利用P波“影区”特征探测青藏高原东部岩石层内低速层

选用我国西藏及其周边地区测震台网35个台站宽频带数字地震仪记录到的2014年10月7日云南普洱M_S6.1地震的波形资料,分析了垂直向分量初至P波的幅度特征.结果表明:在震中距处于5°-18°之间的P波初动幅度相对较小,存在“影区”特征,推测该“影区”是由青藏高原下方岩石层内低速层所引起的;通过试错法,多次对比不同模型的理论波形与观测波形的P波初动振幅随震中距的变化形态,最终确定在78 km深处存在一厚度为24 km的低速层,层内速度梯度约为-0.05/s.      

利用地震波速研究青藏高原东北缘地壳组成及其动力学

依据穿过巴颜喀拉地块的北部、秦岭地块、祁连地块、海原弧形构造区和鄂尔多斯地块的玛沁-兰州-靖边人工地震剖面的P波、S波的速度结构和泊松比结构,对青藏高原东北缘的地壳组成进行研究,并探讨其动力学过程. 首先,系统地归纳总结出一套将地震测深得到的原位P波速度校正到实验室温压条件下波速的具体可行的方法,利用大地热流值求取地壳不同深度的温度是该方法的关键. 然后,将上述剖面的原位P波速度校正到600 MPa和室温条件下,结合泊松比与相同温压条件下的实验室岩石波速测量结果进行对比,确定研究区的岩性组成. 结果表明,青藏高原东北缘地壳平均P波校正波速为6.43 km/s,地壳整体像上地壳一样呈酸性. 巴颜喀拉地块和秦岭地块南部的下地壳底部缺失校正速度Vp>6.9 km/s的基性岩,下地壳中酸性互层,下地壳整体呈酸性. 其他地块下地壳底部有2～10 km厚的校正速度Vp>6.9 km/s的基性岩,下地壳整体呈中性. 最后,根据青藏高原东北缘地壳结构和组成的研究成果,支持地壳增厚主要发生在下地壳的观点;提出巴颜喀拉地块和秦岭地块南部曾发生过下地壳拆沉作用,并导致高原的加速隆升.     

初论华北地区的地壳低速层

本文根据华北地区人工地震测深的地震记录特征及得到的地壳速度结构和介质Q值结构,并结合其它地球物理资料,论述了华北地区壳内低速层的存在。通过分析对比,研究了与壳内低速层有关的一些现象,如构造运动、地震震源分布和地热异常等。在此基础上,对地壳内低速层的成因机制作了初步的探讨     

气枪探测资料对华北地区地壳低速带的约束

地壳低速带是岩石圈中的力学软弱带,对地震的孕育有重要作用.人工探测和天然地震层析成像资料均表明,华北地区在不同深度上均存在低速带.为进一步对华北地区地壳低速带的特性进行约束,我们分析了在唐山地区进行大容量气枪震源探测所获得的高分辨率观测资料.分析中发现,该地区的地震记录具有如下主要特征:①直达波Pg视速度为6km/s,可以追踪到约70km;②Moho面反射波PmP从50km开始就以强势震相出现;③PmP震相在150km处比Pg震相约滞后2s.本文利用合成地震图,通过波形正演对观测数据进行拟合,结果表明,合成地震图不仅可以解释各种震相的走时,同时也能较好地反映PmP和Pg的相对振幅.模型结果显示:①该地区平均地壳厚度为33km;②在该地区上下地壳各存在一个低速层.通过分析热流和大地电磁测深资料,认为该地区上/下低速层可能分别是流体和热作用的结果.     

利用接收函数研究青藏高原东部地壳结构

青海玉树Ms7.1地震之后,根据地震断裂及余震活动的分布情况,于2010年5～11月在玉树地震断裂带周边地区布设由26套宽频带流动地震仪组成的临时地震台网,组成一个经过玉树地区的南北剖面和分布在玉树周边地区的密集台阵.其中南北剖面台站分布由北往南依次穿过昆仑地块、巴彦喀拉地块和羌塘地块,由15个流动地震观测台和固定台站MAD台组成;密集台阵由由分布在玉树周边的14个台站组成.     

