中国南北地震带岩石层壳-幔组合结构特征及其构造效应a

根据前人和作者最新深部地球物理研究成果,在计算机上完成了中国南北地震带11岩石层壳-幔结构比值R分布图的编绘;并根据该图研究了南北地震带的岩石层壳-幔组合结构特征及其与地震活动、大地热流分布、壳内高导低速层分布之间的联系;对地震活动等构造效应问题进行了讨论．      

青藏高原上地幔速度结构及其动力学性质

利用地震层析成像结果分析了中国西部地区的上地幔速度结构,发现青藏高原北部至东南边缘上地幔顶部速度普遍偏低;随着深度的增加,低速区主要分布在羌塘、松潘—甘孜和云南西部地区,而印度大陆、塔里木、柴达木、鄂尔多斯和四川盆地均显示出较高的速度.上述速度分布与青藏高原及周边地区的岩石层结构和深部动力性质密切相关:其中羌塘地区的低速异常反映了青藏北部的地幔上涌和局部熔融,起因于印度大陆岩石层的向北俯冲;松潘—甘孜地区的低速异常与青藏东部的深层物质流动及四川盆地刚性岩石层的阻挡有关;而滇西地区的低速异常可能受到印缅块体向东俯冲作用的影响.以上三个区域构成青藏高原和周边地区的主要地幔异常区.相比之下,印度大陆、塔里木、柴达木、鄂尔多斯和四川盆地的高速异常反映了大陆构造稳定地区的岩石层地幔特点.根据速度变化推测,地幔上涌和韧性变形并非贯穿整个青藏高原,而是主要集中在羌塘、松潘—甘孜和滇西地区,上述构造效应不仅导致岩石层厚度减薄且引发了火山和岩浆活动.     

华南及其海域三维速度分布特征与岩石层结构

利用华南（包括台湾省）及其邻近地区地震台网记录到的５１４个区域地震和７１６个远震事件的１９７７７条Ｐ波到时数据，用地震层析反演方法重建了华南及其海域（１８．０°－３１．５°Ｎ，１０６．５°－１３０°Ｅ）的三维速度图像。结果表明：１．华南及其海域地壳和上地幔广泛存在显著的横向不均匀性，它不仅出现在海域和陆区不同构造之间，同时也出现在陆区不同构造单元之间及其内部．２．地壳上部速度图像呈现出陆区和海域的速度差异：海域表现为低速，陆区的大部分表现为高速，而地处陆缘海的长乐－南澳断裂带恰好对应于陆区高速和海域低速块体分界处。陆区的一些主要断裂带几乎都显示在速度梯度带上．３．１１０ｋｍ深度处的速度图像表明，华南海域普遍显示低速；陆区除东南沿海褶皱系和华南褶皱系西部为低速外，均为高速．说明海域和陆内活动区在这一深度处已有软流层显示。４．研究区域内岩石层厚度变化显著，在陆区，扬子准地台与较为活动的褶皱系相比，具有较厚的岩石层。华南褶皱系内部岩石层厚度也十分不同，其东北部岩石层厚度大于西南部，说明华南褶皱系内部活动程度不同，东北部相对稳定，西南部较为活动。台湾以东沿大陆架、大陆坡岩石层逐渐抬升，至海洋下...     

中国东部随县─启东地带上地幔结构研究

随县─启东人工地震探测剖面长７００ｋｍ，穿越郯城─庐江深大断裂带．提取了该区莫霍界面以下上地幔中的反射界面信息，获得了上地幔的分层结构．结果表明，该区上地幔中有两个深度分别为７６ｋｍ和１００ｋｍ的界面．７６ｋｍ深度以下为一低速层，１００ｋｍ深度以下则为速度更低的低速层．该区岩石层厚度为７６ｋｍ，与华北地区相似，具有薄岩石层性质．     

