Crustal structure beneath the Hi-CLIMB seismic array in the central-western Tibetan Plateau from the improved H-κ-c method

The Hi-CLIMB seismic array is located in the central-western Tibetan Plateau. The H-κ-c method (Li JT et al., 2019) was applied to receiver function data on the HiCLIMB, which corrects the back-azimuthal variations in the arrival times of Ps and crustal multiples caused by crustal anisotropy and dipping interfaces before performing H-κstacking. Compared to the traditional H-κ method, the H-κstacking results after harmonic corrections showed considerable improvements, including greatly reduced errors, significantly less scattered H (crustal thickness) and κ (crustal vP/vS ratio) values, and clearer patterns of H and κ in different Tibetan blocks. This demonstrates that the H-κ-c method works well even for regions with complex crustal structures, such as the Tibetan Plateau, when there are helpful references from nearby stations or other constraints. The variation in crustal thickness agrees with previous studies but tends to be relatively shallower beneath most of the plateau. Two regions with particularly high crustal vP/vS were observed, namely, one in the northern Himalaya block and beneath the YarlungZangbo suture, and the other in the Qiangtang block. Their correlation with mid-crust low S velocities from previous studies suggests the possible presence of fluid or partial melt in the two regions, which may have implications for the crustal flow model. In contrast, the Lhasa block had relatively lower crustal vP/vS and relatively higher crustal S velocity within the plateau, which is interpreted to be mechanically stronger than the Himalaya and Qiangtang blocks, and without mid-crust partial melt.     

一种改进的适应于倾斜Moho面的H-κ-θ叠加方法及应用

地壳厚度、波速比或泊松比是研究地壳结构和性质的基本地震学参数,对于研究地壳组分特征及构造演化具有重要意义.经典H-κ叠加方法是利用远震接收函数资料求取台站下方地壳厚度和波速比最为简便高效的方法.但该方法隐含着Moho面是水平界面的假设条件,意味着Ps转换波及后续多次波相对P波的走时主要取决于地壳厚度和纵横波速度,而忽略了界面产状的影响.理论模拟表明,如果不考虑Moho面的产状,特别是在Moho面倾角较大的情况下,利用经典H-κ叠加方法得到的地壳厚度和波速比会偏离实际模型,尤其会造成波速比的过高估计,从而影响到对地壳结构和性质的认知.为了解决Moho面倾斜条件下的地壳厚度和波速比求取问题,本文推导了界面倾斜条件下Ps转换波与后续多次波相对于直达P波的理论到时公式;基于经典H-κ叠加方法的思想,提出了一种可以同步求取地壳厚度-波速比-Moho面倾角的H-κ-θ叠加方法.通过理论模型测试,验证了该方法具备较高的稳定性和可靠性,并将此方法应用于青藏高原南部Hi-CLIMB台阵资料,显示出较好的应用潜力.     

用接收函数方法研究汶川和芦山地震之间未破裂段的地壳结构

芦山与汶川地震之间存在约40 km的地震空区.震源区和地震空区的深部构造背景的研究对深入了解中强地震的深部孕育环境及地震空区的地震活动性具有重要科学意义.利用本小组布设的15个临时观测地震台以及21个芦山科考台站和21个四川省地震局固定台站记录的远震数据,用H-K叠加方法得到各个台站的地壳厚度和平均泊松比,并构建了接收函数共转换点(CCP)偏移叠加图像以及反演得到台站下方的S波速度模型.我们的结果揭示了震源区和地震空区地壳结构特征差异:(1)汶川震源区的地壳平均泊松比为~0.28;芦山震源区为~0.29;而地震空区处于泊松比变化剧烈的区域;(2)汶川地震与芦山地震的震源区以西下方的Moho面呈现深度上的突变(这与前人的研究成果基本一致),分别从~44 km突变到~59 km,~40 km突变到~50 km,而地震空区地壳平均厚度呈现渐变性变化;(3)地震空区Moho面下凹且具有低速的上地壳.综合一维S波速度结构和H-k以及CCP的初步结果,这可能显示汶川地震的发震断裂在深部方向上向西倾斜并形成切割整个地壳的大型断裂;芦山地震则可能是由于上、下地壳解耦引起的;而地震空区处于两种地震形成机制控制区域的过渡带中.     

