剪切波分裂揭示的青藏高原上地壳地震各向异性基本特征

青藏高原整体隆升,构造运动与介质变形强烈,然而由于地震观测数据不足,青藏高原内部上地壳各向异性研究一直是一个空白.本研究使用西藏地区的地震台网（2009年5月—2017年5月）的观测资料,利用剪切波分裂研究青藏高原上地壳地震各向异性特征.由于青藏高原固定地震台站分布稀疏,可用于进行剪切波分裂研究的近场地震事件记录稀少,本研究采用地震事件的单台定位技术,对公开的地震目录里没有震源深度数据的地震事件进行震源位置约束,并引入微震模板匹配定位方法,对连续地震波形进行检索,识别出地震目录里遗漏的新的微震（小地震）事件波形.微震识别获得的新地震事件记录是地震目录里报告的地震事件记录的大约6倍,用于补充研究区的剪切波分裂数据分析.通过数据分析,对比快波偏振方向,证实微震识别获得的数据极大地增加了有效数据的数量,提高了结果的可靠性.研究结果表明,雅鲁藏布江缝合带与班公—怒江缝合带之间的拉萨地块东部地区,台站的快剪切波（快波）偏振方向主要受区域应力场影响,快波偏振方向主要是NS或NNE方向,表明了区域最大主压应力方向;但个别地震台站（当雄台）快波偏振方向受原地主压应力影响,其快波偏振方向既不平行于断裂走向也不平行于区域主压应力方向,揭示出地壳介质的局部变形导致的局部应力方向不同于青藏块体里的其他地区.研究区西部的改则、普兰和研究区北部的双湖,快波偏振方向显示与断裂等构造走向一致的特点.研究区东部的昌都和察隅,快波偏振方向除了与断裂走向（或构造线）一致,还与地表运动的方向相同,揭示了青藏块体东部的深部物质可能的运移方向.这个现象虽然还需更多的研究证实,但这个发现的重要启示是,地震各向异性结合地表变形可用于探讨地壳深部物质的运动.

     

青藏高原东北缘地壳各向异性及其动力学意义

利用中国地震科学探测台阵项目二期（ChinaArray Ⅱ）81个台站的地震数据,使用时间域反褶积方法提取接收函数,挑选满足要求的高质量Ps震相,通过改进的剪切波分裂计算方法获取了53个台站共130对高质量各向异性参数对.地壳各向异性分析指出,研究区东南部地区地壳各向异性方向为NWW向,与XKS各向异性方向、GPS速度场三者近平行关系,说明该地区在青藏高原向欧亚大陆增生的过程中是一个耦合的连贯变形过程;位于研究区中、北部地区的地壳各向异性方向表现为NEE-SWW或E-W方向,与GPS速度场方向一致,而与XKS结果的偏振方向大角度相交,说明该地区受到青藏高原下地壳塑性管道流的影响,可能存在壳幔解耦作用.

     

青藏高原东南缘三江地区上地壳各向异性初步研究

三江地区位于青藏高原东南缘,川滇菱形块体的西侧.受陆-陆板块碰撞作用的影响,构造活动强烈,地震活动频繁.为研究该区的应力环境、构造特征及二者间的关系,本文使用三江流动线性地震台阵SL-Array（2016-12—2017-05）和国家固定地震台网（2015-01—2017-12）记录到的地震波形资料,运用剪切波分裂分析技术研究三江地区上地壳各向异性研究.计算得到该区域快剪切波优势偏振方向为NNW向,与区域主压应力方向一致.结果显示各向异性特征有分区性,以维西—乔后断裂和小金河—丽江断裂为界,将线性台阵划分为A、B和C三个区域.A区快波优势偏振方向表现出与区域主压应力方向的一致性.B区局部构造复杂,快波优势偏振方向表现为近NS向.C区结果比较离散,无明显快波优势方向.自西向东,研究区域快波优势偏振方向表现为NNW至近NS向的变化趋势.计算得到研究区域慢剪切波时间延迟为2.8±1.7 ms·km^-1,其中B区最大,A区最小,反映了该区地壳介质各向异性强度的不均匀分布,也揭示了区域构造复杂程度与地震各向异性强度的关系.