中国东部随县─启东地带上地幔结构研究

随县─启东人工地震探测剖面长７００ｋｍ，穿越郯城─庐江深大断裂带．提取了该区莫霍界面以下上地幔中的反射界面信息，获得了上地幔的分层结构．结果表明，该区上地幔中有两个深度分别为７６ｋｍ和１００ｋｍ的界面．７６ｋｍ深度以下为一低速层，１００ｋｍ深度以下则为速度更低的低速层．该区岩石层厚度为７６ｋｍ，与华北地区相似，具有薄岩石层性质．     

大陆岩石层对侧向推挤及底部拖曳作用的力学响应

随着板块构造研究的进展和大陆动力学研究的深入,岩石层层间耦合作用越来越被地学界所关注.在真实流变分层结构条件下,大陆岩石层的层间耦合及其在大陆动力学中所起的作用是人们非常关注的问题.目前人们已经用流变分层的观点定性地解释了地震活动和地壳的拆层、拉伸、断裂等构造运动.     

海洋转换断层的热结构

用三维有限元模拟方法研究了海洋转换断层下部的温度结构。我们说明,使用岩石层脆性弱化的流变可以沿着转换断层形成地幔强烈上涌和温度升高的区域;推测邻近转换断层中心部位的岩石层温度最高、厚度最薄。以前采用简化的流变定律模拟岩石层及其下部软流层的行为,推测海洋转换断层底部地幔温度比相邻板内的地幔温度低很多,在其中心处岩石层最厚。由于考虑了更真实的脆性流变,所以本研究计算得到了相对高温的热结构。此温度结构与洋脊-转换断层环境中的大量观测结果相符。这些观测资料包括地震活动的深度、沿洋脊临近部位的地球化学异常以及在板块运动变化过程中长的转换断层有分裂为小的内部扩张中心的趋势。     

川滇活动构造区地震层析成像

应用一种新的地震体波层析成像方法确定川滇活动构造区(98°-105°E,22°-32°N)详细的三维P波速度结构.反演得到研究区0-85 km深度内几个截面上的P波速度图像.结果表明:(1)该地区地壳和上地幔的速度存在明显的横向不均匀性;(2)上地壳速度图像与地表地质特征明显相关,四川盆地呈现低速,高原地带为明显的高速区,沿康滇地轴为显著的高速条带;(3)10-85 km深度的速度图上腾冲火山附近形成一低速柱;(4)中地壳内存在一个大范围的低速层,这与区内人工地震测深所得到的结果基本吻合;(5)大型活动断裂带两侧存在明显的速度差异,而红河断裂带的影像在40 km的速度图上仍十分清楚,甚至到60 km深度还隐约可见,这也许说明红河断裂是切穿地壳的深大断裂;(6)强震位置与活动断裂及速度结构三者之间存在一定的关联性,大部分构造型强震发生在由大的活动断裂勾画的块体边界上,而那些发生在非大断裂附近的强震几乎都集中在下部中地壳存在低速带或由低速带向高速带过渡的位置.下部低速层的存在可能是上部中强地震活动的构造背景.     

壳内多震层孕震环境研究进展

壳内多震层的介质结构及其内、外环境是制约地震（尤其强震）在该层内孕育、发生的重要因素。现今多震层孕震环境研究所取得的主要进展如下：多震层位于上地壳下部至中地壳,岩石组合为角闪岩相（上部为绿片岩相）变质岩和花岗质岩石;多震层具有相对高速、高密度、高阻的介质结构,其下部对应脆 韧变形转换带和最大剪切应力带;多震层（或强震震源）之下存在壳内低速 高导体;多震层应力场具有区域性分区特点,壳内地震活动截止温度约３００～４００℃;多震层内震源断层具有区域性特点,不同地区震源断层可能具有不同的孕震机制;“坚固体孕震模式”对地震预报具有一定的指导作用     

