山东地区各向异性、地壳厚度及泊松比分布特征

山东地区位于华北东部,包含沂沭断裂带、鲁西隆起等重要构造单元,地质构造演化非常复杂,但目前尚缺乏对山东地区整体的地壳结构、壳内形变、壳幔耦合等方面的研究.本文基于该地区52个地震台站两年的波形记录,采用接收函数Ps转换波分裂和H-κ叠加的方法得到了研究区地壳各向异性、平均地壳厚度以及泊松比特征,为该地区的构造演化提供了重要的地震学约束.结果 表明,研究区地壳结构存在较强的横向不均匀性.鲁西隆起南部地壳各向异性方向可能与断裂和地壳内部的构造拆离有关.泰山地区地壳厚度与泊松比呈现负相关,地壳各向异性不明显,表明泰山处在快速隆升阶段.胶东地区东部较小的地壳厚度和泊松比与地幔上涌和苏鲁造山带发育的超高压变质岩有关.沂沭断裂带南北段的地壳结构具有显著差异,南段地壳厚度与泊松比存在明显的横向变化,表明南段可能存在剧烈的地幔上涌.较厚的沉积层使得济阳凹陷内台站下方的泊松比偏小,而较薄的铁镁质下地壳层则可能是胶北隆起部分台站下方泊松比偏小的主要原因.     

张家口—渤海地震活动带及其邻区的地壳厚度与泊松比分布

利用山东、 河北、 辽宁、 北京、 天津等区域地震台网记录的远震资料, 采用接收函数H-k叠加搜索方法, 得到了张家口—渤海地震活动带及其邻区99个台站下方的地壳厚度和平均泊松比估计. 研究结果显示: 研究区地壳厚度在30—46 km之间显著变化, 地壳厚度与地表地形相关性很好, 呈现出从隆起区到盆地区逐渐减薄的变化趋势; 研究区地壳泊松比具有明显的分区特点, 燕山地区泊松比偏低可能与该地区克拉通破坏方式以拆沉为主有关, 郯城—庐江断裂带山东段出现的泊松比高低混杂现象可能与该地区火山活动有关, 张家口—渤海地震活动带西段与隆起的交汇地带, 部分台站下方地壳的泊松比值偏高, 可能是断裂带附近岩石比较破碎与岩石部分熔融共同作用的结果. 此外, 位于渤海湾中间岛链上的北隍城台下方地壳较厚, 泊松比较低, 其原因尚待查明.      

鲁西隆起地壳厚度和泊松比及其地质意义

鲁西隆起是华北克拉通东部重要的伸展构造,为分析鲁西隆起地区地壳结构特征,本文通过选取2010-2013年鲁西隆起及周边地区28个地震台站记录的102个远震波形(MS6.0、震中距30°~90°),利用远震接受函数方法获得各台站下方的地壳厚度、泊松比值,结果显示:鲁西隆起地区地壳厚度值大致在29.9~36.1km之间,地壳厚度最小的区域位于北部地区,总体表现为南北向的变化特征,向南逐渐增大;相反,鲁西隆起北部地区的地壳平均泊松比值最大,向南逐渐减小.根据地壳厚度、泊松比分布特征,本文认为鲁西隆起地区的地壳结构特征是由地幔的主动上涌及对地壳的热侵蚀作用造成,这在北部地区表现最为典型.鲁西隆起伸展构造的形成是华北岩石圈减薄过程中地壳响应的结果,表明中生代华北岩石圈减薄过程存在明显的热侵蚀作用.     

