青藏高原及周边区域地表长期变形数值模拟

印度板块向欧亚板块俯冲挤压,不仅令青藏高原上地壳在挤压作用下发生弹性变形和运动,且青藏高原高温高压下的下地壳会发生柔性流动,并对脆性的上地壳有拖曳作用,这2种作用一起形成现今的高原运动变形场。这一动力学过程已得到GPS观测资料的证实。因此在二维平面问题中仅用上地壳在边界作用下的弹性变形解释是不够的,还要考虑柔性下地壳流动对上地壳的拖曳作用。但是拖曳力作用的大小和方向不易确定,故文中建立了二维平面弹性有限元模型,利用加载等效体力来模拟下地壳流动对上地壳产生的拖曳力。以高原内部的GPS观测资料为约束,利用试错法反演出模型中关键点的力,其他位置上的力则用关键点上的力进行双线性插值计算。以此来反演计算出模型区域内的柔性下地壳的差异性流动对脆性上地壳产生的拖曳力(节点力的形式,单位:N)的大小和范围,在86°~100°E,26°~32°N地区主要以SE向为主,最大达到108N;西部局部(31°~36°N,76°~80°E)地区有较弱的W向拖曳力,最大为107N。文中为深入研究青藏高原及周边区域的长期地表变形动力学机制提供了1个新的思路。     

川滇地区下地壳流动对上地壳运动变形影响的数值模拟

根据活动断裂分布和区域流变结构建立川滇地区三维有限元模型, 采用上地壳为弹性介质,下地壳和上地幔为Maxwell体的粘弹性模型,模拟川滇地区地壳现今运动和应力分布,探讨川滇地区地壳运动变形的动力学机制. 通过4种不同边界条件和深度分层结构有限元模型的计算结果的对比,认为川滇地区绕喜玛拉雅东构造结顺时针旋转的地壳运动模式主要受川滇地区特殊的边界动力作用控制,川滇菱形块体下地壳流动对上地壳的拖曳作用亦不容忽视. 同时,川滇地区各块体的现今地壳运动场和应力场还受到区域主要活动断裂带的影响, 呈现分块特征.      

三维黏弹性数值模拟华北盆地地震空间分布与构造应力积累关系

华北盆地为我国板内地震多发区域,历史以来相继发生多次破坏性大地震.前人地震勘探与震源定位结果揭示了华北地震的空间分布特征:横向上,华北地震基本发生在地壳的薄弱地带(Moho面上隆),或者地壳厚度的急剧变化带;纵向上,华北地震在地壳一定深度范围内呈现成层分布特征;主震一般在上地壳底部9~15 km深度范围,余震多发生在大约深5~25 km的上地壳与中地壳范围内,在中地壳下层与下地壳中仅有少量或者鲜见有余震发生.为研究解释华北盆地地震空间分布的以上特征,本文建立了华北盆地岩石圈三维黏弹性有限元模型.震源机制和GPS反映华北盆地处于NNE最大主压应力方向挤压,因此对模型边界施以恒定的位移速率边界条件;数值模拟华北岩石圈各层位在数百年以上长期匀速构造挤压作用下的应力积累特征,分析了华北地震空间分布与构造应力积累速率的关系,探讨了地壳结构与地壳分层流变性质对地壳应力积累的影响.计算结果表明,Moho面的隆起与地壳各层位岩石介质的黏滞系数是华北盆地地震孕育的重要因素.华北盆地在构造挤压的持续作用下,Moho面隆起处产生明显应力集中现象.该区域应力在长时期的积累过程中,在脆性的上地壳与中地壳上层,应力表现近于线性增长趋势,上地壳底部较其它深度有最大的应力增长率,其主震可以在应力积累至岩石破裂强度时发生;在脆、韧性转换的中地壳下层,应力增长速率次之,华北地震的大部分余震可能在该层位为主震所触发;而在柔性的下地壳应力增长近于指数形式,稳定状态之后其应力增长速率近于零,而鲜有地震发生.地壳各层位的应力增长率差异与地震成层分布的现象揭示了华北地壳的分层流变性质:脆性(上地壳)-较弱脆性(中地壳上层)-较弱韧性(中地壳下层)-较强韧性(下地壳)-韧性(岩石圈上地幔)的分层流变结构.     

