南北地震带北段的远震P波层析成像研究

本文利用“中国地震科学台阵”探测项目在南北地震带北段布设的678个流动地震台站在2013年10月至2015年4月期间记录到的远震波形数据,经过波形互相关拾取到473个远震事件共130309条P波走时残差数据,通过远震层析成像研究获得了该区（30°N-44°N,96°E-110°E）下方0.5°×0.5°的P波速度扰动图像.结果显示,研究区下方P波速度结构显示强烈的不均一性和显著的分区、分块特征.岩石圈速度结构具有显著的东西差异：祁连、西秦岭和松潘甘孜地块组成的青藏东北缘地区显示明显的低速异常,而属于克拉通性质的鄂尔多斯地块和四川盆地则显示高速异常,表明东部克拉通块体对青藏高原物质的东向挤出起到了强烈的阻挡作用.阿拉善地块显示出弱高速和局部弱低速的异常并存的特征.阿拉善地块西部显示低速异常,而东部与鄂尔多斯相邻的地区显示高速异常,可能表明该地区的岩石圈的变形主要受到青藏高原东北缘的挤压作用.在鄂尔多斯和四川盆地之间的秦岭下方100~250 km深度上表现为明显的低速异常,表明该处可能存在软流圈物质的运移通道.鄂尔多斯北部的河套裂陷盆地下方在100~500 km深度内低速异常表现明显,说明该区有深部热物质上涌且至少来源于地幔过渡带.青藏东北缘上地幔显示低速异常且地幔过渡带中出现明显的高速异常,这种结构模式暗示了在青藏高原东北缘可能发生了岩石圈拆沉作用,而高速异常体可能是拆沉的岩石圈地幔.

     

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.     

远震层析成像在柴西狮子沟构造背景研究中的应用

利用2004——2007年在柴达木盆地西部狮子沟地区布设的地震台站的连续观测资料,挑选远震P波到时,采用远震体波走时层析成像方法进行反演处理,获得了该地区地下三维速度结构图象．反演结果表明,在研究观测地区西南侧存在一近北西走向的低速异常体,以较大倾角向北东方向插入;在该低速异常体的北部、东北部和东部环绕着相对高速的异常,其走向和分布范围基本与狮子沟背斜构造一致．      

华北克拉通东北部的远震S波走时层析成像研究

华北克拉通是近年来我国地学界研究的热点之一.本文利用布设在华北东北部地区的华北地震科学台阵所记录的远震波形资料,用波形互相关方法拾取了9105条S波走时残差数据,进而用体波走时层析成像方法反演获得了研究区从地表至600 km深度的S波速度结构.所获得的S波层析成像结果表明,华北克拉通中部块体的山西断陷带低速异常一直从地面延伸至上地幔约300 km深处,推测该低速异常体可能与中、新生代的大同火山群的形成与活动有关.研究发现华北东部存在一高速异常体由东部渤中凹陷的地壳一直向西延伸至太行山山前断裂下方地幔转换带410 km附近,推测该高速异常体可能为太平洋板片向西俯冲在华北克拉通东部块体下方地幔过渡带内的滞留.研究结果显示华北克拉通东部的华北盆地表现为高低速相间分布,表明该地区下方的岩石圈发生了破坏,而位于华北克拉通北缘的燕山造山带显示为高速异常,表明燕山造山带下方的岩石圈没有明显的破坏迹象.

     

青藏高原东南缘远震P波层析成像研究

利用中国地震科学探测台阵、小江流动台阵、固定台站等共516个地震台站记录资料,通过波形相关方法获取了111718个远震P波到时数据,运用层析成像技术研究获得了青藏高原东南缘深达650km的上地幔三维P波速度结构。结果表明,四川盆地岩石圈具有克拉通地区的高速结构特征;青藏高原东部地区表现为活动地块常见的低速异常;四川盆地西南部下方岩石圈可能受到青藏高原软流圈物质的侵蚀。在四川盆地南部及以南地区,由北向南从浅到深连续分布的高速异常体,可能是岩石圈底部拆沉造成的。岩石圈拆沉作用可能导致上地幔热物质上涌,地壳介质在热作用下力学强度降低,受青藏高原地壳物质侧向挤出作用,导致该地区陡峭的地形地貌和较强的地震活动性。攀枝花附近存在明显的高速异常,可能与三叠纪地幔柱成因的岩浆上升过程中镁铁质和超镁铁质岩浆侵入岩石圈有关。     

