南海瑞雷面波群速度层析成像及其地球动力学意义

南海处于欧亚板块、太平洋板块和印度—澳大利亚板块的交会区,是西北太平洋一系列边缘海中最大的边缘海。关于南海的打开以往研究提出了如印度板块与欧亚板块碰撞驱动挤出以及古南海俯冲拖拽等诸多模型。本文力图通过南海海盆及周边各向异性结构来约束南海演化机制。基于同济大学2012和2014年在南海中央海盆进行的两次被动源宽频带海底地震观测试验回收的10台OBS记录仪近1年的地震数据,本文采用三种不同的横波分裂方法,获取了中央海盆针对两次远震的XKS分裂结果以及南海周边20次区域地震提供的S震相分裂结果。SKS分裂结果显示,南海中央海盆下方存在快轴方向为NE-SW向的各向异性,其成因可能与海底扩张时期沿洋脊方向的地幔流以及南海海洋板块俯冲拖拽的地幔流有关。南海及其周边上地幔存在强各向异性,且不同方位观测到的各向异性不同,快轴方向与前人SKS横波分裂结果、GPS和板块运动一致,较好地对应了区域构造运动或者地幔对流模型。各向异性结果与印度—欧亚板块碰撞驱动挤出模型以及古南海俯冲板块拖拽模型预期结果一致,与理想的地幔柱上涌驱动模型不一致。由于海盆各向异性观测特别有限,各向异性结果不能证实亦不能证伪“大西洋型”海底扩张模型、弧后扩张模型和板缘破裂模型,后续还需要更多的观测结果来证实或证伪上述模型。     

福建及其邻区背景噪声面波群速度层析成像

基于福建及邻区108个宽频带地震台站2016年6月到7月两个月垂直和水平分量波形连续记录, 利用相位加权叠加算法提高信噪比, 计算得到108个台站对的高质量经验格林函数。 对所获取的经验格林函数, 采用时频分析的方法在1~20 s频段内量取了大量高质量的Rayleigh波和Love波群速度频散数据。 在此基础上, 采用基于射线追踪的二维层析成像方法反演得到了福建及其邻区1~20 s的Rayleigh波和Love波群速度分布。 分辨率测试结果表明群速度分布的分辨率能达50 km。 成像结果显示1~10 s的群速度分布与地壳中上部地质特征有很好的一致性, 区内的福州盆地和漳州盆地在浅层结构中表现出明显的低速异常。 长周期的群速度则揭示了漳州西北的高地热区内中下地壳低速体, 政和-大埔断裂两侧的速度差异, 表明其可能是一个深大断裂, 并呈现明显的东西差异。     

黑龙江地区背景噪声面波群速度层析成像

本文选取黑龙江省台网及吉林、内蒙古部分台站共44个固定地震台站连续2年的地震数据,利用两个台站间互相关方法获得瑞利面波经验格林函数,再用自适应时频分析方法提取群速度频散曲线,最后利用传统面波层析成像方法反演获得黑龙江地区周期为8～40 s范围内群速度分布图像.反演结果揭示黑龙江地区地壳及上地幔群速度结构存在明显横向不均...     

广东省东部地区背景噪声面波群速度层析成像

We perform Rayleigh wave tomography in east Guangdong and its surrounding regions by applying the ambient noise method to broadband data recorded at 26 stations from Guangdong, Fujian and Jiangxi Digital Seismic Networks. Cross-correlations of vertical- component ambient noise data are computed in one-day segments and stacked over seven months from March to September, 2011. Then Rayleigh wave group dispersion curves are measured using the frequency-time analysis method. Group velocity maps at periods from 5s to 15s are inverted. The resulting group velocity maps generally show good correlation with tectonic features, reflecting the velocity variations in the shallow crust. The basin areas are clearly resolved with lower group velocities at the short periods due to thick sedimentary layers, and the mountain areas with higher group velocities due to thin sedimentary layers. The variations of group velocity on the map can draw out the distribution of basins and mountains in study areas. The geothermal field can change the group velocity obviously, and lower group velocities are always found in high geothermal areas. The velocity maps indicate that a low-velocity layer may be found in the study areas.     