     

青藏高原东南缘地震各向异性及其深部构造意义

青藏东南缘是青藏高原物质东流的通道,为了更全面了解复杂的岩石圈结构和强烈的变形特征,本文介绍了青藏东南缘岩石圈各向异性的形态,综合其他研究者得到的该区域壳幔各向异性结果,增加了部分新的资料,更新了青藏东南缘岩石圈方位各向异性图像,探讨了区域深部构造意义.

基于近场小震、远震和背景噪声资料计算结果,青藏东南缘地震各向异性展现出独特的区域空间分布和垂向层次性分布形态,展现了3个主要特征.（1）青藏东南缘上地壳各向异性与地表变形测量结果相符,快剪切波偏振方向（即快波方向）呈现与地表运动特征一致的发散性,与主压应力方向一致,但受到地质构造的影响.（2）青藏东南缘下地壳方位各向异性展现了更好的方向一致性,但方位各向异性程度相对较弱,在红河断裂带西北端部和小江断裂带下方有两个下地壳低速区,其方位各向异性程度与上地壳相当.（3）青藏东南缘岩石圈方位各向异性,呈现南、北分区特征,南北分界线大致在26°20'N,快波方向在北部近似为NS方向,在南部近似为EW方向.

本文推测：（1）在26°20'N北侧的上地幔有较厚的高速体,高速体南侧边缘呈现出近EW走向的直立墙形构造,其南侧软弱的上地幔物质在EW方向上流动,导致了岩石圈方位各向异性特征在空间发生突然的变化,快波方向由北部的NS变为南部的EW方向;（2）小江断裂带是现今的华南地块的地壳西边界,但岩石圈尺度的方位各向异性展现出的趋势性表明,华南地块的上地幔物质越过了小江断裂带到达其西侧,揭示了华南地块与青藏地块接触碰撞造成的岩石圈物质变形和上地幔软流圈物质运移的深部图像.地震各向异性能揭示区域深部构造与介质变形的信息,不同观测资料的综合分析有助于获得更清晰的各向异性三维图像.

     

青藏高原东北缘中上地壳介质各向异性及其构造意义

青藏高原东北缘（94°E—105°E,32°N—40°N）是高原北东向扩张的前沿地带,亦是研究高原生长过程的重要区域.本文利用青海省数字地震台网（2008—2014年）共7年的地震目录和波形数据,首先使用双差定位获取精定位震源位置,在此基础上,挑选位于S波窗口内（射线入射角≤45°）的地震事件,依据S波分裂分析方法（SAM）,获取研究区域内共26个台站的S波分裂参数.研究结果表明：地处多个块体交汇部位的西宁及其周缘,地壳各向异性呈现两个优势偏振方向,表明该区中上地壳应力环境由区域主压应力场和活动断层共同约束;玉树地震序列的地壳各向异性优势偏振方向与区域主压应力场一致.

     

青藏高原东北缘地壳介质各向异性非均匀特征及其构造意义

本文利用径向和切向接收函数后方位角加权叠加方法分析了中国地震科学台阵探测项目二期资料, 确定了青藏高原东北缘海原断裂和西秦岭北缘断裂邻近区域地壳各向异性参数.结果显示, 研究区地壳各向异性快波方向表现出强烈的横向不均匀性, 快慢波延迟时间平均值为0.44 s; 快波方向受断裂带影响显著, 走滑断裂带附近快波方向和断层方向一致性较强, 逆冲断裂附近快波方向和断层方向差别较大或垂直; 晚中新世以来形成的海原断裂、香山—天景山断裂等多个走滑断裂附近地壳各向异性强度明显小于其他区域, 且形成时间更早的海原断裂方向和快波方向一致性更强.这种断裂附近各向异性强度和方向的分布特征也是该区域构造演化过程中逆冲断裂向走滑断裂转化的反映.陇中盆地快波各向异性结果复杂且没有明显规律性分布特征可能反映出该次级地块保留了较老构造过程中残存的化石各向异性.本研究结果表明东北缘地区高原扩展主要以连续流变模式为主, 在走滑断裂带附近存在局部侧向挤出, 但是侧向挤出影响的地壳变形范围较小.

