中国大陆及邻区Rayleigh面波相速度分布特征

本文根据102个数字化台站记录的长周期垂直向面波资料,利用双台互相关方法测量了538条独立路径的基阶Rayleigh面波相速度频散资料,反演获得了中国大陆及边邻地区（70°E～140°E,18°N～55°N）20～120 s（周期间隔为5 s） 共21个周期的Rayleigh波相速度空间分布图像. 检测板测试结果显示中国大陆中东部地区横向分辨率可达3°,而西部及边邻地区大约5°. 研究表明,中国大陆地区的Rayleigh波相速度分布横向差异显著,大致以104°E为界,可分成具有不同速度结构特征的东、西两部分. 一般较短周期（20～35 s）的相速度分布受地形和地壳厚度的影响较大,总体表现为东部速度高,西部速度低;塔里木盆地、青藏地块及其东缘的松潘-甘孜地块形成整个研究区内最为突出的低速异常体,蒙古西部低速特征也较清晰;东部的四川盆地、扬子地块、华南地块、松辽盆地、日本海及蒙古东部高速特征明显. 随着周期的增大,青藏地块中部的低速异常体横向尺度逐渐缩小,而喜马拉雅冲断带、塔里木盆地相速度不断升高,意味着青藏低速区受到南、西北、东三个方向的高速区夹击,可能导致高原中部软弱的低速物质向东南方向迁移;同时,东部地区由高速逐渐转变为大面积的低速分布,反映东部地区岩石圈较薄而软流圈发育. 随着青藏地块低速特征的减弱,印支地块北部及相邻海域、东海、东北吉林深震区、日本海、中-朝地块至蒙古东部成为120 s周期上突出的低速异常体,而上扬子地块包括四川盆地高速特征依然明显,显示出稳定的古板块特征. 南北地震带始终呈现出相对较低的速度特征,并成为划分中国大陆具有不同岩石圈相速度特征的东部与西部的天然分界.     

青藏高原及邻区的Rayleigh面波的方位各向异性

用Rayleigh波层析成像研究青藏高原地壳上地幔方位各向异性．收集了包括近年来在云南和川西藏东地区布设的流动台网在内的青藏高原及周边地区宽频带地震台站的记录,使得大部分地区有理想的射线覆盖,因此反演结果获得较高的分辨．模型分辨率的测试表明,大于400km范围内的各向异性特征以及大于2％的各向异性强度是可靠的．青藏高原内部的方位各向异性具有与大地构造相似的分区特征．高原东部大部分地区地壳各向异性强度大于2％,且表现为环绕喜马拉雅东构造结的顺时针旋转．在垂直方向上,高原内部的上地壳、下地壳和岩石圈地幔的各向异性方向基本一致,也与GPS所观测到的速度场和SKS快波方向基本一致,揭示高原下方的岩石圈变形是垂直连贯变形．在高原外部的云南地区,地壳和上地幔岩石圈方位各向异性的强度均小于2％,因此SKS波从核幔边界至台站间产生的分裂应主要归因于软流圈．     

利用瑞利面波相速度和方位各向异性研究鄂尔多斯块体的岩石圈变形特征

利用在鄂尔多斯块体内部布设的45个宽频带流动台站和固定台站的资料,用双平面波方法反演了20~143 s共12个周期的基阶瑞利面波的平均相速度和方位各向异性,并反演了一维S波速度结构.反演结果显示50~100 s中长周期的瑞利面波相速度高于AK135速度模型的相速度,为高速异常,S波速度显示高速异常主要位于180 km深度范围内,表明鄂尔多斯块体保留有厚的高速岩石圈.20~111 s周期的方位各向异性强度小于1%,较小的各向异性表明鄂尔多斯块体岩石圈变形较弱.20~50 s周期的平均快波方向为近EW向,67~143 s周期的平均快波方向为NW-SE向,相对发生了整体改变,快波方向的转变约开始于80~100 km深度范围,这表明岩石圈上下部存在着由不同变形机制导致的各向异性.上部岩石圈中各向异性可能主要为残留的“化石”各向异性,而下部岩石圈各向异性可能是现今板块构造运动导致的变形而形成.鄂尔多斯块体岩石圈垂向上的变形差异可能主要与岩石圈温度随深度的变化以及青藏高原NE-NNE向挤压引起的上部岩石圈逆时针旋转有关.     

