根据接收函数反演得到的首都圈地壳上地幔三维S波速度结构

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33个宽频带台站的远震数据,采用接收函数非线性反演方法得到其中72个宽频带台站下方60 km深度范围内的S波速度结构.根据得到的各台站下方地壳上地幔的S波速度结构,并综合刘启元等（1997）用接收函数非线性反演方法得到的延怀盆地15个宽频带流动台站下方的地壳上地幔S波速度结构模型,给出了39°N～41°N,114°E~119.5°E区域内沿不同走向、不同深度S波速度分布.由于综合了利用首都圈数字地震台网的宽频带台站以及流动地震台阵的观测数据,本文给出了较前人同类研究空间分辨率更好的结果.结果表明: (1)研究区的速度结构,特别是怀来以东的速度结构十分复杂.在10~20 km深度范围内,研究区地壳具有高速和低速异常块体的交错结构.研究区中上地壳速度结构主要被与张渤地震带大体重合的NW向高速条带和穿越唐山大震区的NE向高速条带所控制,而其中下地壳的速度结构主要为延怀—三河—唐山地区上地幔隆起所控制.(2)研究区内存在若干壳内S波低速体,它们主要分布在唐山,三河及延怀盆地等地区.在这些地区,壳内低速体伴随着壳幔界面的隆起和上地幔顶部速度结构的横向变化.(3)地表断层分布与地壳速度结构分区有较好的相关性,表明断层对不同块体有明显的控制作用.其中,宝坻断裂,香河断裂和唐山断裂均为超壳断裂.(4)首都圈内大地震的分布与壳内低速体及上地幔顶部的速度结构有密切关系.对于唐山大地震的成因,仅考虑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热效应.     

利用宽频带远震体波波形研究青藏高原地壳上地幔速度结构的初步结果

利用根据中美合作研究青藏高原深部结构计划布设在青藏高原上的11个宽频带数字地震仪记录到的远震体波数据,采用接收函数(receiver function)反演的方法,对各台站下面地壳上地幔地震波速度结构进行了研究。台站接收函数是通过将三分向地震记录的两个水平分量旋转合成得到径向分量,然后在频率域除以垂直分量并变换回到时间域得到的,它仅与台站下面介质结构有关,而基本上与震源函数和传播路径无关。为压制噪声干扰,对来自同一方向上一定震中距范围内的远震记录得到的接收函数进行了叠加。采用分层弹性介质中弹性波传播矩阵理论,我们可以计算得到分层介质的理论接收函数以及它对各层弹性参数的偏导数,从而利用迭代线性反演可从观测接收函数得到台站下面的一维速度结构。本文给出了其中3个台,即温泉台、格尔木台和日喀则台的初步结果,它们分别位于高原的中部、北部和南部。从各台的接收函数中都可看到清晰的 Moho 面上的 P-S 转换波震相,其相对直达 P 波的走时延迟分别为:温泉台7.9s(东北方向结果),8.3s(东南方向结果);格尔木台8.2s;日喀则台9.0s,如此大的延迟表明高原地壳的巨厚.      

利用SV分量接收函数反演地壳横波速度结构

详细讨论了远震体波SV分量接收函数的特点及其在反演地壳S波速度结构中的优势．与径向接收函数类似,SV分量接收函数可通过对远震体波的SV分量直接反褶积P分量获得．研究分析表明：与径向接收函数相比,SV分量接收函数的振幅随震中距的变化更加稳定,波形简单且突出了对结构最敏感的PS转换波信息．理论数值实验显示：在反演地壳S波速度结构时,SV分量接收函数比径向接收函数具有更好的收敛性．作为实例,利用SV分量接收函数反演方法反演了海拉尔台下的S波速度结构．     

利用接收函数研究青藏高原东南缘的地壳上地幔结构

本文使用位于青藏高原东南缘的25个地震台站的远震数据,采用P波和S波接收函数的方法研究了台站下方的Moho深度、泊松比以及地幔过渡带的厚度.计算结果表明：① 青藏高原东南缘的地壳厚度由松潘—甘孜地体和羌塘地体的约60 km,向邻区的印支地体以及扬子板块分别减薄为约38 km和约42 km; ② 羌塘地体的泊松比主要集中范围为0.25～0.28,地壳物质组分主要为中基性岩石,推测与下地壳镁铁质成分的增加有关.松潘—甘孜块体、印支块体和扬子板块的泊松比为0.25～0.26,主要为中酸性岩石组分.缺乏高的泊松比(≥0.30)分布表明青藏高原东南缘的地壳不存在广泛的部分熔融,但是不排除局部部分熔融的存在;③ 青藏高原东南缘的羌塘地体内存在一个比较明显的、异常变化范围为10～26 km的地幔过渡带增厚区域,其对应着地幔过渡带内100℃～260℃的温度降低,可以推断与此异常区域的地幔过渡带内存在俯冲的板块有关.     

