日本南海弧前西端之下俯冲的九州—帕劳海岭的地震构造意义

作为菲律宾海板块残余岛弧的九州—帕劳海岭正沿着日本南海海槽的最西端俯冲于欧亚板块之下。沿走向布设的地震反射剖面显示出沿弧前增生楔前缘俯冲的九州—帕劳海岭70km宽的构造影像。地磁异常特征、海底地形特征、广角折射数据和陆地地貌证据等使得我们能够将俯冲海岭在弧前的延伸段一直追踪至九州岛的东部。正在俯冲的九州—帕劳海岭携带有大量冗余物质,可能具有相对较大浮力,因此在深部俯冲时与上覆板块的碰撞具有较大的抗性。有鉴于此,我们推测在俯冲海岭和上覆板块基底的接触区之间存在局部大应力构造。此局部大应力区人们已标出有历史冲断层型中等级别地震(6~7级)。当九州—帕劳海岭俯冲至深部时,漂浮的俯冲海岭其两侧的翼部更容易被撕裂而形成板块破裂。我们认为,俯冲的九州—帕劳海岭在深部不仅起到地震凹凸体的作用,而且产生板块破裂作为地震障碍体抑制邻近的日向段巨大逆冲地震的破裂传播。     

用地震折射测量资料研究加州大峡谷轴部的地壳结构

1982年,美国地质调查局在加州峡谷区域收集了六个地震折射剖面;三个轴向剖面,最大地检偏移为160km,三个与峡谷轴向垂直的短剖面。这篇文章介绍了中心主轴剖面的二维射线追踪和理论地震图模拟的研究成果。中部大峡谷轴部区域的地壳具有横向不均匀性,但是通常由沉积覆盖和可区分的上、中、下地壳所组成。沿着纵剖面沉积岩厚度为3—5km,速度随深度变化由1.64km/s增至4.0km/s,基底(上地壳)由四部分组成;(1)速度为5.4—5.8km/s的层厚度为1.0—1.5km。(2)速度为6.0—6.3km/s的层厚度为3—4km。(3)速度为6.5—6.6km/s的层厚度为1.5—3.0km。(4)以及一个厚1.5km的横向不均匀层,速度为6.8—7.0km/s。中地壳位于深11—14km处,厚度为5—8km,具有6.6—6.7km/s的速度。此剖面西北部,中地壳存在一个低速带,位于速度为6.8—7.0km/s层之下。下地壳位于深16—19km处,厚度为7—13km,速度是6.9—7.2km/s。在此模型中,由西北至东南,地壳厚度逐步由26km增至29km。     

天水-礼县地区地壳速度结构

1984—1985年,利用厂坝铅锌矿工业爆破,在天水—礼县地区布设测线进行了大范围的地震测深工作。对该地区的地壳速度结构的研究结果表明,该地区沉积层平均厚度为2.5km,速度为4.0km/s(P波);地壳平均厚度为43.68km,平均速度为6.20km/s;徽县—礼县地壳速度剖面可分为5层,其中在24—29km深处有一低速层,基底深度变化较大,在礼县地壳浅部发现一断层。对天水—礼县地区还进行了P波、S波联合反演,获得了该区P波与S波速度结构,其地壳范围内的平均波速比为1.73。     

攀西构造带南部地壳与上地幔结构的爆炸地震研究

根据1984年攀西地区南部爆炸地震折射剖面资料的研究结果表明,本区的地壳厚度约为55km,且可分为20km、20km和15km厚的三个主要构造层。地壳的平均P波速度为6.22km/s。在深度23-27km之下的中地壳下部有一个厚9-14km的P波低速区,这一结果与其它地球物理观测资料相当吻合。上地幔顶部的P波速度为7.62-7.90km/s,与现代大陆裂谷区或构造活动地区的P_n波速度一致。另外,位于构造带轴部地区的渡口市一带,上地壳中有一高速岩体,下地壳中有高速夹层以及有些断裂带可能延伸到上地幔顶部,均表明地壳中曾经有地幔物质侵入。通过研究,我们推断这个地区有可能是一个被后期构造运动强烈改造过的、至今仍保留有一些裂谷构造残迹的古裂谷带。     