利用三重震相探测中国东部海域410 km深度低速层

基于中国数字地震台网记录的日本本州地区2009年发生的一次震源深度为167.2 km、 震级为mb6.0地震的宽频带波形资料,利用二维射线追踪方法给出P波三重震相的理论时 距曲线,并采用试错法构建出与观测时 距曲线拟合效果最优的低速异常模型,发现在中国东部海域下方410 km间断面上、下均存在局部的P波低速异常:300—410 km深度范围内低速异常为4%—5%,而410—460/470 km深度范围内的低速异常则达到4%—7%．结合前人地震层析成像结果,发现该区域不存在明确外源热流,因而,本文认为该低速异常与俯冲板片脱水引起的部分熔融有关．      

晶格优选定向和下地壳地震波速各向异性

本文根据基性糜棱岩中斜长石、透辉石和角闪石矿物组构数据及其单晶体弹性刚度系数,理论计算了纵波、快剪切波和慢剪切波在由斜长石、透辉石和角闪石所组成的单矿岩和复矿岩各个方向上的传播速度,探讨下地壳中地震波速各向异性的成因和借助地震方法了解下地壳韧性剪切带运动学信息的可能性     

利用矿山爆破探讨四川地区地震波速和地壳结构

本文利用四川峨嵋水泥厂矿山自1971年以来的18次工业爆破资料,探讨了四川部分地区近十一年来的地震波速（视波速）的变化特征。本文对Smith所提出的“走时差”法作了某些改进,使之不仅适合于分析折射首波,也适合分析直达波。讨论了四川地区地震波速的各向异性特征.还利用另外的3次大爆破,用时间项法测定了西南部分地区的地壳厚度.     

青藏高原东缘下地壳流动的地震学证据

在2000年完成的穿过川西高原和四川盆地的深地震测深剖面揭示了川西高原的地壳结构具有地壳增厚(主要是下地壳增厚)、地壳平均速度低等特点,显示地壳的缩短与增厚的碰撞变形特征。根据川西高原上设置各爆炸点的记录截面图共同呈现PmP(莫霍界面反射波)弱能量的特点,推断在川西高原的下地壳介质具有强衰减(Qp=100~300)的性质。利用我国西部地区的宽频带地震台站的面波资料反演青藏高原及其邻区的地壳上地幔S波三维速度结构,在周期T=29.2s和T=42.9s的Rayleigh波群速度分布图上,显示了青藏高原东部(包括川西高原)呈现大范围的低速异常。多方面的结果表明,地震学方法为当前流行的下地壳流动模型提供了深部证据。     

多层地壳模型近地震波走时表计算方法及程序设计

本文讨论了计算区域地震波走时表的方法,整理出完整的多层地壳模型四类近地震波时距方程式,详细讨论了理论时距方程及其数值解法,取得了拟合观测时距曲线的方法和经验,设计出理论时距方程求解、拟合观测时距曲线及编表的比较完整的计算程序。     

利用矿山爆破探讨四川地区地震波速和地壳结构

本文利用四川峨嵋水泥厂矿山自1971年以来的18次工业爆破资料,探讨了四川部分地区近十一年来的地震波速（视波速）的变化特征。本文对Smith所提出的“走时差”法作了某些改进,使之不仅适合于分析折射首波,也适合分析直达波。讨论了四川地区地震波速的各向异性特征.还利用另外的3次大爆破,用时间项法测定了西南部分地区的地壳厚度.     

青藏高原地壳高导层的成因及动力学意义探讨——大地电磁探测提供的证据

大地电磁探测结果显示,青藏高原的中下地壳普遍存在大规模的高导层,其电阻率低于10 Ωm,远低于稳定构造区地壳的平均电阻率值.通过对可能形成地壳内大规模低阻异常地质原因的分析认为,青藏高原地壳中的高导层不可能是由金属矿、石墨层或者单纯的含盐水流体引起的,而很可能是由于地壳岩石的部分熔融或者是部分熔融与含盐水流体共同导致的.这些高导层的形成是与板块运动等动力学过程密切相关的.地壳内的高导层可能是印度板块和亚洲板块俯冲的电性痕迹,其成因与板块俯冲过程中由于摩擦生热导致的岩石部分熔融和脱水作用有关,也可能与岩石圈拆沉造成幔源物质上涌有关.沿高原内主要缝合带均存在东西向连续分布的大规模高导体,有可能是青藏高原下地壳物质向东"逃逸"的证据;其中班公—怒江缝合带可能是最重要的物质运移"通道".     

