郯庐断裂带鲁苏皖段地壳速度结构的分段特征及其地质意义

本文采用天然地震近震走时反演地壳三维速度结构的方法获得了郯庐断裂带鲁苏皖段及附近地壳(30°N—37°N,113°E—122°E)三维速度结构.对地壳内分层速度结构的分析发现,郯庐断裂带鲁苏皖段存在速度的分段特征.郯庐断裂带鲁苏皖段浅层35.3°N以北,34.5°N—35.3°N间,33°N—34.5°N间呈现的速度分段和地表出露地层有关,与地质上安丘段、莒县—郯城段,新沂—泗洪段三个破裂单元相对应,且和各段的地震活动相呼应,表明郯庐带新沂到泗洪段可能是断裂的闭锁段.郯庐断裂带鲁苏皖段地壳速度结构自浅至深分为三段, 大体位置是:南段(32.5°N—33°N以南),中段(32.5°N—33°N至35°N—35.3°N),北段(35°N—35.3°N以北).上地壳分段与苏鲁超高压变质岩带的插入有关,中、下地壳速度分段则可能和火山岩滞留有关.地壳各层速度结构不同段的速度差异反映了构造块体的速度差异,表明各构造块体在地壳下部仍有差异,郯庐带西侧速度总体高于东侧,反映了不同构造块体的形成和组成差别,也说明了该断裂带可能延伸到莫霍面.而不同深度的分段性可能反映了不同地质演化过程.     

河北省南部及邻区地壳P波速度结构三维反演

1980—2012年河北省及邻区测震台网地震记录,使用了河北省南部及邻区（34.0°—38.0°N,112.0°—118.0°E）63个固定地震台站和4 540个地震事件,得到27 709条P波到时数据,采用速度结构与地震位置联合反演的方法,获得研究区内地壳P波三维速度结构,重新确定中小地震震源位置。速度结构揭示：研究区域内地壳的P波速度结构存在明显的横向不均匀性,在10—25 km深度上横向不均匀性更加显著;大地震基本发生在速度异常体或高低速交界区域。地震重新定位结果显示：地震P波走时均方根残差（RMS）从1.68 s降到0.82 s;地震呈明显条带状分布,震源深度与地质构造年代具有一定负相关性。     

Earthquake relocation and 3-dimensional crustal structure of P-wave velocity in cen-tral-western China

IntroductionUnderstandingthemechanismofcontinentalearthquakesisveryimportantforseismichaz-ardpreventionandearthquakeprediction.Themodernseismotectonictheoryandtheideaofearthquakepredictionaredevelopedmainlyfromthestudiesoninterplateearthquakes,whicharedifficulttoexplainthephenomenaofintraplateearthquakes,suchasthecontinentalearthquakesoccurredinChinesemainland.Whiletheinterplateearthquakesoccurredalongtheplatebounda-ries,theintraplateearthquakesdistributediffuselyintheinterioroftheplates.Thus…     

联合多源数据反演郯庐断裂带南段地壳三维速度结构

郯庐断裂带南段位于不同块体交汇区, 高分辨率的地壳速度结构有助于理解该地区的构造特征及成因.本文基于多源数据, 利用2015年安徽实验中气枪的体波和高频面波, 2008—2018年区域地震体波信号以及背景噪声面波频散等资料, 将不同来源、不同周期的面波频散数据和体波走时进行联合反演, 获取了郯庐断裂带南段的高精度地壳速度结构.研究结果表明: (1)加入面波信息进行联合反演后, 获取的P波和S波速度模型的分辨能力较单一体波数据反演在中下地壳均有显著提升.(2)郯庐断裂带是控制区域异常的主要因素, 两侧具有明显的速度差异.地震主要发生在断层附近, 集中分布于高低速交界区.(3)秦岭—大别造山带下方5~10 km深度存在明显的高速异常体, 对应于超高压变质岩, 是大陆深俯冲经历超高压变质作用后折返上升到中上地壳形成的.(4)长江中下游成矿带的矿集区呈现高的P波和S波速度值, 可能是陆内俯冲、岩石圈拆沉、幔源岩浆底侵和一系列成矿作用共同造就的.

