沉积盆地地区地壳结构估计——预测反褶积方法消除接收函数多次波混响

接收函数方法被广泛地应用于地壳上地幔结构的研究中,H-κ叠加方法是其中最常用的方法之一.对于布设在基岩区台站计算的接收函数,H-κ叠加方法可以准确地估计台站下方地壳厚度和平均波速比,但是对于沉积盆地地区计算的接收函数,由于低速沉积层内会产生多次波混响,干扰甚至覆盖接收函数中莫霍面的转换波和多次波震相,从而影响H-κ叠加结果的准确性.为准确估计沉积盆地地区地壳结构,本文提出使用预测反褶积方法去除接收函数中低速沉积层内多次波混响,其中预测步长由接收函数归一化自相关函数获得,物理意义为沉积层内S波双程走时.合成接收函数和实测接收函数试验表明,本文提出的预测反褶积方法可以有效地去除沉积层多次波混响,并结合改进的H-κ叠加方法可以准确地估计沉积层下覆地壳厚度和平均波速比.相比于其他去除接收函数多次波混响的方法,本文提出的预测反褶积方法具有参数设定简单、运算量小、震相幅值较大等特点,适用于大批量数据处理.     

接收函数和重力联合反演中国东北地区高精度莫霍面和波速比分布及地质意义

本文通过接收函数和重力数据联合反演获取了中国东北地区高精度的莫霍面和平均地壳波速比模型,新的联合反演方法综合考虑了接收函数在纵向上和重力数据在横向上的优势,在某种程度上可以降低单一接收函数数据易受盆地沉积层、莫霍面倾斜、介质不均匀分布等因素的干扰.在接收函数数据的预处理中,通过远震接收函数波形重建方法构建规则化的虚拟台站,提升整体的空间分辨率.在重力数据的滤波中,分别对莫霍面上方的浅部区域和岩石圈以下的深部背景场采用速度结构导向和向上延拓的滤波手段.新获得的莫霍面分布显示,海拉尔盆地、二连盆地、三江盆地、渤海湾盆地的莫霍面深度略浅于周围地区,而大兴安岭、小兴安岭、张广才岭的莫霍面略深.与前人结果相比,本研究得到的精细莫霍面模型与地形起伏和盆地边界有更好的对应关系,且在南北重力梯度线两侧的差异更明显.松辽盆地东部的莫霍面相对较浅,且存在高波速比异常,可能是由于松辽盆地区域的横向拉张引起的地幔热物质侵入地壳引起的.长白山火山地区下方地壳存在高波速比,意味着该处可能存在由于地幔热物质上涌引起的地壳部分熔融.     

用远震接收函数反演福建地区宽频带台站下方莫霍界面深度

收集福建省“九五”数字地震遥测台网中8个宽频带台站的远震波形资料,应用接收函数的研究方法计算各个台站下方的接收函数。采用非线性的反演方法获得这些台站下方的S波速度结构．确定这些台站下方莫霍界面深度的分布情况。分析得到的反演结果,福建地区莫霍面的起伏不大．平均的地壳厚度约为32km。在0～2km之间均存在一层低速层,这与地表覆盖着一层松散的沉积层是相对应的。内陆地区台站附近莫霍界面深度较沿海地区略高,沿海台站的莫霍界面深度北部略高于南部。     

渤海湾盆地北西盆山边界地区泊松比分布

泊松比做为了解地球内部介质一个非常重要的参数,在地震学上可以通过P波和S波速度的比值来确定.利用远震P波波形记录中包含的壳-幔速度间断面的Ps转换波及其多次反射/转换波信息,采用在地壳厚度－波速比平面上对接收函数转换波能量的叠加搜索方法,可以测定台站下方区域内地壳的平均厚度和泊松比.我们对渤海湾盆地北西盆山边界地区68个宽频带台站近两年的远震记录资料进行了处理研究,得到了该区域的地壳厚度以及泊松比分布.结果表明,渤海湾盆地北西盆山边界的泊松比值分布横向变化复杂, 山区侧与盆地侧存在明显差异;山区侧泊松比值分布相对均匀,盆地侧变化剧烈,但存在小区域范围内(100～200km)的一致性,与地表出露岩石的对比表明:形成渤海湾盆地的新生代伸展作用在下地壳深度有明显的响应,从地震学上获得的泊松比分布对于了解该地区地壳物质组成可起到很好的约束作用.     

