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.     

青藏高原瑞利波相速度与深部结构的横向变化

利用中美合作在青藏高原布设的11台 PASSCAL 宽频带数字地震仪记录到的瑞利面波资料,测得青藏高原内不同块体的瑞利面波相速度(周期为10——120s),并反演了不同路径的地壳上地幔 S 波速度结构,发现青藏高原 S 波速度结构的横向变化显著.亚东——安多裂谷带的面波频散与相邻的块体差异最大,温泉至日喀则路径的相速度比其它路径的相速度明显偏高.该路径的地壳平均速度为3.79km/s,比其它路径的地壳平均速度3.40——3.50km/s高得多.青藏高原内不同块体的地壳中均有低速层存在,但低速层的厚度和速度不尽相同.位于北部的松潘甘孜块体。其地壳较薄约为65km,Sn 速度为4.48km/s,而且在约120km 深处的上地幔中存在一厚度为60km,速度为4.15km/s 的上地幔低速层.其它路径的上地幔速度相近,均没有明显的上地幔低速层出现.羌塘块体与拉萨块体的瑞利波相速度和 S 波速度结构极为相似,上地幔顶部的速度较松潘甘孜块体略高.在青藏高原广大地区中,地壳的平均速度低,普遍存在地壳低速层;上地幔顶部的横波速度为4.50——4.65km/s,上地幔中或者没有低速层或者低速层埋藏较深.      

华北平原中部地区深部构造背景及邢台地震（一）

为了研究华北平原中部地区的深部地壳结构,进行了地壳测深的剖面工作。该剖面西起河北省元氏县,东至山东省济南市郊,全长达270余公里。 全线分布九个爆炸点,构成了相遇和追逐的连续观测系统。根据波的运动学和动力学特点记到了很多一次反射波和一次首波,同时亦存在着多次波。该区地壳分为七个层次,且由高低速相间的介质组成。地壳的平均厚度为35-36公里,上覆介质的平均速度为6.0公里/秒,上地幔顶部介质的层速度为8.1公里/秒。 该区地壳为不均匀的多层结构,并存在着高速梯度夹层。 文中最后给出了地壳和上地幔顶部的综合速度分布和地壳模型。     

中国西部及其邻域地壳上地幔横波速度结构

本文首次采用Rayleigh面波双台法研究中国西部及其邻域的三维横波速度结构.共处理了超过3000条双台资料,经仔细挑选共获得110条高质量的双台Rayleigh波相速度频散资料.采用Tarantola的概率方法反演得到研究区域内15～120 s的Rayleigh相速度分布图像.采用Tarantola非线性问题的最小二乘反演方法反演得到研究区域内2°×2°的三维横波速度结构.利用不同周期的Rayleigh面波相速度大致对λ/3波长附近深度的横波速度最为敏感这一物理特性,在反演过程中引入一种层速度自适应调整的技巧,可以较好地加快收敛和提高反演的稳定性.反演得到的横波速度结构的主要结论为：（1）青藏高原的西部地区下地壳和上地幔顶部横波速度很高,软流层不发育;而青藏高原东缘地区的下地壳和上地幔顶部速度明显偏低,很可能是青藏高原地壳低速物质沿青藏高原东部边缘地区向南运动、形成经川滇地区连接缅甸北部低速区的低速物质运移通道;在青藏高原东北部边缘地区,下地壳的速度明显低于中地壳的速度;（2）青藏高原南部的拉萨地块具有较高速度的上地幔顶盖层,从南向北拉萨地块的软流层埋深约从130 km减至100 km,软流层厚度约从40 km增至80 km;北部羌塘地块的下地壳速度偏低,上地幔顶盖层缺失,速度很低,软流层的厚度较大;（3）塔里木盆地和准噶尔盆地都表现出较高的上地幔横波速度结构,软流层不明显,准噶尔盆地下地壳的厚度和速度都比塔里木盆地的高;（4）蒙古高原西部的下地壳上地幔顶部速度明显低于蒙古高原东部地区的,且在蒙古高原中西部地区存在巨厚的低速软流层.该软流层越往蒙古高原东部厚度越小,上覆顶盖层的速度和厚度越大.对上述反演结果作了地质解释.     

