Crustal and upper-mantle structure in the central United States of America from body-wave spectra,surface-wave dispersion,travel-time residuals and synthetic seismograms

Regional variations of the velocity structure down to a depth of about two hundred kilometers in the central United States are investigated by a combined use of body-wave spectra, surface-wave dispersion, travel-time residuals and synthetic seismograms. With minor adjustments to models obtained in a preceding study of body-wave transfer ratios the revised models FLO74, OXF74 and SHA74 are proposed which reasonably satisfy all data in the above four kinds of methods. These models retain the same characteristic feature of the deepening of the low-velocity zone from the Gulf of Mexico to the Interior Plain nearly along 89°N longitude while decreasing its thickness and increasing its velocities as in the preceding models. The low-velocity zone is about 50 km thick ranging in depth from about 150 to 200 km around a junction of the Interior Plain with the Interior Highlands, about 80 km thick from about 120 to 200 km in the Coastal Plain, and about 90 km thick from about 90 to 180 km in the continental shelf of the Gulf of Mexico. Although it is not clear what relation, if any, exists between the above characteristic feature of the low-velocity zone and the recurrent relief of intra-plate stress along the central Mississippi Valley, an intricate crustal structure found along the valley northwest of the confluence of the Mississippi and Ohio rivers is apparently related to the occurrence of historical earthquakes. Comparisons of synthetic seismograms of the above models with teleseismic records of deep earthquakes reveal that the undulations in a time interval of over 100 sec between the onsets of the P and pP phases on long-period records are good surface expression of the underlying layered structure below the station and are not associated with the source. Relevant future high-quality data promise a comprehensive elucidation of the fine configuration of structure in the crust and upper mantle.     

利用SPAC法估算地壳S波速度结构

S波速度结构能够反映地球介质的物性差异,是地壳内低速区结构特征判别的重要依据.本文尝试利用空间自相关法(SPAC法)从地震台站微动信号的垂直分量中提取瑞利波相速度频散曲线,通过对频散曲线的反演获得地下介质的S波速度结构.以国家数字测震台网8个宽频带地震台站的实测微动数据为例,采用SPAC方法获得了首都圈地区北京附近约30 km 深度范围内的一维S波速度结构.结果表明,该区结晶基底埋深较浅约2 km;分别在5~8 km 和12~16 km 深处发育S波低速层;8 km 和 20 km 处是S波速度差异较大的速度分界面.这一结果与以往地震学及人工地震探测结果较为吻合,表明SPAC法估算地壳S波速度结构是可行、有效的.     

唐山北部地区浅层一维剪切波速度结构初步研究

2019年8月2日河北省唐山市路南区某矿井区发生M_L2.4巷道塌陷,基于塌陷周边台站观测到的短周期瑞雷波,提取面波基阶群速度频散曲线,并利用迭代反演方法得到研究区域地下10 km深度范围内的一维剪切波速度结构,用于精定位分析。速度分析结果表明,研究区域浅表剪切波速度约为2.46 km/s;深度为2 km时,塌陷周边存在小范围的低速区,速度约为2.57 km/s;深度约为4 km时,剪切波速度达3.47 km/s;深度为5～9 km时,唐山东部沉积盆地内存在1个剪切波低速层。精定位分析结果表明,增加浅层速度模型有助于提高深度较小的地震定位精度;塌陷周边的低速区向下延伸近20 km,为地震多发区。     