玛沁-靖边剖面S波资料研究与探讨

对玛沁——靖边剖面深地震测深S波资料处理解释，获得本区S波二维地壳速度结构和波速比结构．结果表明，该区S波二维速度结构和波速比结构，沿剖面存在着明显的差异．剖面西段和海原地区下方呈现S波速度偏低，而波速比偏高的结构特征；剖面中段和东段的S波速度和波速比正常．根据S波速度结构和波速比结构的横向变化特征，讨论了两大异常区岩性的变化．推测海原大地震孕育发生不仅与构造活动有关，而且与该区的岩石性质有关．      

Study of crustal structure with S—wave data from Maqen—Jingbian profile

2-D crustal velocity structure and vp/vs are obtained by processing and interpretation of S-wave data from Maqen-Jingbian deep seismic sounding(DSS)profile.The result shows that there exist obvious differences in 2-D S-wave velocity structure and vp/vs ratio structure along the profile.The S-wave velocities are low and vp/vs ration is high for the westem section of the profile and Haiyuan region,while they are normal for the middle and eastern sections.The changes in lithologic characters of two major anomalous zones are discussed according to lateral variation of S-wave velocity structure and vp/vs ratio structure.It is concluded that the development and occurrence of the Haiyuan strong earthquake is not only related to tectonic activities,but also to lithologic characters of the region.     

Tomographic determination of the upper crustal structure in the Jiashi strong earthquake swarm region

IntroductionBetween January and April of 1997, 7 earthquakes with M(6.0 occurred successively in Jiashi, Xinjiang. The continual occurrence of strong earthquakes within such a small area and in such a short period of time is exceptional for intraplate earthquakes. The Jiashi earthquake swarm took place on the northeast side of the Pamirs, where the Tarim basin, South Tianshan and West Karakoram meet (HU, et al, 1989). This is also a place where a number of active faults develop, so it is…     

藏北羌塘盆地中部莫霍面形态及其动力学成因

本文通过对羌塘盆地内49个临时宽频带地震观测台阵数据的接收函数分析,采用H-κ叠加和CCP 叠加成像两种方法,获得到了藏北羌塘中部莫霍面深度以及泊松比分布.作为羌塘盆地构造单元的南缘边界,班公湖-怒江缝合带下的Moho存在一个南深北浅、断距约10 km的台阶;把羌塘盆地分为两部分的羌塘中央隆起带下存在一个3 km的Moho台阶;北羌塘盆地下的Moho 平均深度约为60 km,而南羌塘约为63 km.羌塘高原下的近水平Moho结构可能是受到印度大陆北向俯冲作用下的青藏高原隆升过程中Moho再均衡所致或者与其构造演化有关.泊松比值具有明显的构造分区特征,如南羌塘下的泊松比平均为0.31,双湖缝合带下的泊松比接近正常值,为0.265,而北羌塘的泊松比平均为0.285.     

南北地震带南段地壳厚度重震联合最优化反演

重力反演方法是研究地壳结构和物性界面起伏的有效地球物理手段之一.本文收集了南北地震带南段67个已有的固定台站接收函数反演的Moho面深度结果,并使用基于EGM2008重力异常模型计算的布格重力异常,验证了本文提出的重震联合密度界面反演方法的有效性.利用接收函数对台站下方Moho面深度估计作为先验约束,定义了一类评价函数,通过对重力反演算法中尺度因子,平移因子和稳定性因子的最优选择,最小化重力反演结果与接收函数模型之间的差异.结果表明,本文提出的方法,可以有效地同化不同地球物理方法获得的反演模型,且通过重震联合反演可以改进由于对空间分布不均匀的接收函数结果插值可能而引起的误差.本文还通过引入Crust1.0的Moho面深度为初值,同时考虑地壳密度的横向不均匀分布,通过模型之间的联合反演有效改善了地球物理反演模型间的不一致性问题.本文反演得到的最优化Moho面深度模型与已知67个台站位置接收函数模型之间的标准差约1.9km,小于Crust1.0与接收函数结果模型之间标准差为3.73km的统计结果.本文研究结果对于同化重震反演结果、精化地壳密度界面模型,都具有十分重要的参考意义.     

