利用双差层析成像方法反演青藏高原东南缘地壳速度结构

本文利用云南及周边区域地震台网2010—2016年记录到的近震资料,采用双差层析成像方法进行地震重定位并获得了青藏高原东南缘的三维地壳速度结构。结果显示:重定位后的震源位置精度得到明显提高,震源主要分布于20 km深度以上的中上地壳;地震分布与速度结构存在一定的相关性,大多数地震发生在中上地壳的低速异常区内以及高、低速异常区域之间;研究区上地壳速度结构存在明显的横向不均匀性,其速度异常与地表地形及地质特征密切相关;中下地壳分布着两条主要的低速带,一条沿着安宁河断裂、小江断裂分布在川滇菱形地块的东侧;另一条主要分布在川西北次级地块内,并穿过丽江断裂向南延伸,推测这两条低速带可能是青藏高原中下地壳物质向南逃逸的两条通道。      

青藏高原东北缘地壳三维速度结构

本文用1980—2000年M≥1.5的2 032个天然地震事件的38 052个〖AKP-〗、〖AKS-〗、Pm、Sm、Pn和Sn震相到时及人工地震测深给出的Moho面形态资料,利用地震层析技术反演了32°~40°N, 100°~108°E区域内地壳地震波速度结构.从层析成像图象中可以得到,本区的地壳可分成4个层位.第1层（埋深约在0~3 km）为沉积层, 速度梯度约为0.2 s-1;第2层（埋深约在3~17 km）为上地壳, 其顶部速度梯度约为0.1 s-1, 下部速度横向变化较大且存在低速块体;第3层（埋深约在17~36 km）为中地壳, 速度梯度约为0.03 s-1;第4层（埋深约在36 km—Moho）为下地壳, 是一个契形层,总的趋势是西厚东薄,青藏高原较厚逐渐向鄂尔多斯地块和扬子准地台方向变薄,各处的地震波速度梯度不尽相同.     

用接收函数方法反演青藏高原东北缘地壳结构

利用ASCENT计划于2007年布设在青藏高原东北缘的18个宽频带流动台站约一年的观测资料获得了2547个接收函数.使用H-?域的搜索算法,得到了14个台站下方的地壳厚度.对于数据质量较差的3个台站,通过Moho的Ps转换波的到时估算出地壳厚度值.计算结果表明,研究区的地壳结构复杂,Moho深度变化范围为40~60 km.海原断裂附近Moho模糊,而且较两侧明显地加深.秦祁地块由西向东Moho逐渐变浅,105°E以东,Moho平均深度约为45 km,以西则在50 km以上.结合面波研究结果推测,在105°E附近可能存在一个秦岭与祁连分界线.以Crust 2.0作为初始模型,把计算得到的地壳厚度值作为约束,用线性反演方法得到了15台站下方的S波速度结构.通过与研究区人工源地震测深结果比较,发现二者具有较好的一致性,表明反演结果可靠.综合分析认为:在青藏高原区,青藏高原与西秦岭过渡带和西秦岭北段均存在中下地壳低速层,推测它们可能与附近断裂和深部物质运移有关.从青藏高原内部到边缘,中下地壳速度逐渐升高.再结合研究区地壳的速度(尤其是低速层)的分布特点以及与地壳物质成分相关的泊松比的变化规律等综合分析,认为地壳流在青藏高原东北部的边缘地带可能不存在,地壳可能是通过在挤压方向上的缩短而加厚.     

青藏高原东北缘地壳S波速度结构与泊松比及其意义

利用甘肃地震台网16个台站记录的远震资料,采用最大熵谱反褶积方法,得到了各个台站的接收函数. 采用接收函数扫描法和线性反演方法对研究区的壳幔结构进行了研究,这两种接收函数方法得出的结果具有很好的一致性. 青藏高原东北缘地壳厚度变化剧烈,祁连块体为50～55 km、柴达木块体和河西走廊为45 km左右（合作台除外）,由北向南,Moho界面呈中央下凹的准对称状. 研究区地壳VP/VS介于1.66～1.85（σ=0.215～0.294,均值0.254）,其均值接近或略低于全球平均值;S波速度结构可见壳幔过渡带具有明显的突跳,结合其他地球物理学证据,推断该区可能不存在岩浆底侵作用和地壳部分熔融现象. 该区地壳VP/VS值与地壳厚度呈反相关关系,推断该区地壳的主要组成成分以中酸性岩石为主,其45～55 km厚的地壳可能主要是通过上地壳的叠置形成的.     