远震P波层析成像研究阿尔金断裂带东端及其邻区深部结构

本文利用"中国地震科学台阵探测——南北地震带北段"项目在内蒙古阿拉善西部及甘肃西北部地区布设的80个流动宽频带地震仪及16个固定台站,于2013年10月—2015年6月所记录的787个远震事件,采用波形相关方法拾取了共49052个高质量的P波走时残差数据,并利用Fast-Marching远震走时层析成像方法,反演获取了研究区下方的三维P波速度结构.结果显示：阿尔金断裂带东段、祁连山、北山地区下方地壳结构表现为低速异常特征,具有明显的造山带构造特征;阿拉善地体下方地壳结构表现为高速异常特征,为典型的大陆地壳结构特征;阿拉善地块沿着青藏高原北边界逆冲断裂（NBT）南向俯冲,其在祁连山造山带下与北向俯冲的柴达木岩石圈形成了面对面的碰撞接触关系;阿尔金断裂带的末端并没有北东向延伸到阿拉善块体,而是受到刚性的阿拉善岩石圈阻挡沿着其南缘断裂带继续向东发展.     

青藏高原东北缘远震P波走时层析成像研究

利用青藏高原东北缘地区固定地震台网2010年4月至2015年3月期间记录的远震事件,采用多道波形互相关方法（Multi-Channel Cross-Correlation）拾取了10697个有效P波相对走时残差数据,进而采用FMTT（Fast Marching Teleseismic Tomography）方法获得了青藏高原东北缘上地幔400 km深度范围内的P波速度结构,结果显示：秦祁地块下面存在深达70 km的高速异常,阻断了青藏高原块体中下地壳低速层向东北方向的延伸;40~140 km深度范围内,四川西南部存在一个低速区,该低速区穿过龙门山断裂带进入到四川盆地内部;祁连山造山带东部低速异常区从地壳一直延伸到上地幔400 km处,表明这里可能存在一个上地幔到地壳间的热流通道;松潘—甘孜地块分布大面积的低速异常区,而鄂尔多斯地块西南缘相对速度较高,这与青藏高原为软块体、介质密度低和鄂尔多斯块体为硬块体、介质密度高相吻合.

     

阿尔金断裂带地壳和上地幔结构的P波层析成像

阿尔金断裂是青藏高原西北边缘最主要的断裂．天然地震P波层析成像结果揭示了阿尔金断裂（严格地说这里指阿尔金断裂中部,下同）为一条宽约40km左右的低速带,并以比较直立的产状向下延伸至150km左右深度．结果同时显示塔里木岩石圈曾经挤入到柴达木盆地下面,并受到后来发育起来的阿尔金断裂的切割．本次研究结果支持青藏高原中北部上地幔热物质参与了支撑高原高海拔地形的重力均衡作用的假设。     

中国东北地区远震P波走时层析成像研究

利用中国东北流动和固定台网的234个宽频带地震仪记录的远震波形数据,采用波形相关方法拾取了57251个有效相对走时残差数据,进一步采用FMTT(Fast Marching Teleseismic Tomography)层析成像的方法,反演获取了研究区下方深达800 km的P波速度结构.结果显示:在长白山下方发现有一个高速异常结构,这可能就是俯冲到欧亚大陆板块下方的太平洋板块,由于板块的部分下沉,使得板块的形状并没有呈现出明显的板片状.长白山、阿尔山、五大连池火山下方都有低速异常体,长白山和阿尔山下的低速异常向下延伸至地幔转换带,可能与其上部的火山形成有关.五大连池火山下方的低速异常向下延伸至200 km左右,不同埋深的低速异常结构可能意味着五大连池与长白山和阿尔山有着不同的成因.松辽盆地呈现以高速异常为主导高低速异常混合分布的特性,暗示松辽盆地可能有岩石圈拆沉的过程,盆地南部下方的低速异常与长白山和阿尔山下的低速异常有连通性,可能是下地幔热物质上涌的一个通道.     

