汤阴地堑及邻区的壳幔结构与地震危险性

利用菏泽－林县－长治剖面西段和郑州－济南剖面南段深地震测深资料,进行一、二维计算与解释,获得了汤阴地堑及邻区的二维速度结构。结果显示：该区地壳上地幔结构在纵、横向上均具有明显的差异。地壳厚度变化大,局部存在低速块体,对应汤阴地堑为一Ｍ面隆起,隆起高点Ｍ面埋深为３１ｋｍ,向东浚县方向,隆起区Ｍ面逐渐加深到３２ｋｍ,向西太行山前方向,隆起区Ｍ面为一陡变带,至长治附近,Ｍ面埋深增至４０ｋｍ。根据华北地区历史地震与深部结构和构造的相关分析认为,汤阴地堑及邻区可能存在发震危险。     

天水地震区综合地球物理剖面的建立与壳幔结构

根据人工地震、重力、大地电磁和地热资料，在天水地震区建立了二个综合地球物理剖面．对这两个剖面进行了分析，研究了该地区的壳幔结构．结果表明，沿西秦岭北缘断裂带，地壳变薄，低速层、低密层和低阻层同步出现，同时在断裂带附近形成了宽几十到上百公里的相变过渡带，其影响深度可达上地幔．     

攀枝花古地幔柱壳、幔结构与地球物理边界场特征

攀枝花古地幔柱的形成与演化对这一地域的大地构造格局、金属矿产的聚集和区域大陆动力学研究均有着极为重要的科学意义和应用价值.本文通过穿越攀枝花古地幔柱中心部位的四条人工源深部地震探测剖面和区域地球物理边界场响应研究提出：（1）攀枝花古地幔柱具有特异的壳、幔速度结构;（2）在其中心部位由结晶基底到壳、幔边界均为高速体,且结晶基底和Moho界面局部隆起、地壳内部存在厚达10余千米的低速层,且被数条深、大断裂切割;（3）重力场、磁力场的边界异常场响应组构了攀枝花古地幔柱的地表形态和中心部位的圈闭范围.

     

青藏高原东北缘祁连山造山带至阿拉善地块壳幔电性结构研究

在青藏高原东北缘祁连山造山带至阿拉善地块之间完成了一条372 km的大地电磁剖面,通过二维反演计算,获得了沿剖面180 km深的壳幔电性结构模型,结合研究区地质和地球物理资料开展综合分析,研究结果表明：（1）剖面自南向北所经过的祁连山造山带、走廊过渡带和阿拉善地块对应3种壳幔电性结构模型：东祁连壳幔高-低-高阻似层状电性结构、河西走廊壳幔低阻带状电性结构和阿拉善南缘壳幔高-低-高阻层状电性结构.（2）剖面所经过的主要断裂带在电性结构上表现为低阻异常带或电性梯度带,并且止于中上地壳或消失于下地壳低阻层中.除这些分布于中上地壳的断裂系统以外,在下地壳至上地幔顶部还存在两条切割莫霍面的壳幔韧性剪切带：西华山北缘壳幔韧性剪切带和阿拉善南缘壳幔韧性剪切带.其中,西华山北缘壳幔韧性剪切带可能是1920年海原8.6级地震发生的深部背景之一;而阿拉善南缘壳幔剪切带可能是卫宁北山燕山晚期和喜山期幔源岩浆上升到地壳浅部或喷出到地表的通道,为在该区域寻找晚中生代至新生代含矿隐伏岩体提供了深部电性结构依据.（3）由若干形状不规则、彼此不相连的"碎块状"极高阻块体组成的中上地壳与"似层状"的中下地壳低阻层共同构成的地壳电性结构,是引起青藏高原东北缘强烈破坏性地震最佳的地壳电性结构组合之一.印度板块向欧亚板块俯冲碰撞楔入引起青藏高原块体向北东方向运移与阿拉善地块向南的俯冲碰撞楔入,是青藏高原东北缘强震活动带产生的动力学背景.     