基于接收函数方法研究川滇块体东边界的地壳厚度和泊松比

本文使用沿川滇块体东边界主要断裂带(安宁河、则木河、小江断裂带)布设的37个临时台站和四川区域台网14个固定台站记录的远震波形资料,用时间域迭代反褶积方法提取接收函数,采用接收函数H-κ反演方法得到了30个台站下方的地壳厚度和泊松比。研究结果表明,川滇块体东边界的地壳厚度表现为自西向东由60km左右向华南块体(35km左右)逐渐减薄的过渡带特征:以安宁河—大凉山断裂带为界,以西地壳厚度平均在54km左右,以东作为华南块体与川滇块体的交界前缘,地壳厚度在42~48km之间。以小江断裂带与则木河断裂带交汇处为界,其南北两侧的地壳岩性和组分差异明显。小江断裂带北段泊松比值在0.20~0.27之间,表明其地壳物质组分主要为中基性岩石。而以北的安宁河、则木河及马边—盐津断裂带的泊松比值大多位于0.27~0.32之间。安宁河—则木河断裂带附近多数台站的泊松比值0.30,可能是部分熔融造成的。     

利用H-K叠加方法和CCP叠加方法研究中国东北地区地壳结构与泊松比

利用中国东北布设的流动地震台阵（116个）以及国家和区域台网（121个）的宽频带台站记录的824个远震事件,采用P波接收函数CCP叠加和H-K叠加两种方法获得了研究区详尽的地壳厚度图像.研究结果显示,两种方法获得的地壳厚度分布特征具有很好的一致性,中国东北下方地壳厚度存在明显的东西横向差异.重力梯度带西侧和佳木斯地块的台站下方地壳较厚,介于36~41 km之间,而在兴蒙槽地褶带中重力梯度带往东从36 km减薄至34 km左右.松辽盆地北侧、东侧和南侧地壳厚度较薄,为29~34 km,反映了该区复杂的地壳变形过程.CCP剖面显示郯庐断裂深切地壳,敦化—密山断裂下方莫霍面出现错断.H-K叠加得到的地壳平均泊松比显示,东北地区绝大部分台站下方的泊松比值较大,0.24~0.29.长白山、松辽盆地东部、燕山台隆东部和大兴安岭北部,泊松比值达到0.27~0.30,可能有幔源物质上涌,下地壳铁镁组分含量增加.     

华北克拉通东部地壳和上地幔结构的接收函数研究

利用北京大学和早期中国科学院地质与地球物理研究所在华北克拉通东部地区布设的共34台宽频带地震仪记录的远震体波资料,获取P波接收函数和S波接收函数,再分别通过偏移成像和共转换点叠加(CCP)和倾斜叠加得到了华北克拉通东部横跨郯庐断裂带地区沿剖面的地壳和上地幔速度间断面分布.研究结果表明,鲁西隆起下方的莫霍面的深度要比华北盆地和青岛地区浅约5 km,形成类似屋顶状的莫霍面隆起.郯庐断裂带和聊考断裂带下方的莫霍面有明显的错断.岩石圈与软流圈的分界面(以下简称LAB)的深度从太行山山前的约100 km深度上升到鲁西隆起下方约60 km深,向东在青岛地区下方LAB深度进一步变浅.我们利用倾斜叠加计算台站下方波速比得到地壳内的泊松比变化,结果显示鲁西隆起泊松比值分布相对均匀,而青岛地区内泊松比变化剧烈,可能反应了该地区作为苏鲁大别超高压变质带的北缘经历了较为复杂的地质演化过程.     

利用接收函数研究太行山前断裂南部地区地壳厚度

利用太行山前断裂南部地区宽频带数字化地震台站的远震体波记录,采用频率域反褶积方法提取接收函数,由H—Kappa叠加方法反演得到各台站下方地壳厚度和泊松比。结果显示:1该区域地壳厚度分布为西部较厚,东部较薄,莫霍面呈小角度向西倾斜。西部长治盆地地壳厚度40.2 km,东部平原地区地壳较薄,厚度31.8 km,地壳变化落差约9 km;2在太行山与平原交接地带,特别是沿太行山弧形分布的主峰外缘,即一级夷平面和二级夷平面的分界线附近地壳厚度变化较快;3接收函数反演的地壳厚度与人工地震测深结果吻合,太行山隆起区地壳变厚,汤阴地堑地壳变薄,内黄隆起地壳变厚,表明深部莫霍面或上地幔的隆起、凹陷与地面起伏呈镜像对称;4区域内泊松比值变化不大,约0.23—0.27,表明该地区地下介质主要由中酸性岩组成,与较大范围的花岗岩分布有关,石英、长石含量高。     