芦山震区地壳三维P波速度精细结构及地震重定位研究

联合芦山地震序列5285个地震的50711条P波初至绝对到时数据及7294691条高质量的相对到时数据,利用双差地震层析成像方法联合反演了芦山震源区高分辨率的三维P波速度精细结构及5115个地震震源参数.反演结果表明,芦山主震震中为30.28°N,103.98°E,震源深度为16.38km,主震南西段余震扩展长度约23km,余震前缘倾角较和缓,主震北东段余震扩展长度约12km,余震前缘呈铲形,倾角较陡.芦山震源区P波三维速度结构表现出明显的横向不均匀性,近地表处的P波速度异常与地形起伏及地质构造密切相关:宝兴杂岩对应明显的高速异常,此异常由地表延伸到地下15km深度附近,而中新生代岩石表现为低速异常;大兴附近区域亦显示出小范围的大幅度高速异常,宝兴高速异常与大兴高速异常在10km深度附近相连,进而增加了芦山震源区的高低速异常对比幅度.在芦山主震的南西、北东两段速度结构存在着较大差异,芦山主震在水平向位于宝兴及大兴高速异常所包围的低速异常的前缘.主震南西段余震主要发生在倾向北西的高低速异常转换带上并靠近低速一侧,其下盘为低速异常,上盘为高速异常.而芦山主震北东段的余震主要分布在宝兴高速体与大兴高速体之间,主发震层向北西倾斜,主发震层上方的宝兴高速异常下边界出现一条南东倾向的反冲地震带,两地震带呈"y"型分布.     

华北盆地边缘及邻区地壳S波速度结构及其地震孕育机制

利用分布在华北盆地及其周边(113°E—121°E,34°N—41°N)72个固定地震台站记录到的2009年和2010年远震地震波形记录,提取多频段P波接收函数,反演了台站下方的S波速度结构,并结合该区域1970—2016年的地震目录分析了反演结果.华北盆地周缘及邻区中下地壳普遍存在低速异常,首都圈地区Moho深度约在33 km左右,台站下方在4~10 km的深度范围内一般都存在2~5 km厚的高速层,紧随高速层之下又出现了2~6 km厚的相对低速层;在太行山隆起向华北盆地的过渡区,地壳结构较为复杂,Moho面深度变化较大,自西向东深度变浅,且太行山隆起区内明显存在壳内低速层,而接近华北盆地处的地壳内存在轻微的速度扰动异常(即低速层);鲁西隆起地区Moho深度在31~34 km之间,在大地热流高值区地壳高低速异常明显.基于华北盆地周缘地区地震在地壳高低速层均有分布,而分布在低速层内的地震事件相对较多,比较符合曾融生等(1991)提出的"双层破裂震源模型",即地幔热物质上侵导致了中下地壳的低速软弱层形成,并在软弱层处产生了附加的水平剪切力,进而其破裂诱发地震,同时将部分应力传递给上覆高速硬包体,为高速异常体内地震的触发积累能量.华北盆地周缘低速异常体的分布是该区域地震频发的重要诱因.     

南海东北部及其邻近地区的Pn波速度结构与各向异性

利用中国地震台网和ISC台站1980～2004年的地震数据,反演了南海东北部及其邻近地区的Pn波速度结构和各向异性.上地幔顶部的速度变化揭示出区域地质构造的深部特征：华南地区速度较高并且变化平缓,具有构造稳定地区的岩石层地幔特征;华南沿海尤其是滨海断裂带附近出现低速异常,表明该断裂可能穿过壳幔边界深达上地幔顶部.南海北部至台湾海峡较高的速度与华南地区类似,反映出大陆边缘和陆架地区的岩石层地幔性质;西沙海槽附近较高的速度不仅反映了华南大陆向南的延伸,而且与海槽裂谷拉张引起的地幔上拱有关,整个南海北部没有发现大规模地幔热流的活动痕迹.相比之下,南海东部次海盆的上地幔顶部存在明显的低速异常,对应于海底扩张中心的地幔上涌区,表明岩石层地幔强烈减薄甚至缺失;台湾东部－吕宋－菲律宾北部的低速异常与地震、火山活动以及岩浆作用紧密相关,揭示了西太平洋岛弧俯冲带的活动特征;南海东北部的洋－陆边界清晰,南海东部和菲律宾海西部较高的速度代表了海洋岩石层地幔的性质.Pn波各向异性反映出区域性构造应力状态及岩石层地幔的变形痕迹：华南地区的各向异性较小,说明这一构造稳定地区的岩石层地幔变形程度较弱;南海北部的快波方向与地壳浅表层构造的伸展方向一致,主要反映了中、新生代以来的大陆边缘张裂和剪切作用对岩石层地幔结构的影响;琉球－台湾－吕宋岛弧两侧各向异性十分强烈,平行于海沟的快波方向表明菲律宾海板块和欧亚大陆的相互作用导致俯冲板块前缘的岩石层地幔强烈变形;台湾东南海域快波方向的变化可能与欧亚大陆和菲律宾海板块俯冲机制的转换以及岩石层被撕裂有关.     