青藏高原东南缘基于背景噪声的Rayleigh面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘地区是现今地壳形变和地震活动最强烈的地区之一,也是研究青藏高原现今变形机制和构造演化规律的重要区域.本研究使用云南区域地震台网的55个宽频带地震台站连续地震背景噪声数据,采用双台站互相关方法获得Rayleigh(瑞利)面波经验格林函数,提取相速度频散曲线,反演得到云南地区周期5~34s范围内方位各向异性分布图像.反演结果揭示:短周期(5~12s)Rayleigh面波快波优势方向与区域断裂走向有很好的一致性,快波方向随着断裂走向的变化而变化.周期16~26s快波优势方向与反映上地壳特性的5~12s图像总体图像相似,但细节略有不同.其中,滇中块体内易门断裂和滇中块体内东侧的普渡河断裂附近,各向异性快波方向从NS向NW方向旋转;易门断裂以西呈NW向.这反映了青藏高原物质东流和川滇块体受到青藏块体的南东向挤压作用.周期30~34s范围的各向异性,滇缅泰块体和印支块体,快波优势方向为NS和NNW向;而在滇中块体内部,各向异性快波方向呈顺时针旋转变化,可能与青藏高原物质向东逃逸有关.本文还开展了与体波各向异性的对比分析,通过与近震S波分裂、Pms转换波分裂和远震SKS、PKS和SKKS(以后简称为XKS)分裂的对比研究,发现随着周期的增大,得到的快波优势方向与XKS剪切波快波偏振方向趋向一致,与地壳快剪切波偏振方向呈一定夹角.本研究认为,青藏高原东南缘地区壳幔各向异性具有不同的特征和形成机制.     

郯庐断裂带中南段及邻区Rayleigh波相速度与方位各向异性

郯庐断裂带中南段及邻区处于华北克拉通和扬子克拉通的结合带,是研究陆内碰撞、大陆聚合及生长、地球动力学和岩石圈形变等问题的天然实验场。为获取研究区内更为精细的壳幔S波速度和方位各向异性的分布,文中利用郯庐断裂带中南段及邻区范围内共261个固定宽频带地震台站2a记录的连续波形数据,利用时频分析法提取了5～50s周期的Rayleigh面波相速度频散曲线。之后,将研究区域划分为0.25°×0.25°等间隔的网格点,并采用Tarantola方法反演获得了研究目标区内的二维Rayleigh波相速度与方位各向异性的分布图像。此外,还分析研究了6个具有代表性周期的相速度及方位各向异性分布图像,这些图像揭示出郯庐断裂带中南段及邻区壳幔速度结构的横向非均匀性及方位各向异性的空间差异特征。研究结果表明,相速度的分布特征与地质构造单元有着较好的对应关系。在地壳浅部(6～10s),拥有较厚松散沉积层覆盖的盆地和基岩出露的造山带分别呈现为低速异常和高速异常。随着周期递增(15～20s),地壳介质受浅部沉积层的影响有所减弱,河淮盆地、苏北盆地等平原地区局部出现了高速异常。下地壳至上地幔(25～30s)的相速度分布受...     

青藏高原东南缘基于程函方程的面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘作为高原物质侧向挤出的前沿地带,是研究岩石圈变形机制、高原物质侧向逃逸和深部动力学等科学问题的关键地区之一.本文利用研究区内540个宽频带流动地震台站记录的远震面波资料,基于程函方程面波层析成像方法获得了青藏高原东南缘周期14~80 s瑞利面波相速度和方位各向异性分布图像.结果显示：14~20 s周期内,面波方位各向异性分布与断裂带的走向和最大主压应力的方向密切相关,可能受到了断裂带和区域构造应力场的共同作用.川滇菱形块体的北部次级块体及丽江—小金河断裂带附近随着面波周期的增加,各向异性快波方向从NS向逐步转变为NE-SW方向,并与断裂带大致平行,而其以南的攀枝花附近表现为高相速度和弱各向异性的特征.我们推测,在川滇菱形块体北部存在明显的下地壳流,流动方向与块体向南的挤出方向基本一致,该地壳流受到攀枝花附近的高速、高强度坚硬块体阻挡,其前缘向西南方向流动.川滇菱形块体中部地区由于坚硬块体的存在,下地壳没有明显的通道流.在红河断裂以西地区,30~60 s周期范围的面波各向异性快波方向和红河断裂大致平行,推测可能与渐新世至中新世早期印支地块向南东方向的挤出密切相关.研究区东北部,四川盆地南缘地壳各向异性以NE-SW和NEE-SWW向为主与SKS快波方向明显不同,推测主要与该地区地壳的早期构造变形有关同时也说明SKS各向异性主要来自上地幔介质;在研究区南部104°E以西的中长周期面波各向异性方向与SKS分裂研究获得的近EW快波方向基本一致,但在104°E以东地区面波各向异性较弱且快波方向与SKS的观测结果存在明显差异,我们推测东部SKS各向异性来源深度至少在150 km以下.

