帕米尔东北侧地壳物性结构及其发震环境探讨

通过对帕米尔东北侧伽师及其周边地区两条深地震测深剖面Ｓ波资料的处理计算，结合Ｐ波研究结果，得到了S波二维地壳速度结构和波速比（vP/vS）分布．研究表明:① 塔里木块体平均地壳波速比明显高于西昆仑和天山褶皱带，显示了坚硬、稳定地壳物性特征．下地壳正常偏低的波速比（泊松比）值，说明塔里木块体的下插是该地区地壳运动的主要特征；② 天山褶皱带上地壳岩层相对较软，易于在应力作用下断裂破碎和应力能量释放，是其小震密集分布的重要构造因素；③ 伽师附近正处在下地壳C界面和壳幔边界的上隆顶部或拐点上，是强震群发生的深部构造背景．上地壳中下部的块体边界附近波速比值的交错变化和接触面复杂形态的存在，形成了伽师强震群出现的特殊构造环境．震源处波速比相对较高，剪切模量较小，可能是伽师强震群应力降偏低的主要原因．      

新疆伽师强震区余震序列的地震台阵定位

1998年中国地震局地质研究所在伽师强震群区布设了 30台流动宽频带地震台 ,记录到比纳木及龙口两个强震 (M≥ 6 0 )的主震及余震序列。我们利用Geiger法和JHD方法对这两个地震序列进行了台阵定位。结果表明 :1)利用地震台阵数据的JHD定位结果可以较好地确定地震序列的相对空间位置 ,并且比Geiger法有更高的精度 ;2 )比纳木、龙口地震序列勾画出了两条不平行的SWW向断层 ,其走向及产状与相应主震的矩张量研究结果基本吻合 ,此地震序列可作为确定伽师强震群震源断层面的重要参考依据 ;3)比纳木和龙口地震序列发生在壳幔界面的梯度带上及壳内高、低速介质交界部位 ,这表明地震的形成与地壳深部构造环境密切相关 ;4 )伽师强震群具有张性破裂特征 ,其主要原因是塔里木盆地北缘的横向非均匀变形     

新疆伽师强震群区的横波分裂与应力场特征

利用在新疆伽师地区布设的流动台阵记录到的地方震波形数据,研究了伽师强震群附近各台站横波分裂现象,给出了相应的快波偏振方向的平面场分布. 发现在台阵的塔里木盆地一侧,波偏振方向为近SN向,与塔里木盆地的区域主压应力方向一致,但在塔里木盆地北部边缘的褶皱变形带内,快波偏振方向变为近EW向,特别是在柯坪断裂附近,快波偏振方向与阿图什地震的震源断层方向基本一致. 由于快波偏振方向平行于主压应力方向,给出的快波偏振方向反映了相应的主压应力场特征. 结果表明,伽师强震群的成因很可能是塔里木盆地北缘横向非均匀变形造成的局部张性剪切应变能的释放.     

伽师强震群区震源细结构的深地震反射探测研究

穿过伽师强震群的深地震反射剖面提供了研究区从地表直至莫霍界面的地壳细结构图像.探测结果表明：研究区上、下地壳分界面埋深约20～30 km,莫霍界面埋深约52～58 km.上地壳内部存在着两种截然不同的反射图像.上地壳上部为沉积盖层,厚度约8～9 km,盖层内部反射成层分布,显示了稳定而连续的沉积特点;上地壳下部则为“反射透明”背景下存在的叠层状反射带.下地壳内部呈现明显的反射性质,具体体现在上、下地壳分界面和莫霍间断面都表现为具有一定持续时间的多循环反射叠层结构特征.时间剖面上所有反射事件由北东向南西下倾的整体图像直观地反映了塔里木盆地地壳变形而向西昆仑下插入的事实.剖面47km桩号附近,上地壳下部至壳幔过渡带以上地壳范围内存在一条高倾角的深断裂,具有走滑性质,本研究认为该深断裂与1997年伽师强震群的发生密切相关,推断它为伽师强震群的发震构造.而时间剖面上壳幔过渡带反射的连续性则说明该断裂没有向下穿过莫霍面.存在于上地壳上部的两条高倾角的浅部断层可能对应于地质推测的麦盖提—下苏洪断裂带,它们与位于其下方的地壳深断裂构成了伽师强震群可能的深、浅构造关系.     

