Crustal wide-angle reflection imaging along Lianxian-Gangkou profile in Guangdong province,China

A 400 km-long wide-angle seismic experiment along Lianxian-Gangkou profile in South China was carried out to study contact relationship between southeast continental margin of Yangtze block and northwest continental margin of Cathaysia block. We reconstructed crustal wide-angle reflection structure by the depth-domain pre-stack migration and the crustal velocity model constructed from the traveltime fitting. The wide-angle reflection section shows different reflection (from crystalline basement and Moho) pattern beneath the Yangtze and Cathaysia blocks, and suggests the Wuchuan-Sihui fault is the boundary between them. A cluster of well-developed reflections on Moho and in its underlying topmost mantle probably comes from alternative thin layers, which may be seismic signature of strong interaction between crust and mantle in the tectonic environment of lithosphere extension.     

东秦岭造山带的流变学及动力学分析

通过地质、地球物理和地球化学资料分析,建立了东秦岭地学断面带地壳二维深度-强度剖面,揭示了该造山带的地壳结构和流变学分层性．脆性的上地壳南薄北厚;中、下地壳包括莫霍面呈现水平流变状态,南端蠕变特征更明显;上地幔流变强度较大其地壳类型是栾川以南为H型地壳,构成中、新生代造山带的核部,具有伸展构造和走滑构造的特征,栾川以北为C型地壳,中、新生代的大陆汇聚带．东秦岭地学断面带整体上看为C-H型地壳,反映了后造山期陆内造山的构造特征．地壳物质为长英质-石英闪长质壳内软层具有低速、高热、强网状反射和低强度蠕变的地球物理特征,是后造山期经过调整的水平流变层.     

华北克拉通东部地壳与地幔盖层结构——长观测距深地震测深剖面结果

利用文登—阿拉善左旗长观测距地震宽角反射/折射剖面东段资料,辩识出4组地壳震相和3组地幔盖层震相.采用二维射线追踪走时反演和正演拟合交替计算方法,得到了包括鲁东隆起和华北裂陷盆地在内的地壳和地幔盖层二维速度结构.研究结果表明:华北裂陷盆地基底深达6km以上,研究区壳内界面C1埋深约15km,C2界面深约25km,Moho面平均埋深约35km.上地壳速度6.0~6.1km·s-1,且横向变化较大;中地壳速度相对均匀约为6.2~6.4km·s-1;下地壳速度为6.5~7.0km·s-1,速度梯度较大.地壳平均速度与隆起和坳陷构造相关.研究区岩石圈底界面一般为75~80km,西端接近太行隆起构造时深至90km左右,向西呈明显加深趋势,地壳厚度呈现相同的增厚特征.地幔盖层上部速度8.0~8.2km·s-1,具明显正梯度特征.岩石圈平均速度在郯庐断裂带附近显著偏低.PmP和PLP震相存在不同程度的复杂性,意味着在本地区Moho界面和岩石圈界面有较为复杂的结构,可能具有一定厚度或过渡带性质.结合其他研究结果认为,地幔盖层和下地壳速度梯度、界面性质差异与华北克拉通破坏相关,意味着破坏是一个渐变、缓慢和不均匀的过程.郯庐断裂带附近的低速应是其为软弱带的证据.     

大陆岩石圈流变学研究进展

大陆岩石圈流变学是固体地球科学领域的基本问题,也是理解大陆变形的动力学过程和构造演化史的关键.本文对近年来大陆岩石圈流变学的研究进展进行了综述.重点讨论大陆岩石圈流变学的纵向分层和横向分块特性及流变学与地震活动性、壳－幔解耦及下地壳流动变形的地球动力学意义和中国大陆地区岩石圈流变学研究状况.最后,对大陆岩石圈流变学研究存在的问题和未来的研究方向做了一定的探讨和展望.     