华北地区基于噪声的瑞利面波群速度层析成像

本文利用华北地震科学台阵2007年1~4月份、190个宽频带和10个甚宽带垂直分量的地震噪声数据,通过互相关方法提取了瑞利面波的经验格林函数,用多重滤波方法测量了瑞利面波的群速度频散曲线.我们将研究区域划分为0.5°×0.5°的网格,利用噪声层析成像方法得到了研究区域7 s、12 s、16 s、23 s的瑞利面波群速度分布图像,所得结果较好地揭示了地壳内部、尤其是浅部地壳的横向速度变化.研究表明,短周期的群速度分布同地表地质结构、地形密切相关;华北地区的地壳结构具有明显的横向不均匀性,华北盆地及山间的沉积盆地显示出低速异常,而基岩广泛出露的太行山和燕山隆起区,呈现高速异常;多数强震(M≥6.0级)都发生在高群速度与低群速度的过渡地带.     

南海及邻近地区面波层析成像和S波速度结构

本文介绍由面波层析成像得到的南海和邻近地区地壳上地幔三维S波速度结构.研究区域介于100°E ~130°E和0°~30°N之间,南海位于区域中心,其北、西、南三面通过大陆架和陆坡分别与华南、印支和巽它地块相连,东面邻接台湾—菲律宾岛弧和西菲律宾海盆.由面波层析成像得到的速度结构横向变化与研究区内构造单元的划分基本相符,给出了各个单元的主要结构特征.(1)扬子地块具有厚而高速的岩石圈,华南褶皱带和印支地块具有活动陆块的结构特征,西菲律宾海盆表现为一个较老的稳定的海盆,而岛弧地带显示低速的岩石圈和俯冲板片引起的高速.(2)南海海盆岩石圈厚度60~70 km,横向变化不大,软流圈内低速不显著,整体上表现出一个已停止扩张的年轻海盆的结构特点.与东部中央海盆相比,西南次海盆的上地幔盖层速度和软流圈速度都较低.(3)在南海海盆周边的陆缘地区,岩石圈厚度变化较大,上地幔盖层和软流圈速度较低,明显低于海盆和外围的大陆地区.红河断裂带也表现类似现象,说明这些地区的岩石圈新生代以来经历了长期的构造作用.     

基于福建地区环境噪声瑞利面波群速度的层析成像分析

利用福建及其周边3省(浙江、江西、广东)数字地震监测台网的69个宽频带台站一年的噪声记录,采用互相关技术提取两两台站间的瑞利面波格林函数,反演得到了福建及其周边地区3个周期段(T=4s、T=10s、T=15s)的瑞利面波群速度分布图像。所得结果可为研究该地区的地壳构造、地热分布、地震活动等提供重要依据。     

福建地区环境噪声瑞利波群速度层析成像

本文利用福建、广东、江西和浙江等4省数字地震监测台网中69个宽频带台站2010年4月13日～10月13日的速度型噪声记录和互相关技术,提取两两台站间的瑞利面波格林函数,并利用层析成像技术最终反演获得了福建地区(115.7～120.5°E、23.6～28.35°N)瑞利面波群速度的分布图像。结果表明,利用该方法得到的福建地区周期为3～5s的瑞利面波群速度在2.73～3.17km/s之间,平均速度为2.96km/s。瑞利波群速度横向变化与福建地区地表构造特征和地热异常区分布情况是基本吻合的;该群速度分布图在漳州盆地和福州盆地区域表现出非常明显的低速异常,这主要是因为受到盆地沉积层和高地热的影响;杉岭地块属于山地地形,但由于受到高地热的影响,因此表现为低速异常;永安-玳瑁山地块为山地区,而受到中地热的影响,速度异常表现较为复杂。     

利用小波变换提取面波群速度

选取了几种常见的小波母函数,分别提取了同一理论下的面波数据的群速度,并与理论群速度进行对比,结果表明Morlet小波提取面波群速度的效果最好.此外,将Morlet小波与常用的多重滤波提取群速度的结果进行了比较,结果表明: ① 多重滤波法非常依赖高斯滤波系数α的取值,α的取值应随面波周期的增大而减小;② 在α取值得当的前提下,在20—35 s周期范围内多重滤波法提取面波群速度的相对误差比Morlet小波小,在周期大于35 s时,两者相对误差相近; ③ 合适的α值的选取需在不同周期段耗费大量时间进行大量试验,这说明多重滤波法不具备自适应性;而采用小波变换分析短周期信号时,时间窗变窄,频率窗变长,当分析长周期信号时,时间窗变长,频率窗变窄,具有对信号的自适应性,这是小波变换相比多重滤波法的最大优点.      