天山造山带壳幔结构与陆内变形机制研究进展

天山作为当今世界上最为典型的陆内造山带,对于其深部结构和新生代构造变形过程的研究一直是地球科学领域的前沿和热点,并已经取得大量成果.本文系统总结了近年来利用地震学方法对天山造山带及其邻区壳幔结构研究的最新进展以及存在的争议.这些研究发现包括地壳厚度、莫霍面形态、地幔转换带厚度、地震波速、Q值结构在内的多结构参数的变化与区内各个大地构造单元的对应性较好,彰显出盆-山深部结构的显著差异.研究区各向异性结构复杂,地壳内部的偏振方向存在明显的横向变化,并在上地幔深度转换为和造山带走向基本一致.另外,在中下地壳和上地幔顶部,天山大部表现为明显的低速异常.以上结果揭示了陆内俯冲和地幔上涌对于塑造现今天山复杂构造格局与地质地貌特征的重要意义.然而,现有研究对于我国新疆境内天山壳幔各向异性、岩石圈底界面以及地幔转换带的分辨率还远远不够,并且对于一些重要的结构参数及其解释尚未达成一致的认识.密集流动地震台阵观测和多种地球物理资料的联合分析是解决这一问题并增进对陆内造山带深部动力学过程认识的有效途径.     

汤阴地堑及邻区的壳幔结构与地震危险性

本文利用荷泽－林县－长治剖面西段和郑州－济南剖面南段深地震测深资料,通过一、二维计算与解释,获得了汤阴地堑及邻区的二维速度结构。结果显示：该区地壳上地幔结构在纵、横向上均具明显的差异,地壳厚度变化大局部存在低速块体,对应汤阴地堑为Ｍ面隆起,隆起高点Ｍ面埋深为３１ｋｍ,向东往浚县隆起区Ｍ面逐渐加深３２ｋｍ,向西往太行山前隆起Ｍ面为一陡变带,至长治附近Ｍ面埋深增至４０ｋｍ。根据华北地区历史地震与深部结     

我国陆区地壳生热率分布与壳幔热流特征研究

壳幔热流配分代表了一个地区的深部热量来源与最基础的地热背景,为区域地热资源的形成提供了重要的约束条件.本文依托CRUST1.0模型与地质资料,将中国陆区在平面上划分为19个构造区,在垂向上将这些区域从第四系沉积物至上地幔的地层划分为8个圈层,确定了这些圈层的分布范围和厚度.在全国范围内实测放射性生热率数据664组,收集地壳放射性生热率及U、Th、K元素含量数据约1000组,系统地完成了上述区域各圈层的放射性生热率填图,统计得出我国陆区上、中、下地壳生热率的平均值分别为1.31 μW·m^-3、0.57 μW·m^-3与0.22 μW·m^-3.在此基础上,结合最新的全国大地热流测量数据（1503组）完成了我国陆区地壳-地幔热流分布的研究.研究结果表明,我国陆区q_c/q_m>1的面积占80.1%、q_c/q_m>1.2的面积占65.8%.除我国东部、中部的一些盆地之外,在我国陆区大部分地区,地壳均为大地热流的最主要热源.地壳各圈层中,基底层至中地壳为地壳的主要的产热区域,贡献了平均约50%的大地热流值.本文以面积加权计算得我国陆区地壳热流平均值为39.1 mW·m^-2,其中青藏高原最高、东南沿海次之,两者分别得益于较大的地壳厚度与较高的基岩地层生热率.我国陆区地幔热流平均值为29.7 mW·m^-2,与全球地幔热流平均值接近,其中东部沿海地区、环鄂尔多斯地区、藏滇地热带分布区较高.地壳热流、地幔热流的高值区与我国的主要地热资源分布区均具有较好的一致性.

