郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区地壳速度结构

郯庐断裂带是我国东部规模最大的深断裂带.为了揭示该断裂带的深部结构,本文利用江苏、安徽、山东、上海和浙江地震台网记录的近震到时资料,对8700个地震事件重新精确定位,进而开展了多震相地震走时成像法反演地壳速度结构.通过分析郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区三维地壳速度结构图像,发现(1)研究区内不同构造块体具有差异明显的地壳速度结构,即下扬子断块总体速度偏低,华北断块速度高于下扬子断块,大别断褶带和苏鲁断块整体速度最高;(2)在上地壳5~15 km内苏鲁超高压变质岩带的P波速度明显高于其他地区,中地壳速度与周围区别不大,但下地壳该区域速度也较高;(3)在20~25 km深度范围内,30°N~36°N,115°E~124°E间显示为低速异常区,研究区内发生的中强地震与该低速异常区分布有较强的空间对应关系;(4)莫霍面总体呈现西深东浅,南深北浅的形态;(5)研究区内沿郯庐断裂带速度结构呈现分段性,反映了不同构造块体间的速度差异,郯庐断裂带具有明显的构造块体边界特征.     

郯庐断裂带鲁苏皖段构造应力场及分段特征研究

利用Snoke方法求解和收集得到的77次中小地震的震源机制解资料, 采用Gephart应力张量反演方法, 获得了郯庐断裂带鲁苏皖段构造应力场, 最大主压应力方位角为80°, 最小主压应力方位角为172°, 最大、 中等和最小主压应力倾角分别为15°、 65°和19°, 反映了研究区处于近EW向水平作用和近NS向的水平拉张作用环境下。 根据地震活动、 地质构造及震源机制解差异, 我们将郯庐断裂带鲁苏皖段分5个区段开展研究, 结果显示: 5个分区应力场存在局部差异, 最大主压应力方位角处于63°～88°之间, 从北往南总体方向成顺时针偏转的趋势。 跨郯庐断裂带两侧的应力场研究结果显示, 从西到东最大主压应力方向有一个逆时针偏转的趋势, 西侧最大主压应力方向更接近EW向, 东侧更接近NE向, 郯庐断裂带内处于两侧的过渡地段。     

郯庐断裂带鲁苏皖段地壳速度结构的分段特征及其地质意义

本文采用天然地震近震走时反演地壳三维速度结构的方法获得了郯庐断裂带鲁苏皖段及附近地壳(30°N—37°N,113°E—122°E)三维速度结构.对地壳内分层速度结构的分析发现,郯庐断裂带鲁苏皖段存在速度的分段特征.郯庐断裂带鲁苏皖段浅层35.3°N以北,34.5°N—35.3°N间,33°N—34.5°N间呈现的速度分段和地表出露地层有关,与地质上安丘段、莒县—郯城段,新沂—泗洪段三个破裂单元相对应,且和各段的地震活动相呼应,表明郯庐带新沂到泗洪段可能是断裂的闭锁段.郯庐断裂带鲁苏皖段地壳速度结构自浅至深分为三段, 大体位置是:南段(32.5°N—33°N以南),中段(32.5°N—33°N至35°N—35.3°N),北段(35°N—35.3°N以北).上地壳分段与苏鲁超高压变质岩带的插入有关,中、下地壳速度分段则可能和火山岩滞留有关.地壳各层速度结构不同段的速度差异反映了构造块体的速度差异,表明各构造块体在地壳下部仍有差异,郯庐带西侧速度总体高于东侧,反映了不同构造块体的形成和组成差别,也说明了该断裂带可能延伸到莫霍面.而不同深度的分段性可能反映了不同地质演化过程.     

郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区上地幔顶部Pn波速度与各向异性

为着重探讨郯庐断裂带鲁苏皖段的分段特征及其深部结构特征,本研究搜集增加了研究区内近几年的Pn震相数据.经挑选后采用了由2163个地震和301个台站构成的9156条射线,重新反演构建了郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区上地幔顶部Pn波速度及方位各向异性分布.尔后,将速度反演结果与地形地貌、大地热流、强震活动及地壳厚度等进行了综合对比和分析;此外,还将Pn波各向异性与地震各向异性其他观测手段的结果展开了对比和讨论.反演结果的可靠性和分辨能力较前文有所提高,研究区上地幔顶部的非均匀性特征揭露得更为清楚,尤其是由Pn波速度揭露的郯庐断裂带分段特征与地质构造特征吻合得更佳.结果表明：（1）Pn波高、低速的分布与地形地貌呈负相关的关系,即山地隆起区呈低速分布,而平原地区表现为高速异常.（2）Pn波速度沿郯庐断裂带的分布具有明显的分段特征,本文的研究结果支持郯庐断裂带在研究范围内的上地幔顶部可细分为4个亚段.由上地幔顶部Pn波速度揭示的郯庐带分段特征与前人根据郯庐断裂带各段的地表地质构造特征给出的分段结果吻合,深、浅耦合的现象表明郯庐断裂带是一条贯穿地壳、深抵Moho面的幔源深大断裂带.（3）Pn波速度与大地热流呈负相关的关系.（4）Pn波速度的分布与强震的发生具有一定的关联性,强震大部分发生在Pn波高、低速过渡地带或者低速区域的地壳内.（5）在南黄海海域新发现一条NNE-SSW向展布的弱高波速异常带,该异常带被强震震中清晰地勾勒了出来,据此推测其下方存在一条切割Moho界面的幔源深大断裂.（6）Pn波各向异性的强弱与地质构造的活动性相关,活动性越强则各向异性强度越大.（7）由地震台站的时间延迟分布可以看出,研究区地壳厚度总体上自SE往NW逐渐增厚;最大厚度位于渤海湾盆地的北西部和西部.