用瑞利面波资料反演中国大陆东部地壳上地幔横波速度的三维构造

利用中国大陆东部21个台站的43条面波大圆路径上瑞利面波记录的双台资料,计算出双台间地震面波相速度频散,采用Tarantola概率反演的方法求得相速度频散曲线的分布,并由各处相速度频散曲线反演得到地壳上地幔的三维横波波速图像,进而得到中国东部地壳上地幔的S波速度结构.结果表明:我国大陆东部地壳厚度总体上呈东薄西厚的趋势,以105°E为界向西地壳厚度逐渐加深到55 km以上,其中有一个北东向的h形地壳厚度的坡度带.豫西及晋南地区为相对薄地壳的地区.大别山地区和泰山附近地区地壳变厚,但秦岭地区地壳不变厚.上地幔低速层上界面的深度在华北地区较浅,为80-90km,在鄂尔多斯、四川东部以及黔湘地区为120-130km.扬子地块东部及华南褶皱系中、东部上地幔顶部速度偏低使低速层的速度反差不明显.滇黔褶皱系的西部在200 km以内的上地幔中未出现低速层.     

南北地震带北段上地幔速度结构成象(Ⅲ)-应用和结果

根据地震波走时资料反演得出南北地震带北段地壳和上地幔速度结构,发现在该区上地壳存在三个近东西向的低速条带,其空间展布与该区内现今活动构速基本一致;上地幔速度分布显示在该区似有平行的北东和北西向低速条带相互穿插,总体呈现网状;海原—古浪断裂带在上下地壳及上地幔的速度结构中均表现出相应的低速带,表明它是切穿地壳的深大断裂。通过反演还发现青藏块体的东北部边界大致在天祝—兰州—静宁—千阳—略阳—江油一带。     

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.     

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.     

北京、天津、唐山和张家口地区的地壳结构

本文主要叙述利用近年来北京及其附近地区八次工业爆破的观测资料,同时也利用了一部份天然地震的资料来研究北京-天津-唐山-张家口地区地壳结构的结果,采用了工业爆破中的58个观测点和天然地震的54个观测点的数据,得到了本区的三层地壳模型和地壳厚度。 地壳的平均厚度分布各地区不很一致;北京及其东南地区为35±1.5公里,北部地区为37±1.0公里,西部地区为39±1.5公里,地壳介质中的纵波和横波的平均速度分别为6.23±0.03公里/秒和3.55±0.05公里/秒,上地幔顶部介质的平均速度为7.98±0.13公里/秒和4.60±0.03公里/秒。     

用瑞利波研究新疆塔里木盆地地壳分层结构及QR值

利用新疆塔里木盆地附近喀什和高台地震台所记录到的天然地震面波资料,研究了该地区的地壳结构,并测定了瑞利波Q_R值。 结果表明:塔里木盆地地壳为多层结构,地壳厚度约60公里,其中沉积层厚度约为10公里,是造成塔里木盆地的面波群速度异常低的主要因素。同时,地壳中部有一低速层;长周期瑞利波Q_R值偏低,反映了地震波在该区的地壳下部和上地幔的强衰减。     

中国南北带地壳和上地幔的三维速度图象

本文采用作者提出的地震层析成象法得到了中国南北带地壳和上地幔的三维速度图象。通过误差和分辨分析,以及同爆炸地震测深剖面的比较,证明了成象结果的可靠性。 成象结果表明:1.南北带的地壳和上地幔存在显著的横向不均匀性,深达450km这种不均匀性还依然存在;2.地壳上部的速度图象与地表的已知地质特征明显相关:四川盆地显著低速,康滇地轴显著高速;3.中地壳在很大范围内存在低速层,其最低速度值达5.60km/s;4.在25°N-38°N和100.0°E-103.2°E的长条带内,上地幔顶部出现低速异常,异常速度值约为7.49km/s。 成象结果还清晰地勾划了各块体间的焊接边界。120km深度的速度图象表明,扬子准地台自秦岭以南以龙门-大巴和盐源-丽江台缘褶带为其西部边界;西南以哀劳山褶皱带为界;东南则以右江褶皱带内的南盘江为界。 统计表明,地震活动与南北带的速度结构相关:从20km以上的速度图象发现,大地震大都发生在高速和低速间的过渡条带上。     