中国海-西太平洋地区典型剖面的重-磁-震联合反演研究

重-磁-震联合反演是获取地壳结构的重要方法.此次研究,我们主要基于全球最新的水深、重磁异常、沉积物厚度等数据,结合实测地震数据和前人研究成果,分析了中国海-西太平洋地区的莫霍面展布特征,并利用重磁震联合反演方法获得了跨越中国海-西太平洋典型剖面的地壳结构和异常体分布,揭示了陆壳到洋壳的典型变化规律.结果表明,从浙江地区到马里亚纳俯冲带,地壳结构大致呈现由厚到薄、由老到新、由复杂到简单的特征.浙江地区（扬子块体和华夏块体）地壳结构复杂,三层结构明显,地壳内断裂带发育,并伴有广泛的岩浆侵入;东海地区莫霍面起伏剧烈,地壳厚度变化较大,冲绳海槽地壳明显减薄,是其过渡壳性质的体现;西菲律宾海盆、九州-帕劳海脊、帕里西维拉海盆、马里亚纳俯冲带等构造单元地壳结构相对简单,二层结构明显.其中,西菲律宾海盆和帕里西维拉海盆地壳内部磁异常变化较为剧烈,海盆扩张过程中形成的磁异常体分布广泛,地壳厚度（5~8 km）明显小于陆壳;九州-帕劳海脊地壳厚度可达~20 km,缺失中地壳,表现为岛弧地壳结构;同源的西马里亚纳岛弧和东马里亚纳火山弧地壳结构相似,浅层磁异常体分布广泛,西马里亚纳岛弧地壳厚度（~17 km）略小于东马里亚纳火山弧（~20 km）,体现了裂离的不对称性;马里亚纳海槽具有正常的洋壳结构（~7 km）,但扩张中心未发生明显破裂.对比各构造单元地壳结构的异同点,我们进一步认识到,陆壳与洋壳之间不是孤立的,陆壳可能会演化出洋壳的结构或组分,板块的演化总是处于动态循环过程中.此研究加深了我们对中国海-西太平洋深部构造特征的整体理解,促进了我们对大陆边缘演化与板块相互作用的认识,深化了我国管辖海域及邻近地区的基础地质调查.     

云南思茅—中甸地震剖面的地壳结构

云南思茅—中甸宽角反射/折射地震剖面切割松潘—甘孜、扬子和华南三个构造单元的部分区域. 我们利用初至波和壳内反射波走时层析成像获得地壳纵波速度结构. 在获得新的地壳速度结构模型基础上，利用地震散射成像思想和低叠加次数的叠前深度偏移方法重建了研究区的地壳、上地幔反射结构. 综合分析研究区地壳P波速度模型和壳内地震反射剖面发现：沿测线从北至南地壳厚度从约50 km减薄至35 km左右，地壳厚度的减薄量主要体现在下地壳，剖面北段下地壳厚度约为30 km，剖面南段下地壳厚度仅为15 km左右；上地幔顶部局部位置P波速度值偏低，一般为76～78 km/s，反映出云南地区是典型的构造活动区的特点.剖面沿线地壳内地震反射发育，其中莫霍强反射出现在景云桥下方；在景云桥弧形断裂带8～10 km深处出现宽约50 km的强反射带.     

云南思茅—中甸地震剖面的地壳结构

云南思茅—中甸宽角反射/折射地震剖面切割松潘—甘孜、扬子和华南三个构造单元的部分区域. 我们利用初至波和壳内反射波走时层析成像获得地壳纵波速度结构. 在获得新的地壳速度结构模型基础上，利用地震散射成像思想和低叠加次数的叠前深度偏移方法重建了研究区的地壳、上地幔反射结构. 综合分析研究区地壳P波速度模型和壳内地震反射剖面发现：沿测线从北至南地壳厚度从约50 km减薄至35 km左右，地壳厚度的减薄量主要体现在下地壳，剖面北段下地壳厚度约为30 km，剖面南段下地壳厚度仅为15 km左右；上地幔顶部局部位置P波速度值偏低，一般为76～78 km/s，反映出云南地区是典型的构造活动区的特点.剖面沿线地壳内地震反射发育，其中莫霍强反射出现在景云桥下方；在景云桥弧形断裂带8～10 km深处出现宽约50 km的强反射带.     

