云南地区地壳速度结构的层析成像研究

利用地震波到时和体波层析成像方法反演了云南地区的P波速度结构,根据不同深度的速度异常分析了主要断裂和区域动力作用的深部效应,揭示出壳内低速层的分布范围以及与下地壳流动的联系.研究结果表明,哀牢山—红河断裂两侧的地壳速度结构存在明显的差异,滇中地区的速度异常分布与小江断裂、元谋断裂、程海断裂等南北走向的断裂一致,反映了青藏东部地壳块体顺时针旋转产生的构造效应;滇西南的速度异常分布与哀牢山—红河断裂、无量山断裂、澜沧江等断裂的走向平行,显示了印支块体朝东南方向挤出产生的影响;沿着南汀河断裂分布的低速异常则与印缅块体侧向挤压引起的构造活动有关.壳内低速异常具有分层和分区特征:在哀牢山—红河断裂西侧和澜沧江之间主要分布在地壳中上部,在小江断裂和元谋断裂附近分布在地壳中下部,在滇中地区则广泛分布于地壳底部至莫霍面附近,东、西两侧分别受到小江断裂和哀牢山—红河断裂的限制.其中攀西地区的低速异常与小江断裂和元谋断裂在此附近交汇形成的热流传输通道以及张裂时期强烈的壳幔热交换有关;在哀牢山—红河和澜沧江地区,除了印支块体向东南方向的挤出之外,印缅块体的侧向挤压和向东俯冲也对地壳深部的构造变形产生了一定的影响,由此引发的地幔上涌将导致热流物质沿着断裂通道进入地壳形成低速层.因此,哀牢山—红河断裂不仅在地壳浅部是分隔印支块体和华南块体的地质界限,也是控制两侧区域深部构造变形和壳内韧性流动的分界.     

中国东部地区P波到时残差的研究

本文研究了300个远震事件在中国东部(100°—125°E,20°—45°N)近50个台站的P波到时残差。事件的选择标准如下:(1)地震相对于台网中心有良好的方位覆盖和距离分布,震中距遍布30°—100°;(2)绝对走时残差小于5秒;(3)体波震级大于5级。研究包括:残差的频度分布,台站绝对残差平均值和相对残差平均值,相对残差的方位角-入射角分布。结果表明:(1)中国东部地区的上地幔存在严重的横向不均匀性;(2)似乎有一条北北东走向的深层构造带将中国东部地区分成两部分,西部速度偏高,东部速度偏低,这与由重力资料反演的中国地区上地幔密度分布结果有较好的相关性。     

黄海的地壳速度结构与中朝—扬子块体拼合边界

利用中国、韩国和ISC台站的地震走时数据反演了黄海地区的地壳P波速度结构,对比重力异常和断裂体系、Pn波速度及其各向异性,分析了不同地球物理异常的相互关系以及黄海东部和西部的结构差异,为厘定黄海东部断裂暨中朝—扬子块体的拼合边界提供了新的信息.反演结果表明,北黄海和南黄海西部具有沉积盆地的地壳结构特征,P波速度明显偏低且深度较大,说明盆地内部沉积层较厚、沉降幅度较大,以北黄海、南黄海海州湾和苏北—南黄盆地最为突出.南黄海中部、胶东半岛、辽东半岛和朝鲜半岛显示出构造隆起区的地壳速度特征,其中南黄海中部的高速异常具有北东方向的伸展痕迹,与胶东地区的区域构造走向趋于一致,但是与朝鲜半岛的高速异常并不相连,其间存在明显的分界.据此推测南黄海与朝鲜半岛之间可能存在一个近南北方向的深断裂——黄海东部断裂,至于该断裂是否可以作为中朝—扬子块体在海区的拼合边界,尚需获取黄海东部及朝鲜半岛更详细的相关资料提供依据.     

