用转换函数研究那木错站地壳结构

青藏高原是研究地球动力学问题天然的试验场,也是研究全球变化的关键地区之一,中国科学院青藏高原研究所于2004年在西藏那木错建立了圈层相互作用综合观测研究站.为了解那木错站下方的地质构造,于2005年8月在本站布设了宽频带地震仪(记录器为Reftek130,摆为STS2),并于2006年5月取得首批数据.本文利用宽频带地震仪提供的三分量地震波形记录,应用转换函数及快速模拟退火算法对那木错站下的地壳横波速度结构进行了反演.反演结果表明,那木错站Moho面深度在85公里左右,地壳结构复杂,尤其在中上地壳,明显呈高低速互层结构,反映了该地区构造活动、物质交换活跃,表明这些地区还未达到均衡;同时,为了便于研究该地区地壳结构,还对IRIS提供的临近地区的地震宽频带进行了处理,为研究那木错地区圈层结构提供地球物理依据.     

用转换函数方法研究腾冲—临沧地区地壳结构

根据流动数字地震台网提供的三分量地震波形记录资料,应用转换函数及快速模拟退火算法对腾冲－临沧地区30个地震台站下的地壳横波速度结构进行了反演.反演结果说明,研究区壳幔边界清晰、莫霍界面附近速度跳跃明显,由此得出该区地壳厚度在40 km左右、并具有从南向北增厚趋势.一个普遍的现象是,在腾冲-宝山地块下地壳存在明显的低速带,低速带的厚度在10～20 km间.研究结果进一步表明各台站下方上地幔速度结构复杂.这些结果为探讨青藏高原东南缘下地壳的侧向黏性流动、碰撞板块边界处壳幔物质交换等均提供了重要的地球物理证据,为探讨印-藏汇聚过程中青藏高原东构造结岩石圈变形、高原隆升及其深部动力学有一定理论意义.     

用转换函数方法研究台湾地区三维深部结构

利用台湾数字地震台网提供的三分量地震波形记录，应用转换函数及快速模拟退火算法对台湾地区59个地震站下的地壳横波速度结构进行了反演，从而获得了台湾地区三维深部结构. 结果显示地壳界面的最深处位于中央山脉西侧,与台湾布格重力异常分布的特点较为一致. 说明由于台湾地区造山运动还处于年轻阶段，中央山脉的山根发育尚不完整，远未达到静力学均衡，因此台湾地区地壳处于动力学平衡状态.     

用转换函数方法研究喜马拉雅地区速度结构

利用流动数字地震台网提供的三分量地震波形记录,应用转换函数及快速模拟退火算法对喜马拉雅山脉地区46个地震站下的地壳横波速度结构进行了反演,为进一步揭示青藏高原喜马拉雅山脉地区的动力学演化过程提供了可靠的地球物理证据.根据本文结果可清晰看到,喜马拉雅山脉地区作为当今地壳活动最活跃的地区,物质交换非常活跃,地下结构远远未达到平衡,地壳速度有很大差异,在板块边界处莫霍界面速度间断不是非常明显,自喜马拉雅南坡向高原腹地,地壳厚度大致从55 km增加到80 km;沿经度方向,莫霍面也有一定的起伏.通过研究得到另外一个证据是,在喜马拉雅的主中央逆冲断裂,由大陆碰撞产生的主要构造,其深度可能要大于80 km.     

用转换函数研究青藏高原地壳S波速度结构——"Hi-CLIMB"剖面

本文对青藏高原中部Hi-CLIMB(Himalayan-Tibetan Continental Lithosphere During Mountain Building)宽频带数字台站探测剖面资料进行处理,用转换函数模拟退火算法得到了83个台站下方S波速度结构,转化为二维速度结构剖面,并与接收函数偏移成像结果进行了对比.反演结果可清晰显示出工作区地壳内S波速度界面和不连续的莫霍面.研究表明,从N29.4°至 N31.5°地壳平均厚度为75 km;在N 32°以北地壳平均厚度为65 km.壳内界面在N31.5°以南向北倾斜,而在其北部向南倾斜.在雅鲁藏布江缝合带和班公-怒江缝合带附近地壳具有明显低速区.这一复杂结构反应了该区域内部强烈挤压变形与物质交换,为进一步研究岩石圈变形与构造演化提供了新的地球物理学证据.     