     

基于背景噪声研究华北克拉通中部Rayleigh波相速度和方位各向异性

基于中国地震科学台阵探测项目在华北中部布设的306个台站记录的波形数据,利用背景噪声层析成像方法开展了 Rayleigh波相速度和方位各向异性研究.结果显示,短周期的相速度异常及其方位各向异性主要与地表构造相关,盆地表现为低速异常,造山带表现为高速异常,快波方向主要表现为NE-SW向,与断层走向以及构造单元走向一致.在...     

利用背景噪声资料研究海原断裂带及邻区Rayleigh波相速度和方位各向异性

海原断裂带是位于青藏高原东北缘的一条NWW走向大型边界断裂带,为了研究该区域地壳速度结构与变形特征,使用中国地震局地震预测研究所布设的跨海原断裂带流动地震台阵(SACHY-Array)和研究区域内固定地震台站共61个台站(40个流动台站和21个固定台站)的垂向连续波形数据。采用背景噪声互相关方法,提取了面波相速度频散曲线,反演得到周期范围为5～30 s、分辨率1°×1°的Rayleigh波相速度和方位各向异性图像。结果表明,短周期5～10 s内,河西走廊过渡带东部、鄂尔多斯地块西北部以及银川地堑南部均呈现低速异常体,祁连造山褶皱带东段表现为相对高速体;海原断裂带西南侧快波偏振方向为NWW、 NW向,鄂尔多斯西缘及邻区快波偏振方向主要为近NS向,各向异性方向与区域断裂走向基本一致。15～30 s周期内,河西走廊过渡带东部及银川地堑南部的低速异常逐渐减弱且范围不断减小,15 s周期左右,河西走廊过渡带东部的低速体在烟筒山断裂带下方有错断的趋向,陇中盆地中央、鄂尔多斯西南缘均存在高速异常体;方位各向异性方向与短周期基本一致,不过各向异性强度较弱。本文认为,海原断裂带是高低速过渡带,位于断裂带...     

鄂尔多斯块体及周缘瑞利面波相速度和方位各向异性研究

<正>鄂尔多斯块体被认为是华北克拉通自中生代破坏后残留的稳定地块,内部矿产资源丰富,活动微弱,而周缘地区新生代受到强烈改造,构造运动强烈,地震频发。由于鄂尔多斯块体处于中国东西部过渡区域,受到中国东西部双重动力作用的影响,其深部动力学问题一直是地球科学家研究的热点。     

川西地区瑞雷波方位各向异性

本文使用川西密集地震台阵记录的面波资料,利用程函方程面波成像方法获得了周期为14—60 s的瑞雷波相速度及方位各向异性分布。结果显示:川滇菱形地块的川西北地块内部的低速异常明显,其下地壳各向异性快波方向以NS向为主,松潘—甘孜地块内部的低速异常稍弱,下地壳各向异性快波方向以NW?SESE向为主,表明川西北地块可能存在下地壳通道流,松潘—甘孜地块内部存在的通道流相对较弱;龙门山断裂带和丽江—小金河断裂两侧的速度结构和方位各向异性均有明显差异,可推测青藏高原内部的地壳流在东部和南部分别受高速、高强度的四川盆地和滇中地块阻挡,沿高原边界带发生了侧向流动;周期大于25 s的面波方位各向异性方向为NW?SE;与SKS分裂优势方向相近,说明四川盆地的剪切波各向异性可能主要源于上地幔;而龙门山断裂带附近壳幔各向异性较为复杂,面波方位各向异性与SKS分裂的NW?SE向弱各向异性存在差异,表明该处的剪切波各向异性可能来自地幔更深处,有待进一步研究。      