按方位叠加接收函数分析青藏高原东南缘的地壳各向异性

在各向异性地壳中,来自Moho的P-to-S转换波（Pms）的到时不仅取决于入射角和地壳厚度,而且还随地震事件方位角而变化.地处青藏高原东南缘的川滇地区,地壳变形十分强烈.本文利用川滇地区的108个固定台站记录的远震三分量地震波形数据提取台站下方的P波接收函数,并把接收函数被校正到了同一参考震中距处（例如67°）.然后按后方位角10°为间隔将接收函数叠加成一道信号以增强信噪比,并从叠加信号里拾取不同后方位角对应的Pms相的观测到时.在快波极化方向和分裂时间构成的解的平面上,能使观测到时与理论到时之差最小的点即为所求的分裂参数的位置.合成地震图和实际观测数据的实验表明,这个方法不但稳定性较好,而且误差估计也较小.我们从108个台中获得了96个Pms相的分裂参数,结果表明,川滇地区地壳各向异性十分强烈,Pms相分裂时间在0.05 s±0.06 s到1.27 s±0.10 s之间,平均值为0.54 s±0.12 s.地壳各向异性的快波极化方向与地表GPS速度场的差异性表明,印支块体的上下地壳之间是解耦的,而川滇菱形块体北部、松藩—甘孜和四川盆地的上下地壳之间是耦合的.然而,川滇菱形块体南部,地壳变形主要受控于小江断裂和金沙江—红河断裂.

     

青藏高原东南缘地壳速度结构及云南漾濞MS6.4地震深部孕震环境

青藏高原东南缘岩石圈变形强烈、地震活动频繁,对其深部结构进行研究有助于提高对其演化及强震发震机理等问题的认识.本研究利用青藏东南缘固定和流动观测台站记录的地震P波走时数据,采用体波走时层析成像方法得到研究区地壳、上地幔顶部三维P波速度结构.结果显示,峨眉山大火成岩省内带范围呈明显的高速异常,推测为二叠纪时期地幔柱活动残留在地壳内的基性和超基性幔源物质.川西北次级块体和大火成岩省内带东西两侧存在低速带,可能是壳内部分熔融存在和中下地壳流动的证据:高原物质向南运移时受大火成岩省壳内高速体阻挡后分为两支,东支沿安宁河断裂—则木河断裂—小江断裂延伸,西支沿红河断裂向上地壳运移并逐渐穿过红河断裂.云南漾濞M_S6.4地震序列全部位于西支低速通道之上,推测构造块体SE向运动和地壳流作用使得应力在上地壳震源区进一步集中,共同驱动断裂活动导致漾濞地震发生.     

滇西北—滇南地区P波震相与地壳轮廓

本文对沿着红河断裂带及其以北地区,滇西北——滇南约10万平方公里范围内,通过对24个地震台所记录的9次(M=3.4—5.5)地震震相分析研究所作的 P_n 波相遇时距曲线和地壳结构轮廓,初步得到:V(?)=5.8公里/秒,V_(pn)=8.2公里/秒;对滇西北(丽江——剑川)地区,由五个地震资料得到的地壳厚度 H=54公里;对滇南(峨山、建水、红河和蒙自)地区的4次地震资料得 H=44公里。M——面的倾角(?)=1.5度。震中距在Δ=150—260公里范围内的初至 P 波速度滇西北为 V_(p1)=6.0±0.1公里/秒,滇南为 V_(p1)=6.8±0.1公里/秒。     

云南东部地区近期大震危险性地点分析

金沙江—红河断裂是一条超地壳大断裂，为云南地区重要的构造边界，把云南地区划分为东、西两个部分。本简要介绍了云南东部地区主要活动断裂的活动性质，结合发震构造标志、地震破裂围空特征和大震重复周期等分析了红河断裂以东(含红河断裂带)地区的大震危险性，认为云南东部地区近期大震的危险地点有2个：小江断裂中段东支和石屏—建水断裂带石屏以东地区。     

