南北构造带及邻域地壳、岩石层速度结构特征研究

本文利用重力数据采用Parker-Oldenburg方法反演了南北构造带及邻域地区的地壳厚度,同时采用体波地震层析成像方法反演了研究区的地壳至上地幔的三维速度结构.根据计算结果对研究区的地壳及岩石层结构进行了探讨,力图揭示南北构造带及邻域地壳、岩石层变形特征,并且对青藏高原边缘活动带壳幔构造演化的深部成因、研究区的上地幔流变性及其动力学意义进行了相应的讨论.通过分析研究表明南北构造带地区为地壳厚度剧变区,西侧为地壳增厚区,东侧的鄂尔多斯、四川盆地为地壳稳定区,而再向东为地壳逐渐减薄区.中国岩石层减薄与增厚的边界基本被限定在大兴安岭—太行山—秦岭—大巴山—武陵山一带,这也是东部陆缘带和中部扬子、鄂尔多斯克拉通地区深部构造边界的分界线,其两侧不仅浅层地质构造存在较大的差异,上地幔深部的物性状态和热活动也明显不同,这说明研究区的岩石层和软流层结构以及深部物质的分布存在横向非均匀性.中部地区和青藏高原深部构造边界的分界线位于东经100°—102°左右.     

南北构造带北段重磁异常的对应分析

论述了重磁异常对应分析方法原理和地质解释的地球物理基础,计算了南北构造带北段上延5 ～50km 的重磁对应分析的相关系数R和斜率α的平面分布曲线,结合其它地质和地球物理资料,初步分析认为:(1) 中朝准地台的阿拉善台隆和鄂尔多斯台缘隆起区属于正常地壳结构;鄂尔多斯台缘坳陷区属于非正常地壳结构;(2) 祁连秦岭褶皱区地壳结构比较复杂,南、北祁连和礼县 柞水褶皱带的地壳为基本正常地壳结构;祁连北部走廊过渡带、中部隆起带和南秦岭褶皱带西段的地壳属于非正常地壳结构;(3)相关系数转换带的平面分布特征大致反映了断裂带的伸展方向,在剖面上的位置大致与断裂带构造位置相对应     

邢台地震区地壳细结构的研究

1966年邢台地震发生在华北平原中部的束麓断陷盆地及其邻近地区,为取得大震区地壳细结构,国家地震局系统的几个单位于1990年冬共同实施了一条穿过这一盆地的深地震反射剖面.测线通过7.2级主震震中位置(N37°32’,E115°03’),方位约N60°W,总长度约40km.它与元—济深地震测深剖面的震中区部分基本重合.深反射剖面采     

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。      

内蒙古河套断陷带及其邻区地壳磁性构造特征

本文依据航磁资料和频率域磁性单界反演方法，计算了河套断陷带及其邻区的基底磁性界埋深；依据三维磁性层反演方法求取了该区磁性层下界面，即居里界面的埋深；分析了磁性层上下界面的定量特征，并结合重力、地热、地形变诸方面的研究成果，讨论讨论了该区的地壳结构特征及地震成因。     

南北地震带中段地震构造遥感解译

南北地震带中段断裂在遥感影像上具有明显的线性构造特征, 本中研究区域为东昆仑断裂带与龙门山断裂带的交接区, 该区断裂从遥感影像上分析主要有NW向、 NE向、 SN向三组, 包围着岷山隆起近似成三角形。 交接区内构造复杂, 曾发生1879年武都8级地震、 1933年叠溪7.5级地震、 1976年松潘7.2级地震等强震。 通过遥感资料对该区断裂进行构造解译, 确定该区构造活动型式及地震构造特征。     

海原8．5级大震区地壳结构探测研究

对西吉－中卫剖面深地震测深资料进行处理和解释，得到了海原8．5级大震区的壳幔速度结构和深部构造，结果表明，震区南北两侧壳内存在着明显的速度结构差异，南侧呈高，低速相间的结构特征，北侧为正的速度梯度层，在震区的下方存在着M面断裂或构造异常带。     