青藏高原东北缘地壳上地幔速度结构的地震层析成像研究

本文收集了甘肃、青海、宁夏、陕西和四川台网的130个台站1980-2002年间记录的3 229个区域地震(Ms≥1.5)和168个远震资料,从55 024个区域地震震相中挑选出了51 210个最大走时残差为3.0s的震相,选取了2 651个远震震相.层析成像结果显示:(1)青藏高原东北缘地区下地壳存在大范围的P波速度低速异常,上地幔顶部多数地区平均P波速度为8.05 km/s左右,接近于大陆下方全球的Pn波平均速度8.1 km/s,使得莫霍间断面比较清晰,莫霍面反射波能量较强;(2)研究区内发生大震的震中大多位于深度图中10 km的低速区、30 km的高速区附近和50km的低速区附近,表明这些区带为孕震区;(3)青藏高原东北缘地区的主要断裂带均是逆冲兼走滑断裂,多数位于速度正负异常的过渡区上,且很可能是超壳断裂;(4)从张掖经海原、平凉再向南拐的弧形地带可能就是青藏高原的边缘地带;且预示着阿拉善地块有地台活化的迹象;(5)从层析成像结果中切出的二维速度扰动剖面与人工地震测深剖面吻合较好.     

利用Rayleigh波相速度和群速度联合反演青藏高原东北缘S波速度结构

利用青藏高原东北缘地区固定和流动地震台网2007年8月到2012年1月期间记录的远震波形,运用小波变换频时分析方法分别测定了1216和653条周期从15到140 s的台站间基阶Rayleigh相速度和群速度频散曲线.通过对上述频散进行反演,重构了青藏高原东北缘分辨率高达0.5°×0.5°的2-D相速度和群速度分布图.然后通过对所提取到的每个格网点Rayleigh波相速度和群速度频散进行联合反演,得到了研究区下方一维S波速度结构.最后通过线性插值,得到了青藏高原东北缘下方地壳上地幔三维S波结构.结果表明,印度板块向北俯冲已经达到班公—怒江缝合带附近;在柴达木盆地北部祁连山下面我们发现了亚洲板块,且其没有表现出明显的向南俯冲的迹象;在两大板块中间,我们观测到延伸到250 km深度的低速异常,该低速异常可能是地幔物质底辟上涌现象造成的.     

青藏高原东北缘地质构造背景及地壳结构研究

利用地质和人工地震测深剖面资料,研究了青藏高原东北缘的地质构造背景、地壳结构和莫霍面形态．主要结果是：① 给出了青藏高原东北缘的大地构造分区和主要深大断裂的特征;② 主要利用人工地震测深资料得到莫霍面的基本特征;③ 地表断裂与莫霍面的某些特征有较好的对应关系,这种复杂的地壳结构可能是强烈地震的孕育环境．     

上海及周边地区地壳精细速度结构体波双差成像

利用江浙沪区域地震台网53个台站在1983-2015年间记录的1595个中小地震事件,筛选出54248个直达P、S震相,采用双差层析成像方法,同时获得了下扬子地区三维地壳P、S波速度结构和地震精定位结果,然后对该区地震活动与速度结构分布的关系进行了研究.检测版测试显示,除边缘区域外,0.5.大小网格可以对研究区内部进行较好的分辨.速度结构分布图像结果显示研究区西部陆域和东北部海域的中下地壳存在明显的低速层.此处也是历史上多次强震活跃的地方,如1984如东近海M6.2、6.1地震,1979溧阳M6.0,1996长江口外M 6.1地震.综合分析认为,下扬子地区强震活动区域与该区中上地壳速度结构异常体分布相关,强震发生在高速区与低速区交界处.     

基于台阵的青藏高原东北缘海原-六盘山断裂带及邻区地壳结构研究

通过收集青藏高原东北缘海原-六盘山断裂带及邻区的喜马拉雅地震科学台阵112个台站的远震P波资料,并用时域迭代反褶积提取接收函数,用H-k扫描方法得到了各个台站下方的地壳厚度及波速比,且计算了其泊松比。结果表明,在天景山断裂带附近,地壳厚度存在急剧变化的陡变带,该陡变区域最大落差可达14km;研究区内泊松比值存在明显的横向不均一性,但是整体上都沿着GPS观测到的速度场方向递减。据此推测,在青藏高原东北缘可能存在一条以海原-六盘山断裂带为主的小规模的局部物质东流带,由于遇到稳定块体的阻挡,海原-六盘山构造区呈现为典型的挤压构造及持续的地壳缩短,这使得该构造区的地壳相对于研究区其他地区较厚,其青藏高原部分物质东移可能在天景山断裂带附近明显停滞。另外,研究区内的青藏高原东北缘弧形构造区的地壳泊松比陡变区域与5级以上的中强震对应关系较好。研究区的地壳厚度、泊松比变化特点与该区域的GPS速度场、应变场以及构造变形的变化特征有较好的对应关系。     