从西伯利亚长剖面得到的岩石圈研究结果

过去十年中,在西伯利亚得到的若干条长剖面显示了西伯利亚地台复杂的岩石圈构造。距离可达3000 km的三分量地震观测,使得有可能得到地壳中的P波和S波速度、上地幔的P波速度和Q值以及与反射波、折射波和转换波有关的地震界面,它们的深度可至400—700 km。地壳模型是典型的欧亚古地台模型,平均厚度为40 km,被分为三层,P波速度分别为6.2、6.5、7.0km/s,厚度均为10—15 km。莫霍界面的深度从古老的通古斯凹陷下方的40—50 km至年轻的Vilyui盆地下方变为35—40 km,最复杂的莫霍面结构位于西西伯利亚和西伯利亚地台之间的边界处。上地幔显示了P波速度模型强烈的不均匀性。在深度为80—100 km的上地幔的最上层,水平方向的不均匀性更大,在这里P波速度从年轻的西西伯利亚地台下方的8.0—8.2 km/s至西伯利亚克拉通某些部分的下方变为8.4—8.6 km/s。在对地震记录进行了计算处理以后,利用反射波研究了垂直方向精细的不均匀性。结果勾划出几个厚度为20—50Km的低速层,这些低速层同时还具有低Q值的特点。记录到了来自上地幔和下地幔之间过渡带的强波组。在这个区域,该过渡带的顶部是近乎水平的,其深度是400±25 km,过渡带底部的深度大约为700 km。     

西藏高原地壳上地幔P波和S波速度结构

利用西藏高原及其邻区150个地震,西藏台网、四川台网、世界标准台网及在西藏布设的流动台网的 P 波和 S 波观测资料,得出了该地区的地壳和上地幔的 P 波以及 S 波的速度模型:(1)地壳平均厚度70km,可分为明显的两层.上层厚16km,P 波速度5.55km/s,S 波3.25km/s;下层厚54km,P 波速度6.52km/s,S 波3.76km/s;(2)上地幔顶层 P 波速度7.97m/s,S 波4.55km/s.140km 处出现低速层,层厚约55——62km.低速层下的正速度梯度与地幔顶部盖层相差无几.      

墨西哥湾东部南佛罗里达浅海台地的地壳结构:——用海底地震仪进行的折射研究结果

用海底数字地震仪在墨西哥海南佛罗里达浅海台地区域做了五条地震折射剖面,长70～90km。根据折射波至用平层模型计算了该区的视速度和深度。两个主要折射层的压缩波视速度范围是5.6～5.9km/s和6.2～6.7km/s。在Sarasota背斜,速度为5.8～5.9km/s层的顶部深度在海平面以下3～4km,它相当于结晶基底的深度。结晶基底由该背斜向北和向南倾斜,上地壳的速度在6.3km的深度处由5.8～5.9km/s增加到最大值6.7km/s。在大陆斜坡下方,地壳可能变薄并且扩展。最深的折射层在25km深度处,其视速度大约为7.5km/s。在台地区域的这些长折射剖面中,地壳剖面的厚度和缺失上地幔的波至说明,南佛罗里达浅海台地下边是一个厚的大陆地壳。穿过该台地的南北向横剖面说明存在着两个构造高地,它们被南佛罗里达盆地的一部分所分隔,该部分的沉积物厚度至少有5km。     

南海北部珠江口—琼东南盆地地壳速度结构与几何分层

基于南海北部大陆边缘珠江口—琼东南盆地深水区实施的14条近垂直深反射地震探测叠加速度谱,利用Dix公式将叠加速度剖面转换为地壳层速度剖面,并利用时深转换方法构建了深度域地壳层速度模型,综合各地壳速度剖面分析了南海北部大陆边缘珠江口与琼东南盆地不同深度层次的P波速度变化趋势以及地壳几何分层特征.结果表明,琼东南盆地区可分为4～8 km沉积层（V_P为1.7～4.7 km/s）、4～10 km厚的上地壳层（V_P为5.2～6.3 km/s）、5 km〗左右的下地壳层（V_P为6.4～7.0 km/s）以及2～6 km厚的高速下地壳底层（V_P＞7.0 km/s）.V_P＞7.0 km/s下地壳高速层的存在被认为是岩石圈伸展、下地壳底部底辟构造或者是残存的原始华夏下地壳基性层的地震学指示;综合研究区地球物理探测成果构建了跨越华南大陆与南海北部陆坡区剖面莫霍和岩石圈底界图像,揭示出岩石圈上地幔在华南大陆与南海北部大陆边缘的减薄特征.     