印度板块挤压驱动龙门山断裂带活动的三维数值模型

采用有限元方法模拟了印度板块的持续向北推进、挤压对龙门山断裂带及其邻区的影响,根据模拟结果,对比GPS、地震和地质学观测数据,定量分析了汶川大地震发生前断裂带的走滑速率以及最大主应力的分布特征,据此探讨了汶川大地震的发震机理.模型由弹性上地壳和粘弹性下地壳组成,其中上地壳包括了青藏高原、四川盆地、华南地块以及印支地块,...     

用遗传有限单元法反演川滇下地壳流动对上地壳的拖曳作用

利用震源机制解和地质调查资料,运用伪三维遗传有限单元法反演了中国川滇部分地区（96°E～104°E, 22°N～30°N）受到的边界作用和该地区底部所受的剪切作用力. 对反演方法进行了讨论,获得了稳定的反演结果. 结果显示,该区川滇菱形块体上地壳底部受下地壳南南东向剪切力,与GPS反映的现今地块运动方向大体一致;而研究区域其他地区底部没有受到统一显著的剪切力作用. 结合该地区的研究资料,初步认为青藏高原物质受挤压向东和东南运动过程中,下地壳物质比上地壳更易于流动,从而对川滇菱形块体上地壳有拖曳作用. 从应力场反演的模型位移与GPS实测的现今位移资料也大体吻合,反映结果有合理的物理意义.     

青藏高原东南缘地壳结构及云南鲁甸、景谷地震深部孕震环境

通过联合解释青藏高原东南缘地区Rayleigh波群速度频散和固定地震台站的远震接收函数,构建了青藏东南缘3维地壳剪切波速度模型。结果表明研究区地壳结构具有强烈的横向不均一性。该区地壳厚度变化强烈(30~65km),其总体趋势是东南浅、西北深。研究显示该区存在2个明显的壳内低速异常带,其中中地壳(15~20km)低速带主要分布在腾冲、川滇菱形块体内部;而25~40km深度范围的中、下地壳低速带主要出现在研究区的北部,而在四川盆地和研究区南部则普遍缺失。鲁甸地震所在地震带的上地壳表现为高速异常,中、下地壳范围内存在2个显著的壳内低速带。鲁甸地震主震及其多数余震分布在高速的上地壳之中。与之不同,景谷地震序列及其所在思茅-普洱地震带下方没有显著的壳内低速带的出现,但其上地壳则表现为S波低速异常,该上地壳低速异常可能与地壳强烈破碎及断层/微裂隙中的流体有关。     

朝鲜半岛南部三维地壳速度结构成像

对多震相走时层析成像方法进行改进和优化, 使用朝鲜半岛陆地和近海的地震记录, 对朝鲜半岛南部(345°N～39°N,125°E～130°E)进行地震波走时反演, 获得了本研究区的三维速度结构成像结果.分析了沉积层、基底、上地壳、康腊面、下地壳和莫霍面的特征.研究了不同地质区的深部结构的主要差别、主要断裂特征、 海陆交界的地壳特征等.可以发现京畿山地与沃川褶皱带、太白山褶皱带、临津江褶皱带深部结构的差异尤为明显.     

青藏高原东北缘地壳三维速度结构

本文用1980—2000年M≥1.5的2 032个天然地震事件的38 052个〖AKP-〗、〖AKS-〗、Pm、Sm、Pn和Sn震相到时及人工地震测深给出的Moho面形态资料,利用地震层析技术反演了32°~40°N, 100°~108°E区域内地壳地震波速度结构.从层析成像图象中可以得到,本区的地壳可分成4个层位.第1层（埋深约在0~3 km）为沉积层, 速度梯度约为0.2 s-1;第2层（埋深约在3~17 km）为上地壳, 其顶部速度梯度约为0.1 s-1, 下部速度横向变化较大且存在低速块体;第3层（埋深约在17~36 km）为中地壳, 速度梯度约为0.03 s-1;第4层（埋深约在36 km—Moho）为下地壳, 是一个契形层,总的趋势是西厚东薄,青藏高原较厚逐渐向鄂尔多斯地块和扬子准地台方向变薄,各处的地震波速度梯度不尽相同.     

