郯庐断裂带中南段地壳结构分段特征

本文采用双差地震层析成像方法对郯庐断裂带中南段地壳速度和泊松比结构进行了研究,获得了郯庐断裂带中南段中上地壳介质结构的分段特征.结果表明,郯庐断裂带中南段由南至北可以划分为三段,即庐江以南段、庐江至郯城段及郯城以北段,郯城以北段又可细分为郯城至五莲及五莲以北两个亚段.庐江以南段、郯城以北段地壳介质速度和泊松比呈现相对高...     

郯庐断裂带中南段速度结构特点

郯庐断裂带是我国东部一条巨型断裂带,总体走向北北东,绵延2400多千米,人们将它分为3段.即,北段(肇兴-昌图),中段(昌图-淮河南岸)和南段(嘉山淮河南岸-广济).在我们的研究区内,将中南段的32.5°N以南称为1段,将32.5°～37.5°N左右称为2段.     

基于背景噪声成像方法研究郯庐断裂带中南段及邻区地壳速度结构与变形特征

郯庐断裂带是贯穿我国东部北北东走向的一条深大断裂,其中南段及其邻区（115°E-121°E,29.5°N-35°N）穿过了大别造山带、苏鲁造山带、长江中下游成矿带及合肥盆地.为了研究该区域地壳速度结构及变形特征,我们使用安徽省和江苏省及其周边地区105个台站（固定台站98个,流动台站7个）的垂向连续波形数据,时间范围从2014年5月到2015年7月,共计14个月.利用背景噪声互相关方法,从垂直分量互相关函数中最终提取了2590条瑞利面波相速度频散曲线,反演得到周期范围为5~30 s的瑞利波方位各向异性相速度分布图,再反演每个网格点瑞利面波相速度频散得到一维层状横波速度模型,然后拼合起来组成三维横波速度模型.根据本文反演结果并综合已有资料,我们得出如下结论：（1）在北大别、蚌埠隆起、长江中下游成矿带、合肥盆地北部大桥凹陷区域存在中地壳横波高速体,可能与岩石圈和下地壳拆沉以及中生代中国东部大范围岩浆活动有直接关系,更深层原因可能与古太平洋俯冲相关;（2）苏鲁造山带南缘,垂直于嘉山响水断裂,从南向北中上地壳低速体深度变浅,这个低速体可能是高压/超高压变质岩与扬子板块接触处的破碎带,是扬子板块与华北板块接触的边界;（3）郯庐断裂合肥-嘉山段两侧以及大别造山带东缘短周期瑞利面波相速度快轴方向与郯庐断裂带走向基本一致,可能是三叠纪碰撞期与白垩纪时期的大规模左旋走滑活动的结果;（4）合肥盆地南部15~20 s周期的瑞利波相速度快轴方向为北西-南东向,反应该区域中下地壳快波方向为北西-南东向,推测是大别造山带折返的痕迹;（5）郯庐断裂带的结构和地震活动性存在明显的分段性,嘉山-郯城段郯庐断裂带现今地震活动性弱,但发生过较强的古地震,推断现今郯庐断裂带宿迁段可能处于闭锁状态,从长远来看要注意该地区发生大震的可能.

     

短周期密集台阵在郯庐带北段(辽宁段)的架设

本文基于局所合作项目"郯庐断裂带海城地震区地震活动性与精细结构探测研究",通过在郯庐带北段(抚顺地区、沈阳地区)布设2期60套短周期密集台阵的相关工作,介绍了辽宁地区野外短周期流动台阵布设的工作方案、流程、布设过程等内容,并探讨了野外布设过程中遇到的常见问题,以及在东北地区或其他季节温差较大的区域,野外工作中需要注意的事项等.     

