东南亚下方核幔边界D″层地震各向异性

本文利用中国国家数字地震台网(CDSN)和国际数字地震台网(FDSN)的宽频带远震资料,采用S和ScS震相剪切波差异分裂方法对东南亚下方核幔边界D″层地震各向异性进行研究.共获得了来自7个深震(400km)的24对高质量的S和ScS剪切波分裂参数,其中S震相的分裂参数与前人上地幔各向异性研究结果十分吻合,表明S震相观测结果反映了观测台站下方的上地幔各向异性.通过对上地幔各向异性校正后的波形数据进行进一步的分裂参数分析,最后得到了24个可靠的ScS剩余各向异性分裂参数.结果显示,在经度107°~112°范围内分裂参数均为空值(Null);而在该经度范围东西两侧区域,主要表现为明显分裂特征.这种分裂参数的分布指示了核幔边界D″层的各向异性特征的区域变化,我们推测这种变化可能与停滞在核幔边界的古特提斯和/或古太平洋俯冲板块相关.     

西北太平洋俯冲带大地幔楔及地幔过渡带各向异性证据和特征

地震层析成像研究清晰给出了地球深部俯冲板片的大尺度形态,但与俯冲过程相关的地幔流动特征仍不明确.在俯冲地幔楔系统中,前人观测到了与海沟平行和垂直的快波偏振方向.本文研究了西北太平洋俯冲板片在地幔过渡带中停滞形成的"大地幔楔"中的各向异性特征.对具有长期稳定观测数据的MDJ台站SKS震相和区域深源地震的直达S波震相进行了...     

青藏高原东北缘上地幔地震各向异性:来自SKS、PKS和SKKS震相分裂的证据

基于青藏高原东北缘甘肃区域台网41个宽频带地震台站的远震记录资料,通过PKS、SKS和SKKS震相的剪切波分裂分析,获取了台站下方介质的各向异性分裂参数,得到该地区上地幔各向异性分布图像,并结合GPS速度场和地壳剪切波各向异性分析青藏高原东北缘各向异性形成机制及壳幔各向异性特征.分析结果认为,在阿尔金断裂带西侧,各向异性快波偏振呈NWW-SEE方向,与断裂带走向有一定夹角,与塔里木盆地向柴达木盆地俯冲方向一致,说明该地区上地幔物质变形主要受古构造运动的影响,属于"化石"各向异性.在祁连山-河西走廊构造区,XKS快波偏振呈NW-SE方向,一致性较好,与区域断层走向方向相同;由区域小震的地壳剪切波分裂分析得到的地壳剪切波快波偏振在该区域呈NE-SW方向,与相对于稳定欧亚大陆GPS运动速率一致,地壳和地幔快波偏振方向的差异表明壳幔变形可能有不同的形变机制.在陇中盆地及其周缘,由于处于活跃青藏地块与稳定鄂尔多斯地块之间的过渡带,相对于其他区域具有更加复杂的构造背景,地壳快波偏振和地幔快波偏振总体上呈NWW-SEE方向,说明壳幔变形机制可能相同;但不同台站结果之间存在一定离散性,推测是由于受局部构造特征差异性造成.     

岩石圈主要各向异性矿物的CPO特征及其对岩石圈动力学研究的启示

地震波各向异性主要受岩石中矿物晶格优选方位(Crystallographic Preferred Orientation,CPO)的影响,橄榄石的CPO控制着上地幔的地震波各向异性。将岩石中矿物的CPO与全岩地震波各向异性相结合,可以解释在全球不同构造单元观测到的地震波各向异性,从而进行构造变形和动力学过程分析。文中在总结岩石圈主要各向异性矿物的CPO和各向异性特征的基础上,以青藏高原东南缘岩石圈地幔包体为例,对其显微组构和地震波各向异性进行研究,结果显示青藏高原东南缘岩石圈地幔的构造环境发生改变,岩石圈地幔无法解释观测到的剪切波分裂(SKS)地震波各向异性,需要考虑其他各向异性来源。由此可见,研究岩石圈地幔矿物的CPO对合理约束地球物理测量资料和分析岩石圈变形特征至关重要。     

地幔顶部Pn波成像方法的发展与应用

地震Pn波的射线路径集中在地幔顶部有限深度范围内,在射线横向覆盖密度方面具有独特优势,因而Pn震相是研究地幔顶部这一重要层面速度和各向异性结构的优势震相. Pn波速度的横向变化可以反映上地幔温度及成分差异,Pn波各向异性能够反映地幔物质的运动及形变特征,高精度的地幔顶部Pn波速度和各向异性结构可以提供关于岩石圈结构、板块运动和深部热物质运移过程等关键信息. Pn波成像方法经过发展和改进,已经成为研究地幔顶部结构的成熟技术,并被应用于全球范围获取地壳厚度、上地幔速度和各向异性等结构信息,精细刻画了全球上地幔结构的横向不均匀性,进一步认识了地球内部结构和板块俯冲、大陆碰撞变形、火山活动等动力学过程.随着全球地震台站覆盖的日益密集和观测数据的不断增加,大量高质量的Pn数据为地幔顶部精细结构的研究提供了有利条件.本文围绕Pn波成像方法的发展及在全球范围的应用进行综述.     