南北地震带岩石圈S波速度结构面波层析成像

本文利用天然地震面波记录和层析成像方法,研究了南北地震带及邻近区域的岩石圈S波速度结构和各向异性特征.结果表明南北地震带的东边界不但是地壳厚度剧变带,也是地壳速度的显著分界.其西侧中下地壳的S波速度显著低于东侧,强震大多发生在低速区内部和边界.青藏高原东缘中下地壳速度显著低于正常大陆地壳,在松潘甘孜地块和川滇地块西部大约25～45 km深度存在壳内低速层;这些低速特征与高原主体的低速区相连,有利于下地壳物质的侧向流动.地壳的各向异性图像与下地壳流动模式相符,即下地壳物质绕喜马拉雅东构造结运动,东向的运动遇到扬子坚硬地壳阻挡而变为向南和向北东的运动.面波层析成像结果支持青藏高原地壳运动的下地壳流动模型.南北地震带的岩石圈厚度与其东侧的扬子和鄂尔多斯地块相似但速度较低.川滇西部地块上地幔顶部(莫霍面至88 km左右)异常低速;松潘甘孜地块上地幔盖层中有低速夹层(约90～130 km深度).岩石圈上地幔的速度分布图像与地壳显著不同,在高原主体与川滇之间存在北北东向高速带,可能会阻挡地幔物质的东向运动.上地幔各向异性较弱且与地壳的分布图像显然不同.因此青藏高原岩石圈地幔的构造运动具有与地壳不同的模式,软弱的下地壳提供了壳幔运动解耦的条件.     

四川盆地东西陆块中下地壳结构存在差异

四川盆地是中上扬子克拉通的主要组成部分.作为我国三大稳定克拉通之一,扬子克拉通经历了自太古代以来的长期演化,直到新元古代晚期与华夏板块发生碰撞拼合前,一直被认为是一个稳定的统一陆块.基底包括了新太古宙-新元古代岩层,其上广泛被新元古代晚期至显生宙地层覆盖,仅有~2.9—2.95Ga基底岩石零星出露于四川盆地的西缘、西南缘和三峡地区,使得对于沉积盖层之下的中下地壳的性质和分布规模的认识十分有限.重力异常则能够宏观揭示区域结构特征.本文通过刨除沉积盖层和莫霍面起伏引起的重力异常而获得了中下地壳的重力异常,反映了四川盆地东西陆块中下地壳存在结构差异,结合深地震反射资料、航磁异常和地球化学资料,证实了该分界线位于重庆—华蓥一线,故而推测中上扬子克拉通在太古宙-古元古代可能存在东西两个陆核.     

Deep seismic reflection profiling revealing the complex crustal structure of the Tongling ore district

Deep seismic reflection profiling has been the dominant method for probing the deep structure of continental crust since the initiation of the COCORP in 1974[1,2]. Over the past few decades, this tool has been applied to diverse geologic features from the Appalachian area of the United States, to the Rhine-graben area in Western Europe and to the Tibetan Pla-teau[36]. In recent years, the Australian Geodynamic Cooperative Research Center ( AGCRC ) has applied this technique to the stu…     

中国青藏高原深部地球物理探测与地球动力学研究(1958-2004)

经过半个多世纪的努力,中国学者在青藏高原进行的地壳上地幔地球物理探测工作取得了巨大进展. 累计完成长约45000km的深部地球物理探测工作,取得了许多科学数据,为探讨高原地壳上地幔结构、隆升机制和动力学研究奠定了基础. 为比较全面反映中国学者多年来的工作成果,作者广泛收集资料,总结了中国学者在青藏高原地壳上地幔地球物理探测工作程度,并按照方法分类绘制了系列工作程度图. 文中分别对地壳结构、上地幔的横向不均匀性、岩石圈的电性结构、青藏高原隆升机制、青藏高原地球动力学模型等几个方面所取得的主要成果做了概略的评述. 已有资料表明：青藏高原的莫霍面埋深变化较大,且在几条重要缝合带莫霍面两侧都有断错;根据目前的探测结果,高原在20±5km埋深范围内普遍存在壳内低速高导层,速度一般为56～58km/s,电阻率约为1～10Ω·m,厚度一般为5～10km,但横向分布不连续. 低速层与高导层的深度、厚度在趋势上一致,但不十分吻合.天然地震的研究结果表明,组成高原各个地块内部的地震各向异性方向大致相同,各地块的分界处各向异性方向往往有明显的变化;虽然对高原隆升机制还存在不同的看法,但至少认为高原是多期隆升、多种机制共同作用的结果这一点已达成共识. 综合已有的地球物理调查成果,结合地质地球化学资料建立的高原地球动力学模型,形象地表达出青藏高原岩石圈的双向挤压变形模式. 这些工作为研究青藏高原隆升和变形机制提供有价值的信息.     