利用远震接收函数探测四川盆地及周边地区的地壳结构

青藏高原东南缘的龙门山断裂两侧具有陡峭的地形特征,在约50~100 km的水平距离内,地形高程从2000 m增加到4000 m,该区强烈的壳幔变形特征及地球动力学模式一直是研究的热点问题.本文从四川地区49个固定台站记录的远震资料提取了P波接收函数,获得了四川盆地及周边的地壳厚度和泊松比,并以此构建反演的初始模型.在线性反演的基础上,引入了分别拟合低频和高频接收函数的两步反演技术,用以反演台站下方的地壳S波速度结构.数字试验表明,该方法可以有效抑制接收函数反演的不唯一性,为了得到最优解,最后用Bootstrap重采样技术估计解的不确定性.结果表明,四川盆地的地壳厚度在40~46 km,松潘-甘孜块体北部的地壳厚度为46~52 km,而南部增厚到50~60 km.从四川盆地向西跨过龙门山断裂,地壳厚度增加了10~15 km.在四川盆地及周边地区,地壳泊松比在0.26~0.32之间,呈块体分布特征,高泊松比（0.28~0.32）主要沿龙门山断裂以及安宁河-小江断裂分布.地壳S波速度结构表明,来自青藏高原中部的中下地壳低速层可能受到了坚硬的四川盆地阻挡,改变原来的运动方向并沿龙门山断裂展布,由于低速层的囤积导致该区地形陡峭和下地壳增厚.

     

江苏及邻区地壳上地幔结构研究

江苏及邻区在大地构造位置上跨越中朝断块区、扬子断块区和昆祁秦断褶系三大一级构造单元。研究区内有切割岩石圈级的深大断裂郯庐断裂,有大别-苏鲁超高压变质带,地质构造非常复杂。     

用宽频带远震接收函数研究青藏高原的地壳结构

为研究青藏高原的岩石层构造及其动力学过程,根据记录到的来自台站东北方向的大量宽频带远震林波波形资料,应用时间域的最大熵谱反褶积算法,得到了11个（全部）PASSCAL（地壳与岩石层的地震台阵研究计划）台站的接收函数．利用时间域广义线性反演的Jumping（跳动）算法,引入模型光滑度约束,并将合成地震图的Kennett完全算法及微分地震图的Randall快速算法用于接收函数的正演计算,由台站接收函数获得了各台站下方的一维S波速度分布．反演结果表明,青藏高原的Moho界面在班公—怒江缝合带附近存在明显的深度错断;在日喀则、拉萨、桑雄和安多等地的地壳内部,可以连续观测到三个显著的速度界面h1,h2和h3,其中h1和h2可以连续追踪到温泉、二道沟和不冻泉等地,而h3在班公—怒江缝合带以北消失;在日喀则、拉萨、桑雄、安多、二道沟和不冻泉等地有壳内低速层．关于班公—怒江缝合带附近Moho界面的错断现象,一个可能的解释是班公—怒江缝合带是印度地壳向欧亚下地壳挤入的前沿．     

用宽频带远震接收函数研究青藏高原的地壳结构

为研究青藏高原的岩石层构造及其动力学过程,根据记录到的来自台站东北方向的大量宽频带远震林波波形资料,应用时间域的最大熵谱反褶积算法,得到了11个（全部）PASSCAL（地壳与岩石层的地震台阵研究计划）台站的接收函数．利用时间域广义线性反演的Jumping（跳动）算法,引入模型光滑度约束,并将合成地震图的Kennett完全算法及微分地震图的Randall快速算法用于接收函数的正演计算,由台站接收函数获得了各台站下方的一维S波速度分布．反演结果表明,青藏高原的Moho界面在班公-怒江缝合带附近存在明显的深度错断;在日喀则、拉萨、桑雄和安多等地的地壳内部,可以连续观测到三个显著的速度界面h1,h2和h3,其中h1和h2可以连续追踪到温泉、二道沟和不冻泉等地,而h3在班公-怒江缝合带以北消失;在日喀则、拉萨、桑雄、安多、二道沟和不冻泉等地有壳内低速层．关于班公-怒江缝合带附近Moho界面的错断现象,一个可能的解释是班公-怒江缝合带是印度地壳向欧亚下地壳挤入的前沿．     