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。      

Seismic structure of Iceland from Rayleigh wave inversions and geodynamic implications

We have constrained the shear-wave structure of crust and upper mantle beneath Iceland by analyzing fundamental mode Rayleigh waves recorded at the ICEMELT and HOTSPOT seismic stations in Iceland. The crust varies in thickness from 20 to 28 km in western and northern Iceland and from 26 to 34 km in eastern Iceland. The thickest crust of 34–40 km lies in central Iceland, roughly 100 km west to the current location of the Iceland hotspot. The crust at the hotspot is ∼32 km thick and is underlain by low shear-wave velocities of 4.0–4.1 km/s in the uppermost mantle, indicating that the Moho at the hotspot is probably a weak discontinuity. This low velocity anomaly beneath the hotspot could be associated with partial melting and hot temperature. The lithosphere in Iceland is confined above 60 km and a low velocity zone (LVZ) is imaged at depths of 60 to 120 km. Shear wave velocity in the LVZ is up to 10% lower than a global reference model, indicating the influence of the Mid-Atlantic Ridge and the hotspot in Iceland. The lowest velocities in the LVZ are found beneath the rift zones, suggesting that plume material is channeled along the Mid-Atlantic Ridge. At depths of 100 to 200 km, low velocity anomalies appear at the Tjornes fracture zone to the north of Iceland and beneath the western volcanic zone in southwestern Iceland. Interestingly, a relatively fast anomaly is imaged beneath the hotspot with its center at ∼135 km depth, which could be due to radial anisotropy associated with the strong upwelling within the plume stem or an Mg-enriched mantle residual caused by the extensive extraction of melts.     

四川地区地壳上地幔速度结构的初步研究

本文使用10个工业爆破和154个天然地震,以及四川台网50个台站记录的 P 波组到时等资料,以龙门山断裂和二次大地构造单元分界线为界(图1),得出四川东部盆地和西部高原不同的地壳上地幔平均速度模型.若简单地采用双层地壳模型,则东部地壳厚40-41km,壳下 P 波速度为8.15-8.2km/s,壳内上层平均速度为5.82-5.9km/s,厚18km,下层平均速度为6.47-6.54km/s,厚22-23km;西部地壳厚61-64km,壳下 P 波速度为7.8-7.84km/s,壳内上层平均速度为5.82-5.98km/s,厚27-28.5km,下层平均速度为6.94-7.0km/s,厚34-35.5km.此模型为四川地区走时表提供了依据,也为研究地壳上地幔结构与地震的关系,研究我国大陆地块的构造演化及形成等,提供了有用的约束.      

Shear velocity structure of crust and uppermost mantle in China from surface wave tomography using ambient noise and earthquake data

We present a 3D model of shear velocity of crust and upper mantle in China and surrounding regions from surface wave tomography.We combine dispersion measurements from ambient noise correlation and traditional earthquake data.The stations include the China National Seismic Network,global networks,and all the available PASSCAL stations in the region over the years.The combined data sets provide excellent data coverage of the region for surface wave measurements from 8 to 120 s,which are used to invert for 3D shear wave velocity structure of the crust and upper mantle down to about150 km.We also derive new models of the study region for crustal thickness and averaged S velocities for upper,mid,and lower crust and the uppermost mantle.The models provide a fundamental data set for understanding continental dynamics and evolution.The tomography results reveal significant features of crust and upper mantle structure,including major basins,Moho depth variation,mantle velocity contrast between eastern and western North China Craton,widespread low-velocity zone in midcrust in much of the Tibetan Plateau,and clear velocity contrasts of the mantle lithosphere between north and southern Tibet with significant E–W variations.The low velocity structure in the upper mantle under north and eastern TP correlates with surface geological boundaries.A patch of high velocity anomaly is found under the eastern part of the TP,which may indicate intact mantle lithosphere.Mantle lithosphere shows striking systematic change from the western to eastern North China Craton.The Tanlu Fault appears to be a major lithosphere boundary.     