邢台地震区地壳速度结构特征与强震孕育发生的关系

运用三维有限单元法,探索地壳结构的非均匀性对地壳应力场的影响．假定分层地壳结构中镶嵌高速块体,低速块体,高、低速块体３种情况,分别计算壳内平均应力与水平剪应力的变化图像．结果表明：高速块体单独存在可导致高应力在高速体内的局部集中,并在其边缘和四个角区形成应力的高度集中,有利于强震的孕育和发生;低速体单独存在时,由于低速体本身不能积累应力,而其上部的应力集中程度不大,难以形成强震;高、低速体的同时存在则有利于高应力在高速体内的高度集中和在高速体外的地壳上、下部的相对集中,形成对大地震孕育、发生更加有利的条件．本文结果与邢台地震序列的空间分布图像吻合甚好．     

环渤海地区的地震层析成像与地壳上地幔结构

利用环渤海地区的天然地震P波到时资料,采用纬度和经度方向分别为05°×06°的网格划分,反演了该地区地壳上地幔的三维P波速度结构.初步结果表明,环渤海地区地壳上地幔的速度结构具有明显的横向不均匀性：京津唐地区地壳中上部的速度异常反映了浅表层的地质构造特征,造山带和隆起区对应于高速异常,坳陷区和沉积盆地对应于低速异常;地壳下部出现大规模的低速异常与华北地区广泛存在的高导层相对应,估计与壳内的滑脱层和局部熔融、岩浆活动有关;莫霍面附近的速度异常反映了地壳厚度的变化及壳幔边界附近热状态的差异;上地幔顶部大范围的低速异常可能是上地幔软流层热物质大规模上涌所致.     

丽江-攀枝花-者海地带二维地壳结构及其构造意义

本文利用攀西地区通过攀枝花的东西向剖面爆炸地震资料,进行了震相的重新识别和二维射线追踪与理论图计算.结果表明,沿剖面地表附近有4个低速区和若干高速带,它们与地质和构造有很好的对应关系.渡口附近的高速岩体一直延伸到了上地壳的底部,形成一个统一的地垒状构造,该高速体与攀枝花成矿岩体相关,并推断华坪及其以西地带也是找矿的有利地区.中地壳下部有一厚度约9km的低速层,它可能是壳内的韧性剪切带.低速层顶部深度为27.0-29.5km,与研究地区的居里面深度及天然地震震源深度的分布基本符合.剖面东段中地壳顶部还有一层很薄的低速层,反映了构造带两侧运动的不对称性.地壳厚度为53-56km,构造带中部的Moho界面没有明显的上隆.     

华北地区壳内低速层与地壳流变的关系及其对强震孕育的影响

京津唐张地区普遍存在壳内低速层 ,鄂尔多斯块体内部没有发现低速层 ,壳内低速层的这种分布受新生代裂陷伸展的控制。华北地区中地壳下部和下地壳低速层是岩石塑性流变的结果 ,中地壳上部低速层是地壳裂陷伸展时形成的水平拆离带和韧性剪切带 ,岩石各向异性和流体作用可能是引起低速的原因。壳内软弱层 (低速和塑性流变层 )增强了块体层间的解耦作用 ,对地震孕育起着重要作用     