汶川Ms8．0地震：地壳上地幔S波速度结构的初步研究

2008年5月12日我国四川省汶川地区发生了震惊世界的Ms8.0地震.历史上,同类地震在大陆内部极为罕见.该地震深部构造背景的研究对理解其成因极为重要.本文利用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布设的大规模密集流动宽频带地震台阵记录的远震P波波形数据和接收函数非线性反演方法,得到了沿北纬31°线的19个台站下方120 km深度范围内的S泼速度结构及台站下方地壳的平均泊松比.该观测剖面穿越了主震区,总长度约为420 km.我们的结果揭示了川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地三个不同地块构造差异.上述三个地块的地壳结构特征口J以概括为:(1)四川盆地前陆壳幔界面向西侧倾斜井有较为明显的横向变肜,地壳厚度存在46～52 km的横向变化,中下地壳S波速度存在横向变化,地壳平均泊松比值较高(0.28～0.31),但在龙门山断裂带附近,显示了坚硬地壳的特征,地壳平均泊松比仪为0.2;(2)松潘-甘孜地块地壳厚度由西侧靠近鲜水河断裂的60 km,向东减薄为52 km,在14～50 km深度范围内存在S波速度2.75～3.15 km/s的楔状低速区,其厚度由西侧的～30 km向东逐渐减薄为～15 km,相应区域的地壳平均泊松比高达0.29～0.31;(3)鲜水河断裂西侧,川滇地块地壳结构相对简单,地壳厚度为58 km,并在26 km深度存在约10 km厚度的高速层,地壳内平均泊松比约为0.25;(4)汶川大震区在12～23 km深度上具有近乎4.0 km/s的S波高速结构,而其下方的地壳为低速结构,地壳平均泊松比0.31～0.32,汶川大震的余震序列主要分布在高速介质区域内.本文的结果表明松潘-甘孜地块的地壳相对软弱;而且并不仔在四川盆地向西侧的俯冲,我们认为在青藏高原东向挤压的长期作用下,四川盆地强硬地壳的阻挡作用可导致松潘-甘孜地块内部蓄积很大的应变能量以及上、下地壳存壳内低速层顶部边界的解耦,在龙门山断裂带附近形成上地壳的铲形逆冲推覆.汶川大地震及其邻近区域所具有的坚硬上地壳和四川盆地的阻挡作用为低应变率下的高慢度应力积累创造了必要条件,而松潘-甘孜地块长期变形积累的高应变能构成了孕育汶川大地震的动力来源.     

用远震接收函数研究滇西地区的深部结构

滇西地区地处欧亚板块碰撞或俯冲的边界地带,曾受到多期构造运动的影响,其地质环境和构造背景十分复杂,是我国地震活动比较活跃的地区之一. 本文选用国家、地方和流动数字台网的16个台站的远震记录. 其中PASSCAL甚宽频带流动地震台站4个,提取有效接收函数近2 000条. 两条测线的直线距离分别为650 km和450 km, 横切了滇西地区的一些主要构造单元. 研究表明,怒江断裂可能是一条具有俯冲性质的缝合线. 川滇菱形块体东西两侧的分界线¾红河断裂和小江断裂可能是直立的缝合线或碰撞带. 攀西构造带仍具有大陆裂谷的特征,即地表凹陷、上地幔隆起. 滇西地区的构造格局具有一定的规律性,造山带与缝合线相间分布. 滇西地区由北向南地壳厚度渐次减薄,S波速度整体偏低.     

青藏高原东北缘地壳S波速度结构及其动力学含义--远震接收函数提供的证据

利用青海和甘肃地震台网2007-2009年记录的远震波形资料,提取多频段P波接收函数,反演得到了青藏高原东北缘及相邻地块下方0~100 km深度的地壳和上地幔S波速度结构.结果表明:(1)青藏高原东北缘的上、下地壳之间普遍存在一个S波速度低速层,其深度由南端的约35 km 向北变浅约为20 km,推测该低速层为一壳内滑脱层,表明东北缘地区的上地壳变形与下地壳解耦,从滑脱层的深度分布可以认为青藏高原东北缘的地壳缩短自南向北进行,现阶段以上地壳增厚为主;(2)昆仑-西秦岭造山带的下地壳厚度较北侧的祁连地块薄,一种推测是西秦岭造山带的下地壳抗变形能力更强,也可能这种差异在块体拼合前已经存在;(3)青藏高原东北缘及鄂尔多斯和阿拉善地块的下地壳S波速度随深度的增加而增加,这种正梯度增加的S波速度结构反映较高黏滞性的下地壳,推测青藏高原东北缘的地壳结构不利于下地壳流的发育.     

