鄂尔多斯块体北缘与西缘地区地壳各向异性特征

本研究使用内蒙古自治区数字测震台网2010年1月至2017年10月区域小地震的波形记录资料,采用SAM方法,进行了地壳剪切波分裂的分析,得到鄂尔多斯块体北缘与西缘地区地壳介质地震各向异性的初步研究结果.根据15个台站161个有效地震记录的分析,鄂尔多斯块体北缘与西缘地区的快剪切波平均偏振方向为NE44.4°±38.4°,慢剪切波平均时间延迟为1.7±1.6 ms·km^-1.研究区域的快剪切波偏振显示出两个优势方向,一个是NE方向,另一个是近NS方向.区内的逆冲凸起与走滑正倾断层构造对剪切波分裂产生了直接的影响,造成了剪切波分裂参数的复杂分布,反映了剪切波分裂参数受到区域应力和构造共同作用的影响.鄂尔多斯块体北缘的快波偏振特征有NE和近NS两个优势偏振方向,其东区与西区的快剪切波偏振表现出明显不同的特征.东区的第一快剪切波优势偏振方向为NE,第二快剪切波优势偏振方向为近NS;西区的第一快剪切波优势偏振方向为近EW,第二快剪切波优势偏振方向为近NS.鄂尔多斯块体北缘的区域背景主压应力方向可能总体上为近NS方向,但空间分布有差异,东区NE方向的优势偏振与西区近EW方向的优势偏振更可能反映了断裂与构造的影响.鄂尔多斯块体西缘的快剪切波偏振特征显示出非常清楚的NE向的优势偏振方向,近NS向的优势偏振方向则不太明显,反映出该地区复杂构造对各向异性分布的影响.慢波时间延迟呈现出西低东高的特点,时间延迟的高值出现在鄂尔多斯块体北缘的东部,时间延迟的这种西低东高的各向异性强度变化,可能反映了区域构造活动西强东弱的特性.

     

鄂尔多斯块体及周缘上地幔各向异性研究

对布设在鄂尔多斯块体及周缘的固定和流动宽频带地震台网共111个台站记录作远震SKS（SKKS）波形资料偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索和叠加分析求得每一个台站的SKS（SKKS）快波偏振方向和快、慢波的延迟时间,获得了鄂尔多斯块体及周缘上地幔各向异性图像.在鄂尔多斯块体西缘和北缘,各向异性的快波方向为NW-SE方向,一致性较好;在鄂尔多斯多斯块体南缘,快波方向主要是NWW-SEE和近EW方向;在鄂尔多斯块体东缘,快波方向总体表现为近EW方向,间有NEE-SWW方向和NWW-SEE方向.在鄂尔多斯块体内部,快波方向在北部是近NS方向,而南部则是近EW方向.快、慢波的时间延迟范围是0.48～1.50s,鄂尔多斯块体内部的时间延迟平均值小于其周缘地区.通过分析研究区各向异性特征,认为构造稳定的鄂尔多斯块体内部的各向异性主要来自于古老的华北克拉通保存的＂化石＂各向异性;青藏高原东北缘向NE方向的推挤,造成岩石圈NW-SE方向的拉张伸展,鄂尔多斯块体西缘和北缘下的上地幔物质沿NW-SE方向发生了形变,使得上地幔中橄榄岩的晶格排列方向平行于物质形变的方向;在鄂尔多斯块体南缘,刚性的华北块体和扬子块体碰撞作用,使得各向异性快波方向平行于两个刚性块体的碰撞边界和秦岭造山带的走向.结合该区域绝对板块运动和速度结构研究,认为在秦岭造山带下可能存在一个青藏高原物质东流的地幔流通道;在鄂尔多斯块体东缘的汾河地堑和太行山,相对复杂的各向异性特征可能由于西太平板块俯冲、区域伸展构造、造山运动等共同作用引起的.对于YCI台得到的各向异性参数（快波方向变化范围是45°～106°,时间延迟变化范围是0.6～1.5s）随事件反方位角呈现出π/2周期的变化,符合双层各向异性模型.基于0.125Hz的主频和实测的各向异性参数,我们模拟得到了最佳的双层各向异性模型,下层φlower=132°,δtlower=0.8s,上层φupper=83°,δtupper=0.5s.上层各向异性归功于古老克拉通保留的＂化石＂各向异性,下层各向异性则受到了青藏高原东北缘NE方向推挤导致的岩石圈NW-SE方向的拉张伸展作用.通过该区域各向异性快波方向与全球定位系统（GPS）的观测结果的对比分析,鄂尔多斯块体的周缘壳幔变形符合垂直连贯变形模式,而其内部变形复杂,有待进一步研究.     