青藏高原东北缘地壳S波速度结构及其动力学含义--远震接收函数提供的证据

利用青海和甘肃地震台网2007-2009年记录的远震波形资料,提取多频段P波接收函数,反演得到了青藏高原东北缘及相邻地块下方0~100 km深度的地壳和上地幔S波速度结构.结果表明:(1)青藏高原东北缘的上、下地壳之间普遍存在一个S波速度低速层,其深度由南端的约35 km 向北变浅约为20 km,推测该低速层为一壳内滑脱层,表明东北缘地区的上地壳变形与下地壳解耦,从滑脱层的深度分布可以认为青藏高原东北缘的地壳缩短自南向北进行,现阶段以上地壳增厚为主;(2)昆仑-西秦岭造山带的下地壳厚度较北侧的祁连地块薄,一种推测是西秦岭造山带的下地壳抗变形能力更强,也可能这种差异在块体拼合前已经存在;(3)青藏高原东北缘及鄂尔多斯和阿拉善地块的下地壳S波速度随深度的增加而增加,这种正梯度增加的S波速度结构反映较高黏滞性的下地壳,推测青藏高原东北缘的地壳结构不利于下地壳流的发育.     

六盘山断裂带及其邻区地壳结构

新生代期间,中国大陆西部受印度—欧亚板块碰撞和青藏高原隆升影响,以地壳缩短、增厚、陆内造山和强烈地震活动等为主要特征.在青藏高原东北边缘,高原物质侧向移动被鄂尔多斯地块所阻,在六盘山地区发育了一系列左旋斜冲断裂.断裂带周缘构造变形强烈,地震活动频繁,是研究青藏高原横向扩展控制大陆内部弥散变形的理想场所.本文对穿越青藏高原东北缘—六盘山断裂带—鄂尔多斯地块的宽角反射与折射地震资料使用层析成像和射线反演算法进行成像,获得了研究区地壳速度结构模型,其结果反映出六盘山断裂带两侧地壳结构、构造特征差异显著：1）上地壳层析成像结果显示鄂尔多斯盆地一侧地壳上部速度较低,等值线呈近水平状,具有典型的沉积盆地特征,而青藏高原东北缘一侧上地壳速度相对较高,横向变化剧烈,呈褶皱状,二者的分界为海原—六盘山逆冲走滑断裂;2）全地壳射线反演结果显示鄂尔多斯地块地壳速度梯度大,下地壳底部速度高由铁镁质物质组成,具有典型稳定古老克拉通的特征,青藏高原东北缘地壳速度总体较低,主要由长英质及长英-铁镁质过渡物质组成,具有典型造山带的特征,而六盘山断裂带下方地壳速度结构复杂,层面呈拱形,部分层出现速度逆转,为两个构造单元的接触过渡带;3）青藏高原东北缘一侧地壳厚度~50 km,鄂尔多斯地块地壳厚度~42 km,六盘山断裂带下方莫霍面发生叠置,揭示出青藏高原东北缘、鄂尔多斯地壳在六盘山下汇聚,较薄且刚性的鄂尔多斯地壳挤入较厚且塑性的青藏高原东北缘地壳中的构造模式.

     

利用接收函数反演青藏高原西部地壳S波速度结构

相对于宽阔的腹地,青藏高原西部南北向宽度仅约600 km,却记录了印度和欧亚板块汇聚的深部过程及其响应.本文用22台宽频带流动地震台站在西缘构建了一条南北向探测剖面(~80°E,TW-80试验).利用接收函数反演剖面下方S波速度结构,综合西部已有的宽频带探测结果,分析认为:印度板块向北俯冲可能已到达班公湖-怒江缝合带附近,俯冲过程中下地壳发生榴辉岩化;喀拉昆仑断裂带、班公湖-怒江缝合带、阿尔金断裂带均为切穿地壳的深断裂,莫霍面发生错断;喀拉昆仑断裂带和龙木错断裂带之间的中上地壳没有发现连续的S波低速体,说明可能缺乏解耦层,支持青藏高原西部地壳为整体缩短增厚模式.     