云南壳幔S波速度结构与强震的构造背景

本文选取云南及周边65个台站记录到的47个地震事件,利用相匹配滤波技术分离出了基阶Rayleigh面波信号.选取与震中处于同一大圆弧上的两个台站,利用双台格林函数法获取了台间相速度频散,频散的周期范围在10～80 s之间.从2000个波形记录中提取了152个台站对之间的相速度频散,最后,利用台间的相速度频散反演得到云南...     

华北克拉通东北部及邻区地壳和地幔转换带厚度研究

本文利用宽频流动台阵记录的远震波形资料和接收函数波动方程叠后偏移方法,获得了华北克拉通东北部边界及其邻近地区的地壳和地幔转换带的间断面结构图像.结果显示研究区域的地壳厚度存在显著的横向变化:以南北重力梯度带为界,西北部的兴蒙造山带地壳较厚(~40 km),东南部的燕山带、松辽盆地和辽东台隆地壳明显较薄(30~35 km).这有可能反映,研究区南北重力梯度带两侧地壳在中-新生代区域构造伸展过程中经历了不同程度的改造和减薄.地幔转换带成像结果显示,研究区410 km和660 km间断面结构存在横向差异.经度121°E-122°E之间,上地幔底部出现双重间断面,深度分别为660 km和690 km.经度122.5°E以东(北黄海地区),410 km间断面有5~20 km幅度的下沉,660 km间断面有5~15 km幅度的抬升;该地区地幔转换带厚度相对全球平均偏薄10~20 km,指示着该地区较热的上地幔底部温度环境.我们认为太平洋俯冲板块可能停滞在研究区119°E-122°E经度范围的地幔转换带中,但未延伸至118°E以西;而俯冲板块在124°E以东可能局部穿透了上地幔底部而进入下地幔,同时引起小尺度的地幔对流,导致北黄海地区下地幔物质的上涌.     

体波波形反演对青藏高原上地幔速度结构的研究

采用波形反演方法对青藏高原地区震中距8°-38°范围内的宽频带炸波波形进行拟合,研究该地区上地幔平均速度结构以及上地幔纵、横波速度的横向不均匀性结果表明青藏高原地区的平均地壳厚度约为68km,上地幔盖层平均厚度约为30－40km,速度约为8.10km／s雅鲁藏布江附近地壳厚度最大,约80km,相应的上地幔Pn速度为8．15km／s左右,青藏高原中部地区的地壳平均厚度约68-70km．位于拉萨地块北部的羌塘地块S波速度相对较低,其地壳和上地慢的平均S波速度分别比拉萨地块低1％和2％以上34°N以北,90°E附近的区域存在明显的上地幔P波低速异常区,P波的平均速度小于7．8km／s据此结果及前人工作,推断印度板块的俯冲可能以雅鲁藏布江缝合带附近为界,青藏高原巨大的地壳厚度是由于欧亚板块碰撞造成地壳缩短与增厚引起.     

青藏高原及邻近地区地壳与上地幔剪切波三维速度结构

本文利用30个基准台所记录的238条长周期面波资料,经过适配滤波和分格频散反演,得到中国大陆及邻区147个分格10-105s的纯路径频散,进而反演出青藏高原及邻近地区深至170km的剪切波三维速度结构.研究表明,青藏高原中西部地区和东部地区的地壳平均厚度分别为70±7km和65±7km,地壳平均剪切波速度分别为3.55和3.62km/s,上地幔顶盖平均速度分别为4.63和4.61km/s; 岩石层厚度均为120±10km;东部地区下地壳内30-40km深度处普遍存在低速层;青藏高原及其东侧的上地幔低速层内有横贯东西且明显向上隆起的低速腔.滇西缅北地区的地壳厚45±5km,上地壳及下地壳内都有低速层;上地幔顶盖的速度为4.42km/s,比青藏高原本体及恒河平原都低.恒河平原地壳厚34±2km,速度平均为3.45km/s;上地幔顶盖厚86±10km,速度平均为4.63km/s,顶盖内55-83km深处有一个低速夹层.