联合多源数据反演郯庐断裂带南段地壳三维速度结构

郯庐断裂带南段位于不同块体交汇区, 高分辨率的地壳速度结构有助于理解该地区的构造特征及成因.本文基于多源数据, 利用2015年安徽实验中气枪的体波和高频面波, 2008—2018年区域地震体波信号以及背景噪声面波频散等资料, 将不同来源、不同周期的面波频散数据和体波走时进行联合反演, 获取了郯庐断裂带南段的高精度地壳速度结构.研究结果表明: (1)加入面波信息进行联合反演后, 获取的P波和S波速度模型的分辨能力较单一体波数据反演在中下地壳均有显著提升.(2)郯庐断裂带是控制区域异常的主要因素, 两侧具有明显的速度差异.地震主要发生在断层附近, 集中分布于高低速交界区.(3)秦岭—大别造山带下方5~10 km深度存在明显的高速异常体, 对应于超高压变质岩, 是大陆深俯冲经历超高压变质作用后折返上升到中上地壳形成的.(4)长江中下游成矿带的矿集区呈现高的P波和S波速度值, 可能是陆内俯冲、岩石圈拆沉、幔源岩浆底侵和一系列成矿作用共同造就的.

     

利用密集台阵背景噪声研究通州—三河地区高分辨率三维S波速度结构

北京通州—河北三河地区中存在几条大型隐伏断裂,地质构造复杂.为研究该区隐伏断裂的空间展布、断裂与隆起和凹陷的构造关系,本文利用布设在该区的914个短周期地震仪组成的密集台阵,获得了45天的连续波形记录,通过噪声互相关方法获得台站之间的面波经验格林函数,提取2~8 s基阶勒夫波群速度频散曲线,反演获得该区深度7.5 km以内的三维精细S波速度结构.结果表明,研究区的断裂展布影响了地质构造单元的速度异常分布,其中夏垫断裂、南苑—通州断裂和李桥断裂是高低速区的分界带,南苑—通州断裂附近的高速体大致沿NE向展布,南口—孙河断裂附近的高速体大致沿NW向展布,高速体的展布方向与断裂的走向有相关性.研究区的S波速度分布有明显的非均匀性,高速区主要分布在大兴隆起上,而在大兴隆起的中部还存在一个明显的低速体,大厂凹陷和俸伯凹陷主要表现为低速特征,断裂两侧的较大地层密度横向差异可能是地质构造单元呈现出高低速异常的原因之一.研究区的结晶基底埋深差异较大,大兴隆起的结晶基底埋深约为2 km,大厂凹陷的结晶基底埋深约为4~7 km,断裂影响了结晶基底的埋深状态.本文获得的通州—三河地区三维精细S波速度结构,为认识该区的隐伏断裂、隐伏隆起和凹陷的物性结构提供了更多的地球物理学依据,对城市的地质灾害风险评估、安全建设等有重要意义.

     

郯庐断裂带中南段及邻区基于背景噪声的瑞利波群速度层析成像

本文收集了郯庐断裂带中南段及邻区省属和市县地震台网共261个宽频带地震台站2015年1月至2016年12月间的垂直向连续波形资料,利用长时间序列背景噪声互相关法提取台站对之间的经验格林函数,采用时频分析法提取瑞利面波混合路径频散曲线.通过质量控制和严格筛选后得到了15627条路径上的群速度频散曲线,重新构建了郯庐断裂带中南段及邻区瑞利波5~50 s、分辨率为0.75°×0.75°的群速度分布图像.分析研究了6个周期的群速度分布图像和3条不同方向的纵向周期剖面,这些图像揭示了郯庐断裂带中南段及邻区地壳上地幔速度结构具有横向分块和纵向成层的非均匀性特征.结果表明,短周期（6 s、10 s）的群速度分布与地表地质和构造特征密切相关.拥有较厚沉积层的苏北盆地、合肥盆地及河淮盆地等显示为低速,而基岩广泛出露的鲁西隆起、大别-苏鲁造山带、扬子克拉通及华南褶皱系则呈现出大面积的高速异常.随着周期的递增（15 s、20 s）,群速度分布受地表地质构造的影响逐渐弱化.受地壳厚度和莫霍面附近的速度差异影响,大别和苏鲁地区在较长周期（25 s、30 s）群速度图上表现出相对较低的速度,这可能与这些地方Moho面埋藏较深有关.纵向剖面显示,苏鲁-大别造山带及其高压、超高压变质带不仅在浅地表具有基本相同的地形地貌和构造特征,地壳内也有着极为相似的Rayleigh波群速度分布特征.壳内群速度分布总体上表现为上凸下凹状,形状似一"哑铃".上地壳具有上凸下凹的形态、相比邻区具有较高的群速度值;中地壳低速;下地壳上凸下凹且埋藏较深,反映出具有陆陆碰撞造山的残留山根特征.苏鲁及大别两地自浅地表至上地幔具有相似的Rayleigh波群速度分布不仅为二者被左旋走滑的郯庐带平移错开提供了佐证资料,同时也为郯庐带的形成与演化提供了地震学依据.     

