L-Q-T坐标下的P波与S波接收函数联合反演

接收函数分析是一种研究壳幔结构的主要技术手段。然而,沉积层引起的多次波会影响壳幔结构特征的可靠研究。与常规Z-R-T坐标下提取接收函数不同,本文尝试在L-Q-T坐标下提取P波与S波接收函数,并将二者进行联合反演。通过正演模拟讨论了沉积层厚度对接收函数的影响和实例分析位于具有巨厚沉积的渭河盆地和河套盆地的两个台站,验证了L-Q-T坐标下提取的P波接收函数能有效显示浅部地壳信息(如沉积层转换波信号),而P波与S波接收函数联合反演能够有效压制沉积层引起的多次波信号。显示了联合反演方法更具优势,除能获得界面深度信息,还能获取速度信息。     

体波走时层析成像方法及其在中国壳幔结构研究中的应用评述

文中对地震体波走时层析成像技术近30年的发展进行回顾和评述,并对该方法所存在的问题进行了分析和探讨以及给出应对策略。在壳幔速度结构的横向不均匀性、强震发生的深部构造环境、活火山区的深部结构和起源,以及造山带、板块碰撞带区域深部结构等4个方面对应用地震层析成像技术所取得的主要成果做了分类总结和探讨。研究证明,利用地震层析成像技术所获得的高分辨率地球内部结构为探索岩石圈的演化和板块运动规律及地震、火山活动发生的深部构造环境等提供了十分重要的科学依据。     

裂谷盆地下的壳-幔结构及其成因机制讨论——以由近垂直反射地震剖面揭示的松辽盆地下的壳一幔结构为例

详细研究了七段、约130km长的近垂直反射地震剖面所揭示的松辽盆地下的壳一幔结构。松辽盆地之下壳一幔之间为相对厚的Moho过渡带。可分为薄Moho和透镜状Moho以及过渡型Moho，与之对应的壳一幔结构也有差异。松辽盆地的发育阶段明显地可分为断陷期、拗陷期以及夭折期，不同的壳一幔结构可能与松辽盆地不同的发育期存在密切联系。此外，通过对比，认为裂谷盆地区具有类似的特殊壳一幔结构。在裂谷区，壳一幔之间强烈相互作用，不同的地壳组成和裂谷形成的不同阶段是形成不同壳一幔结构的主要原因，而且它们之间具有成因上的联系，并与裂谷的形成阶段相一致。     

长江中下游成矿带及邻区地壳结构——MASH成矿过程的P波接收函数成像证据？

利用长江中下游成矿带多学科深部探测剖面于2009年11月至2011年3月间采集的天然地震数据,通过天然地震接收函数成像等分析研究,得到了研究区地壳和上地幔结构的清晰图像。接收函数成像结果显示研究区内Moho面深度存在着明显的起伏变化,在长江中下游成矿带(指剖面穿过的长江中下游成矿带宁芜矿集区,下同)下方存在着"幔隆构造"。在剖面东南端(即扬子克拉通北缘),Moho面相对稳定,深度约为30km;在茅山和江南断裂附近,Moho面存在上下起伏现象;在剖面中部或宁芜矿集区下方,Moho面存在明显隆起,深度只有28km;在郯庐断裂带下方,Moho面明显加深,深度达到36km;进一步向北到华北地台南缘,Moho面深度逐渐恢复到了32km左右的平均深度水平。其次,我们在接收函数成像结果中发现,长江中下游成矿带与其周边下地壳结构存在着明显的差异,成矿带的下地壳具有显著的地震波方位各向异性。扬子克拉通北缘的下地壳呈高速的近水平状结构,地震波各向异性特征不明显;与此相比,长江中下游成矿带的下地壳虽然也呈近水平状结构特征,但是,对于沿成矿带走向方向传播的地震波,其下地壳具有高速特征,而对于垂直于成矿带走向方向上传播的地震波,其下地壳却又表现为低速特征,这意味着成矿带的下地壳存在着平行于成矿带走向(即近北东—南西)方向的地震波各向异性,我们解释其是下地壳熔融并沿成矿带走向水平流动导致矿物晶体定向排列的结果。最后,在郯庐断裂以西的华北地台南缘观测到一条从上地壳延伸到中下地壳的南南东向倾斜的转换震相,我们推测它可能是合肥盆地内地壳伸展构造的反映。此外,我们发现接收函数成像结果中观测到的"幔隆构造"与远震P波层析成像结果在成矿带下方150km深度上显示的上地幔低速异常(江国明等,另文发表)存在着良好的对应关系,我们解释它们是软流圈物质上涌的遗迹。综合天然地震接收函数成像、远震P波层析成像和前人关于岩浆岩等方面的研究成果,我们认为长江中下游成矿带现今的下地壳可能是中生代发生成矿作用的多级岩浆房系统的一部分,成矿带的形成可能是类似MASH过程的产物。首先,软流圈物质上涌导致了长江中下游成矿带及其周边拉张环境的形成,在其上部地壳中形成了一系列伸展构造;然后,软流圈物质通过底侵进入长江中下游成矿带的原下地壳并与原下地壳物质发生同化作用,形成类埃达克质岩浆;接着,类埃达克质岩浆沿着伸展、拆离构造上升到地壳浅部形成不同层次的岩浆房和侵入岩体,并与围岩作用形成矿床。     