     

新生代华南及邻区上地幔各向异性深部动力学机制的数值模拟

晚中生代以来, 华南地区同时受到印度—欧亚板块碰撞和太平洋—菲律宾板块俯冲及后撤作用的影响, 壳幔结构复杂.深入了解华南地区深部地幔流模式和地幔各向异性特征是认识华南复杂的深部构造演化过程与动力学机制的基础.本文采用三维全球地幔对流模型, 从软流圈剪切变形的角度计算了软流圈的各向异性, 尝试探讨了华南地区各向异性的起源和深部地幔流特征.华南地块东部, 软流圈各向异性呈NW-SE向, 各向异性主要来源于软流圈, 壳幔具有垂直连贯的变形特征; 南北构造带的中段, 软流圈各向异性大致为N-S向, 这一区域的造山作用虽然对岩石圈造成了巨大变形, 但是并未显著影响软流圈变形, 并且各向异性的主要来源可能是岩石圈地幔; 在南北构造带中, 30°N可能是地幔各向异性的过渡带, 30°N以南的川滇地区, 软流圈各向异性的方向出现了环形特征; 菲律宾板块向欧亚板块下的俯冲到达地幔转换带, 这种俯冲可能带动了西太平洋地幔向华南块体下的流动; 华南地区的软流圈流场自西向东显示出顺时针旋转的特征, 并在扬子板块东部与来自菲律宾板块下的西南向的地幔流相遇.

     

青藏高原东北缘至鄂尔多斯地块壳幔电性结构及构造变形研究

为了获取青藏高原东北缘至鄂尔多斯地块的壳幔电性结构,研究祁连造山带、鄂尔多斯地块及六盘山构造带的构造变形,布设一条甘肃陇西至陕西黄陵的近东西向大地电磁测深剖面,获取了91个大地电磁测深点的响应.经过对全剖面观测资料的数据处理、分析及二维反演,获得了剖面壳幔电性结构模型.研究结果表明：剖面横向可划分为三个区块,分别对应祁连造山带、六盘山构造带与鄂尔多斯地块;祁连造山带东段可能残存沟弧盆体系的构造格架,青藏高原北东向生长可能是在这一先存格架上的叠加与改造;六盘山构造带壳幔结构复杂,以中地壳拆离断层为界,上地壳发育拆离断层系统而下地壳挤压缩短增厚;鄂尔多斯地块成层性较好,地块总体较为稳定,但局部经历了与地幔上涌相关的物质与结构再造.     

中国大陆东南缘地震接收函数与地壳和上地幔结构

从2008—2011年,分别在中国大陆东南缘沿海和内陆两条NE向剖面上进行了宽频地震观测,利用记录到的远震波形资料提取得到1446个远震P波接收函数,用H-κ叠加扫描和CCP偏移叠加方法研究了中国大陆东南缘地壳及上地幔过渡带的结构及其变化特征.结合固定台网25个台站的H-κ结果,获得中国大陆东南缘(福建地区)地壳厚度从内陆到沿海逐渐减薄的图像:地壳从闽西北山区的33 km减薄到厦门沿海一带的29 km以下,平均地壳厚度为31.3 km,具有陆地向洋壳过渡的特征;地壳泊松比从内陆到沿海显示出分带特征,闽中西部内陆地区小于0.26,沿海地带高于0.26,且在断裂带的交汇区域表现为相对异常高值.地壳上地幔顶部(0~200 km)的CCP偏移叠加成像结果显示闽江断裂等NW向断裂深切Moho界面,在断裂两侧Moho面急剧抬升或下沉,产状改变,这些特征向内陆地区逐渐变得不明显.闽江等NW向断裂对研究区地壳厚度、地震等有明显控制作用.上地幔尺度(300~700 km)的CCP偏移叠加成像,未见410 km和660 km速度间断面突变和起伏异常,其绝对深度略大于IASP91模型的,上地幔转换带厚度正常(250±5 km),表明中国大陆东南缘上地幔转换带未受欧亚与菲律宾板块碰撞的明显影响,推断中国大陆东南缘及台湾海峡下方不存在俯冲板块,或俯冲前缘未扰动到410 km的深度.     