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...     

密集台阵背景噪声成像揭示郯庐断裂带潍坊段地壳浅层速度结构及变形特征

郯庐断裂带是中国东部最重要的一条走滑断裂带,历史上发生过多次破坏性大地震,而潍坊段（沂沭断裂带北部）有历史记录的地震较少,未来发生大地震的可能性尚不清楚.因此,研究潍坊段地壳浅层精细结构,将对该地区的地震危险性评估提供重要的参考模型,同时也将有助于深入了解郯庐断裂带潍坊段的动力学过程.我们利用302个短周期流动台站组成的密集台阵在2017年8—10月期间记录的垂向分量连续背景噪声数据,通过预处理、计算噪声互相关函数、手动提取频散曲线并进行质量控制,共得到17614条0.6~6 s周期的Rayleigh波相速度频散曲线.然后基于面波直接成像法反演了该区域地下0~7.5 km的三维各向同性和方位各向异性横波速度模型.研究结果显示,断裂带东边界条带状低速异常从近地表延续至地下4 km深度,表现出明显的高低速异常过渡的构造边界特征.地壳浅部的速度结构与地表构造单元一致性较好,其中凹陷区和隆起区分别显示低速和高速异常.0~4 km深度的快波方向主要为NNE向和NE向,且集中分布在低速异常区,可能与断裂带的左旋走滑有关.4~7.5 km深度,研究区出现大范围的NEE向和近EW向快波方向,可能与白垩世地壳NWW-SEE向伸展变形和现今华北地区最大主压应力场（NEE-SWW向和近EW向）的共同作用有关.潍坊凹陷处0~4 km呈现特殊的环绕凹陷边界的圆环状快波方向,可能与新生代岩浆活动形成的熔岩沿凹陷边界溢流和断裂带受EW向挤压作用而发生右行平移有关.     