利用远震接收函数分析三峡库区重庆段地壳厚度变化

针对三峡库区重庆段地震监测台网和重庆区域台网2007年到2010年记录到的远震数据,利用接收函数方法,得到该区域的地壳厚度值及泊松比。结果显示27个地震台下方的地壳平均厚度为44.6km。最厚处为城口(CHK),达50.9km;最薄处为荣昌(ROC),仅38.9km,两者相差12km。研究区的地壳泊松比σ值约为0.27,三峡重庆库区东部奉节荆竹(JIZ)地壳泊松比高达0.302,武隆(WUL)地区的地壳泊松比较低,最低为0.228,两者相差0.074;研究区内泊松比的最大值偏离标准泊松体比值(0.25)20.8%以上,其最小值偏离标准泊松体比值-8.80%。布格重力异常反映了地下的密度与地壳厚度变化。文中得出的三峡库区重庆段地壳厚度变化与该区布格重力异常分析结果一致,重庆境内最小的负布格重力异常在地壳厚度最厚的城口—巫溪地区(厚49.7～50.9km),地壳最薄的荣昌—合川地区(厚38.9～41km)对应着渝西最大的负布格重力异常。     

泰安—诸城剖面重力异常和地壳密度结构特征

泰安—诸城高精度重力观测剖面,位于华北克拉通的东部,是中国东部重要的构造带且是地震活动的重要地段,利用剖面相对重力联测与同址GNSS三维坐标测量数据,得到剖面的重力异常,结合区域布格重力场、地球深部探测及地质构造成果,对剖面进行密度结构反演和剩余密度相关成像研究.结果表明:剖面布格异常变化范围为(-30.1～7.3)×10-5m·s-2,从西往东总体呈上升(泰安至沂源以低背景平缓逐渐上升与相应位置的高程呈现"同步型"变化;马站至张家楼以高背景逐渐上升与地形高程呈现"镜像型"变化)趋势,高低异常背景转折在沂沭断裂带西段150 km左右位置;背景异常是地壳厚度变化的反映,整体形态西深东浅,在沂沐断裂带地壳厚度隆起可能是地壳下地幔物质沿断裂向上入侵时,地壳产生挤压和膨胀隆起所致;剖面地壳密度呈现上、中和下三层结构,鲁西隆起、沂沭断裂带西部中下地壳局部存在低密度体,可能是上地幔物质上涌岩石含部分高温流体和熔融岩体所致,胶东地区保持了比较完整和均一的地壳结构特征,反映了胶东地区地壳活动不强;剖面的主要断裂带位置均能看到布格重力异常和剩余密度的变化,可能是断裂控制了地下介质的发育所致;剖面密度模型显示地下密度的分段特征和深浅构造差异,沂沭断裂带是鲁西隆起和胶东隆起的分界带;本文通过对布格重力异常和密度结构的特征研究,分析了地震活动、动力学背景与地壳密度结构的关系.     

利用接收函数研究河北及邻区地壳厚度与泊松比分布特征

本文收集了河北及邻区174个宽频地震仪2007年1月到2011年12月记录到的全球范围内体波震级6.0级以上、共488个远震事件的波形资料。利用H-k叠加搜索方法得到河北及邻区143个台站下方接收函数、地壳厚度和泊松比值分布特征。结果表明,河北及邻区地壳厚度具有明显的分块特征并与区域构造背景有较好的相关性,泊松比值在0.25上下变化,与全球的泊松比估计值相当。河北及邻区地壳厚度以太行山山脉为界呈现出东薄西厚的特征并与地表地形起伏呈正相关;山西地震带南北地壳厚度存在明显差异,大同、宁武及安泽盆地地区泊松比值超过0.3;张-渤地震带地壳厚度由东至西逐渐增厚,泊松比值存在较强的横向变化。华北平原地震带呈现出的薄地壳和低泊松比值特征可能与华北克拉通拆沉作用相关联。     