利用接收函数反演青藏高原西部地壳S波速度结构

相对于宽阔的腹地,青藏高原西部南北向宽度仅约600 km,却记录了印度和欧亚板块汇聚的深部过程及其响应.本文用22台宽频带流动地震台站在西缘构建了一条南北向探测剖面(~80°E,TW-80试验).利用接收函数反演剖面下方S波速度结构,综合西部已有的宽频带探测结果,分析认为:印度板块向北俯冲可能已到达班公湖-怒江缝合带附近,俯冲过程中下地壳发生榴辉岩化;喀拉昆仑断裂带、班公湖-怒江缝合带、阿尔金断裂带均为切穿地壳的深断裂,莫霍面发生错断;喀拉昆仑断裂带和龙木错断裂带之间的中上地壳没有发现连续的S波低速体,说明可能缺乏解耦层,支持青藏高原西部地壳为整体缩短增厚模式.     

利用接收函数研究兴蒙造山带阿巴嘎地区的地壳结构

本文利用内蒙阿巴嘎地区布设的38个宽频带地震台站记录到的远震数据,采用P波接收函数共转换点叠加方法（CCP）揭示台站下方Moho面起伏形态,并利用H-κ方法进一步得到地壳厚度和壳内平均波速比值.结果显示,研究区地壳厚度为35~44 km,均值约为40 km,西南部的鄂尔多斯盆地边缘地壳较厚,东北部的阿巴嘎火山群地区地壳显著变薄.研究区地壳平均波速比值在1.70~1.87之间,均值为1.76,其中阿巴嘎火山地区波速比值明显偏高.CCP叠加结果显示研究区Moho界面较平缓,但在缝合带附近存在明显的变化.我们推测,新生代阿巴嘎火山地区薄的地壳和高波速比值可能是由于火山活动底侵作用引起上地幔铁镁质物质侵入下地壳所致.     

利用远震接收函数反演重庆地震台下方的速度结构

选取重庆地震台2010年至2012年记录的60个远震宽频带数字地震记录,采用频率域反褶积法获得台站的接收函数,采用H-Kappa叠加方法反演台站下方的地壳厚度和泊松比,作为台站下方波速反演的约束条件,以减少反演的非唯一性.计算结果显示,重庆地震台下方地壳厚度为42 km,与中国大陆中西部地区Moho面深度在38-45 km保持一致.该研究对增强该区的深部地质构造特征、分析孕震机制等具有积极意义.     

The crust and upper mantle discontinuity structure beneath Alaska inferred from receiver functions

In this study, three receiver function stacking methods are used to study the detailed crust and upper mantle structure beneath south-central Alaska. We used teleseismic waveform data recorded by 36 stations in the Broadband Experiment Across the Alaska Range (BEAAR) and 4 permanent stations in Alaska. H − κ stacking method using P-to-S converted wave and its multiply reflected waves between the Earth's surface and the Moho discontinuity is adopted to estimate the crustal thickness (H) and average crustal V_P/V_S ratio (κ) in this region. The receiver function results for 24 stations show that the crustal thickness under Alaska ranges from 26.0 to 42.6 km with an average value of 33.8 km, and the V_P/V_S ratio varies from 1.66 to 1.94 with an average value of 1.81 which corresponds to an average Poisson's ratio of 0.277 with a range from 0.216 to 0.320. High Poisson's ratios under some stations are possibly caused by partial melting in the crust and the uppermost mantle. Common converted point (CCP) stacking results of receiver functions along three lines show clear Moho and slab images under this subduction zone. The depths of the slab from our CCP stacking images are consistent with those estimated from the Wadati–Benioff Zone (WBZ). In the area between two stations DH2 (147.8°W, 63.3°N) and DH3 (147.1°W, 63.0°N), a Moho depth offset of about 10 km is found by both the H − κ and CCP stacking techniques. Common depth point (CDP) stacking of receiver functions shows not only the 410-, 520- and 660-km discontinuities, but also significant variations (−30 to 15 km) in the transition zone thickness under the southwest and southeast parts of the study region. The transition zone becomes thinner by 20–30 km, indicating that the temperature there is 150–200 K higher than that of the normal mantle.     