华北北部地区地壳三维P波速度结构的双差地震层析成像

利用区域固定台站和华北科学探测台阵记录的10 461个近震事件的183 909个Pg波绝对走时和495 753个相对走时数据,采用双差地震层析成像获得华北北部(37.5°～41.5°N,111.5°～119.5°E)范围内的地壳三维P波速度结构模型。结果表明:研究区内各主要构造单元具有明显不同的速度结构特征,速度异常的走向与区域构造的走向一致,浅层速度图像很好地反映了地表地质和岩性的变化;重定位后的大部分地震集中在0～20km的深度上,主要位于低速区的内部或高速和低速区的交界部位;三河—平谷和唐山地震震源区中、下地壳的低速异常可能是流体的显示。结合前人成果和本文模型所揭示的深、浅结构,我们认为太平洋板块在中国东部之下的俯冲和滞留引起板块脱水、软流圈物质上涌等一系列过程,软流圈热物质到达上地幔顶部并沿超壳断裂上侵进入地壳,致使上地幔顶部和下地壳中的含水矿物发生脱水作用产生流体,流体继续上移造成中、上地壳发震层的弱化,从而导致大地震的发生。因此华北北部地区的强震活动,以及地壳结构的非均匀性应是与太平洋板块俯冲、滞留引起的深部过程密切相关的。     

云南地区地壳速度结构和地震活动性研究

云南(21~29°N,97~106°E)地处印度板块与欧亚板块中国大陆碰撞带的东缘,是中国大陆最活跃的地震活动区域之一,其地震活动频度高、震级大、分布广,属于板缘、板内地震混合型地区.本研究采用中国地震科学台阵探测在南北地震带南段布置的367个流动地震台站记录到的波形数据,人工挑选出良好约束的,ML震级3.0的近震P波走时数据,采用VELEST算法,联合反演得到了研究区的一维P波速度结构和震源参数.结果表明,云南地区一维P波速度模型在0和30 km之间速度介于5.96~6.60 km/s之间;在30到40 km之间的下地壳P波速度值为6.60~6.80 km/s;上地幔顶部平均P波速度为7.80 km/s,低于全球大陆速度模型均值(8.04~8.10 km/s).基于新模型的地震活动性分析表明云南地区地震事件大多发生在中上地壳(20 km),约20 km处地震活动性最强且各个震级范围地震均有发生,可能指示该深度范围活跃的构造运动和复杂的应力状态.     

中国东南部地区背景地震重新定位及隐伏活动构造初步研究

中国东南部地区或分布崇山峻岭,或为新生代盆地覆盖,因而活动断裂的发现与定位极为困难。沿断裂的地震活动可以成为断裂现今活动的直接证据,但需要地震的精确定位。文中通过精定位背景地震活动性,初步分析了区域构造活动与背景地震活动的关系,解译了研究区存在的隐伏活动断裂。利用双差地震定位法对中国东南部地区大致22°~35°N,106°~122°E范围内1990-2014年发生的背景地震开展了重新定位工作,重新定位了51 000多个小震的震源参数。重新定位的背景地震活动表现出与区域构造活动相一致的分布特征,具有分区活动性,不同构造区出现不同的分布样式。现今活动较弱的构造区,地震活动分布离散或稀疏,没有指示出隐伏活动断裂的存在。在现今活动较强的构造区,地震活动明显集中成线性条带状,线性条带的展布样式和方向与区域构造格局和主要断裂走向一致。以线性条带分布的背景地震活动性揭示出的隐伏活动断裂主要分布在东南沿海一带、桂西北地区、四川盆地东南缘以及霍山一带,多数为以往研究所未发现的断裂。重新定位地震在不同构造区的震源深度分布差异明显,在块体中部区域震源深度最浅,主要分布在0~15km,表明脆性变形主要发生在上地壳,中下地壳为半塑性、塑性变形状态;在东南沿海一带,有下地壳地震发生。震源深度最深的区域为四川盆地的东南缘一带,有地震震源深度分布在40~44km,反映了地壳厚度大且下地壳为脆性变形特征,与较低的大地热流值和较硬的流变强度相一致。     

青藏高原东北缘中上地壳介质各向异性及其构造意义

青藏高原东北缘(94°E—105°E,32°N-40°N)是高原北东向扩张的前沿地带,亦是研究高原生长过程的重要区域.本文利用青海省数字地震台网(2008-2014年)共7年的地震目录和波形数据,首先使用双差定位获取精定位震源位置,在此基础上,挑选位于S波窗口内(射线入射角≤45°)的地震事件,依据S波分裂分析方法(SAM),获取研究区域内共26个台站的S波分裂参数.研究结果表明:地处多个块体交汇部位的西宁及其周缘,地壳各向异性呈现两个优势偏振方向,表明该区中上地壳应力环境由区域主压应力场和活动断层共同约束;玉树地震序列的地壳各向异性优势偏振方向与区域主压应力场一致.     