沂沭断裂带重力场及地壳结构特征

沂沭断裂带为郯庐断裂带山东段,新构造运动显著,是华北地区的强震活动带之一。文中收集了该地区的布格重力数据,利用小波多尺度分析方法对重力场进行有效分离,研究区域地壳结构特征及断裂空间展布,并应用Parker变密度模型对区域莫霍面进行反演分析,得到以下几点结论:1)重力区域场显示,沂沭断裂带形成了NNE走向的大型重力梯度带,分隔了鲁西、鲁东地块,成为区域内重要的地球物理分界线。2)重力局部场显示,中上地壳结构复杂,沂沭带内部呈现两堑一垒的重力异常格局,5条主干断裂形成线性梯度带分布于东、西地堑内,鲁西块体的多条NW向活动断裂交切于沂沭断裂带,多数断裂只交切于西地堑,而蒙山山前断裂和苍尼断裂横穿沂沭断裂带;下地壳结构相对简单,发生明显的褶曲构造,表现出大规模高、低密度异常相间排列的典型特征。3)区域莫霍面形态东高西低,沂沭断裂带形成了莫霍面陡变带,造成了东西分异格局,潍坊东—莒县—临沂一线出现莫霍面上隆区,具有强震发生的深部孕震环境。4)区域内地震多发于高、低重力异常转化带之间,特别是活动断裂对应的重力梯度条带之上,地震的发生与断裂活动有着密切的关系,沂沭断裂带地震活动性最强,且东地堑强于西地堑。     

八五三地震台地壳结构与泊松比浅析

整理收集2017年1月—2018年9月八五三地震台记录到的远震地震事件,采用频率域反褶积方法提取P波径向接收函数,运用H-Kappa叠加方法反演台站下方地壳厚度及壳内物质泊松比.结果表明:八五三地震台下方的地壳厚度为34.6km,泊松比值较低,为0.226;反映了台站下方地壳物质岩性二氧化硅含量较高,熔融度低的长英质岩...     

沂沭断裂带地壳结构特征

本文利用1986年在鲁南地区开展深地震测深所获资料,反演了沂沭带南段的地壳速度结构和地壳层构造。结果发现:(1)沿沂沭断裂带的地壳低速层是不连续的,在相当于1668年8(1/2)级地震的发震段(河阳—郯城)的中、下地壳内都有低速层,在该段南、北分别缺失下地壳与中地壳的低速展;(2)沂沭断裂带深部存在四条超壳断裂,西侧二条深断裂东倾,东侧二条深断裂直立,形成上宽下窄斗形超壳断裂带;(3)沂沭带地壳的破裂程度明显存在由北向南逐渐减弱的现象;(4)沂沭带莫霍面为向下拗曲带,其两侧地壳层形变程度具有西强东弱、下强上弱和由郯城向南、向北减弱的特征;(5)郯城附近,沂沭带东地堑浅层断裂相对于深部断裂向西位错约6公里。     

利用接收函数研究郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区地壳结构特征

利用郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区的261个宽频带地震台站5年记录的763个远震波形数据,计算并筛选得到了10846条远震P波接收函数.采用P波接收函数H-κ法得到了该区的地壳厚度和壳内平均泊松比值,并采用共转换点叠加法进一步揭示台站下方Moho界面的起伏形态.研究发现：⑴研究区Moho界面埋深在27～40 km范围内变化,平均深度在～34 km,总体上以郯庐断裂带为界呈现出东薄西厚的特征.地壳厚度在不同块体之间或者是块体内部存在着明显差异,表明不同的地质构造单元经历了不同的构造演化过程.⑵研究区地壳泊松比在0.15～0.32之间变化,平均泊松比为0.24,略低于全球陆壳和中国陆壳平均泊松比值;然而,较大的泊松比浮动范围却意味着研究区内地壳物质具有强烈的横向非均匀性及物质组成的复杂性.沿郯庐断裂带展布着一条NNE-SSW方向的泊松比高值异常带,推测是镁铁质基性岩沿郯庐断裂带上涌至地壳所致,亦或是高温高压的幔源热物质底侵至下地壳所致.⑶研究区的地壳厚度和壳内平均泊松比存在着反相关的关系;地壳厚度和地表地貌特征呈镜向关系,即造山隆起区Moho界面埋藏较深,而平原盆地区Moho界面埋藏较浅.Moh...     