     

基于地壳介质各向异性分析青藏高原东北缘构造应力特征

青藏高原东北缘由于受到多个构造块体的共同约束,表现出复杂的地球物理特性和地质特性,本文利用甘肃数字地震台网(2001—2008年)的观测资料,采用系统分析方法(SAM),进行地壳剪切波分裂分析,获得研究区内18个台站共1005条记录的剪切波分裂参数.研究结果表明,青藏高原东北缘介质各向异性在空间上存在差异,慢剪切波延迟时间表明了地壳介质各向异性的强弱变化特征,快剪切波平均偏振方向则反映了本区区域构造应力的空间变化特征.分析认为,祁连山—河西走廊活动构造区直接受青藏地块与阿拉善地块间相互作用,与青藏地块构造应力一致;甘东南活动构造区的应力环境主要受到内部活动断裂的共同作用,具有局部构造应力的特征.     

青藏高原东北缘地壳各向异性的构造含义

青藏高原东北缘记录了印度-欧亚大陆板块碰撞和汇聚的远场效应,且仍正处于侧向生长阶段.而地壳各向异性则反映了高原地壳的形变特征.为此,本文主要利用甘肃数字地震台网(2001年1月-2010年10月)波形记录资料,采用SAM方法进行剪切波分裂研究,得到青藏高原东北缘地壳各向异性的平均剪切波分裂参数及剩余地震各向异性参数,两个参数分别反映了区域构造和应力场特征及局部构造和局部断裂特征.研究结果表明:快剪切波2个优势偏振方向分别为NE47.72°±21.83°和121.65°±22.07°,慢剪切波平均时间延迟为2.63±1.31 ms·km-1.快剪切波平均偏振方向反映了该区域的水平主压应力方向,快剪切波偏振方向的第二优势取向揭示了NWW的局部构造意义,表明应力环境受本区NWW深大断裂带的影响.各个台站的剩余快剪切波偏振方向的优势取向与断裂走向一致,表明活动断裂控制着剩余快剪切波偏振方向.剩余慢剪切波时间延迟变化反映了断裂引起地震各向异性程度,形变具有区域特征.     

基于横波分裂的青藏高原多圈层各向异性研究进展

有关青藏高原横波分裂的各向异性研究已经开展了近30年,在理论方法和实际应用方面取得了重要进展,并获取了大量的横波分裂测量结果,为认识青藏高原壳幔各向异性变形特征和动力学机制提供了重要的依据.本文首先介绍了地震各向异性的来源与应用,随后回顾了横波分裂分析方法的发展,简述了各种横波分裂方法的原理,最后通过总结近30年来青藏高原上地壳、整个地壳和上地幔横波分裂各向异性研究成果,系统分析了青藏高原壳幔各向异性变形特征.基于各横波分裂结果的对比分析来看,XKS波分裂测量结果最为稳定,近震直达S波分裂测量结果次之,而Pms波分裂测量结果相对离散,往往相同区域内不同的研究结果差异较大,主要原因可能是相比XKS波和近震直达S波,Pms波的信噪比较低,次要原因可能是各研究在方法和处理分析等方面的差异.     

青藏高原东北缘壳幔各向异性研究:基于SKS和Pms震相分析

利用甘肃和青海两省固定宽频带地震台记录的远震波形资料,挑选高质量SKS震相,联合使用最小切向能量方法和旋转互相关方法获得230对高信噪比分裂参数;同时对接收函数中Pms震相随方位角的变化进行拟合,得到了24个台站的地壳各向异性分裂参数.整个区域SKS分裂快波方向均值为123°,Pms分裂快波方向均值为132°,且大部分区域SKS、Pms快波方向与地表构造走向相一致,说明青藏高原东北缘以岩石圈垂直连贯变形为主,地壳上地幔相互耦合.SKS、Pms分裂时差均值分别为1.0s和0.6s,显示地壳各向异性对于SKS分裂时差有较大贡献.昆仑断裂附近Pms、SKS分裂快波方向与昆仑断裂走向基本一致,说明昆仑断裂可能是岩石圈尺度深大断裂;而阿尔金断裂东缘二者快波方向显著差异意味着阿尔金断裂在东缘可能仅为地壳尺度的断裂.     