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。     

秦岭造山带与南北相邻地带远震接收函数与地壳结构

从2013年3月至2014年11月,我们布设了一条延川—涪陵的流动宽频带地震台阵,剖面由70个流动台站组成,全长约900km,穿越华北克拉通、秦岭—大巴造山带和扬子克拉通东北缘陆内三大构造单元.利用记录到的远震波形资料,提取得到5638个远震P波接收函数,使用H-κ叠加扫描和CCP偏移叠加方法刻划了秦岭造山带与南北相邻地带的地壳厚度、泊松比以及构造界带.研究结果显示,(1)关于地壳厚度:地壳最厚的区域出现在大巴山,地壳厚度集中在47~51km之间,秦岭的地壳厚度相对大巴山较薄,且呈向北减薄趋势,集中在37~46km之间,渭河盆地地壳厚度为本区域最薄地带,在34°N左右处达到最薄为35km,剖面北侧的南鄂尔多斯盆地的地壳厚度变化缓慢,多为44km左右,南侧的四川盆地东北缘的地壳厚度向南缓慢减薄,集中在42~48km之间;(2)关于泊松比:使用接收函数H-κ叠加扫描法得到了沿剖面各台站下方地壳的平均纵、横波速度比VP/VS(κ),进一步计算得到泊松比σ,泊松比具有明显的横向分块特征,秦岭造山带的泊松比明显低于南北两侧区域,其小于0.26的泊松比表征着该区域地壳物质组分主要为酸性岩石,亦即其酸性长英质组分上地壳相对于基性铁镁质组分下地壳较厚,该区域没有高泊松比分布则表明不存在广泛的部分熔融.(3)关于构造界带:秦岭—大巴造山带与扬子克拉通的边界并非在勉略构造带,应向南移至四川盆地的东北缘,华北克拉通和扬子克拉通分踞秦岭—大巴造山带南、北两侧,且分别以较陡倾角向南和相对较缓的倾角向北俯冲于秦岭—大巴造山带之下,使得秦岭—大巴造山带呈不对称状扇形向外扩展与向上抬升的空间几何模型.秦岭和大巴山之间33°N附近存在分界面,两区域地壳厚度与泊松比特征各异.     

基于接收函数约束的川滇地区莫霍面深度反演研究

本文利用川滇地区宽频地震接收函数结果和WGM2012全球布格重力场模型数据,采用正则化参数和接收函数结果交叉验证得到最优莫霍面参考深度和上下界面密度差,使用基于球坐标系下的快速非线性重力反演方法建立川滇地区莫霍面深度模型.研究结果显示,川滇地区整体莫霍面深度介于30～69km,青藏高原内部地区莫霍面深度大于50km;四川盆地莫霍面深度在36～38km;攀枝花地区莫霍面出现明显的隆起和下凹,变化范围在42～48km;川滇菱形地块莫霍面深度在40～50km;滇西和滇南地块莫霍面深度由南向北逐渐变深,变化范围在38～44km.本文反演莫霍面深度与接收函数结果平均误差为0.18km,与该区域天然地震层析成像、人工地震探测以及重力数据反演结果基本一致,但细节更加丰富,进一步确认了莫霍面在攀西裂谷地区存在隆起,小江断裂带下方存在下凹的特征.该结果可作为精细化川滇地区地壳密度界面模型,为研究该地区岩石圈结构和地质构造演化提供参考.     

利用接收函数方法研究中国东北东南部地区不同构造体的地壳特征

基于我们布设的探测深俯冲的中国东北地震台阵NECsaids台阵和固定地震台长时段的观测记录及NECESSArray流动台阵共计152个台站数据提取得到的33752条P波接收函数,采用H-κ叠加分析和共转换点（CCP）叠加成像等方法进行统一分析处理,并汇集他人接收函数研究结果得到中国东北东南部地区迄今为止最高分辨率的地壳厚度和平均波速比分布图像.对中国东北东南部地区不同构造体的地壳特征综合分析研究表明：研究区不同陆块的地壳属性存在明显差别,张广才岭地块中南部的地壳厚度和波速比与华北克拉通东北缘相当,地壳厚度同地表地形之间显示有明显的正相关关系;松辽地块东南缘地壳最薄、波速比最高,地壳厚度同壳内波速比之间显示出明显的负相关关系;兴凯地块西部地区的地壳结构表现为稍厚的地壳厚度和研究区内最低的壳内波速比,其地壳厚度同壳内波速比之间亦显示出明显的负相关关系;佳木斯地块西南缘在具有"正常"的壳内波速比同时地壳最厚.研究区内的郯庐断裂带北延段在切穿其下Moho面的同时表现出南北分段的特征：北段（44.4°N—47°N）两分支之下的Moho面整体下凹,而南段（41.5°N—43.3°N）两分支之下的Moho面则整体上隆.长白山天池火山下方表现为Moho面下凹沉落及高壳内波速比特征,推测其壳内岩浆囊很可能存在于火山口东北隅至少10 km的范围内.     