     

郯庐断裂带鲁苏皖段地壳速度结构的分段特性

郯庐断裂带鲁苏皖段主要是沂沭断裂带,该段自东向西分布着5条断裂.该段及邻区在大地构造位置上跨越中朝断块、扬子断块和秦岭-大别褶皱带3个一级构造单元,是多个构造单元的交汇部位.     

郯庐断裂带中南段地壳结构分段特征

本文采用双差地震层析成像方法对郯庐断裂带中南段地壳速度和泊松比结构进行了研究,获得了郯庐断裂带中南段中上地壳介质结构的分段特征.结果表明,郯庐断裂带中南段由南至北可以划分为三段,即庐江以南段、庐江至郯城段及郯城以北段,郯城以北段又可细分为郯城至五莲及五莲以北两个亚段.庐江以南段、郯城以北段地壳介质速度和泊松比呈现相对高...     

郯庐断裂带中南段地壳厚度与泊松比研究

郯庐断裂带中南段与西太平洋板块俯冲以及华北克拉通破坏密切相关,研究其深部结构对于了解郯庐断裂带构造演化过程、强震的孕震机制具有重要意义.本文利用密集台阵波形资料,采用接收函数H-κ叠加方法获得郯庐断裂带中南段的地壳厚度和泊松比.结果显示,郯庐断裂带中南段的地壳厚度分布以庐江和新沂为分段点呈现出与地质构造相关的南北向分段特征：南段的断裂带西侧的地壳厚度比东侧厚约5 km,中段的断裂带两侧厚度差异减小至约3 km,而北段则表现为断裂带下方隆起特征.郯庐断裂带沿线的地壳泊松比较高,推测是地幔物质的热侵蚀和化学侵蚀所致.根据艾里地壳均衡理论,南段地壳厚度与地表高程相关,基本符合艾里地壳均衡模型;而中段两侧地表高程基本相同,两侧地壳厚度差异表明不符合艾里地壳均衡模型,可能与断裂带西侧的华北克拉通岩石圈比东侧扬子克拉通岩石圈具有更高密度有关,高密度岩石圈产生向下拖拽力导致莫霍面相对理论值偏深;北段的莫霍面也偏深,与中段断裂带西侧情况类似,该区域基本位于华北克拉通块体.在郯城地震破裂范围内,存在莫霍面的不平滑过渡、活动块体的边界带以及断裂的分叉与交汇这三类结构特征.在上述结构特征的区域应力更集中,从而孕育产生了1668年郯城8.5级地震.     

郯庐断裂带地壳活动新特征

在多期大面积水准复测资料分析结果的基础上，结合最新复测资料，并首次结合苏鲁皖三省的跨断层流动水量资料和郯庐带地震台的形变监测资料进行了全时空地、系统地分析、给出了全部有异常活动并去掉长趋势线性项的观测值曲线。     

郯庐断裂带中段及邻区的地热研究

笔者在郯庐裂带中段及邻近地区新近测得了２５个大地热流值。通过对这些地热参数和该区另外３７个已发表的大地热流值的研究，初步阐明了郯庐断裂带中段及邻区大地热流分布特征。     