联合利用走时与波形反演技术研究地壳三维速度结构(Ⅰ)——理论与方法

论述地震波走时反演技术中的阻尼最小二乘方法。为了提高解的唯一性,我们把人工地震资料的解释结果作为该方法的特定约束条件。同时还论述了波形反演技术中的遗传算法．     

渤海湾西北缘及其邻近地区地壳结构与构造特征

对塘沽—玉田地震测深剖面资料进行二维处理、计算和综合解释研究,获得了渤海湾西北缘及其邻近地区二维地壳速度结构和构造的基本特征、断层的空间展布特征,得知深浅部地质构造环境剖面具有层状结构特征,地壳厚度由南向北逐渐加厚,不同区域的地壳速度结构在纵向和横向上均具有明显的非均匀性.在渤海湾附近塘沽至宁河之间M界面有一斜坡带,地壳深度由塘沽的28 km向北至宁河附近逐渐加深至31 km.     

中国大陆东部及海域地壳-上地幔结构研究c

中国大陆东部及海域（98～150Ｅ，5～50Ｎ）位于欧亚大陆和太平洋两大板块的衔接地带，且深受来自印度洋板块活动的影响．本文利用该区域内的35个数字地震台记录的面波资料，采取多重滤波技术等时频分析方法，求得了1252条路径上基阶瑞利波的频散曲线，然后将研究区域划分为１１的网格，通过Occam反演方法求得了10～158ｓ周期范围内基阶瑞利波群速度在研究区域内的分布．这些速度分布大致反映了不同深度范围介质Ｓ波速度的横向变化情况．利用求得的纯路径频散，进一步反演得到了青藏高原东部——太平洋、南海——蒙古两个剖面的Ｓ波速度随深度的变化，发现研究区内的横向不均匀性直到400ｋｍ仍很明显，各构造单元的划分与速度结构有明显的关系．      

青藏高原及邻近地区地壳与上地幔剪切波三维速度结构

本文利用30个基准台所记录的238条长周期面波资料,经过适配滤波和分格频散反演,得到中国大陆及邻区147个分格10—105s的纯路径频散,进而反演出青藏高原及邻近地区深至170km的剪切波三维速度结构.研究表明,青藏高原中西部地区和东部地区的地壳平均厚度分别为70±7km和65±7km,地壳平均剪切波速度分别为3.55和3.62km/s,上地幔顶盖平均速度分别为4.63和4.61km/s; 岩石层厚度均为120±10km;东部地区下地壳内30—40km深度处普遍存在低速层;青藏高原及其东侧的上地幔低速层内有横贯东西且明显向上隆起的低速腔.滇西缅北地区的地壳厚45±5km,上地壳及下地壳内都有低速层;上地幔顶盖的速度为4.42km/s,比青藏高原本体及恒河平原都低.恒河平原地壳厚34±2km,速度平均为3.45km/s;上地幔顶盖厚86±10km,速度平均为4.63km/s,顶盖内55—83km深处有一个低速夹层.     

南海及邻区地壳上地幔三维S波速度结构的面波波形反演>.

对南海及邻区中国数字地震台网４个台站接收到的328条长周期地震记录的面波波形进行分块波形反演．分块波形反演把大尺度的优化问题转化为小尺度的优化问题，采用非线性优化方法求解，从而得到南海及邻区22网格划分、从地表深至430ｋｍ 的地壳上地幔三维S波速度结构，并用检验板法进行了分辨率分析．结果表明，海域、岛弧和大陆在速度分布、岩石圈和软流圈存在明显的结构差异．      

川滇地区速度结构的区域地震波形反演研究

利用云南数字地震台网的区域地震波形资料,对川滇地区的地壳上地幔速度结构进行了初步研究. 结果表明,川滇地区上地幔顶部P波速度较小,约7.8 km/s,P波速度在上地幔表现为较小的正速度梯度,S波在100～160 km深度范围内表现为弱低速层. 对于较短的观测路径,不同路径的平均P波和S波速度存在明显的横向变化. 与川滇菱形块体内部的速度结构不同,在块体边界附近可以观测到比较明显的上地壳低速层,我们认为它可能与块体边界的断裂带有关;川滇菱形块体内部存在的下地壳低速层,有利于块体向南滑动,而中上地壳没有明显低速结构,可能表明川滇菱形块体向南滑动的解耦深度至少在下地壳. 根据不同路径的反演结果,给出了云南中部地区地壳内部的平均速度结构.     