鄂尔多斯块体西侧地壳各向异性初步研究

利用宁夏区域台网记录的2009年1月至2014年9月的近场小震波形资料, 使用剪切波分裂系统分析方法SAM方法, 对位于青藏高原东北缘的鄂尔多斯块体西侧进行了地壳各向异性研究, 共得到7个台站记录到的19条有效数据。 研究发现, 受复杂的局部构造、 应力场及断裂分布的影响, 研究区地壳各向异性在空间分布上呈现出分区性特点。 受区域构造应力场的控制, 台站的快剪切波偏振方向与区域构造应力的主压应力方向基本一致。 在构造上, 大致以中部的三关口—牛首山NNW向断裂为界, 可以分为南北两部分。 本研究显示, 以快剪切波偏振方向空间分布特征为划分依据, 大致以37°N为界划分南北部, 北部区域的快剪切波偏振方向为近N-S向, 与按构造划分的青藏高原东北缘—鄂尔多斯块体西侧北部区域主压应力场一致; 南部区域的快剪切波偏振方向为近E-W向, 同样与按构造划分的区域主压应力场一致。     

青藏高原东南缘三江地区上地壳各向异性初步研究

三江地区位于青藏高原东南缘,川滇菱形块体的西侧.受陆-陆板块碰撞作用的影响,构造活动强烈,地震活动频繁.为研究该区的应力环境、构造特征及二者间的关系,本文使用三江流动线性地震台阵SL-Array（2016-12—2017-05）和国家固定地震台网（2015-01—2017-12）记录到的地震波形资料,运用剪切波分裂分析技术研究三江地区上地壳各向异性研究.计算得到该区域快剪切波优势偏振方向为NNW向,与区域主压应力方向一致.结果显示各向异性特征有分区性,以维西—乔后断裂和小金河—丽江断裂为界,将线性台阵划分为A、B和C三个区域.A区快波优势偏振方向表现出与区域主压应力方向的一致性.B区局部构造复杂,快波优势偏振方向表现为近NS向.C区结果比较离散,无明显快波优势方向.自西向东,研究区域快波优势偏振方向表现为NNW至近NS向的变化趋势.计算得到研究区域慢剪切波时间延迟为2.8±1.7 ms·km^-1,其中B区最大,A区最小,反映了该区地壳介质各向异性强度的不均匀分布,也揭示了区域构造复杂程度与地震各向异性强度的关系.

     

川西地区瑞雷波方位各向异性

本文使用川西密集地震台阵记录的面波资料,利用程函方程面波成像方法获得了周期为14—60 s的瑞雷波相速度及方位各向异性分布。结果显示:川滇菱形地块的川西北地块内部的低速异常明显,其下地壳各向异性快波方向以NS向为主,松潘—甘孜地块内部的低速异常稍弱,下地壳各向异性快波方向以NW?SESE向为主,表明川西北地块可能存在下地壳通道流,松潘—甘孜地块内部存在的通道流相对较弱;龙门山断裂带和丽江—小金河断裂两侧的速度结构和方位各向异性均有明显差异,可推测青藏高原内部的地壳流在东部和南部分别受高速、高强度的四川盆地和滇中地块阻挡,沿高原边界带发生了侧向流动;周期大于25 s的面波方位各向异性方向为NW?SE;与SKS分裂优势方向相近,说明四川盆地的剪切波各向异性可能主要源于上地幔;而龙门山断裂带附近壳幔各向异性较为复杂,面波方位各向异性与SKS分裂的NW?SE向弱各向异性存在差异,表明该处的剪切波各向异性可能来自地幔更深处,有待进一步研究。      

