面波频散与接收函数联合反演南北地震带北段壳幔速度结构

通过对南北地震带北段区域所布设的676个流动地震台站观测资料进行处理,联合反演面波频散与接收函数数据,获得了研究区内地壳厚度、沉积层厚度的分布情况以及地壳上地幔高分辨率S波速度结构成像结果.反演结果显示研究区地壳厚度从青藏高原东北缘向外总体逐渐变薄,秦岭造山带地壳厚度较同属青藏高原东北缘的北祁连块体明显减薄;鄂尔多斯盆地及河套盆地分布有非常厚的沉积层,阿拉善块体部分区域也有一定沉积层分布,沉积层与研究区内盆地位置较为一致;松潘—甘孜块体、北祁连造山带等青藏高原东北缘总体表现为S波低速异常;在中下地壳,松潘—甘孜块体下方的低速体比北祁连造山带下方的低速体S波速度值更小、分布深度更浅,更有可能对应于部分熔融的地壳;鄂尔多斯盆地在中下地壳以及上地幔内有着较大范围的高速异常一直延伸到120 km以下,而河套盆地地幔只在80 km以上部分有着高速异常的分布,此深度可能代表了河套盆地的岩石圈厚度,来自深部地幔的热物质上涌造成了该区域的岩石圈减薄;阿拉善块体在地壳和上地幔都表现出高低速共存的分布特征,暗示阿拉善块体西部岩石圈可能受青藏高原东北缘的挤压作用发生改造.     

松辽盆地岩石圈减薄的深部动力学过程

松辽盆地作为东亚裂谷系的一部分,与华北克拉通一起经历了中生代岩石圈减薄的重大地质事件.对大陆岩石圈-软流圈状态和构造的整体认识,是研究大陆岩石圈减薄深部动力学过程的关键.在获得过松辽盆地的106个宽频和30个长周期大地电磁测深数据的基础上,完成测点数据二维偏离度、构造走向等计算与分析,进一步采用非线性共轭梯度算法,对TE和TM模式数据进行二维联合反演,获得了沿剖面的壳-幔电性结构,并依此构建了松辽盆地壳-幔结构模型.研究结果表明：（1）大兴安岭地区岩石圈厚度约为160 km,松辽盆地岩石圈厚度约为45 km,张广才岭岩石圈厚度在70~100 km之间,莫霍面与岩石圈底界面不呈镜像关系.软流圈整体表现为中、低阻异常,电阻率值在30 Ωm左右,其形态呈西倾约30°的蘑菇状异常,指示了软流圈物质上涌的形式,有别于软流圈垂直上涌的传统认识.（2）松辽盆地深部存在双层高导异常（电阻率小于5 Ωm）,上层为壳内高导层,呈"蛇"状分布,推断为岩浆底侵区,下层为幔内高导层,呈"哑铃"状,为软流圈上涌区.软流圈内存在两个"哑铃"状中、高阻异常,推断为拆沉的岩石圈地幔.具有冷的、高密度的下降物质流的堆积以及拆沉块体下插到两侧山岭是促使大兴安岭与张广才岭在中生代伸展环境中快速隆升重要原因;（3）松辽盆地经历了岩石圈减薄事件,与大兴安岭岩石圈厚度相比,松辽盆地岩石圈厚度减薄了近100 km,与东侧张广才岭相比减薄了70 km,而与中生代华北地台100 km的岩石圈厚度相比,减薄了近50 km,其经历了岩石圈伸展期、裂解期、拆沉期和增长期的动力学过程.     

中国东北-华北地区地壳厚度与泊松比及其地质意义

本文通过收集和综合分析已有的接收函数H-k研究结果,给出了中国东北-华北地区的地壳厚度与波速比/泊松比分布图.本研究表明该区地壳最薄的地方出现在松辽盆地和华北平原地区（28~35 km）;大兴安岭、燕山-太行地区的地壳厚度介于36~45 km范围,其中燕山造山带地壳厚度由东向西逐渐增加;而最厚的地方则出现在鄂尔多斯盆地西南缘（~55 km）.研究区平均波速比为1.76±0.05,较全球大陆平均值明显偏高,这可能与中、新生代以来该区显著的岩石圈减薄与破坏过程相关.其中地壳波速比最高的地方出现在山西地堑、长白山、大同-张家口等新生代火山区,意味着这些地区可能具有较高的地壳温度或存在广泛的壳内部分熔融.本文研究显示,大兴安岭造山带地区地壳厚度与波速比/泊松比成负消长关系,推测大兴安岭在形成过程中,地壳的增厚以长英质上地壳增厚为主.与大兴安岭地区不同,松辽盆地及周边地区地壳厚度与泊松比没有明显的相关性,表明松辽盆地可能具有复杂的形成与演化过程.     