沿107.6°E南北向剖面鄂尔多斯地块及周缘地区地壳结构

鄂尔多斯地块紧邻青藏高原东北缘,位于华北克拉通的西部,在我国中生代、新生代以来东部地区的构造活动中起到了重要作用.对鄂尔多斯及其周缘地区的研究可以提供有关华北克拉通的形成、演化和破坏过程的重要信息.本文选取了纵贯鄂尔多斯的107.6°E附近南北剖面上的44个流动地震台站进行分析,采用接收函数方法,进行Kirchhoff偏移成像,并且结合在该区域内前人的地震面波频散进行联合反演,获得剖面下方的地壳内部精细结构.研究结果显示:(1)莫霍面在鄂尔多斯北部较平缓,约45km深;在鄂尔多斯南部有所加深,达到50km;其北边的河套盆地的地壳厚度约为50km;南边的渭河盆地到秦岭地区及四川盆地的地壳厚度从约为40km增厚到47～50km.(2)河套盆地下方存在大规模的低速异常,最深可达25km,反映了其显著的拉张构造和沉积历史.(3)秦岭造山带下方的低速异常对应于其主要为长英质的地壳组分,可能是由于中生代的拆沉作用导致的地壳下部基性岩石层的缺失.(4)以38°N为界的鄂尔多斯地块,南北部地壳速度结构存在差异,可能表明了这两部分经历的构造历史不同.     

甘肃东南部地壳速度结构的区域地震波形反演

利用2007年完成扩建的甘肃东南部及邻近地区的24个宽频带固定地震台站记录到的2008年8月1日汶川地震余震的三分量地震全波形资料,采用小生境遗传算法和反射率法结合的波形反演方法,给出了甘肃东南部两个分区的地壳速度模型.西区和东区分别对应青藏高原块体和它与鄂尔多斯块体之间的过渡带,反演给出的平均模型显示,两个区上、中地壳的平均P波速度非常接近,由酸性岩和中性岩组成,下地壳P波速度差别较大,东区为6.41 km/s,西区为6.96 km/s,厚度相差也较大,东区为9.3 km,西区为19.8 km,地壳厚度由西向东减小,分别为54.6 km和47.9 km.显示西区下地壳由基性岩组成,而东区下地壳由中性岩组成,支持研究区内青藏高原东北缘地壳增厚主要发生在下地壳的观点.西区的上地幔顶部P波速度为7.73 km/s,对应年轻的构造活动区,而东区为8.05 km/s,对应稳定的古老地块.东区在上地壳上部存在厚约6.5 km的沉积层,P波速度为5.78 km/s,但是该沉积层在西部缺失.和PREM模型给出的全球平均地壳速度值相比,两个分区的地壳速度值整体偏低.     

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.     

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.

     

六盘山断裂带及其邻区地壳结构

新生代期间,中国大陆西部受印度—欧亚板块碰撞和青藏高原隆升影响,以地壳缩短、增厚、陆内造山和强烈地震活动等为主要特征.在青藏高原东北边缘,高原物质侧向移动被鄂尔多斯地块所阻,在六盘山地区发育了一系列左旋斜冲断裂.断裂带周缘构造变形强烈,地震活动频繁,是研究青藏高原横向扩展控制大陆内部弥散变形的理想场所.本文对穿越青藏高原东北缘—六盘山断裂带—鄂尔多斯地块的宽角反射与折射地震资料使用层析成像和射线反演算法进行成像,获得了研究区地壳速度结构模型,其结果反映出六盘山断裂带两侧地壳结构、构造特征差异显著：1）上地壳层析成像结果显示鄂尔多斯盆地一侧地壳上部速度较低,等值线呈近水平状,具有典型的沉积盆地特征,而青藏高原东北缘一侧上地壳速度相对较高,横向变化剧烈,呈褶皱状,二者的分界为海原—六盘山逆冲走滑断裂;2）全地壳射线反演结果显示鄂尔多斯地块地壳速度梯度大,下地壳底部速度高由铁镁质物质组成,具有典型稳定古老克拉通的特征,青藏高原东北缘地壳速度总体较低,主要由长英质及长英-铁镁质过渡物质组成,具有典型造山带的特征,而六盘山断裂带下方地壳速度结构复杂,层面呈拱形,部分层出现速度逆转,为两个构造单元的接触过渡带;3）青藏高原东北缘一侧地壳厚度~50 km,鄂尔多斯地块地壳厚度~42 km,六盘山断裂带下方莫霍面发生叠置,揭示出青藏高原东北缘、鄂尔多斯地壳在六盘山下汇聚,较薄且刚性的鄂尔多斯地壳挤入较厚且塑性的青藏高原东北缘地壳中的构造模式.