     

利用地脉动信息约束沉积层区域台站下方速度结构反演

利用接收函数和地震面波频散联合反演台站下方速度结构,已成为一种常用技术.联合反演结果能同时匹配两个不同数据集合,使得解的非唯一性在一定程度上得到了有效抑制.然而对于现有地震台站分布,短周期面波由于受多种因素的影响,可以获得的有效频散资料较少,层析成像的横向分辨率较低,难以反映台站附近局部介质真实的频散特性,而且这些面波...     

荣昌及邻区上地壳三维地壳速度结构

经中国地震台网中心测定,北京时间2016年12月27日8时17分,重庆荣昌区发生MS 4.9地震,震中位于四川盆地东缘华蓥山基底断裂系中北段.该区域历史地震活动性较弱,20世纪80年代末,受天然气田废水回注影响,4.0级地震频发,截至2020年12月,已发生14次MS≥4.0地震.中等地震频发,被认为是人为注水使得中等...     

郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区地壳速度结构

郯庐断裂带是我国东部规模最大的深断裂带.为了揭示该断裂带的深部结构,本文利用江苏、安徽、山东、上海和浙江地震台网记录的近震到时资料,对8700个地震事件重新精确定位,进而开展了多震相地震走时成像法反演地壳速度结构.通过分析郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区三维地壳速度结构图像,发现(1)研究区内不同构造块体具有差异明显的地壳速度结构,即下扬子断块总体速度偏低,华北断块速度高于下扬子断块,大别断褶带和苏鲁断块整体速度最高;(2)在上地壳5~15 km内苏鲁超高压变质岩带的P波速度明显高于其他地区,中地壳速度与周围区别不大,但下地壳该区域速度也较高;(3)在20~25 km深度范围内,30°N~36°N,115°E~124°E间显示为低速异常区,研究区内发生的中强地震与该低速异常区分布有较强的空间对应关系;(4)莫霍面总体呈现西深东浅,南深北浅的形态;(5)研究区内沿郯庐断裂带速度结构呈现分段性,反映了不同构造块体间的速度差异,郯庐断裂带具有明显的构造块体边界特征.     

黄土高原及邻区地壳P波速度结构

利用地震波走时联合反演算法(改进型最短路径算法)进行三维弯曲地震射线追踪正演,以及共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘问题进行反演,同时更新速度模型和地震震中位置,结合地方震和区域地震走时资料得到了黄土高原(含汾渭断陷盆地)及邻区地壳三维P波速度结构.其横向变化结果表明,研究区地壳内的P波高速异常区与其内的地震活动构造带相一致,地震多发生在P波高速异常区的边缘或高、低速异常区的交汇处.秦岭山区和鄂尔多斯块体东南区为P波低速异常区.而垂向变化结果则表明研究区存在低速异常区.     

Mapping crustal S—wave velocity structure with SV—component receiver function method

In this article,we analyze the characters of SV-component receiver function of teleseismic body waves and its advantages in mapping the S-wave velocity structure of crust in detail.Similar to radial receiver function,SV-component receiver function can be obtained by directly deconvolving the P-component from the SV-component of teleseismic recordings.Our analyses indicate that the change of amplitude of SV-component receiver function against the change of epicentral distance is less than that of radial receiver function.Moreover,the waveform of SV-component receiver function is simpler than the radial receiver function and gives prominence to the PS converted phases that are the most sensitive to the shear wave velocity structure in the inversion.The synthetic tests show that the convergence of SV-component receiver function inversion is faster than tnat of the radial receiver function inversion.As an example,we investigate the S-wave velocity structure beneath HIA sta-tion by using the SV-component receiver function inversion method.     