松辽盆地沉积层结构的短周期地震背景噪声成像研究

使用位于松辽盆地内部的NECESSArray台阵连续两年背景噪声数据,通过波形互相关和多重滤波方法提取到2~14 s较短周期的Rayleigh波群速度和相速度频散曲线,基于快速行进（FMM）面波成像方法得到群速度和相速度成像结果,并采用最小二乘迭代线性方法反演获得了松辽盆地深至12 km的三维S波速度结构.本文成像结果显示：松辽盆地内部S波速度分布的横向不均匀性与该区域的构造单元呈现出良好的空间对应关系.从地表至下方的6 km深度,盆地北部比南部表现出更加强烈的低速异常,这一特征可能与盆地南北的沉积构造差异有关.中央坳陷区低速异常的边界与嫩江断裂走向相互平行,表明盆地基底断裂对盆地形成演化具有一定的控制作用.在垂直速度结构剖面中,2.9 km·s^-1的S波速度等值线与地震反射剖面显示的盆地基底深度大致对应.基于S波速度模型和盆地基底速度（2.9 km·s^-1）,我们获得精细的松辽盆地沉积层厚度模型,结果表明松辽盆地的沉积层厚度分布呈现出中间厚、四周薄的特征,中央坳陷区的沉积层厚度范围大约在3~6 km.     

腾冲火山区的地壳厚度和平均泊松比研究

腾冲是青藏高原东南缘重要的第四纪火山活动区域,全新世以来的火山主要集中在腾冲盆地的中央,由北向南形成一个串珠状的火山链.为了深入探索这一火山区的深部结构和岩浆活动特征,我们在腾冲北部开展了为期一年的流动地震观测,利用接收函数方法计算了台站下方的地壳厚度、平均波速比和泊松比,研究结果揭示出测线下方地壳结构与岩浆活动及火山分布的对应关系.测线北部7个台站的地壳厚度在35.4~37.6 km之间,平均波速比为1.82~1.92、泊松比为0.28~0.31,其中马站附近莫霍面抬升幅度最大,与相邻地区莫霍面深度相差1~2 km,平均波速比和泊松比也达到最大值.相比之下,测线南端两个台站的地壳厚度接近40 km,平均波速比和泊松比仅为1.61~1.64和0.18~0.20,与测线北部7个台站的地壳结构相差甚大.分析表明地幔上涌对火山区莫霍面的局部抬升产生了一定影响,火山湖、黑空山、大-小空山和打鹰山下方应该存在一个相互联通的壳内岩浆囊.该岩浆囊在南北方向上的尺度约为20 km,热流活动以及幔源物质的侵入是地壳平均波速比和泊松比偏高的主要原因,它与热海附近的地温异常区分属两个不同的壳内岩浆存储系统.     

江汉-洞庭盆地构造特征和地震活动的初步分析

本文根据地质、地球物理和地震等资料,初步分析了江汉-洞庭盆地构造及其演化和地震活动的基本特征。此盆地由江汉坳陷、华容隆起和洞庭湖坳陷组成,整个盆地呈现二坳一隆、多凹多凸的构造特征。盆地之下是低缓的北东向莫霍面隆起带,埋深30—31km。自早白垩世至第四纪盆地经历了裂陷、强烈裂陷和区域性沉降等复杂过程,第四纪仍存在一定程度的断裂活动和断块差异活动。盆地区有中强地震和小震活动,地震带基本位于第四纪差异活动较明显的地区和莫霍面隆起的斜坡带     