伽师强震群震源破裂特征的初步分析

为深入研究1997年新疆伽师地区连续发生的强震群的震源破裂特征,利用全球数字地震台网(GDSN)宽频带数字资料及区域台网资料,较详细地研究了伽师强震群的震源机制及震源破裂特征.结果表明:伽师强震群的震源机制解主要有走滑和正倾两种破裂类型,其共同特点是主压应力轴方向沿北北东向,主张应力轴沿北西向,与区域构造应力场方向存在差异,具有明显局部特征;从震源破裂特征来看,伽师强震的滑动尺度、上升时间和持续时间均较小,震源破裂面积不大,是由一点向四周快速扩散的脆性破裂,无明显伸展方向;伽师强震群的破裂断层面为北东向,与震源深度梯度变化带、地壳接触变形梯度变化带、等烈度线以及地震扩展方向吻合;伽师强震群是在近南北向挤压环境下,在震源区附近剪切和张扭应力作用下发生的多次沿北东向的脆性快速破裂,从而造成了伽师强震群以张性破裂和左旋走滑为主的震源特征.     

伽师强震群区上地壳三维速度层析成像

以伽师强震群为中心布设了一个50km60km范围的三维人工地震透射临时台阵，接收来自不同方位的8次爆破激发产生的地震波；利用所记录到的莫霍界面临界反射P 波、S波走时，采用模型不分块反演技术，重建台阵下方上地壳三维P，S波速度扰动图象，以及vp/vs扰动分布图象；并结合伽师震群的地震活动分布，对该震群的成因进行了分析．结果表明，研究区上地壳存在明显的不均匀性．自12ｋｍ 深度开始，在与震群震中相应的位置上，明显出现沿北北西向的高Ｐ波速度块体，在它的周围为相对低速分布，这种结构上的差异是伽师强震群发生的最直接原因；vp/vs在相同的位置上为高值分布，则表明由于介质相对软弱可能造成震源体抗剪强度下降．这可作为伽师强震群发震特点的一种解释．      

新疆伽师强震群的震源破裂特征

利用国内外短周期P波初动符号及全球数字地震台网 (GDSN)的宽频带数字记录资料 ,研究了 1997年 1月 2 3日至 1997年 11月 4日伽师强震群的震源机制解和伽师强震群中的 5个强震、后续地震及其周边地震的震源破裂过程。从震源机制解来看 ,伽师强震群主要有走滑和正倾两种破裂类型 ,主压应力轴方向主要为NNE向和近垂直 ,而主张应力轴为NW向并近水平 ,与区域构造应力场方向存在差异 ,具有明显的局部特征。从破裂过程看 ,伽师强震群的破裂过程相对简单 ,破裂面积不大 ,上升时间较短 ,是由一点向四周快速扩散的脆性破裂 ,无明显的伸展方向 ,与阿图什地震完全不同。研究结果表明 ,伽师强震群与震源附近的地壳结构在垂向和横向上的非均匀变化有着密切关系 ,而阿图什地震与塔里木盆地的现今构造运动关系密切。伽师强震群是在震源区附近地壳上部垂向和水平向力共同作用下发生的多次沿NNE向的快速脆性破裂 ,从而形成了以张性破裂和左旋走滑为主的震源特征     

新疆伽师强震群区基底界面结构特征

用射线分布分析法对伽师强震群区的高分辨折射地震剖面资料进行了更进一步的分析处理， 得到了伽师强震群区更完整的基底界面结构特征. 结果表明，在伽师强震群区地壳上部存在两个明显的结构界面:第一个界面的结构连续、完整，其埋深变化不大， 在2.6～3.3 km之间，为一向天山方向逐渐抬升、 近平直的倾斜界面；第二个界面的埋深变化较大， 在8.5～11.8 km之间，为古老的塔里木盆地结晶基底. 在约37 km桩号附近结晶基底有近2.5 km的深度突变， 推断可能是伽师强震群区超基底断裂所致. 以该断裂为界，结晶基底分为西南、东北两段. 每段内界面的埋深变化不大， 西南段的埋深约11.5 km， 东北段的埋深约为8.5～9.0 km，该段在从西南向东北整体抬升的背景上略有上隆，反映出在塔里木地块西北缘特殊的构造环境下上部地壳的变形特征.      