江西九江—福建宁化接收函数剖面研究

江西九江—福建宁化剖面沿NW--SE方向穿过华南大陆东部的扬子地块和华夏地块两个地质单元. 通过收集沿该剖面布设的35个流动宽频带地震台站2012—2014年记录的远震波形资料, 采用P波接收函数H-k扫描叠加和CCP叠加两种方法, 对该剖面下方的地壳厚度和泊松比分布进行了研究. 结果表明: 沿剖面地壳厚度为29—33 km, 扬子地块东南边缘与华夏地块的莫霍形态差异明显, 萍乡—广丰断裂北侧的萍乐凹陷带深部存在明显的莫霍面上隆现象, 为研究区域中地壳最薄处; 研究区大部分台站下方的泊松比值相对较低, 介于0.21—0.24之间, 萍乡—广丰断裂两侧泊松比值稍高, 可达0.26, 表明不同构造单元地壳深部岩石组成存在差异; 萍乡—广丰断裂可作为江绍拼合带的自然西延, 是扬子地块与华夏地块在赣北地区的拼合界线, 推测其深部的物质组成有相似之处.      

利用接收函数研究河北及邻区地壳厚度与泊松比分布特征

本文收集了河北及邻区174个宽频带地震仪2007年1月至2011年12月记录到的全球范围内体波震级6.0以上、共488个远震波形资料。利用H-k叠加搜索方法得到河北及邻区143个台站下方接收函数、地壳厚度和泊松比值分布特征。结果表明,河北及邻区地壳厚度具有明显的分块特征并与区域构造背景有较好的相关性,泊松比值在0.25上下变化,与全球的泊松比估计值相当。河北及邻区地壳厚度以太行山山脉为界呈现出东薄西厚的特征并与地表地形起伏呈正相关;山西地震带南北地壳厚度存在明显差异,大同、宁武及安泽盆地地区泊松比值超过0.3;张—渤地震带的地壳厚度自东向西逐渐增厚,泊松比值则表现为相对较强的横向变化。华北平原带的薄地壳和低泊松比值特征可能与华北克拉通拆沉作用相关联。     

郯庐断裂带安丘、莒县电磁台 地壳电性结构研究

郯庐断裂带中段的沂沭断裂带发生过多次中强地震,其结构复杂,是地震研究者重点关注的区域。山东安丘和莒县电磁台都具有综合地电场和地磁场观测,两台分别位于沂沭断裂带内的安丘-莒县断裂和昌邑-大店断裂上。山东无棣电磁台位于郯庐断裂带西侧,属冀东-渤海断块,距安丘台230km,但此前未曾对该台站的地壳深部电性结构进行过探测研究。文中利用大地电磁测深方法(MT)对这3个电磁台站及其附近区域的探测数据进行研究,结果表明,3个台站的地壳电性结构有明显的差别,分别与台站区域地质构造及其地震活动性存在对应关系。在每个台站及其附近的4个测点分别得到优良的视电阻率和阻抗相位等数据,经过一维和二维反演,获得了3个台站的地壳深部电性结构,并可与直流对称四级电阻率测深法得到的近地表的电性结构进行对比。无棣台及其附近具有稳定地块的成层性地壳深部结构,而安丘和莒县电磁台分别具有复杂的地壳电性结构,呈现出活动地块边界带的结构特点。安丘台和莒县台附近区域可分别以安丘-莒县断裂和昌邑-大店断裂为界,将地壳电性结构分成2部分,在断裂西侧即郯庐断裂带内部的中下地壳低阻层更发育,昌邑-大店断裂西侧的低阻体可能含丰富的流体,在区域的地震孕育发展过程中起着重要作用。     