利用井下摆近震记录研究华北盆地沉积层速度结构

收集了2015—2018年首都圈地区M1.0以上地震的波形数据,选取近场井下地震计观测记录,通过拾取直达P、S波及相应地表反射波的到时并测量其到时差,获得了台站下方地壳浅部300 m的P波、S波平均速度,并分析了波速的水平分布特征,结果表明,华北盆地近地表P波平均速度约为1.98 km/s,S波平均速度约为0.46 km/s,平均波速比约4.3;利用不同速度模型对27个地震事件进行定位,结果显示:沉积层模型可有效改善华北盆地地震定位精度。     

利用接收函数研究渭河地堑及其周边地壳结构

利用接收函数方法对横跨秦岭造山带、渭河地堑及鄂尔多斯块体的15个地震观测台站下方的地壳结构进行研究分析,结果表明三种不同类型（造山带型、拉张盆地型和稳定克拉通型）的构造单元的地壳结构和物质组成存在明显的差异．秦岭北缘平均地壳厚度为37．8km,泊松比为0．247,相对偏低的泊松比表明地壳物质长英质组分增加．鄂尔多斯块体南缘平均地壳厚度为39．2km,泊松比为0．265,偏高的泊松比与鄂尔多斯下方古老的铁镁质结晶基底以及浅部沉积有关．通过接收函数正演计算表明低速的、厚度较大的松散沉积层对Mohorovicic不连续面（Moho）的震相具有较大影响,是渭河地堑内部台站的接收函数Moho转换震相不清楚的主要原因．S波速度结构反演结果表明渭河地堑上覆松散沉积层,其厚度约为4-8km,该沉积层使得位于渭河地堑内台站的接收函数Moho震相复杂．另外渭河地堑下方中下地壳位置存在一高速区域,该高速体可能与渭河断裂系统的活动有关．     

分析P、S波接收函数得到的云南岩石圈结构

P波接收函数通过分离间断面上产生的P-to-S转换波来测量间断面的深度,由于地壳多次相的干扰,导致这一方法用于测岩石圈—软流圈界面(LAB)受到了很大的限制.不过,S波接收函数可以克服这一问题,因为它分离S-to-P转换相,而这一转换相比入射S波提前到达台站,于是避开了迟到的地壳S波振荡相.然而,由于S波的频率比P波低,这将导致S波接收函数的分辨率较P波接收函数的低.为了作对比分析,本文利用云南地区13个固定台站记录的远震三分量资料,分离出台站下方的P、S波接收函数,而且这些接收函数被校正到67°的参考震中距处,以便进行叠加增强信噪比.最后将时间域的叠加信号转换到深度域,分别获取台站下方的地壳和岩石圈的厚度.结果表明:P波接收函数得到的地壳厚度在32~56 km之间,S波接收函数得到的地壳厚度在41~54 km之间,S波接收函数得到地壳厚度系统地偏大8~9 km;P波接收函数得到的LAB深度在65~110 km之间,S波接收函数得到的LAB深度在66~135 km之间,S波接收函数得到的LAB深度偏大15~20 km,最大偏差达到了25 km.     

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。      

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.      

接收函数、面波与重力联合约束地壳厚度与波速比

提出了一种利用接收函数、面波频散和重力数据联合约束地壳厚度、v_P/v_S和平均P波速度的改进方法,并基于两种地壳模型对改进后的方法进行了验证。结果显示,改进后的方法不仅可以提高地壳厚度和波速比的估计精度,还能更准确地估计地壳平均P波速度。在此基础上,将该方法应用于华南地区两个固定台站的地壳结构分析,相关结果也证实了该方法在确定地壳结构中的可行性。     