青藏高原东南缘地壳速度结构及云南漾濞MS6.4地震深部孕震环境

青藏高原东南缘岩石圈变形强烈、地震活动频繁,对其深部结构进行研究有助于提高对其演化及强震发震机理等问题的认识.本研究利用青藏东南缘固定和流动观测台站记录的地震P波走时数据,采用体波走时层析成像方法得到研究区地壳、上地幔顶部三维P波速度结构.结果显示,峨眉山大火成岩省内带范围呈明显的高速异常,推测为二叠纪时期地幔柱活动残留在地壳内的基性和超基性幔源物质.川西北次级块体和大火成岩省内带东西两侧存在低速带,可能是壳内部分熔融存在和中下地壳流动的证据:高原物质向南运移时受大火成岩省壳内高速体阻挡后分为两支,东支沿安宁河断裂—则木河断裂—小江断裂延伸,西支沿红河断裂向上地壳运移并逐渐穿过红河断裂.云南漾濞M_S6.4地震序列全部位于西支低速通道之上,推测构造块体SE向运动和地壳流作用使得应力在上地壳震源区进一步集中,共同驱动断裂活动导致漾濞地震发生.     

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.

     

利用双差走时成像研究青藏高原东缘地壳速度结构

青藏高原东缘断裂密布, 强震频发, 是研究高原侧向挤出及深部孕震环境的理想实验室.为了解龙门山次级块体及其西界龙日坝断裂带在青藏高原东缘隆升过程中的作用, 我们基于四川地震台网64个宽频带地震台在2008年1月至2015年12月期间记录的震级≥3.0地震事件波形, 利用双差层析成像方法揭示了四川盆地及青藏高原东缘的地壳速度结构.结果表明: 夹持于龙门山断裂带(LMSF)与龙日坝断裂带(LRBF)之间的龙门山次级块体, 相对东侧龙门山断裂带和四川盆地呈现明显的低速特征.结合该区域的低阻、低密度结构特征, 以及块体内部、特别是龙日坝断裂带现今地震活动缺乏, 我们推测这是因为该块体"相对较软", 不易脆性破裂产生地震, 在青藏高原东缘与扬子块体西缘强烈相互作用过程中, 该块体主要通过地壳缩短增厚和地表隆升吸收板块挤压造成的累积应变能.依据本文获得的速度等值线变化特征及已有地球物理剖面探测结果, 推测龙日坝断裂带为深部向南东倾斜且向下切入基底, 该断裂倾角较陡, 主要以走滑运动调节应变能, 而东侧龙门山断裂带倾角较缓, 表现为逆冲运动导致的地壳缩短是其调节应变能的主要形式.此外, 据本文多条速度剖面及已有电性剖面、重力异常的联合约束, 我们推测鲜水河、安宁河断裂带均以较大倾角向南东倾斜, 至少延伸至中下地壳.     

利用虚拟地震测深法约束青藏高原东北缘及周边地区地壳厚度

青藏高原东北缘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,是研究青藏高原变形加厚的关键地区.本文利用"中国地震科学台阵探测"项目在南北地震带北段布设的密集宽频带流动台阵资料,采用虚拟地震测深方法（VDSS）,对青藏高原东北缘及周边地区的地壳厚度进行了研究,以期为研究青藏高原东北向扩展的前缘位置,以及扩展的动力学模式等提供地球物理学依据.波形模拟的结果显示,研究区地壳厚度变化剧烈.其中,祁连和西秦岭地块内地壳厚度存在明显的东西向横向变化,以103°E为界,东部地区为45~50 km,而西部地区地壳已明显增厚,约达到55 km以上.与祁连造山带相邻的阿拉善块体南缘地壳也明显加厚,接近55 km,而阿拉善块体内部地壳厚度约为45~50 km.与其他研究地区相比,鄂尔多斯地块地壳相对要薄,但整体而言,鄂尔多斯地块地壳呈现南北薄（约45 km）、中央厚（约50 km）的形态特征.此外,在六盘山断裂带台站下方观测到复杂的SsPmp震相,推测为双Moho界面结构.结合其他地球物理学证据,我们认为青藏高原东北缘地区地壳增厚方式以均匀缩短增厚为主,且高原向北东扩展的前缘已越过祁连山北缘断裂,进入阿拉善块体南缘地区.     