Characteristic of crustal structure beneath the rifts in southern Tibetan plateau

The method of 2-D travel time inversion,which can be applied to determining 2-D velocity structure and in-terfaces simultaneously,is used in this paper to reprocess the data of Paiku Co-Pumoyingcuo seismic profile across the Ny-ima-Tingri rift and Shenzha-Dinggye rift. P-wave velocity structure and interfaces beneath the profile are obtained. The in-terfaces in the crust near Tingri and Dinggye which are located on rifts have a tendency to uplift,and velocities of middle and lower crusts are high. Low veloc...     

海南岛及邻区地壳三维P波速度结构

利用海南岛及邻区1999——2005年9个地震数字化台站记录到的3 500余条区域初至波到时资料,确定了海南岛及邻区地壳三维P波速度结构. 结果表明,该区域浅部上地壳的波速异常与地表地质构造有一定的相关性,即王五——文教断裂带以北地区波速较低,而以南地区为相对高的波速异常区. 这与琼北地区为凹陷、并伴有多期火山活动和较高的地热背景,而琼中南地区为较稳定的隆起等构造特征相一致. 在其中下地壳,琼东地区相对琼西地区波速较低,可能暗示了地幔热物质上涌等动力学过程. 波速异常分布模式还暗示出北西向断裂带(如铺前——清澜断裂带)较浅,而近东西向的王五——文教断裂带较深,有可能延伸至莫霍面或更深.      

1927年古浪8级大震及其周边地区三维地壳P波速度结构特征

本文联合利用甘肃及周边测震台网记录的古浪及周边地区4592次地震的P波绝对到时资料和相对到时资料,采用双差地震层析成像方法反演了古浪震源区高分辨率的三维P波速度精细结构.结果显示,浅部P波速度分布与地表地质之间具有很好的对应关系.皇城—双塔断裂带在6 km以上深度表现为高速异常带,而在6~15 km逐渐转换为明显的低速特征,之后再次转换为高速体.震区下部在10~20 km深度有一个尺度约200 km²的低速异常体,地震发生时破裂首先在该低速体发生,与主震空间位置非常吻合.主震区的岩石结构主要由奥陶纪变质砂岩、石英岩和加里东期的花岗岩等坚硬岩体组成.这种坚硬岩体对应的P波速度结构为高速体,有利于能量积累.武威盆地在20 km以上深度表现为明显的低速异常,在25 km深度之下,整体显示为高速体,表现出稳定块体的特征.表明武威盆地中下地壳和上地幔顶部已插入到冷龙岭隆起带之下.震区小震重新定位发现,皇城—双塔断裂带东、西两段表现出不同的力学运动性质,西段以逆冲运动为主,地震主要发生在断裂的下盘.而东段地震却主要发生在上盘,断层活动以局部拉张为主.我们还首次发现在皇城—双塔断裂带的中段与主破裂呈垂直方向存在有在主震发生时新产生的一条共轭断层,基于小震的断层面参数反演显示该断裂是一高倾角运动性质以右旋为主兼具正断的断裂.

     