利用远震研究四川盆地及其周缘瑞利面波相速度和方位各向异性

基于四川盆地及周边的245个宽频带台站2010年9月-2014年9月期间的远震记录,提取双台路径瑞利面波相速度频散资料,反演得到四川盆地20~120 s的高分辨率瑞利面波相速度及各向异性空间分布.在丰富区域地球物理基础数据的同时,结合已有研究成果对地壳上地幔变形耦合进行探讨,结果表明短周期（20~30 s）的相速度分布与四川盆地的地质构造特征相吻合,作为川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地之间的边界——龙门山断裂带和鲜水河断裂带对上述三个地块上地壳的速度结构具有明显的控制作用;松潘-甘孜地块,特别是川滇地块中下地壳普遍表现为明显的低速异常,表明中下地壳相对软弱;而四川盆地的中下地壳整体呈现相对高速,表明四川盆地具有相对坚硬的中下地壳.研究区域东南角接近北扬子地块与南扬子地块的缝合部位,呈现高速异常.四川盆地南部和东南邻区不同周期均具有较强的各向异性,且快波方向较为一致,反映这些地区不同深度变形耦合较好.四川盆地西部、北部及东北部邻区,不同周期的各向异性快波方向变化较大,不同深度变形耦合较差.这些特征与绕喜马拉雅东构造结的物质流动被扬子地块的高速地壳阻挡的宏观认识基本一致.

     

天山造山带地区瑞利面波相速度与方位各向异性

天山造山带作为世界上陆内最大的造山带之一,现今地震活动频繁,造山运动强烈,是开展陆内造山和内陆地震活动研究的天然试验场.本文利用整个天山造山带地区国内及国际台网的108个地震台站连续三年的背景噪声资料,提取了8~50 s周期的瑞利面波相速度频散曲线,并构建了整个天山造山带地区的二维瑞利面波相速度与方位各向异性分布图像.结果表明：浅部结构与地表的地质构造单元具有较大的相关性.低波速异常主要分布于沉积层厚度较大的盆地地区,而高波速异常主要分布于构造活动比较活跃的山脉地区.东天山地区中下地壳存在比较弱的低波速异常,而塔里木盆地和准噶尔盆地汇聚边缘的上地幔区域则表现为明显的高波速异常,各向异性快波方向呈现近NS向的特征,暗示着塔里木盆地和准噶尔盆地的岩石圈已经俯冲至东天山的下方.中天山地区的中下地壳至上地幔区域均呈现为明显的低波速异常,且各向异性快波方向变化比较复杂,表明中天山地区的整个岩石圈结构已经弱化,热物质上涌可能对介质的方位各向异性有一定的影响.西天山及帕米尔高原的上地幔区域存在低波速异常,各向异性表现为NW-SE方向,可能与欧亚板块的大陆岩石圈南向俯冲有关.塔里木盆地内部存在相对弱的低波速异常,推测塔里木盆地可能已经受到上涌的地幔热物质的侵蚀和破坏.

     

A method for inversion of layered shear wavespeed azimuthal anisotropy from Rayleigh wave dispersion using the Neighborhood Algorithm

Seismic anisotropy provides important constraints on deformation patterns of Earth's material. Rayleigh wave dispersion data with azimuthal anisotropy can be used to invert for depth-dependent shear wavespeed azimuthal anisotropy, therefore reflecting depth-varying deformation patterns in the crust and upper mantle. In this study, we propose a two-step method that uses the Neighborhood Algorithm(NA) for the point-wise inversion of depth-dependent shear wavespeeds and azimuthal anisotropy from Rayleigh wave azimuthally anisotropic dispersion data. The first step employs the NA to estimate depthdependent VSV(or the elastic parameter L) as well as their uncertainties from the isotropic part Rayleigh wave dispersion data. In the second step, we first adopt a difference scheme to compute approximate Rayleigh-wave phase velocity sensitivity kernels to azimuthally anisotropic parameters with respect to the velocity model obtained in the first step. Then we perform the NA to estimate the azimuthally anisotropic parameters Gc/L and Gs/L at depths separately from the corresponding cosine and sine terms of the azimuthally anisotropic dispersion data. Finally, we compute the depth-dependent magnitude and fast polarization azimuth of shear wavespeed azimuthal anisotropy. The use of the global search NA and Bayesian analysis allows for more reliable estimates of depth-dependent shear wavespeeds and azimuthal anisotropy as well as their uncertainties.We illustrate the inversion method using the azimuthally anisotropic dispersion data in SE Tibet, where we find apparent changes of fast axes of shear wavespeed azimuthal anisotropy between the crust and uppermost mantle.     