利用虚拟地震测深法约束青藏高原东北缘及周边地区地壳厚度

青藏高原东北缘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,是研究青藏高原变形加厚的关键地区.本文利用"中国地震科学台阵探测"项目在南北地震带北段布设的密集宽频带流动台阵资料,采用虚拟地震测深方法（VDSS）,对青藏高原东北缘及周边地区的地壳厚度进行了研究,以期为研究青藏高原东北向扩展的前缘位置,以及扩展的动力学模式等提供地球物理学依据.波形模拟的结果显示,研究区地壳厚度变化剧烈.其中,祁连和西秦岭地块内地壳厚度存在明显的东西向横向变化,以103°E为界,东部地区为45~50 km,而西部地区地壳已明显增厚,约达到55 km以上.与祁连造山带相邻的阿拉善块体南缘地壳也明显加厚,接近55 km,而阿拉善块体内部地壳厚度约为45~50 km.与其他研究地区相比,鄂尔多斯地块地壳相对要薄,但整体而言,鄂尔多斯地块地壳呈现南北薄（约45 km）、中央厚（约50 km）的形态特征.此外,在六盘山断裂带台站下方观测到复杂的SsPmp震相,推测为双Moho界面结构.结合其他地球物理学证据,我们认为青藏高原东北缘地区地壳增厚方式以均匀缩短增厚为主,且高原向北东扩展的前缘已越过祁连山北缘断裂,进入阿拉善块体南缘地区.     

青藏高原东北缘及周边地区基于程函方程的面波层析成像

利用"中国地震科学台阵探测"在南北地震带北段布设的670套宽频带地震台站记录到的面波资料,使用新近发展的程函方程面波层析成像方法,获得了青藏高原东北缘及周边地区12~60 s周期范围比以往成像结果具有更高分辨率的瑞利面波相速度分布图像.青藏高原东北缘的祁连褶皱系西段、秦岭褶皱系西段和松潘—甘孜褶皱系,在16~60 s周期范围内均显示出明显的低速异常分布,表明该地区的地壳力学强度较低,在强烈的构造应力作用下易发生形变.与西段不同,祁连褶皱系东段和秦岭褶皱系中段的相速度分布特征揭示,其中下地壳的速度明显高于高原内部区域.鄂尔多斯块体整体上表现为稳定块体具有的高速特征,但其西部边缘在中上地壳的速度比块体中部地区偏低,且存在一定的不均匀性.鄂尔多斯块体西北缘的临河断陷盆地和西缘的银川断陷盆地,在较短的周期范围内（12~20 s）表现为局部低速特征,但与银川断陷盆地不同,临河断陷盆地的低速特征可一直延续至60 s周期以上,表明该盆地下方地壳及上地幔速度明显偏低,可能与深部热作用有关.阿拉善块体与其北部地区的速度差异主要表现在中上地壳,这一现象值得今后进一步探讨.基于程函方程面波层析成像方法给出了青藏高原东北缘及周边地区高分辨率的成像结果,揭示了以往面波层析成像难以获得的深部细节特征,为该地区的深部构造研究提供了新的信息.     

Crustal and uppermost mantle structure of SE Tibetan plateau from Rayleigh-wave group-velocity measurements

A shear-wave velocity model of the crust and uppermost mantle beneath the SE Tibetan plateau was derived by inverting Rayleigh-wave group-velocity measurements of periods between 10 and 70 s. Rayleigh-wave group-velocity dispersions along more than 3,000 interstation paths were measured based on analysis of teleseismic waveform data recorded by temporary seismic stations. These observations were then utilized to construct 2D group-velocity maps in the period range of 10–70 s. The new group-velocity maps have an enhanced resolution compared with previous global and regional group-velocity models in this region because of the denser and more uniform data coverage. The lateral resolution across the region is about 0.5° for the periods used in this study. Local dispersion curves were then inverted for a 3D shear-wave velocity model of the region by applying a linear inversion scheme. Our 3D shear-wave model confirms the presence of low-velocity zones (LVZs) in the crust beneath the northern part of this region. Our imaging shows that the upper-middle crustal LVZ beneath the Tengchong region is isolated from these LVZs beneath the eastern and northern part of this region. The upper–middle crustal LVZ may be regarded as evidence of a magma chamber in the crust beneath the Tengchong Volcanoes. Our model also reveals a slow lithospheric structure beneath Tengchong and a fast shield-like mantle beneath the stable Yangtze block.