用接收函数方法研究中国境内地壳结构

利用中国数字地震台网30个台站的高质量宽频带远震数据,采用H-k叠加搜索法对中国境内的地壳结构进行研究,获得了研究区内的地壳厚度和v_P/v_S分布特征.结果表明, 中国境内的v_P/v_S值介于1.6—1.9之间,地壳厚度变化剧烈,在29—81 km之间.100°—110°E之间存在一个地壳厚度陡变带, 将中国分为东西两个部分.东部地壳厚度相对均匀,为31—36 km, 西部地区地壳厚度相对较厚且变化较大,中部地区地壳厚度为34—49 km.总的看来,青藏高原地区地壳最厚,可达81 km;天山、准噶尔盆地和内蒙古地区地壳厚度次之;华南地区地壳最薄.另外,中国大陆地壳平均波速比为1.738(σ=0.253),比全球大陆平均波速比1.78(σ=0.269)低.较低的波速比可能暗示中国境内地壳低速层的存在或者铁镁质成分的缺失.      

南海北部珠江口—琼东南盆地地壳速度结构与几何分层

基于南海北部大陆边缘珠江口—琼东南盆地深水区实施的14条近垂直深反射地震探测叠加速度谱,利用Dix公式将叠加速度剖面转换为地壳层速度剖面,并利用时深转换方法构建了深度域地壳层速度模型,综合各地壳速度剖面分析了南海北部大陆边缘珠江口与琼东南盆地不同深度层次的P波速度变化趋势以及地壳几何分层特征.结果表明,琼东南盆地区可分为4～8 km沉积层（V_P为1.7～4.7 km/s）、4～10 km厚的上地壳层（V_P为5.2～6.3 km/s）、5 km〗左右的下地壳层（V_P为6.4～7.0 km/s）以及2～6 km厚的高速下地壳底层（V_P＞7.0 km/s）.V_P＞7.0 km/s下地壳高速层的存在被认为是岩石圈伸展、下地壳底部底辟构造或者是残存的原始华夏下地壳基性层的地震学指示;综合研究区地球物理探测成果构建了跨越华南大陆与南海北部陆坡区剖面莫霍和岩石圈底界图像,揭示出岩石圈上地幔在华南大陆与南海北部大陆边缘的减薄特征.     

鲁西隆起地壳厚度和泊松比及其地质意义

鲁西隆起是华北克拉通东部重要的伸展构造,为分析鲁西隆起地区地壳结构特征,本文通过选取2010-2013年鲁西隆起及周边地区28个地震台站记录的102个远震波形(MS6.0、震中距30°~90°),利用远震接受函数方法获得各台站下方的地壳厚度、泊松比值,结果显示:鲁西隆起地区地壳厚度值大致在29.9~36.1km之间,地壳厚度最小的区域位于北部地区,总体表现为南北向的变化特征,向南逐渐增大;相反,鲁西隆起北部地区的地壳平均泊松比值最大,向南逐渐减小.根据地壳厚度、泊松比分布特征,本文认为鲁西隆起地区的地壳结构特征是由地幔的主动上涌及对地壳的热侵蚀作用造成,这在北部地区表现最为典型.鲁西隆起伸展构造的形成是华北岩石圈减薄过程中地壳响应的结果,表明中生代华北岩石圈减薄过程存在明显的热侵蚀作用.     