青藏高原东北缘海原弧形构造区地壳电性结构探测研究

对青藏高原东北缘海原弧形构造区（105deg;～107deg;E，36deg;～37.5deg;N）的5条大地电磁测深剖面进行处理分析和二维反演，得到研究区内东西宽约160 km、深约60 km范围的地壳电性细结构. 结果表明: 研究区呈现南西——北东的带状分布特征. 由南西——北东可分为6个电性区块，依次为西吉盆地(Ⅰ)、西、 南华山隆起(Ⅱ)、兴仁堡-海原盆地(Ⅲ)、中卫-清水河盆地(Ⅳ)、中宁-红寺堡盆地(Ⅴ)和鄂尔多斯西缘带(Ⅵ). 各区块在平面上呈北西撒开、 南东收缩的ldquo;扫帚状rdquo;形态；弧形构造区弧顶附近构造完整、规模大，自弧顶向北西、南东两端构造规模逐渐减小. 地表到深度10 km左右，西、南华山隆起和鄂尔多斯西缘带呈高阻特性，西吉、兴仁堡-海原、中卫——清水河和中宁-红寺堡4个盆地的电阻率较低且呈盆地凹陷形状. 其中兴仁堡-海原盆地电性基底最深，显示为南西深北东浅的ldquo;簸箕状rdquo;起伏形态. 研究区发育不连续的壳内低阻带，与该区中、强震活动密切相关. 1920年海原大震区存在明显的电性结构差异，震区南西侧和上部区域为相对高阻，北东侧和下部区域为相对低阻.      

青藏高原-天山大陆内部地壳变形三维数值模拟研究

大量研究事实证明,板块相互作用除了在板块边缘产生地壳强烈变形外,其应变可以扩展到远离板块边界的大陆内部,对板块相互作用的远程效应以及大陆内部地壳变形的动力学机制目前仍然有争议.本文结合前人对大陆岩石圈流变学研究的知识和现代GPS观测结果,应用三维有限元数值模拟技术探讨了印度大陆向北推挤与青藏高原-天山地壳变形的动力学关系.模拟地壳的流变学用Maxwell黏弹性模型近似,印-藏的汇聚速度用大量GPS观测的速度边界约束,而欧亚大陆内的远程边界用弹簧约束.在重力方向上,模型考虑了重力加载和位于深部的静岩压力边界.通过大量模型的计算,在均一的地壳流变学框架下印-藏汇聚的应变使研究区内发生整体隆升;然而当考虑青藏高原,塔里木地块和天山等区域中地壳流变学可能存在的横向不一致时,可以发现印藏汇聚的应变经青藏高原吸收后可以跃过塔里木导致天山地区的强烈变形.这暗示新生代以来发生在天山地区强烈地壳变形的动力学可能与印-藏汇聚过程中青藏高原-塔里木天山一带岩石圈流变学存在横向不均一有关.这对我们进一步认识板块相互作用的远程效应和大陆内部岩石圈变形机制有一定理论意义     

多种地震方法探测青藏高原东北缘地壳上地幔结构的研究进展

青藏高原东北缘地区在地形上处于青藏高原隆起区的东北边缘,青藏高原块体、鄂尔多斯块体和阿拉善块体交汇于此,是整个高原向大陆内部扩展的前缘部位,也是其最新的和正在形成的高原重要组成部分.区域内新生代构造变形和地震活动强烈,是研究青藏高原隆升、构造变形,探讨强地震发生的深部环境的最佳场所.为研究青藏高原东北缘地壳上地幔深部结构构造特征,近些年来开展了大量的地球物理探测工作.笔者收集了近三十年来在青藏高原东北缘展开的人工地震和天然地震观测工作,综合论述了人工源地震探测方法和天然地震成像方法(主要包括接收函数方法、地震层析成像方法、SKS剪切波分裂分析等)的发展和不同地震探测方法所取得的关于青藏高原东北缘壳幔速度结构、莫霍面形态、地壳上地幔各向异性研究等所取得的成果,总结分析了青藏高原东北缘地壳上地幔结构特征方面已达成的的一致观点以及有待进步一研究之处,并对比分析了不同方法之间的差异之处.     