首都圈地区地壳P波和S波三维速度结构及其与大地震的关系

选用华北地震遥测台网和首都圈数字化地震遥测台网1993～2005年记录的2866个地震事件中的33487条P波和31822条S波的到时资料,计算得到了水平分辨率25km到50km之间的首都圈地区（385°N～41°N, 114°E～120°E）地壳三维P波和S波速度结构,并进一步获得泊松比分布.研究表明,首都圈地区P波和S波速度分布表现出强烈的横向不均匀性,浅层速度分布同地表地质结构分布相一致.分析得出震区强震多发生在低速体与高速体之间、低泊松比地区,且震源下部存在低速、高泊松比异常体.经过与其他地区研究结果相比较,对地震触发与流体的关系进行了探讨.流体在地震孕育及触发的过程中可能起着重要作用.     

三峡库区上地壳三维速度结构的双差层析成像研究

本文利用三峡水库诱发地震遥测台网22个子台在2009年初至2016年底期间记录的2093个地震事件直达P、S波到时数据,采用双差层析成像方法联合反演了三峡水库库区及近邻地区上地壳P波三维速度结构,并讨论了库水渗透对速度结构的影响和库区地震活动与速度结构的关系.研究结果表明三峡库区上地壳存在着明显的沉积盖层与结晶基底层的双层结构,两个层的深度与P波速度结构与前人的研究结果基本一致,黄陵背斜西侧当前仍然存在较明显的低速异常区.上地壳浅表层P波速度结构横向差异变化较大,0~5 km深度层P波高速区主要分布在秭归盆地及周缘,8 km深度层高速区主要分布在周家山-牛口断裂东侧至仙女山断裂中段西侧一带,8 km内的高低速区分布与11 km深度层比较存在明显差异.与三峡水库蓄水前与蓄水初期比较,当前库区上地壳沉积盖层内的P波速度结构受到蓄水渗透的影响较明显,主要表现为0~8 km深度内秭归盆地及周缘的水库近岸区存在较大范围高速区,这一现象可能与库水长期渗透改变了上地壳沉积盖层内岩层孔隙裂隙的物理性质从而使地震P波速度增加有关.三峡库区地震事件重新定位后显示,较大地震事件主要分布在P波高速区或高低速区交界地带,而低速区内通常很少发生地震.     

《非均匀地球中的地震波传播和散射:第二版》引言

正1地震波的散射地下大约100km的区域称为岩石层。严格来说,岩石层代表了覆盖在低速层或软流层上的地球的固体部分,并且其厚度随构造背景不同而在不同地方变化。然而,我们将不严格地使用这一术语来指代由地壳和上地幔组成的地下100km以上的区域。自从发现地壳底部的莫霍界面或莫霍面(Mohorovic     

基于体波有限频层析成像的青藏高原南部和中部下方印度大陆岩石层俯冲和撕裂的三维图像

使用TIBET-31N无源地震台阵以及以前临时地震台阵记录到的远震体波数据进行了有限频层析成像反演,对青藏高原南部及中部的三维速度结构成像。在喜马拉雅和拉萨地块下方存在向北倾角40°的高速体。我们把这些高速异常区域解释为俯冲的印度大陆岩石层(ICL)。印度大陆岩石层似乎在青藏高原中部比东部向北延伸更多——沿85°E在31°N到达350km深处,而沿91°E则是在30°N到达350km深度。P波和S波低速异常区在当惹雍错裂谷、亚东—谷露裂谷和错那裂谷下方从下地壳延伸至≥180km深度,这表明青藏高原南部的裂谷可能包含了整个岩石层的变形。当惹雍错裂谷下方的异常区向下延伸到约180km,而亚东—谷露裂谷西部和错那裂谷东部的异常延伸到了超过300km的深度。亚东—谷露裂谷西部的低速区上地幔延伸至最北,并且似乎与青藏高原中部下方广阔的上地幔低速区相连。于是,北向俯冲的印度板块沿着南北走向的裂缝撕裂。这些裂缝允许或者导致的软流层上涌同青藏高原北部上地幔相类似。