云南地区Lg波衰减成像研究

收集了云南省及周边121个固定台站于2014年5月—2019年5月记录到的470次M≥4.0宽频带地震记录,利用反双台法处理了6 976条垂直向波形数据,通过LSQR方法反演得到了云南地区的空间分辨率小于100 km的1 Hz下Lg波衰减成像。反演结果表明,云南地区地壳Lg波的Q₀值介于60—300,整体为低Q₀背景,横向不均匀性变化显著。云南地区低Q₀值的分布特点,反映了Lg波在云南地区衰减强烈。红河断裂西侧Q₀值较低,在50—160之间,东侧Q₀值较高,在120—200之间,分布特征与沉积层厚度分布一致,松散的沉积层可能是造成东侧地区Lg波高衰减的主要原因。云南地区地壳Lg波Q₀值呈现出了与地表热流值分布相似的差异化分布特征,这可能与频繁的地震、长期强烈的构造运动以及深部物质随火山活动上涌有关。      

基于背景噪声和地震面波联合反演华北克拉通中部岩石圈结构

基于ChinArray三期项目布设于华北克拉通中部的流动台阵观测数据,利用背景噪声互相关和地震面波层析成像获取了研究区内6—140 s周期的瑞雷面波频散,使用蒙特卡罗非线性反演方法获得了华北克拉通中部岩石圈的高分辨率三维S波速度结构。结果显示华北克拉通不同地块的岩石圈速度结构存在显著的横向差异：其中鄂尔多斯盆地腹地整体表现为高速特征,延伸至200 km以下,但其东南缘存在小范围的低速异常;东部的华北盆地整体表现为低速特征,具有较薄的地壳和岩石圈厚度;中部造山带南北两端以及南北重力梯度线下方存在相连接的低速区域,在深处延伸至华北盆地下方;在下地壳和上地幔顶部,大同火山群区域的低速体逐渐向西偏移至鄂尔多斯盆地东北角下方;而在上地幔中,该区域的低速异常随深度增加而逐渐减弱,低速体延伸至东南方向的华北盆地下方。基于本研究获得的S波速度模型,我们认为：鄂尔多斯盆地腹地保持了克拉通特性,但其东南缘存在局部的岩石圈改造作用;华北盆地发生了强烈的岩石圈破坏减薄和地壳伸展变形;中部造山带南北端以及南北重力梯度线下方的岩石圈发生了局部的改造减薄,其机制可能都来源于华北盆地下方地幔热物质的上涌;大同火山群下...     

利用H-K叠加方法和CCP叠加方法研究中国东北地区地壳结构与泊松比

利用中国东北布设的流动地震台阵（116个）以及国家和区域台网（121个）的宽频带台站记录的824个远震事件,采用P波接收函数CCP叠加和H-K叠加两种方法获得了研究区详尽的地壳厚度图像.研究结果显示,两种方法获得的地壳厚度分布特征具有很好的一致性,中国东北下方地壳厚度存在明显的东西横向差异.重力梯度带西侧和佳木斯地块的台站下方地壳较厚,介于36~41 km之间,而在兴蒙槽地褶带中重力梯度带往东从36 km减薄至34 km左右.松辽盆地北侧、东侧和南侧地壳厚度较薄,为29~34 km,反映了该区复杂的地壳变形过程.CCP剖面显示郯庐断裂深切地壳,敦化—密山断裂下方莫霍面出现错断.H-K叠加得到的地壳平均泊松比显示,东北地区绝大部分台站下方的泊松比值较大,0.24~0.29.长白山、松辽盆地东部、燕山台隆东部和大兴安岭北部,泊松比值达到0.27~0.30,可能有幔源物质上涌,下地壳铁镁组分含量增加.     

数值模拟华北克拉通岩石圈减薄的一种可能机制 ——下地壳榴辉岩重力失稳引起的拆沉

通过数值模拟研究,论证了中生代华北拉通岩石圈受挤压,下地壳玄武岩相变为密度较大的榴辉岩,榴辉岩重力失稳能够引起下地壳的拆沉,造成岩石圈的大规模减薄的可能性.通过对比不同规模的榴辉岩减薄方式发现,当榴辉岩规模较大时可能发生双管道拆沉,而规模小时发生单管道拆沉.计算结果表明当榴辉岩的水平尺度为100 km, 200 km, 300 km时,岩石圈拆沉减薄后厚度分别可达92 km,105 km,136 km.对比中生代华北克拉通岩石圈热侵蚀减薄和拆沉减薄机制,从力学机制上都能造成岩石圈减薄,但它们的结果对应着不同的地表地质特征.热对流减薄,中心区域变热变薄,中心区域是一个伸展区域,发展一个大的变质核杂岩区,岩浆的发展时序是从中心向两侧对称分布,并且向两侧减弱拆沉减薄结果中,中心区域受到挤压加厚,反而变冷.在中心区域的两侧发生两个减薄伸展区域,可能对应两个变质核杂岩区域,岩浆的发展时序是从两侧向中心减弱发展.     