阿尔金断裂带地壳和上地幔结构的P波层析成像

阿尔金断裂是青藏高原西北边缘最主要的断裂．天然地震P波层析成像结果揭示了阿尔金断裂（严格地说这里指阿尔金断裂中部,下同）为一条宽约40km左右的低速带,并以比较直立的产状向下延伸至150km左右深度．结果同时显示塔里木岩石圈曾经挤入到柴达木盆地下面,并受到后来发育起来的阿尔金断裂的切割．本次研究结果支持青藏高原中北部上地幔热物质参与了支撑高原高海拔地形的重力均衡作用的假设。     

应用远震有限频率层析成像反演首都圈上地幔速度结构

本文选用首都圈数字地震台网2003年9月~2005年12月记录的300多个远震事件的波形资料,采用分频带多道互相关方法得到三个不同频段的P波相对走时数据共18499个,计算了每个频段的走时灵敏度核,应用有限频率层析成像反演得到首都圈地区的上地幔三维P波速度结构模型.利用检测板估计了反演结果的分辨率,并与射线层析成像方法的结果进行了比较,说明了反演结果的可靠性.研究结果表明,各构造单元具有明显不同的速度结构特征,其差异可到150 km深:燕山隆起区表现高速;太行山隆起区整体以低速为主并存在小范围高速块体;华北盆地、渤海湾下浅层上地幔中存在大范围的强低速异常,其顶面在50~70 km,可视为软流圈顶面的埋深,这一结果说明华北盆地、渤海湾下岩石圈明显减薄;张家口—蓬莱断裂带是上地幔浅部速度结构的变异带,也是岩石圈减薄的边界带,区内大部分强震都发生在该构造带上,由此看来该带上强震的发生不仅与地壳结构的不均匀性有关,还可能有较深的构造背景.     

印度板块岩石圈地幔向北俯冲到羌塘地体之下的远震P波层析成像证据

利用PASSCAL、INDEPTH-Ⅱ、INDEPTH-Ⅲ、HIMNT等研究计划,及中国新疆地学断面和国家973项目在青藏高原布设的流动台站记录的到时数据,以及自1990年1月到2004年2月全球地震事件的震相报告,作者对覆盖印度大陆的恒河平原和整个青藏高原的305个地震台站记录的9649个远震事件,共139021条P波初至到时资料进行了层析成像反演．结果表明：印度岩石圈地幔在不同的位置向北俯冲的形态不同,但俯冲前缘都到达羌塘地体之下．沿88°E剖面显示,厚约100 km的印度岩石圈地幔从南部的恒河平原向北一直俯冲到青藏高原之下．在主边界逆冲断裂之下100 km深度处以约22°角度开始向北俯冲,俯冲最前缘到达羌塘地体的中部地区约34°N,之后进入上地幔深处．而沿北东方向的剖面则显示,印度岩石圈地幔以近水平的角度俯冲到青藏高原之下,向北越过班公－怒江缝合带,到达33°N附近,然后以大角度近乎垂直地向下俯冲断离,并引起地幔热物质的上涌,形成羌塘地体之下大规模的低速带．     

大兴安岭诺敏河火山群远震P波衰减研究

板内火山活动是板内下方深部物质组成的重要视窗,而中国东北是研究板内火山的热点场所.中国东北火山活动主要沿大兴安岭及松辽盆地周缘分布,隐匿在大兴安岭内的各火山群落鲜有地球物理观测.本研究聚焦于大兴安岭北部的诺敏河火山群,利用围绕诺敏河火山布设的43个流动台站记录到的17个远震事件数据,通过时间域波形匹配法计算了300条直达P波震相的Δt^*,并进一步采用贝叶斯蒙特卡洛方法反演得到了研究区的二维Δt^*模型,为约束诺敏河火山地区的深部结构提供了新的观测证据.结果显示研究区高衰减区域与火山活动在空间位置上有很好的一致性.诺敏河火山与研究区北端临近小古里河火山区域均观测到高Δt^*值,可能由区域下方热地幔物质上涌导致.诺敏河火山东部、科洛河火山西部区域观测到低Δt^*值,与高衰减区域最大Δt^*差值达约0.3±0.05 s,可能由两部分原因导致：该区域下方残留未被侵蚀的岩石圈,以及局部区域或存在的部分熔融导致的残留地幔矿物脱水.