新疆天山地区壳幔S波速度结构特征及变形分析

天山地区地质构造复杂,地震活动频繁,其壳幔变形和深部结构一直受到学者们的高度关注.然而,由于天山地区地震台站资料较少,致使壳幔变形研究结果与解释存在诸多争议.本研究利用在天山地区（40°N-46°N,78°E-92°E）新布设的11个流动宽频带地震台站和该地区39个固定台站的观测资料,采用接收函数与面波联合反演方法,获得了研究区地壳厚度及壳幔S波速度结构.反演结果显示天山地区（41.5°N-44°N,78°E-88°E）平均地壳厚度为56 km,塔里木盆地（40°N-41.5°N,79°E-90°E）、准噶尔盆地（44°N-46°N,82°E-90°E）和吐鲁番盆地（42°N-43°N,88°E-90°E）具有较厚的沉积层,地壳平均厚度为43 km、53 km和46 km,整体表现为天山厚、盆地相对较薄的特征;在研究区南天山的最高峰（42°N,80.5°E）及北天山的最高峰（43.5°N,86°E）附近,中下地壳存在较厚的低速层,我们认为在强烈挤压作用下低速、低强度的中下地壳强烈变形可能是导致该区域快速隆升的主要原因.在研究区中部,位于塔里木盆地与准噶尔盆地之间的天山地区,中下地壳及上地幔均存在低速层,且盆地莫霍面向天山倾斜明显.结合前人的研究成果推测,在南北向构造挤压应力作用下,塔里木盆地与准噶尔盆地发生了向天山造山带方向的双向壳幔层间插入俯冲.在研究区东部,塔里木盆地东北缘与天山东部接触带的地壳内没有明显的低速层,推测应处在早期挤压变形状态,该区域的壳幔边界为缓变的速度梯度带,可能与上地幔热物质侵入或渗透有关.

     

中国边缘海及邻区地壳和上地幔速度结构特征

本文利用中国地震台网和世界地震台网1 222个地震台记录到的27 909个研究区内地震的479 707条P波到时数据和4 995个研究区外远震事件的90 530条P波到时数据,采用多波多震相地震层析成像法重建了中国边缘海及其邻近地区（10°~45°N,105°~145°E,深至1 061 km）的三维速度图像,揭示了中国边缘海及其邻近地区地壳和上地幔三维速度结构特征.     

Three-dimensional P-wave velocity structure of the crust beneath Hainan Island and its adjacent regions, China

Using over 3 500 first P arrival times recorded by nine digital seismic stations from Hainan Digital Seismic Net-work during 1999～2005,a 3-D P-wave velocity model of the crust under Hainan Island and adjacent regions has been determined. The results show that the pattern of velocity anomalies in the shallower upper crust is somewhat associated with the surface geological tectonics in the region. A relative low-velocity anomaly appears north of the Wangwu-Wenjiao fault zone and a relative high-velocity anomaly appears south of the Wangwu-Wenjiao fault zone,corresponding to the depressed areas in north Hainan Island,where many volcanoes are frequently active and geothermal values are relatively higher,and the uplifted and stable regions in central and south of the Hainan Is-land. In the middle and lower crust velocities are relatively lower in east Hainan than those in west Hainan,possi-bly suggesting the existence of the upwelling of hot materials from the mantle in east Hainan. The pattern of veloc-ity anomalies also indicates that NW faults,i.e.,the Puqian-Qinglan fault,may be shallower,while the E-W Wangwu-Wenjiao fault may be deeper,which perhaps extends down to Moho depth or deeper.     

三峡水库坝址及邻区中上地壳S波速度结构

利用三峡数字地震台网记录的Sg波到时资料,采用地震层析成像技术,重建了三峡水库坝址及邻区中上地壳的三维速度图象,研究了地壳深部构造,主要结论是:①黄陵背斜的岩性具有固结程度高、岩体均匀完整、埋藏深度至少达14 km的特征;②秭归盆地与边缘构造由于岩层一致,而速度结构相同;构造变形的强度决定了秭归盆地及周缘区域沉积层的厚...     

