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。     

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.     

青藏高原隆升对新疆天山山脉地壳-上地幔构造的影响

依据地震层析和接收函数的结果获得了天山山脉东段和西段的深部构造的速度图像,探讨了印度板块向北推进和青藏高原隆升对天山山脉造山作用的影响以及天山山脉不同地段的地壳上地幔构造的差异。克拉玛依—库车剖面上清楚地展示出,天山是由高速和低速的地体拼合而成。来自塔里木的高速体向北俯冲到天山达200km以下的深度,而来自准噶尔盆地的高速体则没有明显地向南推进,说明由南向北的推进是很强的,它是造成天山山脉继续隆升的主要动力,从而造就了天山山脉。天山山脉在Moho面以上的部分是中天山北缘断裂和中天山南缘断裂之间的低速体与两侧的高速体拼合成的,其南北宽度约350km,向深度延伸越过200km。塔里木盆地和准噶尔盆地均为高速体的范围,天山山脉东段Moho面以上的地壳部分,南部高速体有向北推进和俯冲的特征,但不明显。夹在两盆地之间的天山主要为低速体,仅在乌鲁木齐和北天山山前断裂以南有残留的高速体,深度不超过30km,这表明天山是由速度不同的地质体挤压而拼合成的。天山延伸到乌鲁木齐以东,向深部的延伸仅仅100km上下。在富蕴—库尔勒剖面上,塔里木板块向北的推进相对于克拉玛依—库车剖面有所减弱。天山西段表现出强烈的造山作用,向东逐步减缓,到达天山的东段,虽然天山深部的构造活动仍然在继续进行,地震活动频繁,可是,活动区域集中在天山底部不过100km上下。说明山根的范围比西部减少了近一半。     

青藏高原地壳与上地幔成层速度结构与深部层间物质的运移轨迹

在印度洋板块与欧亚板块碰撞、挤压作用下,促使深部物质重新分异、调整和运移,并导致了地壳的短缩增厚,而且造成了高原的整体隆升和深部壳、幔物质的侧向流展。基于青藏高原腹地和周边地域地壳与上地幔的成层速度结构,特别是其特异层序的展布研究表明,青藏高原地壳巨厚,但岩石圈却相对较薄;地壳中于深20±5km处存在一低速层,层速度为5.7±0.1km/s,厚度为8±2km;上地幔软流圈顶部深度为110±10km;下地壳与上地幔盖层物质以地壳低速层为上滑移面,以岩石圈漂曳的上地幔软流圈顶面为下滑移面,在印度洋板块N-NNE向力源作用下在同步运移,即形成了青藏高原腹地和周边地域特异的大陆地球动力学环境。     

从地壳上地幔构造看大陆碰撞作用（上）

根据近年来全球地壳上地幔探测的成果,分析了大陆碰撞造山作用过程。在大地构造物理学中,演化重建的基础为地壳上地幔探测结果和宏观物理学定理,方法为岩石圈结构模型的解构。大陆碰撞使洋陆转换带岩石圈正式拼入大陆板块,造成大陆的增生。阿尔卑斯—喜马拉雅碰撞造山带在碰撞前陆缘广泛发育有洋—陆转换带,这种碰撞称为裙边碰撞。由于比较松软的洋陆转换带岩石圈夹在中间,裙边碰撞时不发生典型的刚性碰撞和反弹,碰撞产物中常见蛇绿岩套及泥砾混杂堆积,少见超高压变质岩片的折返。大别—苏鲁碰撞造山带在碰撞前洋—陆转换带不发育,这种碰撞称为裸碰撞。裸碰撞属于刚性碰撞,碰撞时发生反弹,碰撞产物中少见蛇绿岩套及泥砾混杂堆积,常见超高压变质岩片的折返。裸碰撞后的反弹为超高压变质岩片的折返创造了条件。裙边碰撞和裸碰撞的作用过程都可分为四期,第一期为碰撞前期,第四都为后造山期。裙边碰撞和裸碰撞的不同在于,第二期主碰撞期裙边碰撞冲撞大陆板块没有明显反弹,第三期陆—陆俯冲期超高压变质岩片折返不明显。造山后期是碰撞造山过程逐渐停息期,即两大陆板块间的应力从挤压转化为拉张的阶段。这时两大陆板块之间有了共同的一个旋转极,但是碰撞造山诱发的岩石圈拆离和变形仍在进行,碰撞带岩石圈成为大陆内部热流会聚和岩浆活动的优选通道,诱发强烈的岩浆活动。     

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.     

大地电磁测深(MTS)用于研究地壳上地幔的初步成果

地质矿产部物化探研究所自1980年先后完成了青藏、川滇、华南、甘肃、新疆、内蒙、山西、松辽、长江中下游、秦岭等地区的深大地电磁测深剖面约6800km。得出了剖面通过地区地壳、上地幔的电性结构,研究了各电性单元与地质构造单元的关系,对发现的地壳、上地幔内低阻层的成因进行了探讨。根据已掌握的深大地电磁数据编制了中国大陆电性图件,得出中国大陆岩石圈的平均厚度为100～120km,东部地区薄,西部地区厚的结论。利用高温高压岩石电阻率测定结果,粗略地给出了剖面通过地区岩石圈内主要的物质组成。     