东秦岭造山带莫霍面展布与碰撞造山带深部过程的关系

根据P波走时反演重建的三维速度图像,研究东秦岭造山带莫霍面的展布性态结果表明,在华北板块南缘潼关-登封-阜阳-线、商丹主缝合带北侧卢氏-奕川-方城-信阳-线和扬子板块北缘佛坪-陨西-武当山-枣阳-线莫霍面沿着造山带走向呈带状隆起而介于这三条带间,莫霍面均不同程度地下陷因此,东秦岭造山带在岩石圈缩短方向上莫霍面的展布目前仍然存在着很大的非均一性结合造山带地质、岩石地球化学和同位素年代学综合分析,认为造成莫霍面这一展布格局,主要与该碰撞造山带在不同演化时期各岩石构造单元中发生不同性态的岩石圈-软流圈和壳-幔间物质与能量的相互作用方式不一所造成的大陆动力学过程不同有关加上碰撞期后造山带深部岩石圈均衡在不同岩石构造单元中的差异,形成了东秦岭造山带目前莫霍面的展布。     

地幔热导率的选取对动力学数值模拟的影响——以岩石圈张裂过程为例

目前存在有多种地幔热导率模型,不同模型在数值和随温压变化的特征上有明显的差异.为探究不同热导率模型对动力学数值模拟结果的影响,本文对不同模型下的岩石圈张裂过程进行模拟研究,探讨地幔热导率对岩石圈热传输、变形和熔融过程的影响及其作用机理.结果显示,不同热导率模型下,岩石圈的变形和熔融特征表现出明显差异.高热导率模型下,岩石圈破裂较晚,形成陆缘较为宽阔,地壳熔融强烈而地幔熔融较弱;低热导率模型下,岩石圈破裂较早,形成陆缘较为狭窄,地幔熔融强烈而地壳熔融较弱.这种差异源于不同地幔热导率下岩石圈和地幔热状态的变化及相应力学性质的改变.高热导率下,热传导的增温效应显著,岩石圈呈现较热的状态,其强度整体较低,壳幔耦合减弱;而低热导率下,热对流的增温效应显著,岩石圈呈较冷的状态,其强度整体较高,壳幔耦合增强.基于模拟结果,本文认为地幔热导率的选取对动力学模拟的结果有着较为显著的影响,相对于随温压的变化,热导率数值的差异对动力学数值模拟的结果影响更大,尤其是对于地幔熔融过程的影响.     

我国深部探测技术与实验研究进展综述

深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe,2008-2012)是我国历史上实施的规模最大的地球深部探测计划.专项开展了全国4°×4°、华北和青藏高原1°×1°的大地电磁阵列观测,建立了全国地球化学基准网(含78种元素),完成了青藏高原、华南-中央造山带、华北和东北等四条超长深地震反射剖面,部署了罗布莎、金川、腾冲、南岭、庐枞和铜陵等大陆科学钻探实验,开展了青藏高原东南缘和华北地区地应力监测;在我国东部长江中下游和南岭成矿带开展的矿集区立体探测卓有成效.同时,专项还开展了岩石圈三维结构与地球动力学数值模拟、大陆地壳结构与演化的综合研究.专项全面实施以来,已经完成约6000 km的深地震反射剖面,成功研究、实验了地壳与地幔深部探测的一系列技术方法,积累了丰富经验,极大地加快了我国深部探测的进度,在国内外产生了强烈的反响.专项实现了技术组合创新、技术进步与重大科学发现的并举,适应我国地质地貌条件和地壳/岩石圈结构特征,初步形成了具有不同层次、不同尺度、不同精度探测空间组合的深部探测技术方法体系,建立了若干各具地质特色的探测试验基地.专项实验已经取得了一系列重大突破与重要成果,深部探测关键仪器装备自主研发获得重大突破,为全面开展地壳探测工程的组织实施奠定了必要的技术基础.     