新丰江库区上地壳三维细结构层析成像

在新丰江库区布设一个范围约50 km×40 km、由50个地震临时台站组成的观测台阵,接收来自不同方位的人工震源产生的莫霍界面反射波;台阵中的20个台站和5个区域固定台还对2009年3月至2010年5月发生在库区的地方震进行了观测.本文联合利用人工地震莫霍面反射波走时和天然地震直达波走时,采用连续模型反演技术重建了库区上地壳P波、S波慢度扰动和Vp/Vs扰动分布图像.研究结果表明:新丰江库区东、西部地区上地壳结构存在明显的差异.库区东部地区构造复杂,多条断裂在该区呈交叉状分布.北西向的石角—新港—白田断裂带在库区段内具有复杂的岩性和构造特征,该断裂带在新港至双塘一线可能延伸至地下8 km左右;近北东向的断裂带切割地壳较深.峡谷区及大坝以东附近地区存在上、下贯通的波速比高值区,尤其是大坝以西的深水峡谷区,存在一条顺河走向的陡倾角断层裂隙带,为库水渗透提供了良好通道.库区西部地区为相对稳定构造区,完整坚硬的花岗岩体透水性能较差,受库水渗透影响很小.新丰江水库诱发地震的形成与深部构造环境密切相关.峡谷区及大坝以东附近地区上地壳介质性质呈现明显的横向不均匀性,微震分布在介质物性结构的特定部位,"软"、"硬"交错的介质环境是倾滑正断层型微小震产生的可能原因.     

利用双差成像方法反演青藏高原东北缘及其邻区地壳速度结构

利用区域尺度双差层析成像方法,使用2009年1月至2017年2月的近震资料,对青藏高原东北缘及其邻区内记录到的地震事件进行震源位置和三维速度结构的联合反演.重新定位后震源空间位置得到明显改善,浅层的地震波速与地形和沉积层厚度对应较好,研究区地震主要发生在河西走廊过渡带的低泊松比区域.本文将研究区分为五个区域并分别对其层析成像结果进行了讨论,结果显示研究区不同地块之间地壳结构变化明显,地壳物质整体呈酸性,青藏高原东北缘地壳增厚可能主要发生在中下地壳.

     

用转换函数研究那木错站地壳结构

青藏高原是研究地球动力学问题天然的试验场,也是研究全球变化的关键地区之一,中国科学院青藏高原研究所于2004年在西藏那木错建立了圈层相互作用综合观测研究站.为了解那木错站下方的地质构造,于2005年8月在本站布设了宽频带地震仪(记录器为Reftek130,摆为STS2),并于2006年5月取得首批数据.本文利用宽频带地震仪提供的三分量地震波形记录,应用转换函数及快速模拟退火算法对那木错站下的地壳横波速度结构进行了反演.反演结果表明,那木错站Moho面深度在85公里左右,地壳结构复杂,尤其在中上地壳,明显呈高低速互层结构,反映了该地区构造活动、物质交换活跃,表明这些地区还未达到均衡;同时,为了便于研究该地区地壳结构,还对IRIS提供的临近地区的地震宽频带进行了处理,为研究那木错地区圈层结构提供地球物理依据.     

P wave velocity structure of upper and middle crust beneath the Three Gorges reservoir dam and adjacent regions

The three-dimensional P wave velocity structures of upper and middle crust beneath the Three Gorges reservoir dam and adjacent regions were reconstructed by means of the seismic tomography, using the absolute P-arrivals from the events observed by the Three Gorges seismic network. Our preliminary study of the deep structure shows: (1) the lithology of the Huangling anticline, integral and highly solidified, exhibits a uniformity. Down to a depth of 20 km, the Huangling anticline still shows high-velocity anomalies. Note that the characteristics of the velocity images with the different depths are not the same; (2) the depth of the sedimentary rocks beneath the entire Zigui basin is not constant, which is less than 6 km; (3) the top boundary of the crystalline basement varies from 0 to 7 km, whereas the bottom one between 14 and 16 km; (4) the partially molten substances of the upper mantle are located in the Badong-Zigui and its adjacent regions as well as nearby Peishi area. The development and evolution of the current tectonics are associated with the cooling and solidifying process of the molten substances within the upper mantle; (5) the different velocity structures of the deep crust in both east and west side of the Jiuwanxi fault are to be investigated in order to understand the origin of gravitational gradient zone in the Three Gorge areas; and (6) the velocities within the upper crust would be affected by reservoir water permeability. Supported by National Natural Science Foundation of China (Grant No. 40574039), National Key Technology R& D Program (Grant No. 2008BAC38B02)