南海北部壳幔结构特征及其地球动力学过程指示

地壳和上地幔结构及其性质对于理解地球浅部构造演化过程具有非常重要的指示作用.南海地区位于亚洲东南部,其构造演化长期以来受到了特提斯和太平洋构造域的控制.晚中生代以来,南海北部经历了主动大陆边缘向被动大陆边缘的演化,并且发生了多期次拉张构造运动,形成了一系列裂陷和盆地.近几年来,地震学探测方面的丰硕成果为理解此过程提供了...     

东北地区背景噪声的Rayleigh和Love波相速度层析成像

本文利用中国数字地震台网位于东北地区的122个宽频地震台站的18个月记录的三分量连续地震噪声数据,采用互相关方法提取了Rayleigh和Love波经验格林函数,并利用时频自动分析技术获取了相应的相速度频散曲线.通过反演频散曲线,获得了Rayleigh和Love波周期为8~35 s的二维相速度分布.结果表明,东北地区相速度的分布存在横向和垂向的不均匀性.短周期的相速度分布同地表地质构造密切相关,松辽盆地及山间沉积盆地呈现低速异常,而大兴安岭、小兴安岭及东部的一些山岭显示高速异常.随着周期的增加,位于中间的松辽盆地变为高低速相间,两侧的造山带呈现低速异常.这种异常的转变,可能是受构造活动或者莫霍面深度的影响.另外,在周期为20~35 s 频段内,Rayleigh和Love波同一周期的相速度在松辽盆地和位于吉林地区的郯庐断裂带表现不一致,表明可能存在径向各向异性.     

Group velocity distribution of Rayleigh waves and crustal and upper mantle velocity structure of the Chinese mainland and its vicinity

Introduction A lot of results have been achieved on the study of crust and upper mantle structure in Chinese mainland by the surface wave dispersion. The seismometer can be classified into three types based on the development from the analog to digital instrument. FENG, et al (1981) measured the dispersion curves of group and phase velocity along 28 paths, with 19 earthquakes recorded by 15 base analog seismic stations, subdivided the Chinese mainland into 5 blocks and obtained the average c…     

大别-苏鲁及其邻近地区基于背景噪声的瑞雷波和勒夫波相速度层析成像

采用与作者2014年发表的“大别-苏鲁及其邻近地区基于背景噪声的勒夫波群速度成像”文章相同的资料,用频时分析提取5 000余条瑞雷波和4 000余条勒夫波相速度频散曲线,反演得到了8—32 s的瑞雷波和勒夫波相速度分布图像．结果显示,瑞雷波与勒夫波相速度分布具有很好的一致性．8 s的相速度分布与地表构造特征相吻合,造山带与隆起区均表现为高速,盆地因其规模不同而显示不同程度的低速．随着周期的增大,大别 苏鲁的高速带由强变弱,但始终存在．16—24 s的高速可能主要受到中地壳高速的控制,而32 s的高速则可能与上地幔顶部的高速有关．比较大别造山带与苏鲁造山带的平均频散曲线,发现大别造山带和苏鲁造山带的勒夫波频散曲线均高于AK135模型计算的理论频散曲线,而瑞雷波则没有这一现象. 这可能意味着两个地区有比较强烈的径向各向异性．      

华北地区瑞雷面波相速度层析成像

利用华北科学探测台阵190个宽频带台站和8个甚宽带台站2006年10月至2009年5月记录的远震垂直向资料,用小波变换频时分析方法测定了1587条独立路径的基阶瑞雷波相速度频散曲线,并使用Ditmar & Yanovskaya 方法反演得到111°~120°E,37°~42°N区域内、周期10~60 s的高分辨率相速度分布图像.本文的研究结果表明,华北地区的地壳上地幔横波速度结构存在横向非均匀性.短周期(如10 s)的相速度分布与地表地质构造具有明显的相关性,随着周期的增大(如15 s),地形的控制作用相对减弱.中周期(如30 s)的相速度分布差异暗示华北克拉通中、东部地区下地壳具有不同的物质组成,图中相速度梯度带与太行山重力梯度带位置十分相近,说明该重力梯度带两侧的地壳速度结构差异较大.与短周期相比,研究区内长周期(如60 s)相速度分布的横向非均匀性明显减弱,表明研究区上地幔顶部速度结构差异较地壳的小.与全球典型大陆克拉通相比,华北克拉通10~60 s的相速度频散明显偏低,其频散特征与全球典型裂谷地区相类似,这暗示华北克拉通已经遭受了明显的侵蚀与破坏.     