郯庐断裂带中南段地壳厚度与泊松比研究

郯庐断裂带中南段与西太平洋板块俯冲以及华北克拉通破坏密切相关,研究其深部结构对于了解郯庐断裂带构造演化过程、强震的孕震机制具有重要意义.本文利用密集台阵波形资料,采用接收函数H-κ叠加方法获得郯庐断裂带中南段的地壳厚度和泊松比.结果显示,郯庐断裂带中南段的地壳厚度分布以庐江和新沂为分段点呈现出与地质构造相关的南北向分段特征：南段的断裂带西侧的地壳厚度比东侧厚约5 km,中段的断裂带两侧厚度差异减小至约3 km,而北段则表现为断裂带下方隆起特征.郯庐断裂带沿线的地壳泊松比较高,推测是地幔物质的热侵蚀和化学侵蚀所致.根据艾里地壳均衡理论,南段地壳厚度与地表高程相关,基本符合艾里地壳均衡模型;而中段两侧地表高程基本相同,两侧地壳厚度差异表明不符合艾里地壳均衡模型,可能与断裂带西侧的华北克拉通岩石圈比东侧扬子克拉通岩石圈具有更高密度有关,高密度岩石圈产生向下“拖拽力”导致莫霍面相对理论值偏深;北段的莫霍面也偏深,与中段断裂带西侧情况类似,该区域基本位于华北克拉通块体.在郯城地震破裂范围内,存在莫霍面的不平滑过渡、活动块体的边界带以及断裂的分叉与交汇这三类结构特征.在上述结构特征的区域应力更集中...     

利用H-Kappa方法反演宁夏地区的地壳厚度

利用宁夏区域数字地震台网记录到的远震提取接收函数,用H-Kappa叠加方法反演得到宁夏区域数字地震台网子台下方的地壳厚度和波速比。结果显示,宁夏地区地壳平均厚度约为46km,并且由西南向东北逐渐减薄,南北两端地壳厚度差异达15km,东西两端地壳厚度差异达8km。泊松比计算结果显示,宁夏北部和中南部的泊松比值较高,中北部泊松比值较低。     

首都圈地区的地壳厚度及泊松比

利用2002~2003年中国地震局地质研究所台阵实验室以唐山大震区为中心布设的40个流动宽频带地震台站和首都圈数字台网的107个固定台站的远震数据,采用接收函数叠加搜索方法测定了首都圈地区地壳厚度和平均泊松比.综合利用首都圈数字地震台网的宽频带和短周期台站,以及流动地震台阵的观测数据,使我们的结果具有较前人更好的空间分辨率,为我们研究首都圈地壳的变形及其与地震的关系提供了重要的数据平台.结果表明: (1)首都圈地区地壳厚度和泊松比具有明显的横向分块特征,并与断层切割的地质块体有较好的相关性,地壳厚度变化形成了由涵盖北京—三河—唐山的NE向地壳厚度变化过渡带与张家口—北京—天津的NW向壳幔界面凹陷带构成的交汇构造,后者与所谓的张家口—渤海地震带基本吻合,而且本文给出的深部构造背景与首都圈地区的NE向和NW向地震带的交汇特征相吻合;(2)首都圈地区地壳厚度具有较大的差异,区域内地壳厚度的变化达15 km.其中,台站SZJ下方地壳厚度达到43.8 km,而台站BDH下方地壳厚度仅为28.8 km,总体上研究区西北侧的张家口—怀来地区的地壳厚度较大(~40 km),而唐山以东地区地壳较薄(28~32 km);(3) 研究区地壳的平均泊松比值为0.26左右,其最大值偏离泊松介质（σ=0.25）21%以上,而最小值偏离标准泊松比值9.6%,北京周边地区被高泊松比的介质环绕,而唐山东侧为低泊松比介质,地壳泊松比的分布特征反映了华北克拉通裂解过程中地幔物质的侵入;(4)研究区中强地震大多发生在地壳厚度和泊松比变化的陡变带,且偏于低泊松比的一侧,首都圈地震的成因仅考虑由于板块作用引起的水平应力场是不够的,有必要充分重视由于上地幔变形引起的地壳垂直变形和上地幔物质侵入造成的地壳变形运动与热效应.