THREE-DIMENSIONAL S-WAVE VELOCITY DISTRIBUTION BASED ON AMBIENT NOISE ANALYSIS IN EASTERN NORTH

We apply ambient noise tomography to continuous vertical component broadband seismic data between January 1, 2010 and December 31, 2011from the regional networks of 190 stations deployed by China Earthquake Administration in Hebei, Shanxi and Inner Mengolia. Ambient noise cross-correlations were performed to produce the Green's functions of each station-pair. Firstly, we used the multiple-filter analysis method to extract surface wave group and phase velocity dispersion curves from inter-station paths at periods from 7 to 40s. Then the study area was discretized into a 0.2°×0.2° grid to obtain the group and phase velocity distributions using O'ccam inversion method. After that, three dimensional (3-D) S-wave velocity structures from the surface down to 50km are inverted from group and phase velocities dispersion results. the results of S wave velocity distribution maps generally demonstrate good correlations with surface geological and tectonic features, and they also clearly revealed the lateral velocity variation in the crust. In the mid-upper crust, the basins are clearly resolved with low S wave velocity due to its thick sedimentary layer, and the Taihang and Yanshan uplifts show relative higher S wave velocity distribution. With the increase of depth (>30km), the S wave velocity distribution presents a contrary characteristic compared to that of the shallow layer, and the S wave velocity beneath the Taihang and Yanshan uplifts are much lower than basin areas, which is possibly correlated with the thickness of the crust. 3-D S wave velocity shows a low-velocity zone at~10~20km depth observed beneath the Tanshan-Hejian-Xintai-Cixian belt and Bohai Bay. the low-velocity zone at~20~30km depth beneath the Datong area may be associated with the thermal material in the crust-mantle. Our S wave velocity distribution maps clearly show that Taihang Mountains is not only the boundary of topography and tectonic zone, but also the transition zone of high and low S wave velocity.     

中国东北地区远震S波走时层析成像研究

利用中国东北流动和固定台网的234个宽频带地震仪在2009年6月-2011年5月所记录的远震波形数据,采用波形相关方法拾取了10301个有效的S震相相对走时残差数据,进一步采用两种射线走时层析成像的方法,反演获取了研究区下方深达800 km的S波速度结构,不同射线走时层析成像方法的结果对本区的S波速度异常结构起到一定的约束作用.S波成像结果与我们先前开展的P波成像研究结果整体相似：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附近,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,暗示松辽盆地岩石圈地幔可能遭受了改造与破坏,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.S波和P波相似的成像结果从另一个角度展示了中国东北地区的上地幔速度异常结构,对我们认识此区的地下结构提供了重要的约束.     

川西地区壳幔结构与汶川MS8.0级地震的孕震背景

收集了四川数字地震台网记录的57个远震事件,并从宽频带数字化三分量地震记录中计算出了马尔康（MEK）、都江堰（YZP）、中江（JJS）、江油（ZJG）、广元（YTS）、康定（GDS）、汉源（XJP）、雅安（MDS）、峨眉山（EMS）、沐川（WMP）、仁寿（YGD）、荣县（HMS）等12个台站下方的远震P波径向接收函数.另外,引入地震勘探中的动校正技术,将各台的接收函数校正到67°的参考震中距处,然后对接收函数进行叠加以增强信号,并把叠加接收函数作为台站下方的平均接收函数.最后,利用台站下的平均接收函数反演得到S波速度结构.反演结果表明：以锦屏山—龙门山断裂为界,其西侧地壳厚达70 km,而东侧仅为50 km左右,Moho面在断裂下方形成了一个陡坎;川西地区的地壳速度结构与川中地区差异较大,主要表现在川西地区的中地壳存在厚度为8~22 km的低速层.在都江堰、雅安一带,低速层的厚度最大,其厚度在20~22 km之间,其上地壳为一个坚硬固体,在区域构造应力场作用下,形成了孕育大地震的构造环境.     

长白山火山区壳幔S波速度结构研究

利用面波层析成像和远震接收函数方法对长白山地区的地壳上地幔速度结构进行了研究。结果表明:长白山火山区附近存在岩石圈减薄、上地幔软流圈增厚以及上地幔S波速度降低等与上地幔高温物质有关的现象,它表明长白山的岩浆系统一直延伸到上地幔软流圈范围。天池火山区地壳内部存在明显的S波低速层,在离天池火山口较近的WQD台附近,低速层顶部埋深约8km,厚度近20km,S波最小速度约2.2km/s。在距离天池火山北部50km的EDO台地壳中没有明显的低速层。火山区S波速度结构总体表现出距离天池越近,地壳的V_P/V_S越大,低速层的厚度和幅度增加的特征,表明天池火山口附近地壳内部存在高温物质或岩浆囊。CBS台站不同方位的接收函数及反演结果表明,地表低速层厚度以及莫霍面深度存在随方位的变化。地表低速层在南部方向明显较厚,莫霍面深度在南部天池火山口方向存在小幅度抬升。CBS台站附近特殊的近地表速度结构可能是该台站记录的火山地震波形主频较低的主要因素。天池火山口附近莫霍面的小幅度抬升意味着存在与火山作用有关的壳幔物质交换通道     