青藏高原北部异常SKS分裂成因的初步探讨--被熔体强化的岩石圈各向异性

当人们试图解释青藏高原异常的剪切波分裂成因时,以下的问题让人们感到困惑:(1)为什么异常大的SKS分裂延时(1.91-2.4s)出现在青藏高原北部Sn波缺失区;(2)为什么分裂延时突变(1.47s和1.09s)出现在Sn波缺失区的边缘;(3)为什么快波极化方向(FPD)与地表大规模的构造走向之间存在约20°-30°的偏差. 本文在综合分析流变学实验和岩石物理学实验研究成果、青藏高原地质和地球物理资料的基础上,提出青藏高原北部地震波各向异性受岩石圈地幔主要矿物的晶格优选方位(LPO)和熔体的定向分布(MPO)的双重控制,并模拟计算了MPO对青藏高原北部岩石圈地幔各向异性强度的贡献. 研究结果表明,由MPO强化的青藏高原北部岩石圈地幔各向异性强度可达10髎,相应的各向异性层厚度平均为94km. 该结果为研究区SKS分裂的成因解释以及造山带深部地质过程的研究提供了新的约束条件.     

青藏高原北部异常SKS分裂成因的初步探讨——被熔体强化的岩石圈各向异性

当人们试图解释青藏高原异常的剪切波分裂成因时,以下的问题让人们感到困惑:(1)为什么异常大的SKS分裂延时(1.91-2.4s)出现在青藏高原北部Sn波缺失区;(2)为什么分裂延时突变(1.47s和1.09s)出现在Sn波缺失区的边缘;(3)为什么快波极化方向(FPD)与地表大规模的构造走向之间存在约20°-30°的偏差. 本文在综合分析流变学实验和岩石物理学实验研究成果、青藏高原地质和地球物理资料的基础上,提出青藏高原北部地震波各向异性受岩石圈地幔主要矿物的晶格优选方位(LPO)和熔体的定向分布(MPO)的双重控制,并模拟计算了MPO对青藏高原北部岩石圈地幔各向异性强度的贡献. 研究结果表明,由MPO强化的青藏高原北部岩石圈地幔各向异性强度可达10髎,相应的各向异性层厚度平均为94km. 该结果为研究区SKS分裂的成因解释以及造山带深部地质过程的研究提供了新的约束条件.     

通过SKS分裂分析非洲中东部 地区地震各向异性

利用非洲台阵(Africa Array)最新的地震记录,通过测量远震SKS震相的分裂参数,详细分析了非洲中东部地区地球介质各向异性可能的成因,包括随应力场变化定向排布的裂隙和岩浆透镜体,以及橄榄石晶格的定向排布等. 结果表明,现今上地幔流动导致的橄榄石晶格定向排布是其各向异性的主要成因,该结果与250 km深度的地幔流动模型一致. 对于少数台站出现的异常结果,则尝试用D″各向异性和双层各向异性模型来解释,并在此基础上讨论了D″各向异性的研究意义.      

蒙古中部地区SKS分裂研究的初步结果

为了进行蒙古中部地区的深部构造观测与模型研究, 中国地震局地球物理研究所和蒙古科学院天文与地球物理研究中心合作, 在该地区架设了60台宽频带流动地震台. 这些台站分布在被额尔齐斯—中蒙古—额尔古纳断裂隔断的加里东、 海西两个构造域. 本文选取了2011年8月—2012年7月部分台站记录的震中距在85°—135°且M_W≥5.0的远震事件, 通过SplitLab软件来进行SKS分析. 使用最小能量法、 旋转相关法和最小特征值法进行处理, 取得了蒙古中部地区各向异性的初步结果. 结果显示： 快慢波延时在0.8—2.0 s之间. 西北部区域靠近杭爱山脉与肯特山脉的区域构造走向均为ENE--WSW方向, 而快波方向大多为N40°W, 与区域构造走向近似垂直.根据HS3-NUVEL-1A板块模型计算的该地区板块绝对运动方向与快波偏振方向呈顺时针约15°夹角. 然而, 有个别台站表现出了两种模式的快波分裂, 其中一种与当地ENE--WSW向的断裂方向近似一致.     