西藏高原大地电磁深探测———亚东—巴木错沿线地区壳幔电性结构

摘 要　 展示了超宽频带大地电磁深探测所获得的西藏亚东—巴木错沿线地区电性结构图像; 阐述了西藏中、南部特殊的壳幔电性特征。     

裂谷盆地下的壳-幔结构及其成因机制讨论——以由近垂直反射地震剖面揭示的松辽盆地下的壳-幔结构为例

详细研究了七段、约130km长的近垂直反射地震剖面所揭示的松辽盆地下的壳幔结构。松辽盆地之下壳幔之间为相对厚的Moho过渡带。可分为薄Moho和透镜状Moho以及过渡型Moho,与之对应的壳幔结构也有差异。松辽盆地的发育阶段明显地可分为断陷期、拗陷期以及夭折期,不同的壳幔结构可能与松辽盆地不同的发育期存在密切联系。此外,通过对比,认为裂谷盆地区具有类似的特殊壳幔结构。在裂谷区,壳幔之间强烈相互作用,不同的地壳组成和裂谷形成的不同阶段是形成不同壳幔结构的主要原因,而且它们之间具有成因上的联系,并与裂谷的形成阶段相一致。     

利用接收函数研究鄂尔多斯东缘地壳上地幔结构

       由1876个远震三分量P波地震图组成的数据集,取自布置于鄂尔多斯-太行山一线的宽频带流动台站。通过阵列反 卷积方法,得到地下界面响应的接收函数,并通过共转换点偏移叠加得到地下结构的图像。图像显示,从鄂尔多斯至渤海 湾盆地地壳厚度总体上逐渐变薄,Moho面总体呈小角度向西倾斜。鄂尔多斯块体中部地壳最厚,达到52 km,向东到鄂尔多 斯边缘,地壳厚度减小至43 km。太行山至渤海湾盆地地壳厚度从45 km减小至37 km。山西地堑下方Moho面上隆,和两边的 Moho面相比,抬升8~10 km,且其Moho面的上隆和新生代地堑的凹陷呈镜像关系。     

秦岭造山带的壳幔结构及其形成,演化特征

地处华北地块和扬子地块之间的秦岭造山带是一个壳幔结构十分复杂的地带,它的形成、演化也有其漫长而复杂的过程。本文依据近年来在该地带及邻区取得的地球物理资料所显示的多种信息来推断其壳幔结构及其形成、演化的某些特征,并尝试利用反映不同深度范围物质密度分布不均信息的卫星重力资料,探讨其地球动力学等背景。     