Three-dimensional thermal structure of the Chinese continental crust and upper mantle

We invert S-wave velocities for the 3D upper-mantle temperatures, in which the position with a temperature crossing the 1300℃ adiabat is corresponding to the top of the seismic low velocity zone. The temperatures down to the depth of 80 km are then calculated by solving steady-state thermal conduction equation with the constraints of the inverted upper-mantle temperatures and the surface temperatures, and then surface heat flows are calculated from the crustal temperatures. The misfit between the calculated and observed surface heat flow is smaller than 20% for most regions. The result shows that, at a depth of 25 km, the crustal temperature of eastern China (500―600℃) is higher than that of western China (<500℃). At a depth of 100 km, temperatures beneath eastern and southeastern China are higher than the adiabatic temperature of 1300℃, while that beneath west China is lower. The Tarim craton and the Sichuan basin show generally low temperature. At a depth of 150 km, temperatures beneath south China, eastern Yangtze craton, North China craton and around the Qiangtang terrane are higher than the adiabatic temperature of 1300℃, but is the lowest beneath the Sichuan basin and the regions near the Indian-Eurasian collision zone. At a depth of 200 km, very low temperature occurs beneath the Qinghai-Tibet Plateau and the south to the Tarim craton.     

华南地区地幔过渡带结构及其动力学意义

华南地区同时受特提斯构造域和太平洋构造域影响, 是研究板块相互作用的最佳场所之一.为研究华南地区深部动力学过程, 本文基于国家固定台网30°N以南的宽频带台站数据, 利用接收函数方法开展了华南地区地幔过渡带结构研究, 并结合已有地质、地球物理资料, 讨论了华南地区深部构造单元划分及其浅部构造响应.研究结果表明: (1)扬子克拉通下方地幔过渡带结构接近全球平均水平, 相对稳定; (2)海南岛地区地幔过渡带厚度偏薄, 且410-km和660-km界面分别显著下沉和上升, 可能与海南地幔柱密切相关; (3)太平洋构造域和特提斯构造域深部构造边界显著, 青藏高原东南缘主要受特提斯构造域影响, 其地幔过渡带中可能残留有拆沉的岩石圈板片; (4)雪峰山以东地区的地幔过渡带主要受太平洋构造域影响, 但南北也存在局部差异, 南部华夏地块下方可能不存在滞留板片, 太平洋板块的俯冲、后撤与东南沿海地区地壳减薄和大规模出露的中-新生代岩浆岩密切相关.

     

南海西南次海盆的地热流特征与分析

为系统地了解南海西南次海盆的地热流特征,本文通过对研究区及邻域地热流数据的补充采集、收集整理和统计分析,获得了87个有效的地热流数据、一批热导率和生热率的地热参数资料,地热流测点在空间上覆盖了整个区域.研究区的地热流数据分布结果表明,西南次海盆热流密度的平均值为98.1±14.8 mW·m^-2,洋陆过渡带为103.6±19.4 mW·m^-2,南沙岛礁区和西部陆缘分别为79.0±15.5 mW·m^-2和78.3±15.6 mW·m^-2.研究区表层沉积物热导率的平均值0.86±0.06 W·mK^-1,生热率的平均值1.11±0.17 μW·m^-3,海底温度的平均值为2.43±0.01℃.综合海底地形地貌、地质与地球物理资料,认为研究区的热流特征在空间上具有一定的分布规律,表现为：（1）洋盆区测点的热流密度平均值高于两侧陆缘;（2）东南缘洋陆过渡带上测点的地热流密度值高于邻近海盆和南沙岛礁区的测点,而西北缘这种特征不明显;（3）西北翼的热流密度值总体比东南翼高;（4）沿着古扩张中心方向,西南次海盆热流值具有自东北向西南端方向逐步增大的趋势,表明海盆区同时存在着洋中脊与大陆裂谷两种不同的热状态,西南段裂谷热流值比东北段洋中脊高.对西南次海盆沉积物的热导率和生热率值参数的测量及数据空间分析可见,这两种热参数的空间分布无明显规律性,可能与海盆形成之后复杂的沉积环境相关.根据热流-洋壳年龄之间的关系,在西南次海盆东北段26个测站数据中,发现靠近古扩张中心的数据与理论值呈负偏移,而远离古扩张中心的数据呈正偏移,此现象是海盆内地热流数据受不同类型的地下流体影响所致.