青藏高原东南缘地壳结构与变形机制研究进展

新生代青藏高原的隆升改变了整个亚洲的构造格局,对气候、环境均产生了重要的影响,但高原的隆升扩展机制众说纷纭.青藏高原东南缘作为扩展前缘,其构造演化对了解整个高原的扩展机制具有重要的意义.本文总结了近年来对青藏高原东南缘地壳结构研究的最新进展,特别是2011年中国地震科学探测台阵计划开展以来,利用密集地震台阵取得的新成果,探讨了青藏高原东南缘地壳的结构与变形机制.这些研究发现青藏高原的地壳由高原向外围减薄,但在高原边界断裂附近存在地壳厚度突变带;下地壳中存在两个独立的低速异常,一个位于松潘—甘孜块体下方,被高原的边界断裂所围限,另一个位于小江断裂带下方,呈NE-SW向展布.我们认为青藏高原东南缘下地壳物质被边界(丽江—小金河)断裂所围限,并没有继续向边缘流出,但是地壳挤出产生的应力作用继续向东南方向传递,造成了小江断裂带附近的地壳变形.     

利用多种横波分裂分析方法评估确定各向异性参数

横波分裂分析是探测地球内部各向异性参数的重要方法.但数据的噪声水平、观测方位分布以及介质复杂程度均会影响横波分裂分析结果的稳定性,从而降低最终解的可靠性,甚至影响介质分层情况的判别.本文首先通过一系列理论测试,分析了旋转相关、最小能量和最小特征值三种横波分裂分析方法所得解随噪声水平、观测方位和介质分层情况的变化规律,发现三种方法分析结果既存在相似性也存在差异性;然后提出了利用这种相似性和差异性对最终解进行评估和确定的方案;最后将该方案应用于理论数据和南美实测数据的分析中.分析结果证明本文提出的方案不仅提高了单层或多层中的顶层介质各向异性参数的可靠性,而且可以有效鉴别介质的分层情况（单层或双层）.

     

Heterogeneous strain regime in the eastern margin of Tibetan Plateau and its tectonic implications

The eastern margin of Tibetan Plateau is one of the most active zones of tectonic deformation and seismicity in China. To monitor strain buildup and benefit seismic risk assessment, we constructed 14 survey-mode global position system(GPS) stations throughout the northwest of Longmenshan fault. A new GPS field over 1999–2011 is derived from measurements of the newly built and pre-existing stations in this region. Sequentially,two strain rate fields, one preceding and the other following the 2008 MW7.9 Wenchuan earthquake, are obtained using the Gausian weighting approach. Strain field over1999–2007 shows distinct strain partitioning prior to the2008 MW7.9 Wenchuan earthquake, with compression spreading over around Longmenshan area. Strain field derived from the two measurements in 2009 and 2011 shows that the area around Longmenshan continues to be under striking compression, as the pattern preceding the Wenchuan earthquake, implying a causative factor of the sequent of 2013 MW6.7 Lushan earthquake. Our GPSderived dilatation shows that both the Wenchuan and Lushan earthquakes occurred within the domain of pronounced contraction. The GPS velocities demonstrate that the Longriba fault underwent slight motion with the faultnormal and-parallel rates at 1.0 ± 2.5 mm and 0.3 ± 2.2 mm/a; the Longmenshan fault displayed slow activity, with a fault-normal rate at 0.8 ± 2.5 mm/a, and a fault-parallel rate at 1.8 ± 1.7 mm/a. Longriba fault is on a par with Longmenshan fault in strain partitioning to accommodate the southeastward motion of eastern margin of the Tibetan Plateau. Integrated analysis of principal strain tensors, mean principal stress, and fast directions of mantle anisotropy shows that west of Sichuan is characterized as mechanically strong crust-mantle coupling.     

基于地壳介质各向异性分析江苏及 邻区构造应力特征

江苏及邻区(116°E~123°E,30°N~36°N)跨中国大陆3个地质构造单元(华北地台、扬子地台、华南褶皱系),本文采用江苏区域数字地震台网(1999~2008年)共10年的观测资料,使用地壳介质剪切波分裂系统分析方法(SAM),获取研究区域内共11个台站的剪切波分裂参数.研究结果表明,江苏及邻区背景应力环境并非来自单一的某个一级构造单元,而是受到3个地质构造单元的共同约束.研究区域西南部的应力环境主要受到板桥-南渡断裂、茅山东侧断裂、幕府山-焦山断裂共同作用,具有局部构造应力特征.研究区域东南部应力环境空间分布特征以长江为界,长江以北地区主压应力场方向为NW方向,而长江以南地区的主压应力场方向为近E-W方向.据此推断,长江以南可能存在近E-W方向的活动构造,长江可能是两个具有不同应力特征活动构造的边界.     