THE DEPTH OF MOHO INTERFACE AND CRUSTAL THICKNESS IN SICHUAN-YUNNAN REGION,CHINA

By using moving average method to separate Bouguer gravity anomaly field in Sichuan-Yunnan region, we got the low-frequency Bouguer gravity anomaly field which reflects the undulating of Moho interface. The initial model is obtained after seismic model transformation and elevation correction. Then, we used Parker method to invert the low-frequency Bouguer gravity anomaly field to obtain the depth of Moho interface and crustal thickness in the area. The results show that the Qinghai-Tibet block in the northwest of the study area deepens and thickens from the edge to the interior, with the depth of Moho interface and the crust thickness of about 52~62km and 54~66km, respectively. The depth of Moho interface in Sichuan Basin is about 38~42km. In Sichuan-Yunnan block, the depth of Moho interface is about 42~62km from southeast to northwest. Beneath the West Yunnan block, west of the Red River fault zone, the Moho depth is about 34~52km from south to north. The Longmen Mountains and Red River fault zone are the gradient zone of the Moho depth change. Along the Red River fault zone, the depth difference of Moho interface is increasing gradually from north to south. No obvious uplift is found on the Moho interface of Panzhihua rift valley. The depth of Moho interface distribution in Sichuan and Yunnan is obviously restricted by the collision between the Indian plate and the Eurasian plate and the lateral subduction of the Indo-China peninsula. The mean square error of the depth of Moho interface is less than 1.7km between the result of divisional density interface inversion and artificial seismic exploration. At the same time, we compared the integral with divisional inversion result. It shows that:in areas where there is obvious difference between the crust velocity and density structure in different tectonic blocks, the use of high resolution seismic exploration data as the constraints to the divisional density interface inversion can effectively improve the reliability of inversion results.     

利用共转换点叠加方法研究华北地区地壳结构

利用华北地震台阵L测线的35个台站记录的895个远震数据进行了接收函数的计算,并利用H-κ叠加方法得到华北克拉通西部陆块东侧和中部陆块内基岩台站下方的地壳结构.利用得到的基岩台站下方的地壳结构和通过波形模拟方法得到的渤海湾盆地的沉积层结构作为背景模型对测线进行共转换点(CCP)叠加成像.在渤海湾盆地,通过增大CCP叠加...     

利用接收函数方法研究蒙古中南部地区地壳结构

2011年8月至2013年7月中国地震局地球物理研究所与蒙古科学院天文与地球物理研究中心在蒙古中南部区域布设了宽频带流动地震台阵,这为开展远东地区深部结构的精细探测提供了有利的数据基础.利用台阵记录的远震地震事件,采用P波接收函数的H-κ叠加分析和共转换点（CCP）叠加方法获得了台站下方的地壳厚度及平均波速比.结果显示研究区的地壳厚度介于39 km至45 km之间.整体上Moho面埋深从西北往东南方向逐渐变浅.在蒙古主线性构造两侧地壳厚度呈现区域性变化特征,东南部地区地壳厚度较薄,约为39 km,而西北部地区地壳较厚,达45 km,为此推测蒙古主构造线可能是地壳的一个陡变带.此外,研究地区地壳的平均波速比值（V_P/V_S）在1.70到1.79之间,均值为1.75,低于全球大陆的平均值1.78,这可能暗示着该区其地壳是缺少铁镁质的.研究还发现测线的西北与东南地区其地壳波速比值较高,推测是古生代铁镁质地壳的残留或是新生代岩浆底侵的反映.     