     

华北地区地壳上地幔速度各向异性研究

本文介绍面波反演得到的华北地区地壳上地幔速度各向异性分布图像,并与S波分裂的结果作初步的定性比较.不同周期瑞利波群速度的方位各向异性图像呈现显著的横向变化,与华北地区地壳上地幔的构造分块和垂直分层结构有比较密切的联系.在鄂尔多斯和阿拉善等稳定地块中,岩石圈地幔到160 km深度都保持比较一致的显著各向异性;而在发生过岩石圈减薄的华北克拉通东部,大约80~150 km深度范围内基本没有探测到方位各向异性,可能说明岩石圈减薄过程抹去了原有的各向异性印迹而且没有显著的水平构造运动造成新的方位各向异性.地球介质的各向异性具有明显的分层特征,面波的反演结果是如此,而S波分裂测量所表现的离散性,也可能是由各向异性的分层差异和倾斜的各向异性对称轴等因素引起.采用多层的各向异性模型,在多数情况下可以定性地解释面波反演和S波分裂结果之间的差异.进一步的工作要求增大面波的探测深度和改善分辨能力,获取更多的S波分裂测量资料,从而建立定量或半定量的三维各向异性模型.     

华北地区地壳上地幔S波三维速度结构

利用华北地区大型流动地震台阵的记录资料,采用近震和远震联合成像方法,得到了水平分辨率0.5°×0.5°、深至600km的S波速度结构.研究结果表明,上地壳S波速度结构与地表地质构造基本一致,燕山—太行山山脉均呈现高速异常,延庆—怀来盆地、大同盆地表现为低速异常,华北盆地内部的拗陷和隆起分别呈现低速和高速.唐山地区中地壳、山西裂陷盆地中下地壳存在明显的低速异常,可能分别与流体和热物质作用有关,有利于形成孕育强震的地质构造环境.90km的速度结构图像依然与地表的构造特征有较大的相关性,可能说明深部结构对地表构造有一定的控制作用.燕山隆起区岩石圈的厚度可达120～150km左右,华北盆地的岩石圈厚度可能在80km左右,太行山地区的岩石圈厚度介于两者之间.山西裂陷盆地上地幔低速层较厚,反映了该区不稳定的构造环境造成了地幔热物质的上涌.华北盆地下方220～320km出现的高速异常体,可能揭示了华北盆地上地幔仍然存在拆沉后残留的难熔、高密度的古老岩石圈地幔.研究区东部地幔转换带呈低速异常,推测可能与太平洋板块俯冲至该区下方地幔转换带前缘120°E左右的俯冲板块相变脱水有关.     

南海东南部陆缘地壳结构特征及其构造意义

南海东南部海域沉积厚度较大,礁体发育,构造演化复杂,导致深部结构探测不清楚,制约了对南部陆缘地壳结构的认识.本文通过对新采集和重新处理的多道地震剖面解释,结合钻井、拖网资料,对浅部地层和构造进行约束,同时利用附近海底地震（OBS）测线的速度结构,对深部结构和界面解释约束;在此基础上,开展了重震联合反演,分析地壳密度空间分布特征,结合重力梯度特征对构造单元进行识别.通过对东西两条测线的上下和全地壳厚度、拉伸因子比较,发现南海东南部的东西部深部结构存在差异性;礼乐断裂可能是礼乐和郑和地块的分界,并控制了两个地块在南海扩张时期的相对运动.