郯庐断裂带中南段及邻区Pn波速度结构与各向异性

郯庐断裂带是一条纵贯我国大陆东部NNE走向的巨型深断裂,其中南段及邻区(115°E-122°E,29°N-38°N)跨越了华北断块区、扬子断块区和华南褶皱系三大一级构造单元,由于其重要性和复杂性,长期以来一直是地学家们研究的热点.本文从国际地震中心(ISC)、中国地震台网及区域地震台网的地震观测报告中精心挑选出6381个Pn震相数据,用Pn波时间项层析成像法反演得到了郯庐断裂带中南段及邻区上地幔顶部Pn波速度结构和各向异性.结果显示,研究区上地幔顶部具有显著的横向非均匀性,相对于7.95 km·s-1的平均速度而言,Pn波速度值在7.68~8.24 km·s-1范围内变化.Pn波速度分布在郯庐断裂带中段和南段具有分段性:沿中段及周边存在一NE向低速异常带,低速可能是由于岩石圈的减薄和软流圈的高温物质沿郯庐带上涌导致;沿南段表现为一NNE向弱高波速异常带,作为高低速的边界带清晰地勾勒出了华北与扬子这两个不同块体,该边界在江苏域向华北地块NW方向凹进.Pn波速度各向异性的强弱与速度分布存在一定的相关性.总体上,如鲁西隆起及以南等低速区、茅山断裂附近的高低速过渡带,其速度各向异性较为强烈;而在具有高速异常的苏北盆地、合肥盆地等稳定区域下方其各向异性较弱.本文通过Pn波震相基本未能探测到郯庐断裂带中段的方位各向异性,推测是上地幔顶部被"冻结"下来的各向异性痕迹被软流圈热物质上涌这一强烈构造运动削弱所导致.南段具有与断裂伸展方向近乎平行的快波速方向.Pn波速度横向变化和强震活动存在一定关联.强震主要发生在Pn波低速异常区或高低速过渡带上.郯城8.5级地震震中位于中段和南段高低速过渡带,该区域也是速度横向变化最大的地方,最容易集中应力和产生应力差.     

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.Moho埋深等值线分布图和研究区布格重力异常特征对应良好.⑷共转换点（Common Conversion Point,CCP）叠加法对Moho界面的刻画与H-κ叠加法求得的地壳厚度结果具有较好的一致性.CCP剖面表明郯庐断裂带不仅是扬子断块区和华北块体的分界断裂,更是一条切割Moho面、深抵上地幔的深大超壳断裂带,错距达4~7 km.⑸研究区内部分台站下方存在壳内分界面,仍能通过改变壳内速度后采用H-κ法获得其埋藏深度.

     

郯庐断裂带中南段的岩石圈精细结构

郯庐断裂带是中国东部规模最大的构造活动带,有着复杂的形成演化历史,对中国东部的区域构造、岩浆活动、矿产资源的形成和分布以及现代地震活动都有重要控制作用.2010年在郯庐断裂带中南段的江苏宿迁市附近,采用深地震反射探测方法对郯庐断裂带及其两侧地块的岩石圈结构进行了解剖.结果表明,该区莫霍面和岩石圈底界均向西倾,其中,地壳厚度约为31~36 km,岩石圈厚度约为75~86 km,且岩石圈厚度在郯庐断裂带下方出现突变.郯庐断裂带在剖面上表现为由多条主干断裂组成的花状构造,其内部发育有断陷盆地和挤压褶皱,具有伸展、挤压和走滑并存的构造形迹,暗示郯庐断裂带的形成和演化经历了多期复杂的构造活动.这一断裂带错断了近地表沉积层,向下切割莫霍面和岩石圈地幔,属岩石圈尺度的深大断裂构造系统.软流圈高温高压热物质沿断裂带的上涌、岩浆底侵或热侵蚀作用造成岩石圈出现拉张伸展和岩石圈减薄,并可能使岩石圈组构及其物质成分发生改变.本项研究结果不但可进一步加深对郯庐断裂带深、浅部结构的认识,而且还可为分析研究华北克拉通东部的深部过程和浅部构造响应提供资料约束.     

郯庐断裂带沈阳段地震精定位研究

作为中国东部的一条巨型走滑型断裂带,郯庐断裂带具有漫长的发育历史,对我国东部矿产资源分布、地质灾害的形成与发生具有重要的控制作用.作为辽宁地区主要区域性活动构造断裂,郯庐断裂沈阳段与周围其他构造体系相互作用,共同控制着该地区强震活动.2013年灯塔MS 5.1地震打破了辽宁地区长达13年的5级地震平静,标志着该区进入新...     

郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区上地幔顶部Pn波速度与各向异性

为着重探讨郯庐断裂带鲁苏皖段的分段特征及其深部结构特征,本研究搜集增加了研究区内近几年的Pn震相数据.经挑选后采用了由2163个地震和301个台站构成的9156条射线,重新反演构建了郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区上地幔顶部Pn波速度及方位各向异性分布.尔后,将速度反演结果与地形地貌、大地热流、强震活动及地壳厚度等进行了综合对比和分析;此外,还将Pn波各向异性与地震各向异性其他观测手段的结果展开了对比和讨论.反演结果的可靠性和分辨能力较前文有所提高,研究区上地幔顶部的非均匀性特征揭露得更为清楚,尤其是由Pn波速度揭露的郯庐断裂带分段特征与地质构造特征吻合得更佳.结果表明：（1）Pn波高、低速的分布与地形地貌呈负相关的关系,即山地隆起区呈低速分布,而平原地区表现为高速异常.（2）Pn波速度沿郯庐断裂带的分布具有明显的分段特征,本文的研究结果支持郯庐断裂带在研究范围内的上地幔顶部可细分为4个亚段.由上地幔顶部Pn波速度揭示的郯庐带分段特征与前人根据郯庐断裂带各段的地表地质构造特征给出的分段结果吻合,深、浅耦合的现象表明郯庐断裂带是一条贯穿地壳、深抵Moho面的幔源深大断裂带.（3）Pn波速度与大地热流呈负相关的关系.（4）Pn波速度的分布与强震的发生具有一定的关联性,强震大部分发生在Pn波高、低速过渡地带或者低速区域的地壳内.（5）在南黄海海域新发现一条NNE-SSW向展布的弱高波速异常带,该异常带被强震震中清晰地勾勒了出来,据此推测其下方存在一条切割Moho界面的幔源深大断裂.（6）Pn波各向异性的强弱与地质构造的活动性相关,活动性越强则各向异性强度越大.（7）由地震台站的时间延迟分布可以看出,研究区地壳厚度总体上自SE往NW逐渐增厚;最大厚度位于渤海湾盆地的北西部和西部.

     

K-Ar dating of extensional fault gouge from the Yi-Shu segment of the Tan-Lu fault zone

Two grabens were developed in the Yi-Shu segment of the Tan-Lu fault zone (TLFZ) during its exten-sional activities, and are now confined by four major NNE-trending normal faults and filled with Creta-ceous sediments. These faults were developed due to their reactivities, containing gouge and cutting the graben sediments. Detailed fieldwork demonstrates that the faults experienced sinistral transten-sional moment related to regional NE-SW extension during the reactivity. X-ray diffraction (XRD) analysis of ...     

秦岭—大别及邻区背景噪声的瑞利波层析成像

秦岭—大别造山带西起青藏高原东北缘,东至郯庐断裂带,是华北板块和扬子板块之间的碰撞造山带.本文收集陕、豫、皖、赣、湘、鄂、渝等区域地震台网的160个宽频带地震台站连续两年地震背景噪声数据,用双台站互相关算法获得瑞利面波经验格林函数,提取相速度频散曲线,并根据面波层析成像反演得到秦岭—大别及邻区周期8~35 s范围内相速度分布图像.结果显示,大别地块在14 s相速度分布图中呈现低速异常,与8 s相速度分布图中的高速异常形成鲜明对比,反映大别HP/UHP（high pressure/ultrahigh pressure metamorphic rocks,高压/超高压变质岩）的影响仅存在于上地壳.25 s相速度图中,大致以太行—武陵重力梯度带为界,东部以高速异常为主,西部以低速异常为主,反映了地壳东薄西厚的结构特征.14~35 s相速度分布图显示郯庐断裂带南段东西两侧的显著差异,佐证了郯庐断裂带发生大规模左行平移运动时,其南段可能切入壳幔边界.同时,郯庐断裂带南段可能存在一个热物质上涌的通道,熔融的热物质通过该通道上升,混入大别地区的中下地壳,造成了红安—大别造山带的差异隆升.南秦岭与四川盆地东北部表现为低速异常,是否与青藏高原物质东流或者南秦岭的拆沉有关,还有待于进一步深入研究.