A seismic profile in southern Norway

Data from a reversed seismic crustal profile crossing the Caledonides of southern Norway suggest a continuously increasing P-wave velocity followed by a low-velocity zone extending from a depth of about 14 km downwards. Interpretation of observed travel time and amplitude characteristics leads to a thickness of 4 km and velocity of 6.0 km/s for this layer, the velocity above and below it being about 6.6 km/s. The role of such a velocity inversion is discussed in the tectonic framework of the Caledonian orogeny and other relevant geophysical information, and it is suggested that the low-velocity zone materializes deep-seated sediments under Precambrian crystalline rocks. The structure of the lower crust is more tentatively established, but still in reasonable agreement with other seismic investigations in the general profiling area.     

松辽盆地沉积层结构的短周期地震背景噪声成像研究

使用位于松辽盆地内部的NECESSArray台阵连续两年背景噪声数据,通过波形互相关和多重滤波方法提取到2~14 s较短周期的Rayleigh波群速度和相速度频散曲线,基于快速行进（FMM）面波成像方法得到群速度和相速度成像结果,并采用最小二乘迭代线性方法反演获得了松辽盆地深至12 km的三维S波速度结构.本文成像结果显示：松辽盆地内部S波速度分布的横向不均匀性与该区域的构造单元呈现出良好的空间对应关系.从地表至下方的6 km深度,盆地北部比南部表现出更加强烈的低速异常,这一特征可能与盆地南北的沉积构造差异有关.中央坳陷区低速异常的边界与嫩江断裂走向相互平行,表明盆地基底断裂对盆地形成演化具有一定的控制作用.在垂直速度结构剖面中,2.9 km·s^-1的S波速度等值线与地震反射剖面显示的盆地基底深度大致对应.基于S波速度模型和盆地基底速度（2.9 km·s^-1）,我们获得精细的松辽盆地沉积层厚度模型,结果表明松辽盆地的沉积层厚度分布呈现出中间厚、四周薄的特征,中央坳陷区的沉积层厚度范围大约在3~6 km.     

利用P波“影区”特征探测青藏高原东部岩石层内低速层

选用我国西藏及其周边地区测震台网35个台站宽频带数字地震仪记录到的2014年10月7日云南普洱M_S6.1地震的波形资料,分析了垂直向分量初至P波的幅度特征.结果表明:在震中距处于5°-18°之间的P波初动幅度相对较小,存在“影区”特征,推测该“影区”是由青藏高原下方岩石层内低速层所引起的;通过试错法,多次对比不同模型的理论波形与观测波形的P波初动振幅随震中距的变化形态,最终确定在78 km深处存在一厚度为24 km的低速层,层内速度梯度约为-0.05/s.      

利用远震接收函数方法研究南海西沙群岛下方地壳结构

利用西沙琛航岛流动地震台站和永兴岛固定地震台站的资料,提取了远震P波接收函数,结合正演和反演方法模拟了台站下方的地壳结构.模拟结果显示:西沙群岛地壳顶部存在2 km厚的新生代低速沉积层,横波速度只有2.0~2.2 km/s;上地壳为一速度梯度带,横波速度由2 km处的3.4 km/s逐渐增加到12 km深度时的3.8 ...     

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.     

S-wave velocity structure beneath Changbaishan volcano inferred from receiver function

The S wave velocity structure in Changbaishan volcanic region was obtained from teleseismic receiver func-tion modeling. The results show that there exist distinct low velocity layers in crust in volcano area. Beneath WQD station near to the Tianchi caldera the low velocity layer at 8 km depth is 20 km thick with the lowest S-wave velocity about 2.2 km/s. At EDO station located 50 km north of Tianchi caldera,no obvious crustal low velocity layer is detected. In the volcanic re-gion,the thickness of crustal ...     

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。     

云南壳幔S波速度结构与强震的构造背景

本文选取云南及周边65个台站记录到的47个地震事件,利用相匹配滤波技术分离出了基阶Rayleigh面波信号.选取与震中处于同一大圆弧上的两个台站,利用双台格林函数法获取了台间相速度频散,频散的周期范围在10～80 s之间.从2000个波形记录中提取了152个台站对之间的相速度频散,最后,利用台间的相速度频散反演得到云南...     