东海重磁地震综合探测剖面研究

依据东海南部一条自东海陆架直至菲律宾海盆的重磁地震综合探测剖面,采用地壳结构重磁地震综合反演解释系统开展岩石圈结构的综合研究,制作了岩石圈结构地学断面图. 结果表明基隆凹陷为一中新生代沉积凹陷,沉积厚度达到14km;冲绳海槽盆地为弧后扩张地堑型盆地,地壳厚度仅为14.5km;菲律宾板块沿北西西方向向欧亚板块俯冲,莫霍面急剧下插,导致冲绳海槽的形成与发展;岩石圈厚度约为80km,但在370km处仅为53km,在450km至540km处岩石圈厚度大于100km.     

Crust and upper mantle structures beneath Northeast China from receiver function studies

P-wave and S-wave receiver function analyses have been performed along a profile consisted of 27 broadband seismic stations to image the crustal and upper mantle discontinuities across Northeast China. The results show that the average Moho depth varies from about 37 km beneath the Daxing’anling orogenic belt in the west to about 33 km beneath the Songliao Basin, and to about 35 km beneath the Changbai mountain region in the east. Our results reveal that the Moho is generally flat beneath the Daxing’anling region and a remarkable Moho offset (about 4 km) exists beneath the basin-mountain boundary, the Daxing’anling-Taihang Gravity Line. Beneath the Tanlu faults zone, which seperates the Songliao Basin and Changbai region, the Moho is uplift and the crustal thickness changes rapidly. We interpret this feature as that the Tanlu faults might deeply penetrate into the upper mantle, and facilitate the mantle upwelling along the faults during the Cenozoic era. The average depth of the lithosphere-asthenosphere boundary (LAB) is ~80 km along the profile which is thinner than an average thickness of a continental lithosphere. The LAB shows an arc-like shape in the basin, with the shallowest part approximately beneath the center of the basin. The uplift LAB beneath the basin might be related to the extensive lithospheric stretching in the Mesozoic. In the mantle transition zone, a structurally complicated 660 km discontinuity with a maximum 35 km depression beneath the Changbai region is observed. The 35 km depression is roughly coincident with the location of the stagnant western pacific slab on top of the 660 km discontinuity revealed by the recent P wave tomography.     

多源探测数据揭示的南海东北部三维地壳结构特征

南海东北部洋陆转换带及其邻区复杂的地壳结构一直是南海岩石圈结构研究和深水油气勘探的热点.本研究基于覆盖南海东北部的119条地球物理探测数据(包括二维地震和OBS/OBH/ESP等剖面),采用已有OBS数据拟合的时-深关系进行转换,提取主要沉积地层界面和Moho面深度信息;参考区域深钻资料,利用离散平滑与克里金插值法对研究区的数据稀疏区进行插值,在此基础上建立了南海东北部三维地壳结构模型.结果显示:南海东北部的地壳拉伸减薄具有空间差异性.平面上,可以分为地壳轻微、中等和强烈减薄区(拉伸系数分别小于1.5、1.5～2.5之间和大于2.5);Moho面深度向SW向变浅,洋陆转换带宽度由东部的50km变窄至西部的20km;北部陆架区发育一系列NE走向的断陷,推测主要受到滨海断裂带的控制,南部陆坡深水区部分凹陷发育巨厚沉积层,可能是由于深水区大型正断层活动和南海扩张过程中陆壳向海掀斜的共同作用.垂向上,Moho面深度与沉积层底界表现为镜像关系,上地壳拉伸系数基本都大于下地壳;且东沙隆起及其邻区的下地壳下部发育高速层,其厚度以近东西向为轴向南北方向变薄.研究揭示的南海东北部三维地壳结构,特别是Moho面结构特征,是认识其深部动力过程和构造活动的重要依据,可为探讨南海洋盆的扩张和演化提供参考.     

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Hκ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...     