Crustal shear-wave splitting in the epicentral zone of the 2001 Mw 7.7 Bhuj earthquake, Gujarat, India

We report here crustal shear-wave anisotropy, ranging from 1% to 10.76% with an average of 2.4% in the aftershock zone of the 2001 Bhuj earthquake, Gujarat, India, from a study of leading shear-wave polarization directions (LPSDs), which vary on average from NNW–SSE to E–W with a delay of 0.07–0.14 s. The delays in the NNW–SSE to NE–SW directions observed at seven stations, near the seismogenic fault, suggest cracks parallel to the direction of the maximum horizontal regional compressional stress prevailing in the region, suggesting a dilatancy-induced anisotropy resulting from approximately stress-aligned parallel vertical micro-cracks. In contrast, the LPSDs at Ramvav, Rapar and Vondh stations, away from the seismogenic fault, are fault parallel, approximately E–W and almost orthogonal to the stress-aligned polarizations inferred elsewhere. The maximum average time delay of 0.14 s is observed at Lodai, where the fast polarization direction is found to be N338°W. This has been observed from anisotropic poro-elastic (APE) modelling and observations that these are 90° flips in shear-wave polarization, resulting from propagation through micro-cracks containing fluids at critically high pore-fluid pressure surrounding the hypocenter of the 2001 mainshock. The presence of high pore-fluid pressure in the seismogenic fault zone could also explain the observed scatter in shear-wave time delays. Further, the coincidence of the N–S trending intrusive bodies (as inferred from tomographic studies in the area) with the N–S direction of regional maximum horizontal compressional stress supports the interpretation of stress-aligned vertical extensive-dilatant anisotropic (EDA) cracks. The depth distribution of the estimated anisotropy (1–10.76%), b-values and stress drop values suggests an increase at 18–30 km depths, which could be attributed to high pore-fluid pressures resulting from a fluid-filled fractured rock matrix or open micro-cracks (characterized by high crack density and high porosity) coinciding with a low velocity zone (at 18–30 km depths) as delineated from tomographic studies in the area.     

利用中国地震科学台阵研究青藏高原东南缘地壳各向异性:第一期观测资料的剪切波分裂特征

中国地震科学台阵第一期(2011-2013年)布设在南北地震带南段,本研究利用中国地震科学台阵布设在云南及相邻地区的部分流动台站记录到的2011年6月至2013年3月的数字地震波形资料,开展地壳各向异性分析.本文使用剪切波分裂系统分析方法(SAM方法),获得了研究区内67个台站的剪切波分裂参数.研究结果表明,受到云南及周边地区复杂的构造、应力环境和纵横交错的断裂分布的影响,该地区快剪切波偏振方向(PAZ)整体上显示出NNE向和NE向的优势取向,但在空间分布上比较复杂,虽然大部分台站的PAZ与构造应力场方向一致,但部分断裂附近台站的PAZ受到断裂的影响.结果显示,本研究区内不同区域的PAZ有一定差异性.本研究划分了5个子区,西部3个不同区域的PAZ从北到南分别为NNW向、近N-S向和NE向,有顺时针旋转的趋势,而东部的2个区域PAZ分别为NEE向和NNW向.研究证实,青藏东南缘地区的地壳各向异性空间分布虽然非常复杂,但大体上与区域内的主压应力的方向和断裂分布相关.     

Shear-wave splitting in the crust beneath the southeast Capital area of North China