利用接收函数研究河南及邻区的地壳深部构造特征

本文利用接收函数反演了河南及邻区26个宽频带地震台站下方的地壳厚度和波速比。研究结表明:河南省地壳厚度及泊松比分布与地质构造密切相关。主要表现为:(1)太行山断块,地壳厚度由东向西逐渐递增,地壳深度范围为31.8~40.2km,区域东北部永年台及附近台站泊松比为0.23~0.25,与较大范围的花岗岩分布有关,主要是石英、长石含量高,焦作台、涉县台、浚县台泊松比为0.26~0.27,表明铁镁质和长英质成分含量相当。(2)东部黄淮海平原块地,地壳厚度为28~34km,其中驻马店台、尖山台和浚县台,地壳厚度分别为30.5km、34.9km和31.8km,该地区泊松比变化范围比较稳定,数值在0.24~0.25之间。(3)在秦岭地块断裂活动强烈,卢氏台下方的地壳厚度为38.4km、泊松比为0.23,反映出燕山运动使该地区地壳盖层产生了褶皱台隆和地幔酸性岩浆的侵入活动。南阳盆地北部地壳厚度反演结果为28.8km,泊松比为0.29,泊松比升高,表明以中性、基性岩石为主,地壳岩石中铁镁质成分明显增加,是由于地幔物质深度侵入改变了部分地区的岩石性质。(4)大别山地块位于苏鲁-大别超高压变质带,由大别山北部的商城台向南至大别山地块内的金寨台存在地壳厚度梯度带,地壳厚度从31.8km增加至35.8km,而泊松比由0.27下降到0.24,反映出陆相褶皱带内的逆冲推覆构造的显著特征。     

基于背景噪声成像方法研究郯庐断裂带中南段及邻区地壳速度结构与变形特征

郯庐断裂带是贯穿我国东部北北东走向的一条深大断裂,其中南段及其邻区（115°E-121°E,29.5°N-35°N）穿过了大别造山带、苏鲁造山带、长江中下游成矿带及合肥盆地.为了研究该区域地壳速度结构及变形特征,我们使用安徽省和江苏省及其周边地区105个台站（固定台站98个,流动台站7个）的垂向连续波形数据,时间范围从2014年5月到2015年7月,共计14个月.利用背景噪声互相关方法,从垂直分量互相关函数中最终提取了2590条瑞利面波相速度频散曲线,反演得到周期范围为5~30 s的瑞利波方位各向异性相速度分布图,再反演每个网格点瑞利面波相速度频散得到一维层状横波速度模型,然后拼合起来组成三维横波速度模型.根据本文反演结果并综合已有资料,我们得出如下结论：（1）在北大别、蚌埠隆起、长江中下游成矿带、合肥盆地北部大桥凹陷区域存在中地壳横波高速体,可能与岩石圈和下地壳拆沉以及中生代中国东部大范围岩浆活动有直接关系,更深层原因可能与古太平洋俯冲相关;（2）苏鲁造山带南缘,垂直于嘉山响水断裂,从南向北中上地壳低速体深度变浅,这个低速体可能是高压/超高压变质岩与扬子板块接触处的破碎带,是扬子板块与华北板块接触的边界;（3）郯庐断裂合肥-嘉山段两侧以及大别造山带东缘短周期瑞利面波相速度快轴方向与郯庐断裂带走向基本一致,可能是三叠纪碰撞期与白垩纪时期的大规模左旋走滑活动的结果;（4）合肥盆地南部15~20 s周期的瑞利波相速度快轴方向为北西-南东向,反应该区域中下地壳快波方向为北西-南东向,推测是大别造山带折返的痕迹;（5）郯庐断裂带的结构和地震活动性存在明显的分段性,嘉山-郯城段郯庐断裂带现今地震活动性弱,但发生过较强的古地震,推断现今郯庐断裂带宿迁段可能处于闭锁状态,从长远来看要注意该地区发生大震的可能.

     

利用接收函数研究河北及邻区地壳厚度与泊松比分布特征

本文收集了河北及邻区174个宽频带地震仪2007年1月至2011年12月记录到的全球范围内体波震级6.0以上、共488个远震波形资料。利用H-k叠加搜索方法得到河北及邻区143个台站下方接收函数、地壳厚度和泊松比值分布特征。结果表明,河北及邻区地壳厚度具有明显的分块特征并与区域构造背景有较好的相关性,泊松比值在0.25上下变化,与全球的泊松比估计值相当。河北及邻区地壳厚度以太行山山脉为界呈现出东薄西厚的特征并与地表地形起伏呈正相关;山西地震带南北地壳厚度存在明显差异,大同、宁武及安泽盆地地区泊松比值超过0.3;张—渤地震带的地壳厚度自东向西逐渐增厚,泊松比值则表现为相对较强的横向变化。华北平原带的薄地壳和低泊松比值特征可能与华北克拉通拆沉作用相关联。     

利用接收函数研究河北及邻区地壳厚度与泊松比分布特征

本文收集了河北及邻区174个宽频地震仪2007年1月到2011年12月记录到的全球范围内体波震级6.0级以上、共488个远震事件的波形资料。利用H-k叠加搜索方法得到河北及邻区143个台站下方接收函数、地壳厚度和泊松比值分布特征。结果表明,河北及邻区地壳厚度具有明显的分块特征并与区域构造背景有较好的相关性,泊松比值在0.25上下变化,与全球的泊松比估计值相当。河北及邻区地壳厚度以太行山山脉为界呈现出东薄西厚的特征并与地表地形起伏呈正相关;山西地震带南北地壳厚度存在明显差异,大同、宁武及安泽盆地地区泊松比值超过0.3;张-渤地震带地壳厚度由东至西逐渐增厚,泊松比值存在较强的横向变化。华北平原地震带呈现出的薄地壳和低泊松比值特征可能与华北克拉通拆沉作用相关联。     

