

本文利用瑞利波群速度频散资料和层析成像方法,研究了中国西部及邻近区域(20°N—55°N,65°E—110°E)的岩石圈S波速度结构.结果表明这一地区存在三个以低速地壳/上地幔为特征的构造活动区域:西蒙古高原—贝加尔地区,青藏高原,印支地区.西蒙古高原岩石圈厚度约为80 km,上地幔低速层向下延伸至300 km深度,说明存在源自地幔深部的热流活动.缅甸弧后的上地幔低速层下至200 km深度,显然与印度板块向东俯冲引起俯冲板片上方的热/化学活动有关.青藏高原地壳厚达70 km,边缘地区厚度也在50 km以上并且具有很大的水平变化梯度,与高原平顶陡边的地形特征一致.中下地壳的平均S波速度明显低于正常大陆地壳,在中地壳20~40 km深度范围广泛存在速度逆转的低速层,这一低速层的展布范围与高原的范围相符.这些特征说明青藏高原中下地壳的变形是在印度板块的北向挤压下发生塑性增厚和侧向流动.地幔的速度结构呈现与地壳显著不同的特点.在高原主体和川滇西部地区上地幔顶部存在较大范围的低速,低速区范围随深度迅速减小;100 km以下滇西低速消失,150 km以下基本完全消失.青藏高原上地幔速度结构沿东西方向表现出显著的分段变化.在大约84°E以西的喀喇昆仑—帕米尔—兴都库什地区,印度板块的北向和亚洲板块的南向俯冲造成上地幔显著高速;84°E—94°E之间上地幔顶部速度较低,在大约150~220 km深度范围存在高速板片,有可能是俯冲的印度岩石圈,其前缘到达昆仑—巴颜喀拉之下;在喜马拉雅东构造结以北区域,存在显著的上地幔高速区,可能阻碍上地幔物质的东向运动.川滇西部岩石圈底界深度与扬子克拉通相似,约为180 km,但上地幔顶部速度较低.这些现象表明青藏高原岩石圈地幔的变形/运动方式可能与地壳有本质的区别.