用接收函数反演甘肃测震台网下方的S波速度结构

利用接收函数方法对甘肃测震台网下方的一维S波速度进行了研究。结果显示甘肃测震台网各个台站下方地壳内部可分为两层:第一层深度为20~25 km之间;第二层为Moho界面,其平均深度约为50 km,界面上表面的速度约为3.8 km/s,界面底部的速度约为4.5 km/s。     

南北地震带的瑞利波群速度与地壳结构

本文用长周期面波资料研究了南北地震带及其西侧的地壳结构。结果表明:南北地震带的地壳厚度具有南薄北厚,西厚东薄的特征,南北带和其西侧区域地壳内都存在有低速层;地壳横波平均速度很低,约为3.37公里/秒;上地幔顶部的横波速度只有4.40公里/秒;南北带北段可能存在上地幔物质上隆,岩石圈厚度只有60多公里,该区域地壳底部存在有低速层。     

汶川MS8.0地震：地壳上地幔S波速度结构的初步研究

2008年5月12日我国四川省汶川地区发生了震惊世界的M_S8.0地震.历史上,同类地震在大陆内部极为罕见.该地震深部构造背景的研究对理解其成因极为重要.本文利用中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室在川西地区布设的大规模密集流动宽频带地震台阵记录的远震P波波形数据和接收函数非线性反演方法,得到了沿北纬31°线的19个台站下方120 km深度范围内的S波速度结构及台站下方地壳的平均泊松比.该观测剖面穿越了主震区,总长度约为420 km. 我们的结果揭示了川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地三个不同地块构造差异.上述三个地块的地壳结构特征可以概括为：（1）四川盆地前陆壳幔界面向西侧倾斜并有较为明显的横向变形,地壳厚度存在46～52 km的横向变化,中下地壳S波速度存在横向变化,地壳平均泊松比值较高（0.28～0.31）,但在龙门山断裂带附近,显示了坚硬地壳的特征,地壳平均泊松比仅为0.2;（2）松潘-甘孜地块地壳厚度由西侧靠近鲜水河断裂的60 km,向东减薄为52 km,在14～50 km深度范围内存在S波速度2.75～3.15 km/s的楔状低速区,其厚度由西侧的～30 km向东逐渐减薄为～15 km,相应区域的地壳平均泊松比高达0.29～0.31; （3）鲜水河断裂西侧,川滇地块地壳结构相对简单,地壳厚度为58 km,并在26 km深度存在约10 km厚度的高速层,地壳内平均泊松比约为0.25;（4）汶川大震区在12～23 km深度上具有近乎4.0 km/s的S波高速结构,而其下方的地壳为低速结构,地壳平均泊松比0.31～0.32,汶川大震的余震序列主要分布在高速介质区域内. 本文的结果表明松潘-甘孜地块的地壳相对软弱;而且并不存在四川盆地向西侧的俯冲.我们认为在青藏高原东向挤压的长期作用下,四川盆地强硬地壳的阻挡作用可导致松潘-甘孜地块内部蓄积很大的应变能量以及上、下地壳在壳内低速层顶部边界的解耦,在龙门山断裂带附近形成上地壳的铲形逆冲推覆.汶川大地震及其邻近区域所具有的坚硬上地壳和四川盆地的阻挡作用为低应变率下的高强度应力积累创造了必要条件,而松潘-甘孜地块长期变形积累的高应变能构成了孕育汶川大地震的动力来源.     

Dislocation structure of the crust-mantle boundary and low-velocity body within the crust beneath the Dabie Shan collision orogen

The Dabie Shan is located on the eastern side of the Qinling-Dabie orogenic belt, which marks a geological boundary between the Sino-Korean and Yangtze cra- ton. Since the 1980s, the discovery of coesite and mi- crodiamond in the Dabie Shan orogen motivates an extensive interest to the ultra-high pressure (UHP)metamorphism and its exhumation[1,2]. Many results about them were published, which deal with different disciplines, including tectonics, petrology and chro- nology[3?8]. Up to now,…