攀西地区的深部地壳结构与构造

根据1984—1985年地震测深资料,论述了攀西地区的深部地质特征。该区地壳厚50—60km;具高、低速相间的多层结构及断块构造;五个主要速度界面中,界面R4稳定且清晰,为上、下地壳的分界面,R6稳定并有较强的能量反射,为壳、幔之间的界面（莫霍面）,莫霍面沿构造带北深南浅（56—50km）,横穿构造带西深东浅（60—48km）。构造带内的上地壳较薄,纵横速度变化均较大,而下地壳较厚,速度较均匀,上地壳底部的低速层,在构造带内较带外薄而浅,Pn速度较低,为7.54—7.80km/s,属壳-幔过渡带,厚13—22km。小江、四开、安宁河及金河等断裂为超壳型或壳内断裂,多为逆冲断层。该构造带的各种深部特征表明它为大陆高原型年轻构造带。     

张家口-渤海地震构造带的地壳形变研究

华北北部地区的张家口-渤海断裂带是控制现代强震的一条地震构造带。新近纪以来,在区域NEE向主压应力的作用下,新发育了一系列的NE向构造活动带,与张家口-渤海断裂带组成1组共轭的剪切破裂系统,控制了近代强震的发生。文中主要探讨了这条断裂带的地壳形变特征。长趋势GPS地壳形变图像反映了这条活动断裂带相对完整的左旋走滑活动。分期的地壳形变图像揭示了在中强地震前,沿该断裂带出现一系列的NE向梯度异常带,分别指示了唐山-河间、三河-涞水以及延怀-山西地震构造活动带的活动,表明了沿张家口-渤海断裂带出现了中强地震的中期前兆。研究认为,强震前地壳形变揭示的是深部蕴震层的应变活动信息,而强震之后比较杂乱的图像特征体现了盖层的调整运动     

攀西地区的深部地壳结构与构造

根据1984-1985年地震测深资料,论述了攀西地区的深部地质特征。该区地壳厚50-60km;具高、低速相间的多层结构及断块构造;五个主要速度界面中,界面R₄稳定且清晰,为上、下地壳的分界面,R₆稳定并有较强的能量反射,为壳、幔之间的界面（莫霍面）,莫霍面沿构造带北深南浅（56-50km）,横穿构造带西深东浅（60-48km）。构造带内的上地壳较薄,纵横速度变化均较大,而下地壳较厚,速度较均匀,上地壳底部的低速层,在构造带内较带外薄而浅,P_n速度较低,为7.54-7.80km/s,属壳-幔过渡带,厚13-22km。小江、四开、安宁河及金河等断裂为超壳型或壳内断裂,多为逆冲断层。该构造带的各种深部特征表明它为大陆高原型年轻构造带。     

山西裂谷带北部地壳速度结构双差成像及其发震构造分析

山西裂谷带是华北克拉通差异性破坏的过渡区域,其结构和发震构造对于认识该区域的动力学机制和发震机制具有重要意义。通过地震双差层析成像方法对山西裂谷带北部地壳速度结构进行成像,得到该区域的速度结构图像及发震构造。结果显示：(1)山西裂谷带北部地震震源深度较浅,断裂构造复杂;在地壳浅部,速度异常与地形构造相吻合;(2)在中下地壳,速度结构开始主要受到火山下方物质的影响,呈现部分低速异常;(3)在山西裂谷带两侧,太行山脉相较于吕梁山脉有着更浅的山根,吕梁山脉北端下方存在明显的高速异常,可能与华北克拉通的差异性破坏存在关系。     

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72km,渭河盆地附近为39km.西秦岭构造带的地壳厚度为42—56km,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.     

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.     

扬子－南华构造区东部地壳波速结构的分析

研究区按地壳波速结构划分为８种类型，探讨了不同类型的地壳速度结构与构造单元之间的联系，以及速度结构可能代表的地质含义。指出本区的壳内低速层出现于不同层次，其厚度薄、规模小，不利于在同一造山幕内发育大规模的基底拆离和长距离的推覆。     

扬子－南华构造区东部地壳波速结构的分析

研究区按地壳波速结构划分为８种类型，探讨了不同类型的地壳速度结构与构造单元之间的联系，以及速度结构可能代表的地质含义。指出本区的壳内低速层出现于不同层次，其厚度薄、规模小，不利于在同一造山幕内发育大规模的基底拆离和长距离的推覆     

南北带北段地壳上地幔密度与磁性结构

利用对应分析约束下的重磁联合反演方法,计算了南北带北段４条地震测深剖面的地壳上地幔的密度和磁化率物性参数。结果表明：①自上而下区内存在中新生界地层与下伏地层（０．１４￣０．３０ｇ／ｃｍ＾３）、中上地壳与下地壳（０．１０￣０．２０ｇ／ｃｍ＾３）和下地壳与上地幔顶部之间（０．３０￣０．４０ｇ／ｃｍ＾３）３个密度分界面;②区内磁性参数随深度增加而增大,浅部中新生界地层几乎无磁性,中上地壳磁化率一般为１０     