汶川地震区地壳上地幔三维S波速度结构初步研究

2008年5月12日汶川MW7.9地震发生在龙门山断裂带。龙门山断裂带及其邻域的地壳上地幔三维速度结构的研究对于理解汶川大地震的动力学背景具有重要的意义。2006年10月至2009年10月,在国家重大基础研究项目(973)的支持下,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(26°~32°N,100°~105°E)布设了由297台宽频带数字地震仪组成的流动观测台阵(简称川西台阵)。根据川西台阵记录的环境噪声和远震波形数据,利用噪声成像技术和接收函数方法,我们研究了川西地区(29°~32°N,100°~105°E)地壳上地幔100km深度范围内的三维S波速度结构。本文得到的结果为研究川西高原和四川盆地的地壳结构提供了新的高分辨率观测证据。我们的结果表明:1)观测台阵覆盖的川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地的地壳上地幔S波速度结构具有显着差异,龙门山断裂和鲜水河断裂带,作为地块间的边界断裂带,对两侧地壳结构具有明显的控制作用。2)观测台阵覆盖区域的地壳厚度存在明显差异,川滇地块的地壳厚度为60~64km,松潘-甘孜地块的地壳厚度为52~56km,四川盆地前陆的地壳厚度为46~52km,沿龙门山断裂带松潘-甘孜地块和四川盆地形成镶嵌结构,汶川地震震中处南北两侧的壳幔边界存在约6km的断错。3)四川盆地前陆低速特征表明相应区域存在厚度8~10km的沉积盖层,松潘-甘孜地块和川滇地块的中下地壳具有大面积分布的S波低速区,松潘-甘孜地块地壳平均泊松比高达0.29~0.31,汶川地震余震绝大多数分布在低速区上方的高速介质区域内,而四川盆地的中下地壳呈现整体性的高速特征,以汶川地震的震中为界,龙门山断裂带北段和南段的S波速度结构显示了明显的速度分段特征,其北段的S波速度总体上高于南段。4)本文给出的研究区地壳三维S波速度结构表明,川西高原中下地壳较为软弱,而四川盆地中下地壳的强度应明显高于松潘-甘孜地块,意味着四川盆地坚硬中下地壳可以阻挡松潘-甘孜地块向东的逃逸;另一方面,川西高原和川滇地块的中下地壳虽然均存在大面积的S波低速区,但松潘-甘孜地块内的地壳速度结构相对来说较为复杂,并形成了高、低速相间的结构特征,表明在四川盆地的阻挡作用下,该地块形成了折皱变形的结构。5)与S波低速区相应,松潘-甘孜地块和川滇地块中下地壳应处于部分熔融的状态,这对该区域存在中下地壳通道流(Channelflow)的推断是一个支持;但是,松潘-甘孜地块内是否存在中下地壳通道流仍有待进一步的深入研究。6)接收函数方位各向异性的偏振分析表明,以汶川地震震中为界,龙门山断裂西南侧处于挤压状态,而其东北侧的主压应力方向与断层走向大体平行,推断先存应力场可能驱动了汶川地震逆冲破裂之后沿龙门山断裂向北东方向的走滑破裂。     

泉州盆地及其邻区地壳深部结构的探测与研究

泉州盆地及其邻区地处我国大陆东南沿海地震带北段。通过对泉州盆地进行深地震反射探测，获得了该地区近地表至Moho面的精细几何结构及其深浅构造关系图像。这是该区第一条深地震反射探测剖面。分析结果表明，泉州盆地及其邻区地壳厚度变化在29．5～31．0km，由上地壳和下地壳组成。上地壳和下地壳又可以各分为2层。泉州盆地及其邻区近地表至浅部断裂发育，这些断裂向地壳深部最大延伸深度为6-12km，断裂的倾角随深度增加而逐渐变小，呈铲形正断层终止于上地壳上部反射界面C1，以上。在永安-晋江断裂带之下的上地壳下部和下地壳中，存在着切割上、下地壳分界面和Moho面的高倾角深断裂，尽管深浅部断裂构造不相连接，但由于深部存在深断裂，具有发生中强以上地震的深部构造环境。这一深地震反射探测成果的获得，使得泉州盆地及其邻区深部资料解释的可靠性和探测精度比以往显著提高；深浅部构造组合取得了统一的解释结果；地壳的分层和结构特征更为确切和精细；首次发现了上地壳的拉张性构造及铲式正断层组合特征。不仅有助于泉州及其邻区地震危险性的综合判定，而且对深化东南沿海地震带及台湾海峡深部动力学过程的认识具有重要意义。     