     

青藏高原东缘地壳上地幔电性结构研究进展

经过数十年的努力,中国学者针对青藏高原东缘地壳上地幔探测,累积完成超过20000 km的大地电磁测深剖面,取得了一系列重要科学数据和认识,为青藏高原东缘构造格局、地壳上地幔电性结构、地震机制和动力学研究奠定了基础.根据青藏高原东缘的主要构造和断裂分布特征,本文重点对龙门山构造带、川滇构造带和三江构造带三个构造带分区进行研究,主要依据大地电磁探测工作成果和壳幔电性结构特征,系统地对青藏高原东缘地壳上地幔电性结构、与扬子西缘接触关系、汶川地震和芦山地震的电性孕震环境及弱物质流通道等几个方面进行了梳理和分析.一是青藏高原东缘地壳表层岩块和物质沿壳内高导层向龙门山造山带仰冲推覆,表现为逆冲推覆特征的薄皮构造;二是高原东部地壳中下部及上地幔顶部向龙门山造山带和上扬子地块西缘岩石圈深部俯冲,呈现刚性的上扬子地块西缘高阻楔形体向西插入柔性青藏块体的楔形构造;三是将汶川地震和芦山地震的震源投影到大地电磁剖面上,发现震源位于剖面下方的高阻块体与低阻体之间靠近高阻体的一侧,龙门山构造带岩石圈表现出高阻、高密度和高速的"三高"特征,这种非均匀电性结构可能构成地震孕育发生条件;四是川滇和三江地区的多条大地电磁剖面探测结果表明,在青藏高原东缘中下地壳存在下地壳流和局部管道流,大地电磁结果对其空间分布形态、位置及大小进行了较好的刻画.根据研究区壳幔电性结构特征的构造解析和综合实例分析,总结了青藏高原东缘六类壳幔电性结构模型,提出了下一步重点研究领域和目标.总之,青藏高原东缘壳幔电性结构的研究对揭示研究区岩石圈结构和构造格局提供了重要依据,对油气及矿产资源远景评价提供了背景资料,对"Y"型多地震区的构造关系和发震机理研究具有重要指导意义.     

华北中西部和青藏高原东北缘上地幔各向异性变形特征

基于华北中西部和青藏高原东北缘3个流动台阵共480个台站新得到的远震XKS（SKS、SKKS和PKS）波分裂结果,并结合研究区已得到的987个台站的分裂结果,获得了高分辨率的上地幔各向异性图像.分析表明,鄂尔多斯块体的时间延迟较小,反映了其稳定性和弱的各向异性变形特征,可能保留了古老克拉通根的"化石"各向异性,但其靠近边缘的局部区域表现出与相邻边缘相一致的各向异性特征,反映了其局部区域受到了与其相邻边缘的构造活动影响.青藏高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体西缘快波方向主要为NW-SE方向,鄂尔多斯块体北缘主要为NNW-SSE方向,反映了青藏高原沿NE方向推挤过程中岩石圈沿NW-SE方向和NNW-SSE方向发生了伸展变形;位于四川盆地和鄂尔多斯块体两个刚性块体间的秦岭造山带的快波方向为近E-W方向或NWW-SEE方向,时间延迟较大,推测岩石圈东向挤出和软流圈东流共同促进了观测的各向异性;在鄂尔多斯块体南部边缘,快波方向自西向东逆时针沿西南缘六盘山的NW-SE方向转到南缘渭河地堑的近E-W方向再到东南缘太行山的NEE-SWW方向,推断该区域可能存在一个绕刚性块体的逆时针软流圈绕流,与上覆岩石圈左旋简单剪切变形产生了观测的各向异性,并一起驱动了鄂尔多斯块体的逆时针旋转.作为华北克拉通东西部的过渡带,华北中部的各向异性相对复杂,其东部快波方向为近E-W方向或NWW-SEE方向,时间延迟较大,其各向异性主要反映了太平洋板块西向俯冲作用引起的地幔流;其西北部吕梁山的各向异性主要由岩石圈沿NNW-SSE到NW-SE的拉张变形导致,而西南部太行山的各向异性还反映了软流圈绕流作用.鄂尔多斯块体东北缘大同火山区存在一个快波方向顺时针快速旋转且时间延迟较小的区域,可能与火山群下地幔岩浆上涌形成的局部地幔对流相关.紧邻华北北部的中亚造山带中南部快波方向为近E-W方向,其各向异性不仅受到与构造走向一致的岩石圈变形作用,而且也受到太平洋板块西向俯冲引起的地幔流影响.