大别山超高压变质带地壳结构及其构造意义

根据大别山深地震测深剖面的资料,取得了大别山地区的地壳结构模型．二维地壳结构显示了碰撞造山带的特征和超高压变质带的深部地球物理证据．地壳上部的三维速度结构表明：在2 km深度上速度分布与地表的地质构造明显相关,在5～10 km深度上超高压变质带显示相对高速．布格重力异常的观测资料显示大别山地区有较大范围的负异常．在由上部地壳引起的布格重力异常中,超高压变质带则为正异常区．由于在地震剖面的二维地壳模型中,造山带的山根仅有4～5 km厚,且上地幔顶部的速度横向变化不明显,因此可以认为,观测与计算的布格重力异常不一致的原因主要来自地壳,至少在中上地壳内应产生负布格重力异常．超高压变质带中地壳内的物质密度应比周围地区低．这一较低密度的物质与扬子地壳向北俯冲到100 km以下的深度,然后返回地壳的碰撞过程有关．     

青藏高原地壳密度变形带及构造分区

将区域重力场多尺度刻痕分析用于提取青藏高原地壳变形带的信息,可了解高原内地壳变形带从浅到深的变化和平面分布特征,并对青藏高原主要地体的空间分布定位,为岩石圈研究提供地表地质难以取得的新信息.多尺度脊形化系数的图像刻划不同深度平面上的地壳变形带.青藏高原地壳变形带从上到下由细密逐渐变为粗稀型,而且细密型变形区分布的范围逐渐缩小,到下地壳完全消失.从这种情况可以推测,以垂直地面方向上看,地壳变形带应该是树形的,下地壳粗稀型的变形带为树的主干,而中地壳粗稀型的变形带为树的分枝,上地壳的变形带为树枝的小枝杈.上地壳细密型变形分布区反映了与中新生代地壳缩短变形区的范围,下地壳清晰连续的变形带反映了青藏高原的构造骨架.多尺度边界刻痕系数的图像刻画不同深度平面上的地体边界,下地壳的刻痕边界系数与密度剧烈变化带位置吻合;因此,由多尺度刻痕分析划分地体时同时取得地体密度信息.青藏高原内密度较高的地体包括喜马拉雅地体、克什米亚地体、察隅河地体、柴达木地体、巴颜喀拉地体和羌塘地体.柴达木地体、巴颜喀拉地体和羌塘地体是青藏高原中有壳根的核,而密度最高的克什米亚和察隅河地体在大陆碰撞时不易碎裂,对东西两个构造结的形成起了关键作用.     

南北构造带岩石圈结构与地震的研究

南北构造带是中国大陆东西部大地构造的主要分界,也是大陆内部强烈地震发生的主要地区之一.2008年汶川MS8.0地震发生后,在南北构造带及周边地区进行了大量的野外科学考察、深部地球物理探测和流动地震观测,在岩石圈结构与构造、强震发生的深部构造环境和动力学过程等方面获得了重要的进展.本文综述近年来发表的一批研究成果,包括岩石圈结构的深部地球物理探测和成像,地震层析成像,地震各向异性和壳幔变形,与近期发生的强烈地震相关研究,以及与大陆动力学有关的研究等.自2000年以来,我国建成了具有1000多个地震台站的国家和区域地震台网.它们在实时为地震监测服务的同时,其产出的海量数据还提供用于地球科学研究.一批作者在国内外发表了研究成果,大大提高了对南北构造带的认识.我们虽然取得许多共识性的重要成果,但是也存在一些问题,发现不同作者的结论是相互矛盾的.其原因之一可能是,现有台网的数据成像分辨率和精度仍不足以识别在地壳深处的细节,例如在孕震尺度概念下的地震危险区.加强流动地震观测,提高台站分布的密度,取得高可信度的目标模型是解决问题的重要方面.近年来"中国地震科学台阵观测"计划在南北构造带上实施的大型流动台阵观测,结合固定地震台网的资料,加上高分辨率深部地球物理探测,以获得高可信度的地壳上地幔三维精细结构及物性成像,是提高地震科学和大陆动力学研究水平的一个有效途径.