     

Travel time tomography inversion and the deep structure of the southern Tibet

ＴｒａｖｅｌｔｉｍｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｉｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｔｈｅｄｅｅｐｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｏｕｔｈｅｒｎＴｉｂｅｔＱＩＮＧ－ＴＩＡＮＬＵ１）（吕庆田）,ＭＥＩ－ＪＩＡＮＧ１）（姜枚）,ＫＡＩ－ＹＩＭＡ１）（马开义）,Ａ．Ｈｉｒｎ２...     

青藏高原东北缘上地幔多尺度层析成像

利用布设在青藏高原东北缘地区的甘肃宽频带地震台阵记录到的远震P波走时数据,采用小波域参数化和基于L1范数的稀疏约束反演算法的多尺度层析成像方法,得到了该地区400 km深度范围内上地幔的P波速度结构.本文采用的多尺度层析成像方法可以自适应数据非均匀采样的情况,有效降低谱泄漏效应和反问题的多解性,明显提高解的分辨率和可靠性.层析成像结果表明青藏高原东北缘上地幔整体上显示为低速特征,扬子地块上地幔则显示为高速特征,两者之间上地幔存在清晰的块体边界带,该边界带位于东经104°-105°之间并且随深度的增加逐渐东移.该特征暗示了青藏高原上地幔物质向东扩张的机制,但在西秦岭上地幔顶部不存在物质运移的通道.青藏高原东北缘内部也具有明显的分区特征,松潘-甘孜地块上地幔P波速度整体呈低速特征,而柴达木地块的上地幔顶部具有相对高速特征,而在上地幔200 km以下这两个地块间的差别逐渐减小.1654年天水地震和1879年武都地震都发生在扬子地块与青藏高原的碰撞交汇区,其震中下方上地幔显示为高低速转换结构.

     

Eastward subduction of the Indian plate beneath the Indo-Myanmese arc revealed by teleseismic P-wave tomography

The deep structure of the eastward-subducting Indian plate can provide new information on the dynamics of the India-Eurasia collision. We collected and processed waveform data from temporary seismic arrays (networks) on the eastern Tibetan Plateau, seismic arrays in Northeast India and Myanmar, and permanent stations of the China Digital Seismic Network in Tibet, Gansu, Qinghai, Yunnan, and Sichuan. We combined these data with phase reports from observation stations of the International Seismological Center on the Indian plate and selected 124,808 high-quality P-wave relative travel-time residuals. Next, we used these data to invert the 3-D P-wave velocity structure of the upper mantle to a depth of 800 km beneath the eastern segment of the arcuate Himalayan orogen, at the southeastern margin of the Tibetan Plateau. The results reveal a high-angle, easterly dipping subducting plate extending more than 200 km beneath the Indo-Myanmese arc. The plate breaks off at roughly 96°E; its fragments have passed through the 410-km discontinuity (D410) into the mantle transition zone (MTZ). The MTZ beneath the Tengchong volcanic area contains a high-velocity anomaly, which does not exceed the Red River fault to the east. No other large-scale continuous subducted plates were observed in the MTZ. However, a horizontally spreading high-velocity anomaly was identified on the D410 in some regions. The anomaly may represent the negatively buoyant 90°E Ridge plate or a thickened and delaminated lithospheric block experiencing collision and compression at the southeastern margin of the Tibetan Plateau. The Tengchong volcano may originate from the mantle upwelling through the slab window formed by the break-off of the subducting Indian continental plate and oceanic plate in the upper mantle. Low-velocity upper mantle materials on the west side of the Indo-Myanmese arc may have supplemented materials to the Tengchong volcano.     

Tomographic imaging of P wave velocity structure beneath the region around Beijing

The three-dimension crustal and upper mantle structures in the region around Beijing were studied by seismic tomography. We used the P wave arrival times from local and teleseismic events. These events were recorded by 250 stations of the North China Seismic Array and 108 stations of the Beijing Telemetry Seismic Network. 118 869 P wave arrivals from 10 285 local events and 12 189 P wave arrivals from 107 teleseismic events were used in the inversion. We obtained the 3-D P wave velocity structure of the cru...