松辽盆地地壳精细结构研究

基于东北地区已有的宽频带流动台阵远震数据,利用波场延拓和分解的H-β网格搜索法,对松辽盆地的沉积层及地壳结构进行了深入分析。结果显示:松辽盆地的沉积层厚度为0.2—2.5 km,整体呈现中央坳陷区厚、边缘薄且西南地区最薄的分布特征;研究区地壳较薄,厚度介于24—34 km之间,其横向变化特征与沉积层厚度分布具有一定的对应性。依据沉积层和地壳的厚度计算了地壳伸展系数,其平均值接近于以往接收函数研究估测的岩石圈伸展因子。因此,本文推测松辽盆地在伸展构造过程中,其地壳和岩石圈的减薄以纯剪切模式为主。此外,松辽盆地具有较高的地壳平均波速比v_P/v_S,暗示盆地下方岩石圈地幔的减薄过程中可能存在岩浆的底侵作用。      

Study and review on crust-mantle velocity structure in Bohai Bay and its vicinity

Introduction Bohai Bay, along with its adjacent areas, is one of the seismically active areas in North China. Understanding its crust/upper-mantle structural characteristics and lateral heterogeneity of the medium in this area is of great significance to the study of seismogenic environment, thus improvimg the level of earthquake prediction. For years, scientists have studied the area by gravity and magnetic methods (FENG, et al, 1989), geothermal field (WU, et al, 1988; TIAN, ZHANG, 19…     

云南漾濞M6.4地震震区三维速度结构

利用2015年1月至2021年5月28日期间我国云南省漾濞县及周边地区固定台站和漾濞地震后布设的流动台站所记录到的近震资料,使用双差层析成像方法获得了该地震震区的高分辨率地壳三维速度结构和震源位置。重定位结果显示,漾濞M6.4地震序列主要沿NW?SE向展布,与维西—乔后—巍山断裂走向一致,地震主要集中在4—10 km的深度范围,呈约80°高倾角分布。结合定位结果与三维速度结构显示:漾濞M6.4地震序列的空间分布与速度结构变化具有相关性,主震位于P波、S波高低速异常交界处,这种介质物性变化的交界地带可能有利于中强地震的孕育和发生,余震主要分布在低P波速度、高S波速度和低波速比的脆性区域;沿漾濞地震序列的分布走向,主震两侧呈现完全不同的速度结构,其西北部具有明显的高P波速度、低S波速度特征,该地区高密度、强韧性的地层可能是阻挡漾濞地震的NW向破裂而呈单向破裂特征的原因。      

南北地震带北段的地壳速度结构及其构造启示

收集和拾取了“中国地震科学台阵”探测项目在南北地震带北段布设的680个流动地震台站和中国地震台网217个固定台站所记录的地震事件的P波和S波初至到时,通过层析成像研究获得了南北地震带北段水平网格间距为0.33°×0.33°的地壳P波和S波速度分布。结果显示:在30 km深度上青藏高原东北部表现为显著的整体性低速异常,低速异常区向南延伸至龙门山断裂,以106°E为界线将秦岭造山带分为西侧的低速异常和东侧的高速异常,并沿银川—河套地堑向东北展布,向北穿过河西走廊,在阿拉善地块表现为低速异常,这可能暗示了青藏高原向东的扩展被较为坚固的四川盆地和秦岭造山带阻挡,而向北的扩展可能影响到了河西走廊至阿拉善地块,并沿银川—河套地堑影响到鄂尔多斯西北缘;在50 km深度上,阿拉善地块、祁连造山带东段显示高速异常,有可能是阿拉善地块向祁连东段下方俯冲所致。研究区内大部分地震分布在P波和S波高低速异常相间及速度剧烈变化的地区,M≥6.0强震几乎全部投影在30 km深度的低速异常区域内,说明强震发生的背景可能与地震源区下方的低速区有关。      