苏鲁造山带深部构造的接收函数图象

宽频地震探测获得横切苏鲁造山带的滨州-日照剖面和蓬莱-青岛剖面的接收函数图象。在图中识别出一系列密度界面和断裂面。新Moho面深度35~41km,形态清晰连续完整,表明苏鲁造山带形成以来的壳幔相互作用已经相当彻底。苏鲁造山带和胶辽朝地块的岩石圈底面深度105km,靠近郯庐断裂逐渐抬升到90km。在苏鲁造山带内部识别出了造山过程中形成的构造界面。它们所勾画出的深部构造图案支持扬子板块拖带北中国板块边缘深俯冲剥蚀模型,并且指示苏鲁超高压变质带的北界位于莱西一线的胶莱盆地之下。     

Seismic velocity discontinuities in the crust and uppermost mantle beneath the Kanto district, central Japan, identified from receiver function imaging and repeating earthquake activity

We constructed vertical cross-sections of depth-converted receiver function images to estimate the seismic velocity structure of the crust and uppermost mantle beneath the Kanto district, central Japan. Repeating earthquake data for the plate boundary were also used to estimate geometries of the subducting Philippine Sea plate and the subducting Pacific plate. As a result, we present images of some major seismic discontinuities. The upper boundary of the Pacific plate dips to the northwest in northern Kanto and to the west–southwest in southern Kanto with some undulations. On the other hand, the upper boundary of the Philippine Sea plate as a whole dips to the northwest. However, it is concave to the northeast in the southern Boso peninsula. We suggest that the low-velocity mantle wedge may be indicated on the top of both subducting plates. Plate thickness gradually decreases to the northeast. The northeastern end of the Philippine Sea plate is interpreted to be at depths of 45–90 km. The Moho discontinuity in the overriding plate is deeper than 25 km in the northern Kanto. It contacts the subducting Philippine Sea plate in the southwestern part near 35.8°N.     

The crust and upper mantle of the Sulu UHPM belt

All results from integrated geophysical investigations in the Sulu region are summarized in this paper, trying to reconstruct the Sulu UHPM processes. New seismic S-wave tomographic results suggest a velocity-abnormal zone occurs beneath the Sulu crust, revealing detailed upper mantle structures that high-velocity lumps within the abnormal zone are sequentially distributed beneath the bottom of the asthenosphere. These high-velocity lumps might represent delaminated eclogites or residuals of the subducted oceanic plate. Based on integrated interpretation of the geophysical data, we propose a working model for tectonic reconstruction of the Sulu UHPM processes, which can explain the crust and upper mantle structures of the area. The involved tectonic processes are related to north-eastward escaping of the Sulu terrane, subduction and delamination cycles of the Dabie-Sulu oceanic plate, and post-orogenic lithospheric thinning and magma underplating. The UHPM rocks are believed to have syn-subduction delaminated down to the bottom of the asthenosphere during 245-180 Ma, and the delamination process seemed smooth and nearly continuous without extensive violence.     

青藏高原隆升对新疆天山山脉地壳-上地幔构造的影响

依据地震层析和接收函数的结果获得了天山山脉东段和西段的深部构造的速度图像,探讨了印度板块向北推进和青藏高原隆升对天山山脉造山作用的影响以及天山山脉不同地段的地壳上地幔构造的差异。克拉玛依—库车剖面上清楚地展示出,天山是由高速和低速的地体拼合而成。来自塔里木的高速体向北俯冲到天山达200km以下的深度,而来自准噶尔盆地的高速体则没有明显地向南推进,说明由南向北的推进是很强的,它是造成天山山脉继续隆升的主要动力,从而造就了天山山脉。天山山脉在Moho面以上的部分是中天山北缘断裂和中天山南缘断裂之间的低速体与两侧的高速体拼合成的,其南北宽度约350km,向深度延伸越过200km。塔里木盆地和准噶尔盆地均为高速体的范围,天山山脉东段Moho面以上的地壳部分,南部高速体有向北推进和俯冲的特征,但不明显。夹在两盆地之间的天山主要为低速体,仅在乌鲁木齐和北天山山前断裂以南有残留的高速体,深度不超过30km,这表明天山是由速度不同的地质体挤压而拼合成的。天山延伸到乌鲁木齐以东,向深部的延伸仅仅100km上下。在富蕴—库尔勒剖面上,塔里木板块向北的推进相对于克拉玛依—库车剖面有所减弱。天山西段表现出强烈的造山作用,向东逐步减缓,到达天山的东段,虽然天山深部的构造活动仍然在继续进行,地震活动频繁,可是,活动区域集中在天山底部不过100km上下。说明山根的范围比西部减少了近一半。     