大理岩的波速各向异性测量

利用 GC- 1 0 0型工程多波参数分析仪 ,对山东莱州大理岩进行了波速各向异性的实验室观测。实验采用两组岩样 ,一组为带有先天的优势定向排列裂缝的岩样 ,另一组为带有优势层理走向的完整岩石。在未加载的状态下 ,发现两组岩样都有明显的波速方位各向异性。对于带有先天的优势定向排列裂缝的岩样 ,甚至可以在无加载状态下观测到剪切波的分裂现象     

Azimuthal anisotropy in lithosphere on the Chinese mainland from observations of SKS at CDSN

Ａｚｉｍｕｔｈａｌ　ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ　ｉｎ　ｌｉｔｈｏｓｐｈｅｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｍａｉｎｌａｎｄ　ｆｒｏｍ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＳＫＳ　ａｔ　ＣＤＳＮ（郑斯华）（高原）Ａｚｉｍｕｔｈａｌａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｉｎｌｉｔ...     

首都圈地区SKS波分裂研究

通过分析首都圈数字地震台网的49个宽频带和甚宽带台站的远震SKS波形资料,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法,求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,获得了首都圈地区上地幔各向异性图象.首都圈地区的各向异性快波方向基本上呈WNW-ESE方向,快、慢波时间延迟为0.56-1.56 s.研究表明,首都圈地区上地幔存在明显的各向异性,引起各向异性的主要原因是研究区受太平洋板块俯冲作用下软流圈物质变形,使得上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿物质流动方向.另外,中国大陆受印度板块与欧亚板块的强烈碰撞,大陆西部地壳增厚隆起,同时造成物质东向挤出,使得首都圈地区上地幔物质沿快波方向变形.通过研究区各向异性快波方向和伸展运动方向与GPS测量得到的速度场对比分析,首都圈地区壳幔变形可能具有垂直连贯变形特征.     

Seismic anisotropy beneath the Chinese Mainland: Constraints from shear wave splitting analyses

We use earthquakes recorded by the China National Seismic Network from 2015 to 2019 and measure shear wave splitting parameters of SKS to study the anisotropic characteristics beneath the mainland of China. In general, the fast directions change from nearly E-W in western China (northwest China and Qinghai-Tibetan Plateau) to nearly N–S in central China (Ordos and Sichuan-Yunnan), and then turn to approximately E-W in eastern China (North and South China). The delay times of slow wave in eastern China are about 1.0–1.7 ​s, larger than those in central and western China (about 0.6–1.0 ​s). In addition, the fast directions in eastern China are highly consistent with the plate motion direction and horizontal GPS velocities with respect to Eurasia, indicating that the observed anisotropy is mainly from the asthenosphere which is strongly coupled to the overlying lithosphere. However, the fast directions in western China are mostly in accord with the strike of the surface structures (such as faults), possibly due to the directional arrangement of crystal lattices caused by shear deformation under tectonic activities.     

Regional fabric of the deep lithosphere in central Europe from seismic anisotropy

Summary The large scale anisotropic structures with plunging symmetry axes in the subcrustal lithosphere of central Europe were derived from independent observations of teleseismic P-residual spheres and polarizations of the split SKS waves. The dipping structures are interpreted as remnants of palaeo-subduction systems which retain olivine orientations from ancient oceanic lithosphere. Values of k_P and k_S estimated from observed teleseismic P and SKS data are within the range of anisotropies found for the upper mantle rocks. The Variscides of central Europe may thus be characterized by two palaeo-subduction systems, with symmetry axes divergent relative to the suture between the Moldanubicum and Saxothuringicum.     

SKS波对地壳裂隙各向异性的响应——理论地震图研究

穿透含裂隙、裂缝地壳8 s视周期的SV波的理论地震图研究表明,当地壳平均裂隙密度高于0.01即横波各向异性高于1%时,非对称面内不同方位的SKS波均发生分裂;地震图中直接的记录显示是切向T分量上出现SKS波的振动,其振幅随地壳平均裂隙密度的增大而增强,甚至能与径向R分量上的振幅相当.局限于上地壳的强裂缝各向异性同样能引起SKS分裂.长周期SKS波分裂对地壳内裂隙、裂缝的分布缺乏分辨率.直立平行排列裂隙、裂缝使得SKS分裂T分量记录特征具有方位对称性,这来自于HTI介质中快、慢波偏振和到时差随方位变化的对称性;而倾斜裂隙、裂缝使得该方位对称性丧失.对实际观测SKS分裂的偏振解释需要考虑地壳裂隙各向异性,特别是断裂附近的强裂缝各向异性.     