云南西部地壳深部结构特征

在云南西部,穿过红河、小江断裂带完成了一条长360 km、呈北东向的深地震宽角反射/折射剖面.通过对该测线的观测资料进行一维、二维模拟解释,得到了沿剖面的二维地壳速度模型.研究结果显示,沿测线Moho界面埋深横线变化大,其西南侧Moho埋深约35 km,东北侧Moho最大埋深可达43 km.沿剖面从西南到北东方向,地壳平均P波速度从5.9 km/s逐渐增加到6.13 km/s,但显著低于全球大陆平均值.结合以往的接收函数和面波联合反演结果,我们推算沿测线从西南到东北,其下方地壳泊松比介于0.23~0.25之间.剖面西南侧上地壳具有异常低的P波速度和泊松比,暗示其下方上地壳以α-相长英质组分为主;而剖面东北上地壳相对较高的P波速度和泊松比则暗示其物质组成以花岗岩-花岗闪长岩为主.研究区下地壳的P波速度和泊松比分别介于6.25~6.75 km/s和0.24~0.26 km/s之间,暗示其上部组成以花岗岩相的片麻岩为主,而下部组成则以角闪石类岩石为主.红河断裂两侧地壳速度显著不同,从浅到深其速度差异逐渐变弱,但红河断裂两侧地壳厚度变化较大.而小江断裂下方两侧地壳速度和地壳厚度变化并没有红河断裂那么明显.     

巴拿马盆地深海钻井区的速度结构——薄洋壳的证据

我们对巴拿马盆地深海钻井计划504B场区广角反射/折射数据进行了分析.目前,最深的钻孔已钻入大洋地壳1.288 km.数据用一个1785立方英寸的气枪台阵和固定增益的声纳浮标接收器采集,资料包括沿三个不同方位放炮的四条相交的地震剖面,同时采集的垂直入射和多道地震反射数据.最大距离远达30km内的观测P波、S波为中地壳、下地壳的速度结构以及总的地壳厚度提供了约束.比较所有四个剖面上P、S波走时与振幅,揭示了用反射合成地震图方法进行模拟的重要的相似性.正演结果表明,与标准的大洋速度模型相反,一个能较好地解释观测数据的速度深度剖面的特征是,中地壳具有高速度梯度(达0.6 km/s/km);近莫霍面上方有一个1.8km厚的低速带(V_r=7.1—6.7km/s);总地壳厚度只有5 km.中地壳高速度梯度的解释受到16—19 km内P波振幅聚焦的约束.虽然S波波至不如P波波至发育得那么好,但它也表现出相似的聚焦性.总的地壳厚度要受到有关P波、16—28 km内观测到的广角反射以及地壳走时为1.4—1.5 s的MCS反射信号综合解释的约束.虽然这些信号之间没有直接的关系,但其走时与两者具有共同的起因的假设是一致的.广角反射的振幅模拟表明:这些信号都在莫霍面产生.     

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。     

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.      