利用接收函数两步反演法研究小江断裂带及邻区地壳S波速度结构

文中基于2011年9月2日—2014年1月16日小江断裂带及邻区48个台站的远震三分量波形数据提取径向P波接收函数,采用两步反演法和Bootstrap重采样技术反演了各台站下方的S波速度结构,对小江断裂带及邻区的地壳深部结构进行了研究。结果表明：1)研究区地壳的S波速度在横向和垂向上都存在明显的非均匀特性,近地表处有2～4km厚的低速沉积层;中上地壳的S波速度呈高、低速相间分布;在20～35km的深度范围内存在明显的低速层,主要间断分布于小江断裂以西的川滇菱形块体和红河断裂以南的印支块体内部,另外在师宗-弥勒断裂附近也有局部分布。2)小江断裂带中、北段壳内低速层较为发育,以中段最为突出,最厚约达28km;南段在15～25km深度范围内存在明显的高速区。3)研究区的泊松比普遍较低(平均为0.24),呈不均匀分布,且横向变化剧烈,小江断裂带的泊松比总体呈北段较高、南段次之、中段低的分段特征;研究区壳内低速分布与泊松比间的对应关系不明显,大部分低速层似乎缺少发生部分熔融的条件,其地球物理结果的差异和不一致说明壳内低速层的变形演化机制及物理特性较为复杂。     

远震P波层析成像研究阿尔金断裂带东端及其邻区深部结构

本文利用"中国地震科学台阵探测——南北地震带北段"项目在内蒙古阿拉善西部及甘肃西北部地区布设的80个流动宽频带地震仪及16个固定台站,于2013年10月—2015年6月所记录的787个远震事件,采用波形相关方法拾取了共49052个高质量的P波走时残差数据,并利用Fast-Marching远震走时层析成像方法,反演获取了研究区下方的三维P波速度结构.结果显示：阿尔金断裂带东段、祁连山、北山地区下方地壳结构表现为低速异常特征,具有明显的造山带构造特征;阿拉善地体下方地壳结构表现为高速异常特征,为典型的大陆地壳结构特征;阿拉善地块沿着青藏高原北边界逆冲断裂（NBT）南向俯冲,其在祁连山造山带下与北向俯冲的柴达木岩石圈形成了面对面的碰撞接触关系;阿尔金断裂带的末端并没有北东向延伸到阿拉善块体,而是受到刚性的阿拉善岩石圈阻挡沿着其南缘断裂带继续向东发展.     

南昌台P波精度和震级偏差研究

选取震中距在0°~40°的1 024个地震,统计南昌台P波走时残差和MS震级偏差的分布情况。结果表明:P波走时残差受方位角和震级大小影响明显,其中东北方位走时残差最大,达2.8s,东南方位最小,为1.1s,震级越大,走时残差越稳定;震级偏差受方位角影响明显,方位角在东北、东南方位时,南昌台定位震级比国家台网测定震级偏低0.12左右,而在西南方位则比国家台网震级偏高0.08左右;没有发现震源深度对P波走时残差和震级偏差的明显影响。     

滇中次级块体及邻区构造应力场

正滇中次级块体位于青藏高原东南缘的川滇菱形块体南部,受北东向丽江—小金河断裂带、南北向安宁河断裂带、北西向则木河断裂带、南北向小江断裂带和北西向红河断裂带所围限,内部发育着多条活动性较弱的近南北向断裂,包括元谋—绿汁江断裂、易门断裂和普渡河断裂等。青藏高原与周边块体的相互作用造成了该地区复杂的构造运动和强烈的地震活动,该区是     

云南地区地壳厚度和泊松比研究

利用中国地震局地壳应力研究所2010～2011年期间在云南腾冲地块、保山地块、思茅地块和扬子块体布设的21个流动地震台站记录到的732个5.0级以上远震事件,得到1939条接收函数.采用H-κ叠加搜索技术,获得了各台站下方的地壳厚度和波速比.结果显示,研究区内地壳厚度和由波速比得到的泊松比变化明显,均显示出块体的深部结构特征.除腾冲地块外,其他三个块体地壳由南向北均呈现出增厚趋势,且由西向东不同块体之间也呈现出明显增厚趋势.扬子块体的泊松比与地壳厚度显示出由南向北明显加大相一致的趋势,这可能暗示该区地壳增厚以下地壳变化为主.与扬子块体不同,保山地块和思茅地块的泊松比变化相对平稳,这种差别证实了金沙江-红河断裂是华南块体的南部边界.腾冲地块的三个流动台站H-κ搜索结果整体上表现为高泊松比特征,但随方位角变化明显,可能暗示出台站下方地壳介质存在着强烈的各向异性.     