华北地区地壳P波和S波速度结构的双差层析成像

基于华北地区(37°N—42°N,113.5°E—118.5°E)133个固定地震台站收集到的P波和S波震相数据,利用双差层析成像法反演了该地区地壳三维速度结构并对所用地震进行了重定位.结果显示:地震走时残差均方根的平均值由重定位前的0.265 s下降至0.008 s;重定位后的震源主要分布于6—16 km深度范围内;...     

Deep crustal reflection survey in central Israel

The results of the first deep crustal reflection survey in Israel are described. The line crosses central Israel in a SE-NW direction from near the Dead Sea rift to the Mediterranean sea. The data reveals a correlation between the reflectivity and type of crust as previously determined on the basis of magnetic and crustal refraction data. To the southeast, in an area which is thought to be underlain by continental crust, the upper crust is mostly transparent while the lower crust shows distinct reflections. Near the Mediterranean sea, where the crystalline crust was previously shown to be thinner with higher magnetization and of possible oceanic origin, the upper crust is reflective while in general the lower crust is significantly less reflective. The lateral boundary between these two patterns of crustal reflectivity coincides with the magnetic boundary which was previously used to differentiate between the two types of crusts. Detailed analysis of crustal reflections does not seem to be justified with the present data except in special cases. One such case is the determination that the uppermost basement in the coastal plain is highly reflective, possibly due to metamorphic layering. Comparison of the deep reflection data with MT and seismic refraction data indicates possible correlation in the southeastern part of the line of high conductivity with lower crust reflections and of refraction Moho with the termination of lower crustal reflections. This correlation does not extend into the northwestern part of the section in which the crust is, most probably, no longer continental.     

南海西南次海盆北缘海底地震仪测线深部地壳结构研究

基于2009年和2011年采集的海底地震仪数据,辅以多道地震数据,对南海西南次海盆北缘的地壳结构进行了探索.利用二维射线追踪的反演方法建立测线上的模型.利用声学基底面的反射波,下地壳顶界面的反射波和莫霍面的反射波走时的反演勾绘了地层中的不连续界面,利用自声学基底面下的折射波和来自上地幔的首波来反演整条测线的P波速度结构...     

The evolution of the stress state in Southern California based on the geomechanical model and current seismicity

A three-dimensional geomechanical model of Southern California, which includes the mountain topography, fault tectonics, and main structural boundaries (the top of the lower crust and the Moho), is developed. The main stress state of the model is determined by the own weight of the rocks and by the horizontal tectonic motions identified from the GPS observations. The model enables tracking the changes which occur in the stress-strain state of the crust due to the evolution of the seismic process. As the input data, the model uses the current seismicity and treats each earthquake as a new defect in the Earth’s crust which brings about the redistribution of strains, elastic energy density, and yield stress of the crust. Monitoring the variations in the stress state of the crust and lithosphere arising in response to the seismic process shows that the model is suitable for forecasting the enhancement in seismic activity of the region and delineating the earthquake-prone areas with a reasonable probability on a given time interval.     

深反射大炮揭示的青藏高原侧向碰撞带地壳骨架结构

青藏高原东南缘处于印度板块与欧亚板块碰撞的侧翼,揭示该地区的岩石圈结构有助于完整理解青藏高原碰撞造山的动力学过程,对构建大陆碰撞成矿理论框架至为关键.本研究对横过青藏高原侧向碰撞带的一条深反射地震剖面的15个大炮资料,进行了针对性静校正、去噪等处理和单次叠加成像,结果剖面显示了侧向碰撞带岩石圈结构的骨架特征:(1)双程走时(TWT)8～10s的强反射(Tc)将地壳分为上、下两层;Tc可能是大型滑脱构造的拆离面,其存在使上地壳的变形与下地壳解耦;(2)Moho间断面反射(Tm)为3～4个同相轴的窄带反射波组,横向不连续,与深大断裂交汇处被错断,但断距不大;(3)在兰坪—思茅地块下方TWT21s和扬子克拉通西缘下方TWT22～24s存在相向倾斜的反射波组(TL);以Tc、Tm和TL构成的骨架结构,定性地描绘出剖面下方岩石圈地幔以汇聚为主、地壳块体以侧向滑移为主和上地壳为薄皮逆冲或滑脱的分层动力学模式.该岩石圈变形样式明显不同于以正向碰撞挤压、地壳缩短垂向增厚为主的"冈底斯模式".     