古雷—石城地区地壳与上地幔地震波速度结构及莫霍面特征

本文是1986年古雷—石城剖面及嵩口—宜城剖面深地震测深资料的初步研究结果。 对古雷—石城的纵剖面资料,分析了震相特征,共识别出五个波组:P_2、P_3~0、P_4~0、P_5~0及P_n(P_n~0)。通过对波的走时反演,正演拟合和理论地震图方法等计算,得到了该区地壳与上地幔结构模型。 古雷—石城地区地壳具有多层结构,并可划分为上、中、下三层。古雷炮点给出的厚度分别为1.0km、15.7km、12.8km,地壳平均速度为6.29km/s,深度为29.5km,上地幔顶面P_n波速度为7.83km/s。石城炮点给出厚度分别为1.8km、18.3km、12.4km。地壳平均速度为6.29km/3,深度为32.4km,土地幔顶面P_n速度为8.00km/s。 在中地壳下部存在一低速层,其厚度为2.8km,速度为5.85km/s。根据其它研究结果,初步判断低速层介质是半熔融物质组成。 测区内横向变化比较强烈。从东向西有长乐—诏安、政和—海丰和邵武—河源三个大断裂穿过该区,并且都深切至莫霍面;在漳州盆地之下莫霍面隆起约3km,戴云山区下莫霍面凹陷近2km;永安—梅州莫霍面隆起接近3km。莫霍面分布显示出从东南向西北逐渐加深。 宜城—连城—嵩口非纵剖面显示了莫霍面在两处有明显断错,错距约2km邵。表明昭武—河源断裂是切割莫霍面的深大断裂。     

唐海—商都地震台阵剖面下方的地壳上地幔S波速度结构研究

2006年底,我们沿“张渤地震带”布设了一条从唐海—北京—商都的宽频带地震台阵剖面.本文利用台阵记录的远震波形资料,通过接收函数和面波联合反演对剖面下方100 km深度范围内地壳上地幔S波速度结构进行了研究.结果表明剖面东段莫霍面深度约30～34 km,西段深度约38～42 km,平原与山区的过渡地带地壳厚度变化较快.地壳内部10～20 km深度范围内存在多个低速体.在唐山7.8级地震震区附近Moho面出现小幅度隆起,中地壳存在明显的S波低速体.张家口以西,剖面下方10～20 km范围内存在两个S波低速体,张北6.2级地震发生在这两个低速体之间狭小的高速区. 在观测剖面附近,历史上发生的4个大震都与壳内低速体的分布有关. 张家口以东,上地幔普遍存在低速层,顶部埋深在60~80 km之间,并表现出明显的东部浅西部深的特点.     

鲁西地区的地壳结构及壳内近直立高速异常体的发现

长320 km横跨鲁西地区的聊城－连云港宽角反射地震剖面揭示了鲁西地区的地壳结构,上地壳为二层结构,总厚18～20 km,速度5.4～6.2 km/s;下地壳也分为二层结构,总厚度13～15 km,速度6.4～6.7 km/s.Moho深度33～35 km.Pn 速度为7.9 km/s.地壳速度分布在横向上有较大变化,且平均速度为6.2～6.5 km/s,较正常值偏高.研究结果发现地壳内有两个近直立的高速体.从下地壳延伸到上地壳并直达沉积盆地的底部.可能是幔源岩浆大量侵入地壳,使得地壳的局部平均速度增高.近直立的高速体可能是幔源岩桨上涌的通道.鲁西地壳结构的研究对于探讨古地台的裂解与沉陷机制具有一定的意义.     

中国台湾地区-菲律宾群岛深部纵横波结构成像及其构造意义

使用地震层析成像方法反演了中国台湾地区-菲律宾群岛的1197126条P波震相和1217821条S波震相,首次同时得到了该地区从地表到100km的纵横波速度结构。成像结果揭示了沿着马尼拉海沟向东俯冲的欧亚板块从中国台湾西南部到吕宋岛南端构造形态上的变化;中国台湾中央山脉由于受到造山运动的影响,地壳厚度可达55~60km,而山脉两侧的地壳厚度多为20~35km;此外,成像结果还提供了菲律宾海板块在中国台湾东北部及琉球海沟下方北向俯冲的地球物理学证据;研究区域南部的菲律宾群岛由于同时受到两侧欧亚板块和菲律宾海板块的双向俯冲,使得岛内的岩石圈变形严重,岛弧岩浆和地震活动十分发育;群岛东侧的菲律宾海板块在东吕宋海槽的活动性较弱,很可能是本哈姆海台的碰撞和俯冲所造成的,而菲律宾海板块在菲律宾海沟的俯冲活动则十分强烈,随着深度的增加逐渐向南发展。研究表明,板块俯冲造成了中国台湾地区-菲律宾群岛的地壳及上地幔具有较强的不均一性,这不仅孕育了大量的地震和火山活动,同时也对该地区的地质构造产生了深远的影响。     

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.