昆仑山口西MＳ＝8．1级地震的形变应变场研究

根据昆仑山口西8．1级地震前后GPS测点的位移速率，用弹性模型公式计算了地壳应变参数．应变参量的变化表明，震前在地震区附近以压应变为主，应变速率较大．位移速率矢量显示出震前的震中地区相对周围为活动性较弱的“稳定”地区．地壳的形变和应变揭示出孕震体在挤压状态下积累了较高的应变势能．8．1级地震的同时期由于地壳释放了巨大的应变能而应变速率变化显著．计算结果表明，地震所产生的应变达到4．5×10-6以上．发震断裂带的平均左旋走滑量是3．31m（89°E～96°E）．     

云南思茅—中甸地震剖面的地壳结构

云南思茅—中甸宽角反射/折射地震剖面切割松潘—甘孜、扬子和华南三个构造单元的部分区域. 我们利用初至波和壳内反射波走时层析成像获得地壳纵波速度结构. 在获得新的地壳速度结构模型基础上，利用地震散射成像思想和低叠加次数的叠前深度偏移方法重建了研究区的地壳、上地幔反射结构. 综合分析研究区地壳P波速度模型和壳内地震反射剖面发现：沿测线从北至南地壳厚度从约50 km减薄至35 km左右，地壳厚度的减薄量主要体现在下地壳，剖面北段下地壳厚度约为30 km，剖面南段下地壳厚度仅为15 km左右；上地幔顶部局部位置P波速度值偏低，一般为76～78 km/s，反映出云南地区是典型的构造活动区的特点.剖面沿线地壳内地震反射发育，其中莫霍强反射出现在景云桥下方；在景云桥弧形断裂带8～10 km深处出现宽约50 km的强反射带.     

云南思茅—中甸地震剖面的地壳结构

云南思茅—中甸宽角反射/折射地震剖面切割松潘—甘孜、扬子和华南三个构造单元的部分区域. 我们利用初至波和壳内反射波走时层析成像获得地壳纵波速度结构. 在获得新的地壳速度结构模型基础上，利用地震散射成像思想和低叠加次数的叠前深度偏移方法重建了研究区的地壳、上地幔反射结构. 综合分析研究区地壳P波速度模型和壳内地震反射剖面发现：沿测线从北至南地壳厚度从约50 km减薄至35 km左右，地壳厚度的减薄量主要体现在下地壳，剖面北段下地壳厚度约为30 km，剖面南段下地壳厚度仅为15 km左右；上地幔顶部局部位置P波速度值偏低，一般为76～78 km/s，反映出云南地区是典型的构造活动区的特点.剖面沿线地壳内地震反射发育，其中莫霍强反射出现在景云桥下方；在景云桥弧形断裂带8～10 km深处出现宽约50 km的强反射带.     

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.     

中国边缘海及邻区地壳和上地幔速度结构特征

本文利用中国地震台网和世界地震台网1 222个地震台记录到的27 909个研究区内地震的479 707条P波到时数据和4 995个研究区外远震事件的90 530条P波到时数据,采用多波多震相地震层析成像法重建了中国边缘海及其邻近地区（10°~45°N,105°~145°E,深至1 061 km）的三维速度图像,揭示了中国边缘海及其邻近地区地壳和上地幔三维速度结构特征.     

邢台地震区深部构造背景的地震转换波探测和研究

1982-1986年期间,在东汪、隆尧和百尺口邢台地区的强震震源区完成了3条近NW向地震转换波测深剖面。利用转换波数据处理新方法,实现了转换震相的相位对比追踪,得出了震源区较详细的深部构造剖面图和速度结构模型。发现强震震源区深部构造的特点为:上地壳强烈褶皱变形;中地壳急剧减薄;下地壳和上地幔局部上隆;存在一组深部超壳断裂;低速层急剧增厚,波速比增大以及上地幔波速偏低。表明研究区的下地壳和上地幔的温度可能偏高,其地震活动可能与上地幔物质的侵入作用有关。