新疆天山地区壳幔S波速度结构特征及变形分析

天山地区地质构造复杂,地震活动频繁,其壳幔变形和深部结构一直受到学者们的高度关注.然而,由于天山地区地震台站资料较少,致使壳幔变形研究结果与解释存在诸多争议.本研究利用在天山地区（40°N-46°N,78°E-92°E）新布设的11个流动宽频带地震台站和该地区39个固定台站的观测资料,采用接收函数与面波联合反演方法,获得了研究区地壳厚度及壳幔S波速度结构.反演结果显示天山地区（41.5°N-44°N,78°E-88°E）平均地壳厚度为56 km,塔里木盆地（40°N-41.5°N,79°E-90°E）、准噶尔盆地（44°N-46°N,82°E-90°E）和吐鲁番盆地（42°N-43°N,88°E-90°E）具有较厚的沉积层,地壳平均厚度为43 km、53 km和46 km,整体表现为天山厚、盆地相对较薄的特征;在研究区南天山的最高峰（42°N,80.5°E）及北天山的最高峰（43.5°N,86°E）附近,中下地壳存在较厚的低速层,我们认为在强烈挤压作用下低速、低强度的中下地壳强烈变形可能是导致该区域快速隆升的主要原因.在研究区中部,位于塔里木盆地与准噶尔盆地之间的天山地区,中下地壳及上地幔均存在低速层,且盆地莫霍面向天山倾斜明显.结合前人的研究成果推测,在南北向构造挤压应力作用下,塔里木盆地与准噶尔盆地发生了向天山造山带方向的双向壳幔层间插入俯冲.在研究区东部,塔里木盆地东北缘与天山东部接触带的地壳内没有明显的低速层,推测应处在早期挤压变形状态,该区域的壳幔边界为缓变的速度梯度带,可能与上地幔热物质侵入或渗透有关.     

2003年2月24日新疆伽师Ms6.5级地震震源破裂过程研究

利用中国数字地震台网和IncorporatedResearchInstitutionsforSeismology (IRIS)提供的远场宽频带P波垂向记录,基于有限地震断层方法,反演了2 0 0 3年2月2 4日新疆伽师6 5级地震震源破裂过程.结果表明,本次地震为北倾低角度稍具左移分量的逆冲破裂事件,断层面走向30 0°,倾角2 8°,震源深度7 5km .其震源机制与1997～1998年伽师强震群有明显区别,而与1996年阿图什地震相似.推断该地震是由塔里木盆地向北挤压,在天山造山带引发逆冲断层活动造成的.     

Basement interface structural characteristics beneath Jiashi strong earthquake swarm area in Xinjiang, China

The seismic data obtained from high resolution seismic refraction profile in Jiashi strong earthquake swarm area in Xinjiang, China were further processed with ray hit analysis method and more complete basement interface struc-tural characteristics beneath Jiashi strong earthquake swarm area were determined. The results show that there are two clear basement interfaces at the upper crust in Jiashi strong earthquake swarm area. The first one with buried depth ranging from 2.6 km to 3.3 km presents integral and continuous structure, and it appears an inclined plane interface and smoothly rises up toward Tianshan Mountain. The second basement interface with buried depth from 8.5 km to 11.8 km, is the antiquated crystalline basement of Tarim basin. Near the post number of 37 km, the bur-ied depth of the crystalline basement changed abruptly by 2.5 km, which maybe result from an ultra crystalline basement fault. If taking this fault as a boundary, the crystalline basement could be divided into two parts, i.e. the southwestern segment with buried depth about 11.5 km, and the northeastern segment with buried depth approxi-mately from 8.5 km to 9.0 km. That is to say, in each segment, the buried depth changes not too much. The north-east segment rises up as a whole and upheaves slightly from southwest to northeast, which reflects the upper crustal deformation characteristics under the special tectonic background at the northwestern edge of Tarim basin.     