Crustal thickness beneath the Tanlu fault zone and its tectonic significance based on two-layer H-κ stacking

Tanlu fault zone(TLFZ)is the largest active fault zone in eastern China.It is characterized by complex tectonic evolution and multiple faults and marks the boundary between the North and South China blocks.An in-depth understanding of the distinct crustal structures of both parts of the TLFZ will provide valuable insights into the lithospheric and crustal thinning in eastern China,extensive magmatism since the Mesozoic,and formation mechanisms of metallogenic belts along the Yangtze River.In this study,a two-layer H-κ stacking approach was adopted to estimate the thicknesses of the sediment and crystalline crust as well as the corresponding vp/vs ratios based on high-quality teleseismic P-wave receiver functions recorded by permanent and temporary stations in and around the TLFZ.The geological units in the study region were delineated,especially the crustal structures beneath extensive sedimentary basins on both sides of the TLFZ.The following conclusions can be drawn:(1)The crustal thickness in and around the TLFZ greatly varies depending on the segment.In the northern segment,the crust is relatively thin beneath the eastern part of the Songliao Basin,a broad uplift of the Moho can be observed,and the Moho descends from south to north.The crust below the central and southern segments becomes thinner from west to east.The thickness of the crust is less than 30 km toward the eastern side of the boundary between the Jiangsu and Anhui provinces,that is,significantly thinner than in other areas.In terms of the vp/vs ratios,high anomalies were detected in the central-southern segments of the TLFZ,indicating the upwelling of deep mantle magma via deep faults.(2)Positive isostatic gravity anomalies were observed in the eastern part of the northern segment of the TLFZ and in the eastern part of the Suwan segment.The crustal thickness is smaller than that obtained from the Airy model of isostasy.This suggests that the lower crust in this area may have experienced intensive transformation processes,which may be related to crustal thinning(caused by crustal extension)and the strong uplift of the mantle in eastern China.The isostatic gravity anomalies between the eastern and western parts of the TLFZ indicate that the fault zone plays a dominant role in controlling the development of the deep crustal structure.(3)Significant crustal thinning was observed beneath the eastern part of the boundary between the Jiangsu and Anhui provinces in the southern segment of the TLFZ,suggesting that this area is prone to lithospheric thinning of the North China Craton.Due to the subduction,compression,and retreat of the Paleo-Pacific Plate during the Yanshanian Period as well as the dehydration of subducting oceanic crust(within subduction zones),the asthenosphere and oceanic crust in eastern China partially melted,resulting in mantle enrichment.The basic magma from the mantle is accumulated at the base of the crust,leading to magmatic underplating.In areas with weak topography toward the east of the TLFZ,magma rises to the upper crust and surface,resulting in the enrichment of multiple'metal deposits in this area.     

佳木斯地块与松嫩地块俯冲碰撞的深反射地震剖面证据

佳木斯地块和松嫩地块是东北地区两个十分重要的地质构造单元,由于二者之间发育一套含有蓝片岩的俯冲增生杂岩-黑龙江杂岩(原称黑龙江群),其地质构造意义长期为人们所关注.巴彦—桦南深反射地震剖面揭示,佳木斯地块与松嫩地块之间存在明显向西俯冲的深反射信息,以壳内和幔内向西倾伏的楔状反射区为特征.壳内楔状反射区东与浅表层出露的黑龙江杂岩相连,向西倾伏延深至莫霍面,是俯冲增生杂岩在地壳深部的反映;幔内楔状反射区东起小兴安岭之下的莫霍面,向西倾伏延深至松辽盆地东缘,尖灭深度约78km,与多种方法得出的该区现今的岩石圈厚度(75~80km)基本一致.这一证据充分说明佳木斯地块的岩石圈地幔向西俯冲到松嫩地块岩石圈地幔之下.     

裂谷盆地构造-热演化模拟中几个问题的讨论

裂谷盆地的构造-热演化模拟是在岩石圈尺度计算裂谷盆地形成演化过程中的热历史和沉降史.拉张模型实现了构造和热的完美结合,在描述裂谷盆地沉降和热流演化方面取得了很大的成功.本文使用二维运动学模型,通过有限元方法,在拉格朗日坐标系下进行拉张背景下的构造热演化模拟,探讨了拉张模型中初始地壳、岩石圈厚度、软流圈对流、模型上边界对构造热演化的影响,以及载水和载沉积物两种情况下盆地侧翼抬升的差异.