下扬子及其邻区地壳和上地幔结构的接收函数研究及其地质意义

本文通过对两条宽频地震密集台站剖面记录的远震事件进行接收函数分析,得到了切过下扬子地区的高分辨率地壳和上地幔顶部结构断面。接收函数结果揭示了此区主要块体结构特征以及地表出露晚中生代岩浆岩以及相关矿床下方的深部结构响应:①中生代以来新生或活化的地质构造对下扬子及其邻区地壳结构的控制作用明显;②在大别造山带中下地壳出现低速震相,指示了大别造山带下方地壳深部存在低速物质,可能是大别造山带下方地壳中发育的韧性剪切带,此韧性剪切带可能与大别超高压变质岩被抬升剥露于地表的动力学作用有关;③在江南造山带东段怀玉山地区中下地壳观测到褶皱和逆冲叠瓦状复杂转换震相结构,与江南造山带西段雪峰山地区中下地壳结构相似,可能反映了隐伏的元古代江南造山带;④在德兴矿床和皖南白垩纪花岗岩群正下方观测到Moho和LAB界面的突变上隆现象,可能指示了晚中生代以来在华南东部下扬子地区岩石圈的薄弱区域,软流圈的上涌造成了岩石圈地幔的局部破坏,壳幔结构的局部异常是壳幔物质相互作用的结果。以上地震学观测揭示了下扬子及其邻区下方一些重要的壳幔结构特征,反映了华南大陆东部在不同地质历史时期经历的独特构造演化事件,为我们深入理解华南板...     

远震数据显示贝加尔裂谷带北穆伊斯克(Severomuysk)段地壳和上地幔的精细结构

通过贝加尔裂谷系统北穆伊斯克(Severomuysk)段的密集地震台站线性网络获得的远距离强震记录,并利用P波接收函数技术,揭示了地壳和上地幔顶部的复杂分层块状结构。横波速度的分布表明构成北穆伊斯克地壳的地块具有不同性质。这些地块的西部聚散和地壳下部的分层证实了该地区隆起的堆积-碰撞起源。位于西伯利亚克拉通变薄的倾斜边缘上的北穆伊斯克段解释了该地区地壳碰撞效应的强度。2015年地震的震中深度与Muyakan 凹陷地壳上部的明显速度差异存在令人信服的相关性。     

江南造山带中段地壳结构与成矿启示：基于广昌-浏阳剖面接收函数的认识

江南造山带位于华南大陆扬子块体和华夏块体之间，其深部地壳结构与变形特征记录了扬子块体与华夏块体拼合与相互作用的痕迹，且在其内部与邻区发育了丰富的多金属矿床，并形成了巨型Cu-Au-Pb-Zn-Ag多金属成矿带，是深化认识华南大陆地壳演化、岩浆作用与成矿系统的关键地域。针对华南大陆地区的地壳结构与成矿过程，国家科技重点研发计划“华南陆内成矿系统的深部过程与物质响应”项目在该区实施了一条密集宽频带地震流动探测剖面，旨在探测其深部结构与物性变化特征和深部成矿背景。本文利用其中江西广昌-湖南浏阳段长320km的宽频带地震流动台站数据开展了远震P波接收函数研究，获得了剖面辖区深部地壳结构和V_p/V_s变化特征。研究结果表明：(1)剖面Moho界面深度在29～35km之间变化，呈近穹窿状分布，平均Moho界面深度为31km左右，低于全球大陆地壳平均值，且与地形高程在整体上呈镜像相关，均衡程度较好；(2)剖面沿线地壳V_p/V_s在1.64～1.83之间呈波浪状起伏变化，平均值为1.72左右，且华夏块体略高于江南造山带...     