接收函数方法估计Moho倾斜地区的地壳速度比

造山带地区的复合力系作用往往使Moho界面发生变形,局部表现为倾斜状态.为了得到这些区域精确地壳速度比结构,本文基于H-κ方法发展了H-κ-θ方法.该方法不仅考虑了倾斜Moho层的响应,同时利用径向和切向接收函数信息,增加了对扫描的约束.利用该方法对青藏高原东南缘地壳厚度和速度比结构进行研究,结果表明：研究区内地壳明显存在不均匀性,松潘—甘孜地体平均地壳厚度约为60 km,四川盆地西缘约为47 km,扬子地台约为43 km,三江块体和扬子地台东南缘已接近正常地壳厚度;松潘—甘孜地体与扬子地台相邻部位地壳平均地震波速度比（V_p/V_s）普遍偏高,且四川盆地西侧发现一绕盆地边缘的弧形高V_p/V_s异常区（>1.88）,我们推测该异常可能由青藏高原向东逃逸的地壳流体受到高强度的四川盆地阻挡,在其西侧堆积所致.     

用四维反演方法研究地震活动的深部环境

导出了用重力和水准重复测量资料反演地壳界面密度和垂直形变随时间变化的四维反演公式，并对甘肃河西地区（包括祁连山地区）和滇西北地区的重力和水准重复测量资料进行了计算。根据计算结果，分析了2个地区莫霍西密度变化速率和垂直形变速率与地震的关系。结果表明：甘肃河西地区和滇西北地区莫霍面密度大规模减小和莫霍面大范围隆起可作为1年尺度的地震预报的深部判据。地震往往发生在莫霍面隆起区与沉降区、密度减小区与增长区的过渡地带。     

Receiver function structures beneath the Haiyuan fault on the northeastern margin of the Tibetan plateau

We performed a receiver function analysis on teleseismic data recorded along two dense seismic profiles and from 4 broadband regional seismic stations across the northeastern Tibetan plateau. The crustal thickness and v_P/v_S ratio were measured by the H-κ domain search algorithm. The Moho discontinuity across the Haiyuan arc fault zone was also revealed by common conversion point (CCP) imaging. Our study results show that the crustal thickness and the v_P/v_S ratio were 42–56 km and 1.60–1.88, respectively. The crustal thickening on the northeastern margin indicates that the crust is shortening or that there was a superimposition of crusts during the collision of the Tibetan plateau with Eurasian block. Our results suggest that Haiyuan fault likely resulted from the interactions of high temperature and pressure conditions during the collision of the Indian and Asian continents. The Moho beneath the Haiyuan tectonic region exhibits an obvious offset and a vague discontinuity according to CCP imaging. This study suggests that the Haiyuan arc fault zone is a trans-crustal fault that cuts through the Moho in the northeastern Tibetan Plateau. Moreover, there are indications of strong deformation in the intensive crustal extrusion from the interior of the Tibetan Plateau to its northeastern margin.     

利用接收函数研究兴蒙造山带阿巴嘎地区的地壳结构

本文利用内蒙阿巴嘎地区布设的38个宽频带地震台站记录到的远震数据,采用P波接收函数共转换点叠加方法（CCP）揭示台站下方Moho面起伏形态,并利用H-κ方法进一步得到地壳厚度和壳内平均波速比值.结果显示,研究区地壳厚度为35~44 km,均值约为40 km,西南部的鄂尔多斯盆地边缘地壳较厚,东北部的阿巴嘎火山群地区地壳显著变薄.研究区地壳平均波速比值在1.70~1.87之间,均值为1.76,其中阿巴嘎火山地区波速比值明显偏高.CCP叠加结果显示研究区Moho界面较平缓,但在缝合带附近存在明显的变化.我们推测,新生代阿巴嘎火山地区薄的地壳和高波速比值可能是由于火山活动底侵作用引起上地幔铁镁质物质侵入下地壳所致.     

鄂尔多斯西缘北段的地壳结构和块体间变形关系

本文对喜马拉雅计划二期部分台站的远震波形数据进行接收函数提取,利用接收函数共转换点叠加方法获得阿拉善地块、鄂尔多斯地块以及银川—河套盆地下方0~80 km深度的速度间断面结构.结果表明:鄂尔多斯地块成层性好,地壳厚度为38~42 km,康拉德界面为18~22 km,阿拉善地区的Moho面深度为38~45 km.河套盆地地壳厚度约52 km,银川断陷盆地和贺兰山下方的Moho面最深为~55 km.鄂尔多斯西缘构造边界下方Moho面变化明显,且黄河断裂为深大断裂直接切割莫霍界面.根据本文的间断面成像结果我们进一步确定阿拉善地块与鄂尔多斯地块分属不同的大地构造单元.与此同时,我们推测贺兰山以西70~80 km范围内和鄂尔多斯地块西缘北段存在地壳增厚变形的可能.