郯庐断裂中段两侧坳陷的新生代构造-热演化特征

郯庐断裂带两侧分布众多的坳陷,其构造－热演化历史对于这些含油气坳陷的油气成藏起到重要的作用.本文利用镜质组反射率和磷灰石裂变径迹古温标模拟计算了郯庐断裂带中段两侧6个坳陷120口单井的热演化历史,在此基础上得到各坳陷新生代的地温梯度演化特征.总体上,郯庐断裂两侧坳陷的古地温梯度在新生代是逐渐降低的,在古近纪较高而新近纪仅比目前的地温梯度略高;结合构造沉降史的恢复结果,认为其反映了研究区由断陷向坳陷转化的构造演化特征.根据各坳陷古地温梯度的演化模拟结果,距离郯庐断裂带不同位置的坳陷其古热场特征存在差异.位于断裂带内的辽河盆地、渤中和昌潍坳陷古热场较高(第三纪初期的地温梯度达到57～59 ℃/km),且辽河盆地和昌潍坳陷在第三纪地温梯度一直处于较高的状况,而渤中坳陷新近纪时期的较低地温梯度是由于其大的构造沉降所致.远离郯庐断裂带的冀中和临清坳陷的古热场及其演化程度均是较低的,第三纪初期的地温梯度分别为53 ℃/km和50 ℃/km.由此推测郯庐断裂带在第三纪以来的活动性对其两侧地区热场的影响较大.郯庐断裂带两侧坳陷地温场的差异在宏观上受控于郯庐断裂的演化,在局部地区受控坳(盆)断裂等构造的影响.     

利用接收函数方法研究西秦岭构造带及其邻区地壳结构

根据西秦岭构造带及其周边地区117个宽频带地震台站的高质量波形数据, 利用远震P波接收函数的H-k叠加方法, 求得地壳厚度和平均波速比. 通过分析地壳厚度、 波速比及其关系和接收函数CCP叠加剖面, 研究了该区域的地壳结构特征. 结果表明, 研究区域内地壳结构差异大, 呈过渡带特征. 地壳厚度总体上呈北北西向分布, 自西南向东北逐渐减小. 羌塘块体地壳厚度为72 km, 渭河盆地附近为39 km. 西秦岭构造带的地壳厚度为42—56 km, 南北向莫霍界面平坦. 研究区域P波与S波波速比平均为1.74, 其中西秦岭构造带平均为1.72. 较低的波速比主要分布在西秦岭构造带、 祁连山块体、 松潘—甘孜地块北部以及香山—天景山断裂区域, 这可能是由于含长英质酸性岩组分的上地壳叠置增厚而导致的. 该区域缺少超高波速比, 表明这一区域发生岩浆底侵或上地壳熔融的可能性很小. 综合分析表明, 西秦岭构造带及邻区的地壳结构主要是由于青藏高原隆升并在向东北向扩张中受到周边块体的阻挡而引起的地壳构造变形所致. 西秦岭构造带的莫霍界面变化和波速比分布与该构造带经历碰撞地壳增厚后的伸展走滑运动有关.      

基于多台站的接收函数和重力联合反演确定莫霍面起伏和地壳平均波速比

地壳厚度和波速比是研究地壳结构和组分的两个重要参数,可为区域构造研究提供重要约束。接收函数被广泛地用于确定地壳厚度和波速比,例如H-κ方法或H-κ-c方法,但是该方法只能确定台站下方的地壳厚度和速度比,当地震台站分布稀疏时,很难约束台站间的横向不均匀性。另一方面,重力数据也可用于莫霍面的起伏变化研究,它在横向上覆盖很好,有较高的分辨率,但在纵向上分辨率相对较低。为此,本研究提出了一种联合反演算法求解莫霍面深度和地壳波速比参数。联合反演算法综合考虑了接收函数在纵向上的较高分辨率和重力数据在横向上的较高分辨率,同时拟合区域内所有台站上的接收函数和区域重力数据。模型测试表明联合反演算法较单一的接收函数反演更精确,特别是对于地壳厚度的确定。