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。     

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。     

冈底斯中东部底垫-俯冲转换带附近地壳上地幔结构远震P波层析成像研究

利用冈底斯中-东部197个宽频带天然地震台站记录到的数据和远震P波走时层析成像方法,获得了该区域的P波速度扰动图像。层析成像结果显示研究区地壳和上地幔地震波速度结构存在着复杂的空间变化。首先,在藏南拆离系断层(STD)以北的特提斯喜马拉雅地壳中存在着较强的低速异常,但是该低速异常的北端在远离裂谷带的地方并没有明显越过雅鲁藏布江缝合线(YZS),这与前人的观测结果略有不同;在亚东-古露(YGR)和措美-桑日(CSR)裂谷带的下方存在低速异常,但异常强度都没有前者大;在两个裂谷带之间的拉萨地块中-南部,地壳表现为强高速特征。这些结果表明,影响青藏高原地壳构造演化的"地壳通道流(Crustal Channel Flow)"在藏南主要分布在特提斯喜马拉雅地区,在雅鲁藏布江缝合线以北的冈底斯地区,可能主要局限于沿裂谷带分布。其次,被解释为印度岩石圈地幔的上地幔高速异常,在研究区西部,抵达了雅鲁藏布江缝合线以北100km或更远的地方,而在研究区东部,并没有越过雅鲁藏布江缝合线,而是停留在缝合线以南~100km的高喜马拉雅下方,印证了前人给出的印度板块俯冲角度在研究区附近存在东西向变化的层析成像结果。此外,我们的层析成像结果还印证了冈底斯东南侧的上地幔低速异常根植于上地幔底部,我们认为该现象可能与巽他块体的顺时针旋转引起向东俯冲的缅甸弧向西后撤有关。     

从地壳上地幔构造看洋陆转换作用

根据近年来全球地壳上地幔探测的成果,分析了洋陆转换、地壳和岩石圈加厚的作用过程。洋陆转换作用可分为以下五个演化阶段：① 同大洋扩张期的地壳增厚;② 海沟发生与早期俯冲;③ 俯冲带成熟与沟弧盆体系形成;④ 俯冲带汇聚和位移;⑤ 陆—岛碰撞和陆壳连接。同大洋扩张期的地壳增厚作用指发生在被动大陆边缘的地质作用。包括沉积作用,岩浆底侵作用,下地壳和岩石圈地幔压裂,形成海沟等。海沟形成后陆缘转变为主动大陆边缘,大地构造机制转换为板块俯冲作用。成熟期的洋—陆转换作用特征是海盆扩张和板块俯冲造成的洋壳缩短取得平衡。弧后盆地和弧后边缘海的打开,表明俯冲带进入完全成熟的阶段。洋脊俯冲之后过成熟期的洋—陆转换作用,其特征是海盆逐渐缩小而且板块俯冲带汇聚。这里既有密集的俯冲带又有短期打开的边缘海岭;俯冲带不断位移,既可后撤也可前冲;俯冲板块经常发生断裂和拆沉。过成熟期的板块俯冲结果是边缘海微板块的萎缩。经过陆—岛碰撞,岛弧地壳增厚,与大陆板块连为一体,成为大陆内部的一个构造单元,即显生宙的“古洋—陆转换带”。     

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。     

中国满州里—绥芬河地学断面地壳—上地幔化学组成及垂向地球化学分带

通过地质、地球物理和地球化学综合研究，建立了断面域兴安、松嫩地块地壳－上地幔结构及岩石组成模型，估算了地壳－上地幔各结构层的元素丰度（地壳５３种，地幔３４种）。根据不同结构层的元素丰度，建立了兴安、松嫩地块地壳－上地幔垂向地球化学分带。兴安、松嫩地块化学组成的横向对比表明每个地块都有其独立演化历史。与华北地台南缘化学组成对比表明两地块与华北地台无明显成因联系。     

从地壳上地幔构造看洋陆转换作用

根据近年来全球地壳上地幔探测的成果,分析了洋陆转换、地壳和岩石圈加厚的作用过程。洋陆转换作用可分为以下五个演化阶段:①同大洋扩张期的地壳增厚;②海沟发生与早期俯冲;③俯冲带成熟与沟弧盆体系形成;④俯冲带汇聚和位移;⑤陆—岛碰撞和陆壳连接。同大洋扩张期的地壳增厚作用指发生在被动大陆边缘的地质作用。包括沉积作用,岩浆底侵作用,下地壳和岩石圈地幔压裂,形成海沟等。海沟形成后陆缘转变为主动大陆边缘,大地构造机制转换为板块俯冲作用。成熟期的洋—陆转换作用特征是海盆扩张和板块俯冲造成的洋壳缩短取得平衡。弧后盆地和弧后边缘海的打开,表明俯冲带进入完全成熟的阶段。洋脊俯冲之后过成熟期的洋—陆转换作用,其特征是海盆逐渐缩小而且板块俯冲带汇聚。这里既有密集的俯冲带又有短期打开的边缘海岭;俯冲带不断位移,既可后撤也可前冲;俯冲板块经常发生断裂和拆沉。过成熟期的板块俯冲结果是边缘海微板块的萎缩。经过陆—岛碰撞,岛弧地壳增厚,与大陆板块连为一体,成为大陆内部的一个构造单元,即显生宙的"古洋—陆转换带"。     

青藏高原东缘地壳上地幔结构及其动力学意义

本文综述了我们在青藏高原东缘实施的垂直切过龙门山断裂带宽频带地震探测的研究成果,揭示了研究区复杂的地壳上地幔结构,结果表明松潘-甘孜地块与四川盆地西缘莫霍面深度为58 km与40 km±,在龙门山断裂带下方存在约15 km的莫霍面错断; 松潘-甘孜与龙门山断裂带域地壳纵横波速度比Vp/Vs比值远大于173,预示着粘性下地壳流或基性/超基性物质的存在。探讨了研究区强烈的盆山之间以及深部不同层圈之间的相互作用,推断四川盆地对青藏高原东缘软流圈驱动的物质东向逃逸阻挡作用可能深达整个上地幔。     

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。