青藏高原下地壳流动方式的数值模拟研究

青藏高原存在柔性下地壳流动被越来越多的学者接受, 但是关于下地壳流动方式及速度存在争议。 地表运动有GPS等直接测量, 上地幔运动有S波分裂间接反映, 下地壳运动目前没有直接观测手段, 使得开展数值分析非常重要。 本文利用三维球壳黏弹性有限元模型研究了青藏高原下地壳柔性流动方式和流动速度。 本文通过对地表GPS观测资料的拟合与不同数值模型的对比分析, 认为青藏高原柔性下地壳东向流动遇到四川盆地的抵阻, 下地壳物质可能仅在高原东南方向存在物质外溢通道, 而在高原东北方向不存在类似的物质通道; 下地壳的流动速度比地表运动速率每年快几毫米至十几毫米, 对应的黏滞系数为10¹⁸~10¹⁹ Pa·s。     

利用远震地震波形畸变现象探测地幔低速体

地幔低速异常体的精确探测对于研究热点/地幔柱的成因至关重要.但是,由于观测手段以及波前愈合现象的影响,远震走时层析成像在探测地球深部的低速异常体时具有极大的限制.因此,越来越多的学者利用地震波穿过低速体后产生的绕射波和直达波干涉造成的波形畸变信息来研究地幔低速体.本文通过三维地震数值模拟来拟合长白山、黄石公园地区宽频地震记录,分析绕射波和直达波相互干扰造成的波形畸变现象.模拟结果显示,绕射波/波形畸变对于探测地幔深处的低速体具有较高分辨率;目前常用的基于互相关测量的有限频层析成像方法对于深部低速体速度异常低估现象明显.如果将有限频层析成像结果在深部的速度异常值放大到原来的2倍,数值模拟可以很好的拟合观测到的地震波形畸变现象.通过对长白山地区、黄石公园地区记录的地震波形畸变现象的拟合,我们进一步确认了长白山、黄石地区下方分别在400~600 km、700~1000 km处存在地幔低速体,并对低速体速度异常值进行了矫正.

     

汶川大地震与中地壳低速、高导层的成因关系初探

四川汶川大地震给人们留下诸多困惑:大地震究竟是如何发生的,大地震能否避免?本文根据松潘--甘孜褶皱带的深部地壳构造特征表明:松潘--甘孜褶皱带的茂县(1933年)、松潘--平武(1976年)、汶川(2008年)大地震震源深度与中地壳低速、高导层深度大体一致,可能成因上相关.历史上一些大地震如银川地震、海原地震、渭南地震、海城地震、唐山地震等也均与中地壳低速、高导层有关,这一切均可能与地球排气作用有关.而通过地震、森林大火、油气资源的一体化勘查,可查明地震可能发生的区域.通过油气的勘查、开发、排放,可有效减少地震发生的可能性.     

利用双差走时成像研究青藏高原东缘地壳速度结构

青藏高原东缘断裂密布, 强震频发, 是研究高原侧向挤出及深部孕震环境的理想实验室.为了解龙门山次级块体及其西界龙日坝断裂带在青藏高原东缘隆升过程中的作用, 我们基于四川地震台网64个宽频带地震台在2008年1月至2015年12月期间记录的震级≥3.0地震事件波形, 利用双差层析成像方法揭示了四川盆地及青藏高原东缘的地壳速度结构.结果表明: 夹持于龙门山断裂带(LMSF)与龙日坝断裂带(LRBF)之间的龙门山次级块体, 相对东侧龙门山断裂带和四川盆地呈现明显的低速特征.结合该区域的低阻、低密度结构特征, 以及块体内部、特别是龙日坝断裂带现今地震活动缺乏, 我们推测这是因为该块体"相对较软", 不易脆性破裂产生地震, 在青藏高原东缘与扬子块体西缘强烈相互作用过程中, 该块体主要通过地壳缩短增厚和地表隆升吸收板块挤压造成的累积应变能.依据本文获得的速度等值线变化特征及已有地球物理剖面探测结果, 推测龙日坝断裂带为深部向南东倾斜且向下切入基底, 该断裂倾角较陡, 主要以走滑运动调节应变能, 而东侧龙门山断裂带倾角较缓, 表现为逆冲运动导致的地壳缩短是其调节应变能的主要形式.此外, 据本文多条速度剖面及已有电性剖面、重力异常的联合约束, 我们推测鲜水河、安宁河断裂带均以较大倾角向南东倾斜, 至少延伸至中下地壳.     

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.