陕西及邻区瑞雷波相速度层析成像

本文利用布设于陕西及其邻区的喜马拉雅二期流动地震台阵和区内的固定地震台网共计257个台站于2014—2015年记录到的连续波形资料,采用基于图像分析的相速度提取方法,得到了7 185条瑞雷波相速度频散曲线,反演获得了周期为5—40 s的瑞雷波相速度分布图像,其最小分辨率约为20 km。结果表明:各周期瑞雷波相速度图像具有明显的横向不均匀性,能够较好地反映出地壳及上地幔顶部的地质构造特征。周期为5—10 s的瑞雷波相速度分布与地表地质构造密切相关,且高低速异常的分界线与地块边界高度吻合;周期为15 s的瑞雷波相速度分布图像显示出,大部分断陷沉积盆地（渭河、天水等盆地）表现为低速异常,表明此区域的沉积层厚度较大;周期为20—40 s的相速度分布则受地壳厚度影响较大,青藏高原东北缘始终呈现出明显的低速异常,鄂尔多斯地块中、下地壳以高速异常为主,但周期为20—30 s的相速度低速异常区分布于青藏高原沿六盘山逆冲褶皱带并一直延伸至鄂尔多斯内部,由此推测该区域地下介质中存在一定程度的物质交换和融合。      

Rayleigh wave group velocity tomography of Gujarat region,Western India and its implications to mantle dynamics

In the present study, fundamental Rayleigh waves with varying period from 10 to 80 s are used to obtain group velocity maps in the northwest Deccan Volcanic Province of India. About 350 paths are obtained using 53 earthquakes (4.8 ≤ M ≥ 7.9) recorded by the SeisNetG (Seismic Network of Gujarat). Individual dispersion curves of group velocity of Rayleigh wave for each source-station path are estimated using multiple filter technique. These curves are used to determine lateral distribution of Rayleigh wave group velocity by tomographic inversion method. Our estimated Rayleigh group velocity at varying depths showed conspicuous corroboration with three tectonic blocks [Kachchh Rift Basin (KRB), Saurashtra Horst (SH), and Mainland Gujarat (MG)] in the region. The seismically active KRB with a thicker crust is characterized as a low velocity zone at a period varying from 10 to 30 s as indicative of mantle downwarping or sagging of the mantle beneath the KRB, while the SH and MG are found to be associated with higher group velocities, indicating the existence of the reduced crustal thickness. The trend of higher group velocity was found prevailed adjacent to the Narmada and Cambay rift basins that also correspond to the reduced crust, suggesting the processes of mantle upwarping or uplifting due to mantle upwelling. The low velocities at periods longer than 40 s beneath the KRB indicate thicker lithosphere. The known Moho depth correlates well with the observed velocities at a period of about 30 s in the Gujarat region. Our estimates of relatively lower group velocities at periods varying from 70 to 80 s may correspond to the asthenospheric flow beneath the region. It is interesting to image higher group velocity for the thinner crust beneath the Arabian Sea adjacent to the west coast of Gujarat at the period of 40 s that may correspond to the upwarped or upwelled mantle beneath the Arabian Sea. Our results have better resolution estimated by a radius of equivalent circular averaging area for each period.     

川西地区台阵环境噪声瑞利波相速度层析成像

2006年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(26°N~32°N,100°E~105°E)布设了由297台宽频带数字地震仪组成的流动观测台阵.利用该密集台阵29°N以北156个台站2007年1~12月份的地震环境噪声记录和互相关技术,我们得到了所有台站对的面波经验格林函数和瑞利波相速度频散曲线,并进一步反演得到了观测台阵下方2~35 s周期的瑞利波相速度分布图像．本文结果表明,观测台阵覆盖的川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地的地壳速度结构存在显著差异,具体表现为：(1)短周期（2~8 s）相速度分布与地表构造特征相吻合,作为川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地之间的边界断裂,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,四川盆地前陆低速特征表明相应区域存在较厚的（约10 km）沉积盖层;(2)中周期（12~18 s）相速度分布表明,川滇地块和松潘-甘孜地块中上地壳速度结构存在明显的不均匀横向变化,并形成了尺度不同且高、低速相间的分块结构,而四川盆地中地壳整体上已经表现出相对高速;(3)长周期（25~35 s）相速度分布表明,松潘-甘孜地块,特别是川滇地块中下地壳表现为广泛的明显低速异常,意味着它们的中下地壳相对软弱,而四川盆地的中下地壳呈现整体性的相对高速,意味着四川盆地具有相对坚硬的中下地壳,并且以汶川地震的震中为界,龙门山断裂带的地壳结构显示了北段为高速异常,南段为低速异常的分段特征．