远震P波接收函数揭示的张家口(怀来)-中蒙边境(巴音温多尔)剖面地壳厚度与泊松比

本文使用时间域迭代反褶积算法,从张家口(怀来)-巴音温多尔一线布设的41个宽频地震台站、1年期间记录的连续三分量数据中提取到高质量的P波接收函数1844个.用H-κ扫描方法获得了测线下方Moho深度与波速比值(VP/VS)进而计算出泊松比,用共转换点(CCP)叠加方法获得了沿测线Moho面起伏图像.结果显示:(1)测线下方Moho深度平均40 km,仅各块体边界处出现Moho深度小尺度急剧变化.整体上,Moho面产状相对于索伦缝合带大致对称,在缝合带南侧的温都尔庙带和白乃庙带下方呈南倾趋势,在缝合带北侧的宝力道带、贺根山杂岩带下方呈北倾趋势.(2)华北克拉通北缘泊松比总体较高,兴蒙造山带整体较低;各次级块体内部泊松比分布相对稳定,块体分界带附近往往存在泊松比值的升降扰动.(3)整条测线地壳厚度和泊松比之间存在弱的负相关关系,表明存在构造作用的影响.(4)整条测线泊松比呈现以索伦缝合带南缘为对称轴的非线性分布.本文所获得的地壳上地幔结构以及泊松比分布特征,支持古亚洲(索伦)洋(南北)双向俯冲,最终沿林西断裂闭合的动力学模式.     

利用远震接收函数方法研究南海西沙群岛下方地壳结构

利用西沙琛航岛流动地震台站和永兴岛固定地震台站的资料,提取了远震P波接收函数,结合正演和反演方法模拟了台站下方的地壳结构.模拟结果显示:西沙群岛地壳顶部存在2 km厚的新生代低速沉积层,横波速度只有2.0~2.2 km/s;上地壳为一速度梯度带,横波速度由2 km处的3.4 km/s逐渐增加到12 km深度时的3.8 km/s;下地壳存在明显低速层,厚度达到12 km,平均横波速度3.5 km/s;莫霍面埋深26~28 km,也表现为一速度梯度带,横波速度从3.8 km/s变化到4.6 km/s左右,并保持稳定;该地区的地壳泊松比值大于0.3,推测西沙群岛的壳内低速层和异常泊松比值与地幔热活动引起的韧性流变构造和岩石矿物的各向异性排列有关.     

用接收函数方法研究云南及其邻区地壳上地幔结构

利用云南和中国地震台网30个台站记录的远震资料,采用接收函数扫描法和线性反演方法对云南及其邻区的壳幔速度结构进行了研究,获得了研究区内地壳厚度、Vp/Vs以及壳幔速度的分布特征.利用接收函数扫描（H-k）法和线性反演方法获取的台站下方地壳厚度结果表明,研究区地壳厚度变化剧烈.速度结构研究结果表明,红河断裂以西的腾冲-保山地块和思茅地块,以及南华板块北部地区的台站（如攀枝花、丽江、东川、永胜等）下方地壳均存在下地壳低速层,且具有高的地壳平均Vp/Vs值.这些不仅暗示研究区的下地壳低速异常可能为高温甚至高温导致的部分熔融所致,同时,也意味着该区下地壳的物质易于发生塑性流动,为地壳的变形和增厚创造了条件.红河断裂带作为云南地区的一个主要边界断裂,其西侧地区地壳厚度变化较东侧剧烈,另一方面,红河断裂西侧的平均地壳Vp/Vs值较其东侧要高.综合前人关于研究区岩石圈速度结构、地热流值、重力场和上地幔各向异性等地球物理场的研究结果.我们推断,现今的思茅块体和保山-腾冲块体在大地构造上应归属于冈瓦纳板块.     

黄海及其邻近地区的Pn波速度与各向异性

利用中国东部地震台网和ISC 报告1980~2004年的地震走时数据,反演了黄海及其邻近地区的Pn波速度和各向异性,根据岩石层地幔的横向非均匀性分析了区域地质构造的深部特点.Pn波速度的变化与区域地质构造有一定的对应关系,黄海地区上地幔顶部的P波平均速度较高,没有发现明显的低速异常,表明上地幔顶部不存在大范围的地幔扰动.速度异常的分布表明,南黄海东部和西部有可能分属于不同的构造块体,其间的分界大致对应于南北走向的黄海东部断裂带,具有相对较低的Pn波速度.边界东、西两侧的Pn波各向异性存在明显的差异：南黄海西部Pn波的快波方向以北东—北北东方向为主,反映了海区内部扬子块体向北运动产生的构造变形;南黄海东部Pn波的快波方向为南北方向,与黄海东部断裂带的走向基本一致,说明黄海东部和西部之间存在一个深达岩石层地幔的南北向转换边界.结合相关资料估计黄海东部断裂带在中生代时期发生了右旋走滑运动,以响应中国东部郯庐断裂带的大规模左旋剪切以及南黄海扬子块体的向北嵌入.