This study focuses on the southeast Capital area of North China (38.5–39.85° N, 115.5–118.5° E). Shear-wave splitting parameters at 20 seismic stations are obtained by a systematic analysis method applied to data recorded by the Capital Area Seismograph Network (CASN) between the years 2002 and 2005. Although some differences in the results are observed, the average fast-wave polarization is N88.2° W ± 40.7° and the average normalized slow wave time delay is 3.55 ± 2.93 ms/km. The average polarization is consistent with the regional maximum horizontal compressive stress and also with the maximum principal strain derived from global positioning system measurements in North China. In spite of the uneven distribution of faults around the array stations that likely introduce some amount of scatter in the shear-wave splitting measurements, site-dependent polarizations of fast shear wave are clearly observed: in the northern half of the study area, the polarizations at CASN stations show E–W direction, whereas in the southern half the polarizations exhibit a variety of possible azimuths, thus suggesting dissimilar stress field and tectonic frame in both areas. Comparing the splitting results with those previously obtained in the northwest part of the region, we find a difference in polarization of about 20° between the southeast and northwest parts of the Capital area; also, in the southeast Capital area the average time delay is smaller than in the northwest Capital area, thus making clear that the magnitude of crustal seismic anisotropy is not the same in the two zones. Being the shear-wave splitting polarizations in the southeast Capital area, which lies on the basin, clearly different from the observed polarizations in the northwest Capital area, where uplifts and basin converge, it is quite evident that the shear-wave splitting results are consequence of the tectonics and stress field affecting the two regions.     

中国地震科学台阵两期观测资料近场记录揭示的南北地震带地壳剪切波分裂特征

利用中国地震科学台阵第一期（2011-01—2014-06）及部分中国地震科学台阵第二期（2013-02—2015-12）的流动地震台阵记录到的小震波形资料,运用剪切波分裂系统分析（SAM）方法,分析南北地震带的地壳各向异性,对剪切波分裂参数所反映的区域应力环境及构造特征,以及区域内主压应力方向与断裂分布的关系展开讨论.研究结果表明,南北地震带快剪切波偏振方向自北向南由NE向逐渐转变为NNW向,与南北地震带区域主压应力的方向变化具有一致性.区域内分布的大量NE及WNW或NW向断裂构造同样对快波偏振方向有比较大的影响,位于走滑断裂附近的台站,其快波方向与断裂走向大致平行,部分位于走滑断裂附近的台站其快波方向几乎垂直于断裂走向,而与构造应力场方向一致性较好.个别台站表现出复杂快波优势方向特征,反映出研究区内构造环境的复杂性.慢波时间延迟结果显示,南北地震带南段的平均时间延迟高于北段,反映了受印度板块和欧亚板块的碰撞挤压作用,南段地壳介质各向异性程度更大,构造变形更加剧烈.对比南北地震带上地幔各向异性特征,推测在川滇菱形块体内部可能存在复杂的壳幔耦合现象,地壳剪切波分裂除了反映区域应力特征,还可以揭示出区域构造信息.

     

青藏高原东北缘祁连山与酒西盆地结合部深部地壳结构及其构造意义

青藏高原地壳变形加厚机制一直是地学界研究争论的热点问题.青藏高原目前仍然处在持续向外扩张之中,因此青藏高原的边界地带作为高原向外扩张的最前缘地区代表了高原最新的变形状态,是研究青藏高原地壳变形加厚的关键地区.本文以一条穿过青藏高原东北缘祁连山与酒西盆地结合部的深地震反射剖面为基础,结合前人地质、地球物理资料,通过细致的地质构造解译,获得青藏高原东北缘祁连山与酒西盆地结合部位地壳变形以壳内滑脱带为界上、下解耦.滑脱带位于壳内低速层的顶部,深度14~24 km.滑脱带之上的地壳部分以一系列南倾、北冲,并向下终止于滑脱带的逆冲断裂变形为主,指示了青藏高原向北的扩张方式;滑脱带之下的地壳以Moho面作为变形标志,指示了复杂的挤压缩短变形.据此我们推测上、下地壳的解耦缩短变形对青藏高原东北缘地壳的变形加厚起到了决定性的作用,甚至在整个青藏高原地壳的变形加厚过程中都起到了重要作用.     

青藏高原中西部航磁异常的匹配滤波分析与构造意义

利用匹配滤波方法重新解释了青藏高原中西部航磁ΔT化极异常数据.结果显示,青藏高原中西部地区的区域场与局部场分离的最佳深度大约为19 km,结合其他地球物理证据分析认为,该深度是上、中地壳间的重要分界面.分离后的区域场特征表明,在青藏高原中部存在一个北北东向的负异常带.该航磁负异常带显示,大量的热异常导致了青藏高原下的原始岩石圈地幔底部发生了热退磁作用.不论是区域场还是局部场都显示了班公湖－怒江缝合带南侧存在一个重要的隐伏断裂带（大致沿革吉北－改则南－错勤北－申扎北）.