伽师强震群的深部动力学条件

根据天山造山带及其两侧的塔里木盆地和准噶尔盆地的岩石圈二维速度结构、二维密度结构、二维电性结构、壳幔过渡带的详细结构以及大地热流和震源深度的分布,再结合对新疆西北部的蛇绿岩带、高压变质带和岩浆岩分布的综合分析,建立了天山造山带的地球动力学“层间插入消减”模型。该模型认为,塔里木板块的中上地壳在库尔勒断裂附近向天山造山带的中下地壳层间插入;而下地壳连同岩石圈地幔向天山造山带的上地幔俯冲消减。在天山的西段（哈萨克斯坦境内）,费尔干纳地块由北向南插入到南天山之下约180km的深处,在其东段（中国境内）,塔里木盆地由南向北插入南天山之下。这两个具有不同方向的下降板片的接触部位为费尔干纳走滑断裂。我国的伽师、喀什、乌恰地震区均落在这两个具有不同俯冲方向板块的结合部位附近,有着特殊的深部构造背景。南、北两大板块的双向挤压必定产生强大的应力,在地震区附近,这种应力的积累与释放具有4个显著的特点：（1）板片的俯冲消减速度约高达每年22mm左右;（2）应力的积累与释放速率加快;（3）应力释放较容易;（4）应力释放较为集中。这4个特点可能是伽师地区在较短的时间内连续发生数次强震的构造因素。     

Exploration and Study on Deep Crust Structural Characteristics in the Jiashi-Artux Seismic Region

The data from two deep seismic sounding profiles was processed and studied comprehensively. The results show that crnst-mantle structures in the investigated region obviously display layered characteristics and velocity structures and tectonic features have larger distinction in different geological structure blocks. The boundary interface C between the upper and lower crust and Moho fluctuate greatly. The shallowest depths of C (30.0km) and Moho (45.5km) under Jiashi deepen sharply from Jiashi to the western Kunlun mountain areas, where the depths of C and Moho are 44.0km and 70.0km, respectively. The higher velocity structures in the Tarim massif determine its relatively “stable“ characteristics in crust tectonics. The phenomenon in the Jiashi region, where the distribution of earthquake foci mostly range from 20kin to 40kin in depth, may infer that the local uplift of C and Moho interface, anomalonsly lower velocity bodies and deep large faults control earthquake occurrence and seismogenic processes in the Jiashi strong earthquake swarm.     

Crustal structure beneath Tien Shan orogenic belt and its adjacent regions from multi-scale seismic data

As one of the world's most active intracontinental mountain belts, Tien Shan has posed questions for researchers regarding the formation of different tectonic units and active shallow seismicity. Here, we used a huge data set comprising of 7094 earthquakes from local, regional and teleseismic seismic stations. We used waveform modeling and multi-scale double-difference earthquake relocation technique to better constrain the source parameters of the earthquakes. The new set of events provided us with better initial earthquake locations for further tomographic investigation. We found that reverse-faulting earthquakes dominate the whole study area while the fault plane solutions for earthquakes beneath the northwestern Tarim Basin and the Main Pamir Thrust are diverse. There is a low-velocity anomaly beneath Bashkaingdy at depth of 80 km, and high-velocity anomalies beneath central Tien Shan at shallower depths. These observations are the keys to understand the mechanism of Tien Shan's formation because of Tarim Basin northward and Kazakh Shield's southward subduction in the south and north respectively. Velocities beneath western Tien Shan are relatively high. We thus infer that the Western Tien Shan is relatively less deformed than the eastern Tien Shan primarily due to a relatively brittle mantle.     