Geoelectric section of the crust and upper mantle of the northern Sikhote-Alin from magnetotelluric sounding data

Magnetotelluric soundings (MTS) were conducted in a broad frequency range of 10 kHz to 0.001 Hz at a total of fifty-seven sounding sites of the profile spaced 5 km apart and intersecting the northern Sikhote-Alin across the strike. The analysis of the obtained magnetotelluric parameters has been made which shows three-dimensional geoelectric nonuniformities in the lower crust and upper mantle. The MTS curve interpretation was carried out in the framework of a three-dimensional model. As a result of the inverse problem solution, the geoelectric section has been constructed down to 150 km depth. The section distinguishes the crust with a resistivity higher than 1000 Ohm m and variable thickness between 30 and 40 km which is consistent with deep seismic sounding (DSS) data. The crust is subdivided into four blocks by deep faults, and each block is characterized by a set of parameters. The data support the existence of the Vostochny deep fault in the study area, whereas, on the contrary, the deep roots for the Central Sikhote-Alin fault have not been established. The upper mantle structure is nonuniform; three low-resistivity zones are identified that coincide with the boundaries of crustal blocks. In the revealed zones, an increase in the resistivity is noted from the continent to the Tatar Strait coast. A high-resistivity layer of 300–400 Ohm m was observed in the coastal area, which was steeply dipping from the crustal base down to 120 km depth and extended beneath the continent. Based on a set of geological and geophysical data, the ancient subducting plate is suggested in this area, and the evolutionary model of the region is proposed starting from the Late Cretaceous. The most probable mechanism of conductivity within the upper mantle is determined from petrological and petrophysical data. The low resistivity values are linked to dry peridotite mantle melting.     

Evaluation of crustal and upper mantle structures using receiver function analysis: ISM broadband observatory data

A three-component broadband seismograph is in operation since January 2007 at the Indian School of Mines (ISM) campus, Dhanbad. We have used the broadband (BB) seismograms of 17 teleseismic events (M ≥ 5.8) recorded by this single BB station during 2008–09 to estimate the crust and upper mantle discontinuities in Dhanbad area which falls in the peninsular India shield. The converted wave technique and the Receiver function analysis are used. A 1-D velocity model has been derived using inversion. The Mohorovicic (Moho) discontinuity (crustal thickness) below the ISM observatory is estimated to be ∼41 km, with an average Poisson ratio of ∼0.28, suggesting that the crust below the Dhanbad area is intermediate to mafic in nature. The single station BB data shed new light to the estimate of crustal thickness beneath the eastern India shield area, which was hitherto elusive. Further, it is observed that the global upper mantle discontinuity at 410 km is delayed by ∼0.6 sec compared to the IASP-91 global model; this may be explained by a slower/hotter upper mantle; while the 660 km discontinuity is within the noise level of data.     

华南地壳及上地幔三维速度结构成像

利用国家地震科学数据共享中心的地震目录及临时台网资料,挑选出11 113个区域地震的77 093条P波走时和93 541条S波走时,采用1°×1°的经纬度网格划分,反演获得了深至60km的华南南部地区的地壳及上地幔三维P波和S波的速度结构。研究结果表明,纵波速度结构与横波速度结构从整体来看具有较好的一致性,说明该研究获得的深部速度结果具有较高的可信性,但是在50km的深度纵、横波速度结构的一致性较差,可能是由于该深度的纵横波走时数据存在着较大的差异所导致的。本研究显示了研究区域内的速度结构存在着明显的横向不均匀性,东南沿海地区的地壳中出现了大规模的低速异常,可能与该区地幔物质的上涌有关;而在珠江三角洲、雷州半岛、北部湾及海南岛等地区莫霍面下方出现的低速异常,则与该区的热运动有关。经分析认为,华南南部地壳及上地幔的速度不均匀性和华南板块与扬子地块的相互作用有关,因此开展进一步研究能为探索和分析华南再造以及中国南海北部的构造演化提供重要信息。