中国大陆及邻区SKS波分裂研究

SKS波分裂测量是研究大陆地幔的形变特征、探索大陆动力学和演化过程的重要工具. 本文对中国大陆及邻区地震台站的SKS波分裂现象进行了研究. 选用中国数字化宽频带地震台网(CB台网)和美国IRIS数据中心提供的三分量宽频带数字化地震资料，使用SC(Silver and Chan,1991)方法，得到了中国大陆及周边地区80多个台站下方上地幔各向异性参数，即快波偏振方向φ和快慢波到时差δt. 快波偏振方位在相同地块有一定的优势排列方向，大多数台站快波偏振方向都能与过去或现今大规模的构造运动得到很好的符合. 整个研究区域所得到的分裂延迟时间在0.4～2.4s之间，平均为1.2s. 根据SKS波测量得到的分裂参数，分析了该研究区域各向异性介质的特性，从而探索与岩石弹性各向异性相关的地球内部动力学过程.     

山东地区上地幔各向异性研究

通过分析山东地区数字地震台网37个宽频带地震台站的远震SKS波形资料,使用最小能量法和旋转相关法求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波时间延迟,获得了山东地区上地幔各向异性图像.该研究区的各向异性快波方向基本呈WNW-ESE方向,快、慢波时间延迟为0.73-1.71 s.研究表明,山东地区上地幔存在明显的各向异性...     

湖北地区上地幔各向异性及其动力学意义

SKS波分裂测量是研究大陆地幔的形变特征、探索大陆动力学和演化过程的重要工具.本文选用湖北数字地震台网(HB台网)和中国数字化宽频带地震台网(CB台网)提供的三分量宽频带数字化地震资料,使用旋转相关法和切向能量最小法,计算得到了湖北地区23个地震台站下方上地幔各向异性参数.结果表明,快波偏振方向较为复杂:大别造山带内,呈平行于大别造山带构造走向的NWW向,且与绝对板块运动方向基本一致,反映印支—燕山期扬子板块与华北板块南北向挤压碰撞造山的过程,而地幔流动则是造成这种南北挤压的力源.扬子板块内NWW向虽与绝对板块运动趋势一致,但比较离散,受地幔对流影响不明显,而NE向各向异性主要与燕山后期之后应力场的转变有关.分析认为,该地区的上地幔各向异性为地幔流动和固结在岩石圈中的"化石各向异性"共同作用的结果.根据上地幔各向异性方向与主要构造带的走向平行,可以作为地壳变形与上地幔连贯变形的证据.整个研究区域得到的分裂延迟时间在0.5~1.35 s之间,厚度在58~155 km之间.     

青藏高原东南缘基于背景噪声的Rayleigh面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘地区是现今地壳形变和地震活动最强烈的地区之一,也是研究青藏高原现今变形机制和构造演化规律的重要区域.本研究使用云南区域地震台网的55个宽频带地震台站连续地震背景噪声数据,采用双台站互相关方法获得Rayleigh(瑞利)面波经验格林函数,提取相速度频散曲线,反演得到云南地区周期5~34s范围内方位各向异性分布图像.反演结果揭示:短周期(5~12s)Rayleigh面波快波优势方向与区域断裂走向有很好的一致性,快波方向随着断裂走向的变化而变化.周期16~26s快波优势方向与反映上地壳特性的5~12s图像总体图像相似,但细节略有不同.其中,滇中块体内易门断裂和滇中块体内东侧的普渡河断裂附近,各向异性快波方向从NS向NW方向旋转;易门断裂以西呈NW向.这反映了青藏高原物质东流和川滇块体受到青藏块体的南东向挤压作用.周期30~34s范围的各向异性,滇缅泰块体和印支块体,快波优势方向为NS和NNW向;而在滇中块体内部,各向异性快波方向呈顺时针旋转变化,可能与青藏高原物质向东逃逸有关.本文还开展了与体波各向异性的对比分析,通过与近震S波分裂、Pms转换波分裂和远震SKS、PKS和SKKS(以后简称为XKS)分裂的对比研究,发现随着周期的增大,得到的快波优势方向与XKS剪切波快波偏振方向趋向一致,与地壳快剪切波偏振方向呈一定夹角.本研究认为,青藏高原东南缘地区壳幔各向异性具有不同的特征和形成机制.