天山上地幔结构及其对壳内构造运动的作用

以深部地球物理资料为基础,介绍了天山地震带上地幔的基本结构,讨论了天山不同地区上地幔介质的动力学性质和可能的驱动机制。认为水平挤压形变是造成西天山和天山毗邻西昆仑附近区域上地幔岩石圈缩短和增厚的主要原因;而在中天山和东天山靠近准噶尔盆地南缘一带,除了板块运动造成的水平挤压力之外,上地幔热物质有可能上浮甚至侵入到地壳之中。它们与水平运动一样,对壳内脆性介质的构造活动起到非常重要的作用,特别是地壳底部莫霍面附近的低速滑脱层成为震源区深部构造的一个明显标志。此外,自从印度 亚洲大陆碰撞以来,天山部分地区固结冷却的山根有可能在多重挤压变形和小尺度热对流的共同作用下,脱离它们的原有的层位而沉入上地幔     

Shear velocity structure of crust and uppermost mantle in China from surface wave tomography using ambient noise and earthquake data

We present a 3D model of shear velocity of crust and upper mantle in China and surrounding regions from surface wave tomography.We combine dispersion measurements from ambient noise correlation and traditional earthquake data.The stations include the China National Seismic Network,global networks,and all the available PASSCAL stations in the region over the years.The combined data sets provide excellent data coverage of the region for surface wave measurements from 8 to 120 s,which are used to invert for 3D shear wave velocity structure of the crust and upper mantle down to about150 km.We also derive new models of the study region for crustal thickness and averaged S velocities for upper,mid,and lower crust and the uppermost mantle.The models provide a fundamental data set for understanding continental dynamics and evolution.The tomography results reveal significant features of crust and upper mantle structure,including major basins,Moho depth variation,mantle velocity contrast between eastern and western North China Craton,widespread low-velocity zone in midcrust in much of the Tibetan Plateau,and clear velocity contrasts of the mantle lithosphere between north and southern Tibet with significant E–W variations.The low velocity structure in the upper mantle under north and eastern TP correlates with surface geological boundaries.A patch of high velocity anomaly is found under the eastern part of the TP,which may indicate intact mantle lithosphere.Mantle lithosphere shows striking systematic change from the western to eastern North China Craton.The Tanlu Fault appears to be a major lithosphere boundary.     

中国大陆震源机制深度变化反映的地壳-地幔流变特征

大陆岩石层流变性质是一个重要而又没有完善解决的问题：既存在支持Moho面附近为强地幔-流动弱地壳模式的实验和观测事实，也存在支持流动弱地幔-强地壳模式的观测事实. 本文利用哈佛震源机制矩张量解及有关震源深度资料，对我国震源机制随深度的变化进行分析，发现虽然表浅地震震源机制主应力轴倾角接近水平或竖直，但中、下地壳和上地幔震源机制主应力轴倾角则多样化. 这与某些存在柔性下地壳软弱层地区具有孕震层下缘震源机制主应力轴也接近水平或竖直的特征明显不同. 它可能表明上述两种壳-幔流变模式在我国均存在，对我国岩石层流变性质还需要分区进行更细致的多方面研究.     

长江中下游成矿带中段岩石圈电性结构研究

长江中下游成矿带位于大别造山带、长江中下游凹陷、江南隆起带等大地构造单元结合部位,通过在研究区内布设两条首尾相接共计150km长的大地电磁剖面,获得了50km以浅岩石圈尺度的电性分布.长江中下游地区中段地下电性结构显示出在地下10km和30km处分别存在明显的圈层结构,以此认为现今横向稳定的"电莫霍"反映了研究区经历燕山期陆内构造-岩浆活动后已基本上完成壳幔重新平衡;而分隔大地构造单元的郯庐断裂带、长江断裂带以及江南断裂带在电性上具有特征的梯度显现,在印支造山期后的引张背景下,断裂带成为强伸展活动带与控制了燕山期大范围的陆内岩浆活动;高导地幔的局域性存在以及从北向南地幔导电性的变化反映了在经受深部动力学过程中处于不同大地构造部位的地幔所遭受的不同类型的改造以及地幔深部的构造极性.