天山地震带的地壳结构与强震构造环境

以中国西北地区的地震层析成像为基础,研究了天山地震带深部结构的基本特征．结果表明,天山地震带的地壳中部为低速的韧性滑脱层,南天山的断裂深度超过莫霍面,北天山的断裂深度一般只到地壳中部;天山莫霍面的深度一般大于５０ｋｍ,壳－幔边界由宽而缓的速度过渡带构成,中强地震主要位于盆山边界地壳中下部位波速变化较大的区域．帕米尔、南天山和塔里木之间存在一个北北东方向的低速带,乌恰和伽师地震分别位于该低速带东、西两侧的梯度带附近．推测帕米尔、南天山和塔里木之间的相对运动是导致低速带内部物质发生形变并在边界附近产生破裂的主要原因,地幔热物质的侵入对该地区的构造活动起到了重要的动力学作用．     

天山造山带地区瑞利面波相速度与方位各向异性

天山造山带作为世界上陆内最大的造山带之一,现今地震活动频繁,造山运动强烈,是开展陆内造山和内陆地震活动研究的天然试验场.本文利用整个天山造山带地区国内及国际台网的108个地震台站连续三年的背景噪声资料,提取了8~50 s周期的瑞利面波相速度频散曲线,并构建了整个天山造山带地区的二维瑞利面波相速度与方位各向异性分布图像.结果表明：浅部结构与地表的地质构造单元具有较大的相关性.低波速异常主要分布于沉积层厚度较大的盆地地区,而高波速异常主要分布于构造活动比较活跃的山脉地区.东天山地区中下地壳存在比较弱的低波速异常,而塔里木盆地和准噶尔盆地汇聚边缘的上地幔区域则表现为明显的高波速异常,各向异性快波方向呈现近NS向的特征,暗示着塔里木盆地和准噶尔盆地的岩石圈已经俯冲至东天山的下方.中天山地区的中下地壳至上地幔区域均呈现为明显的低波速异常,且各向异性快波方向变化比较复杂,表明中天山地区的整个岩石圈结构已经弱化,热物质上涌可能对介质的方位各向异性有一定的影响.西天山及帕米尔高原的上地幔区域存在低波速异常,各向异性表现为NW-SE方向,可能与欧亚板块的大陆岩石圈南向俯冲有关.塔里木盆地内部存在相对弱的低波速异常,推测塔里木盆地可能已经受到上涌的地幔热物质的侵蚀和破坏.     

帕米尔东北缘及塔里木盆地西北部弧形构造的扩展特征

归纳了帕米尔东北缘弧形构造的基本特征 ,分析了塔里木盆地西北部EW向逆断裂背斜带与NNW向隐伏走滑断裂之间的关系。通过塔里木盆地与西南天山和帕米尔东北缘变形特征的对比 ,认为塔里木盆地西北部的变形样式与帕米尔东北缘的弧形构造类似 ,弧形构造具有由帕米尔东北缘向塔里木盆地扩展的特征 ,这种构造是帕米尔向北挤入运动所特有的变形样式     

西南天山-塔里木盆地结合带浅深构造关系 ——深地震反射剖面的初步揭露

盆山结合部的浅-深结构样式是进行陆内造山动力学研究与讨论的重要依据.2007年,在喀什东的天山与塔里木盆地之间的过渡带上,完成了一条近南北向的长度为121 km的主动源深地震反射剖面,显示出盆山结合部现今地壳尺度的构造格架.剖面南部呈现出10~12 km巨厚的沉积盖层,沉积盖层内发育滑脱断层;盆山结合部多排隆起构造以及天山山前上地壳显现出向北倾斜的断裂与地表地质观察吻合;盆山结合带展现出滑脱与逆冲推覆构造相关的断层褶皱;与塔里木盆地稳定沉积层相比,在南天山浅、中层地层受到强烈的变形改造,导致地层比较破碎,反射变弱、连续性较差;时间剖面上可以追踪到比较连续的Moho反射,从南向北有加深的趋势.深地震反射剖面揭露出的西南天山与塔里木盆地的这些浅-深构造,展现出塔里木盆地盖层向南天山滑脱与南天山向塔里木盆地逆冲推覆的特征,反映出陆内汇聚下的盆山耦合关系.