由地壳速度结构判断郯庐断裂带江苏段未来大震位置

用多震相地震走时成像法反演郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区三维地壳速度结构。一些地区如郯庐断裂带临沭到定远及以东地区在中地壳的20~25km出现低速层,一些地区莫霍面埋深有变化。浅层速度结构的分段与断裂活动的分段相一致,表明新沂到泗洪是活动断裂的闭锁段。对比1668年山东郯城8级地震区和研究区的深部速度结构,结合与郯庐带相交的断裂、地震活动、活动断裂的闭锁段、中地壳低速层及莫霍面深度变化,综合判断郯庐断裂带江苏段未来可能发生大震的地区为33.4°~34.1°N,118.2°~118.8°E,重点是宿迁、沭阳、泗阳和泗洪。震级估计可达8级。     

利用远震接收函数研究辽宁地区的地壳厚度及泊松比

文中利用辽宁省数字地震遥测台网15个台站记录的远震P波波形资料,用频率域反褶积方法提取接收函数,由H-Kappa叠加方法得到了各台站下方的地壳厚度和泊松比。研究结果表明,辽宁地区的地壳泊松比在0.25～0.29之间,地壳厚度介于31～36km之间,东部褶隆带的地壳厚度从北向南由31km增至35km。松辽构造盆地地壳厚度变化不大,平均厚度为31km。辽西褶隆带与东部褶隆带的地壳厚度均比哈尔滨构造盆地厚约2～4km     

利用接收函数研究哀牢山-红河断裂带地壳上地幔特征

对哀牢山-红河断裂带附近宽频带数字地震台阵的远震体波记录, 采用接收函数方法研究台站下方地壳上地幔S波速度结构, 并估算了平均地壳厚度、波速比(Vp/Vs)和泊松比. 研究结果显示, 哀牢山-红河断裂带的壳幔边界不具有简单的速度间断面特征, 表现为速度递增的梯度带, 在Moho深度处速度增大较快, 而上地幔顶部速度偏低, 并呈缓慢递增趋势, 速度结构具有壳幔过渡带特征; 地壳泊松比值偏高(0.26~0.28), 可能与下地壳中镁铁质含量增加有关; 断裂带两侧地壳平均厚度突变, 在断裂带的西南侧约36~37 km, 而东北侧约为40~42 km, 表明红河断裂是陡立的超壳断裂; 下地壳表现为S波低速, 是地壳与壳下岩石圈解耦的有利部位.     

用接收函数方法研究云南及其邻区地壳上地幔结构

利用云南和中国地震台网30个台站记录的远震资料,采用接收函数扫描法和线性反演方法对云南及其邻区的壳幔速度结构进行了研究,获得了研究区内地壳厚度、Vp/Vs以及壳幔速度的分布特征.利用接收函数扫描（H-k）法和线性反演方法获取的台站下方地壳厚度结果表明,研究区地壳厚度变化剧烈.速度结构研究结果表明,红河断裂以西的腾冲-保山地块和思茅地块,以及南华板块北部地区的台站（如攀枝花、丽江、东川、永胜等）下方地壳均存在下地壳低速层,且具有高的地壳平均Vp/Vs值.这些不仅暗示研究区的下地壳低速异常可能为高温甚至高温导致的部分熔融所致,同时,也意味着该区下地壳的物质易于发生塑性流动,为地壳的变形和增厚创造了条件.红河断裂带作为云南地区的一个主要边界断裂,其西侧地区地壳厚度变化较东侧剧烈,另一方面,红河断裂西侧的平均地壳Vp/Vs值较其东侧要高.综合前人关于研究区岩石圈速度结构、地热流值、重力场和上地幔各向异性等地球物理场的研究结果.我们推断,现今的思茅块体和保山-腾冲块体在大地构造上应归属于冈瓦纳板块.     

利用接收函数研究滇西北地区地壳厚度及泊松比特征

计算了滇西北地区的16个固定地震台和喜马拉雅台阵项目的103个流动台站(共119个地震台站)记录的238个5.8级以上的远震事件,从中挑选了5558个信噪比高、震相清晰的接收函数,采用人工读取震相到时的方法,获得了各个台站下方的地壳厚度和泊松比.结果显示:滇西北地区地壳厚度等值线呈ES向舌状突出,地壳厚度和泊松比横向变...