西太平洋下D"区的剪切波各向异性

利用来自汤加—斐济及周边地区发生的47次地震并由中国地震台网中心和IRIS台站记录到的数据,与来自东亚北部及北太平洋地区发生的26次地震并由IRIS台站记录到的数据, 使用ScS-S相对走时分析方法研究了西太平洋下D区的剪切波各向异性, 得到了核幔边界反射点上ScS波径向分量和横向分量的分裂时间, 并计算了D区的地震波各向异性强度. 发现ScS波通过西太平洋下D区时普遍呈现出径向分量走时大于横向分量走时的模式. ScS波的分裂时间值为-0.91~3.21s, 平均值为1.1 s; 各向异性强度值为-0.45%~1.56%, 平均值为0.52%. 观测和分析结果表明, 西太平洋下D区水平流应占支配地位,各向异性结构主要是具有垂直对称轴的横向各向同性介质. 形成这种结构的可能原因是地幔底部水平流导致的核幔边界反应产物或部分熔融物质的形状优选方向, 或下地幔物质的晶格优选方向.      

中国大陆岩石层的方位各向异性

采用理论地震图与观测地震记录直接比较的方法, 研究了中国数字地震台网宽频带记录的SKS震相的剪切波分裂现象, 确定了快速S波的振动方向和慢速S波的时间延迟。结果表明, 对于所分析的8个观测台均发现了明显的S波分裂现象, 时间延迟在0.7s与1.7s之间。这种经过地幔传播的SKS震相的S波分裂现象的主要原因是上地幔的各向异性。上地幔的各向异性可以用应变引起的上地幔中的矿物质的结晶优势排列来解释。根据时间延迟估计的各向异性层的厚度, 与由上地幔中的高导层和低速层所推断的中国大陆下岩石层的厚度大致相符。在大部分台站上, 反演得到的快速S波的振动方向与由亚板块总体形变推测的结果相一致。个别台站具有较大的差异, 说明S波分裂这一观测事实的起因是复杂的。为了进一步解释S波分裂的结果, 还需要更多高质量的观测资料, 以及关于原地介质状态的更详细的信息。      

新生代华南及邻区上地幔各向异性深部动力学机制的数值模拟

晚中生代以来,华南地区同时受到印度—欧亚板块碰撞和太平洋—菲律宾板块俯冲及后撤作用的影响,壳幔结构复杂.深入了解华南地区深部地幔流模式和地幔各向异性特征是认识华南复杂的深部构造演化过程与动力学机制的基础.本文采用三维全球地幔对流模型,从软流圈剪切变形的角度计算了软流圈的各向异性,尝试探讨了华南地区各向异性的起源和深部地幔流特征.华南地块东部,软流圈各向异性呈NW-SE向,各向异性主要来源于软流圈,壳幔具有垂直连贯的变形特征;南北构造带的中段,软流圈各向异性大致为N-S向,这一区域的造山作用虽然对岩石圈造成了巨大变形,但是并未显著影响软流圈变形,并且各向异性的主要来源可能是岩石圈地幔;在南北构造带中,30°N可能是地幔各向异性的过渡带,30°N以南的川滇地区,软流圈各向异性的方向出现了环形特征;菲律宾板块向欧亚板块下的俯冲到达地幔转换带,这种俯冲可能带动了西太平洋地幔向华南块体下的流动;华南地区的软流圈流场自西向东显示出顺时针旋转的特征,并在扬子板块东部与来自菲律宾板块下的西南向的地幔流相遇.     

Study of azimuthal anisotropy in the transition zone of the Earth's upper mantle with the coupling of normal modes

地震方位各向异性广泛存在于地球上地幔中,目前利用地震体波或面波分析研究上地幔各向异性的地球物理方法有很多种,但是由于各自的局限性均难以分析上地幔过渡区中的各向异性特征.方位各向异性可导致球形简正模和环形简正模之间发生耦合.地球长周期自由振荡的简正模可深入到上地幔过渡区.本文利用各向异性地球模型计算各向异性简正模耦合深度敏感核,表明长周期(250～400 s)简正模各向异性耦合(如0S20-0T21和0S25-0T25)的敏感度峰值在400～600 km之间.在不受地球自转影响的台站,如位于南极极点的QSPA站,仍然可以观测到强烈的简正模耦合现象.本文的研究表明:只有在地震观测台站靠近长周期球形振荡的节点时,才能在其观测数据中观测到各向异性耦合现象,许多各向异性耦台在震后18～24 h期间最强,并可导致垂直方向的环形简正模的振幅大于球形耦合简正模的振幅.这些特征是在地震观测数据中寻找各向异性耦合的重要线索.长周期简正模的方位各向异性耦合为我们提供了一个新的认识上地幔过渡区各向异性的窗口.     

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.