秦岭及周边地区瑞雷波方位各向异性

除了使用前人提取的面波频散曲线外, 还从秦岭及周边地区布设的59个宽频流动地震台的数据和中国地震局及各省局台网的数据中筛选出的地震事件波形和台站间噪声互相关格林函数中提取瑞雷波群速度频散曲线. 利用二维面波层析成像反演获得了瑞雷波周期为10—50 s的各向同性群速度及方位各向异性分布. 结果显示： 周期为10 s的各向同性群速度和方位各向异性分布与各构造单元存在明显的对应关系; 周期为10—50 s的面波在四川盆地和鄂尔多斯盆地内的快波方向多为近NS向. 与前人研究结果不同的是, 本文得到的秦岭、 大巴山构造带周期为10—50 s的面波快波方向均与山脉走向近似平行, 且与SKS波分析得到的快波方向一致. 这表明秦岭和大巴山之下整个岩石圈的快波方向都与山脉走向平行, 预示着秦岭和大巴山整个地壳, 甚至岩石圈发生了类似的变形. 由于四川盆地和鄂尔多斯盆地面波快波方向与SKS波结果差别较大, 推测青藏高原隆升扩展对这两个盆地的地壳基本无影响, 但对其岩石圈上地幔却产生了重大影响.     

基于背景噪声研究青藏高原东北缘瑞利波相速度和方位各向异性

本研究收集了甘肃、青海、宁夏等118个宽频带数字地震台站的连续波形资料,利用噪声互相关,经过计算和筛选,在5~38 s范围内,共得到5773条瑞利波相速度频散曲线.然后采用1°×1°的网格划分,反演获得青藏高原东北缘相速度和方位各向异性分布.结果表明：短周期8~12 s内,鄂尔多斯从低速异常变为高速异常;该周期范围内各向异性结果与区域断裂走向有很好的一致性.18~25 s周期内,祁连地块、松潘-甘孜地块、羌塘地块低速异常范围逐渐变大,随周期增加地壳低速异常与人工探测结果相符;鄂尔多斯表现为速度随周期增加逐渐变大,说明其中下地壳速度相对偏高,不存在低速异常;该周期范围内的各向异性特征表现为,祁连地块和松潘甘孜地块大致呈NW-SE方向,而青藏高原内部快波方向显示了顺时针旋转的形态.在30~35 s范围内面波速度主要受莫霍面深度和莫霍面附近介质速度的影响,与地壳厚度分布有非常好的吻合.综合不同方法获得的各向异性研究结果,支持印度-欧亚板块的碰撞使青藏高原东北缘地壳发生缩短和逐渐隆升的观点,认为整个岩石圈的垂直缩短变形是青藏高原东北缘的主要形成机制.

     

欧亚大陆及西太平洋边缘海地区瑞雷波群速度结构与各向异性分布

根据欧亚大陆及西太平洋地区102个数字化台站记录的近万次地震事件的长周期垂直向瑞雷波资料,利用时频分析方法测量并筛选后共得到11213条质量较高的基阶瑞雷波群速度频散资料.纯路径频散的反演中同时计算方位各向异性,反演获得了欧亚大陆及西太平洋边缘海地区(10°E—150°E,10°S—80°N)8—200s共28个周期的瑞雷波群速度及各向异性空间分布图象.瑞雷波高分辨率层析成像表明,30—60s周期,以青藏高原为中心呈极低速分布;100—120s周期,速度差异幅度较大,在东亚东部及西太平洋边缘海,自北向南显示出一条宽2500—4000km,长约8000km的巨型低速异常带.相对海洋来说,欧亚大陆各向异性强度较弱且快波方向较复杂.由于受到印度板块与欧亚板块的碰撞,中国大陆西部的各向异性强度明显大于东部.