滇西北地区主要断裂带及邻区三维P波速度结构的双差地震层析成像

利用区域固定台站和中国地震科学探测台阵记录的7349个近震事件的60471个Pg波绝对走时和196465个相对走时数据,采用双差地震层析成像获得滇西北地区(25°～28.2°N,99.5°～101.5°E)横向分辨率为0.2°的中、上地壳的三维P波速度模型,重点分析了区域内各主要断裂带及其邻区的速度结构特征.结果表明:金沙江—红河断裂带北段15 km以上的P波速度较低,重定位后中、小地震的震中主要位于低速异常的内部,且震源深度在断裂带两侧相似;推测金沙江—红河断裂带作为川滇菱形块体西南边界的剪切控制作用已弱化,分界能力局部减弱,并且断裂带下方主体的低速异常可能为跨越断裂的动力传递提供条件.丽江—小金河断裂带(西南段)两侧存在大范围的P波低速异常,推测此低速体可能是青藏高原东南向挤出的物质,而程海断裂带以东从近地表至25 km深处明显的P波高速异常体则可能会阻挡高原物质东南向的逃逸.     

云南地区背景噪声层析成像

选取云南省区域台网46个地震台从2007年11月—2009年10月的宽频带噪声数据, 通过互相关方法获得经验格林函数, 采用自适应时频分析方法获取相速度频散曲线, 并且反演得到8—40 s的相速度分布图. 研究结果表明： 云南地区短周期相速度低速异常与地表断裂带分布和沉积层厚度密切相关; 在短周期相速度分布图上, 红河断裂南北段呈现差异, 表明红河断裂南北段周边介质存在物性差异, 这可能是造成地震活动南北差异的主要原因; 长周期相速度分布图显示, 红河断裂和小江断裂带存在低速异常, 可能是切穿地壳的超壳断裂, 该低速异常可能与深部热作用有关; 红河断裂和小江断裂带交汇地区存在高速异常, 该高速异常体对川滇块体深部介质向南运动可能起到了阻挡的作用. 本文结果为下一步反演云南地区的三维剪切波速度结构奠定了基础.     

云南遮放-宾川和孟连-马龙宽角地震剖面的层析成像研究

依据有限差分反演和射线反演的方法,利用走时、振幅比和重力布格异常数据对云南地区遮放—宾川和孟连—马龙宽角地震剖面的地壳上地幔结构进行层析成像研究. 遮放—宾川测线地壳厚度为35～46km,孟连—马龙测线地壳厚度33～44.5km. 局部位置上地幔顶部P波速度值偏低,速度值变化范围大,反映出云南地区是典型的构造活动区的特点. 地壳上地幔结构存在一定程度的深浅构造一致性,意味着浅部物质活动存在深部背景. 遮放—宾川剖面速度结构显示地表怒江断裂东侧存在贯穿地壳的大规模低速异常,可能与深部物质上涌活动有关. 遮放—宾川线和孟连—马龙线速度结构显示作为一级构造单元分界线的红河断裂是超壳断裂,怒江断裂深及上地幔. 而昌宁—双江断裂显示为低角度铲式断层,意味着该断裂切割并不深. 云南地区强震的发生往往与延伸到上地幔的深大断裂有关,且一些浅源地震经常位于中上地壳深大断裂与其他断裂的交汇部位、高速块体与低速块体接触带上速度等值线弯曲的位置. 推测这样的位置有利于能量和区域应力的积累.     

中国东北地区高分辨率地壳结构:远震接收函数

利用分布在东北地区的国家地震局台网、NECESSArray台网、吉林大学在长白山及其周边地区布设的26个临时台站总计259个台站接收到的16,070条高质量的P波接收函数,采用H-k和CCP(Common Conversion Point,共转换点)叠加成像方法,获得该区高分辨率的地壳结构.观测结果显示,东北地区莫霍界面深度和地表高程总体呈镜像关系;西部大兴安岭—太行山重力梯级带附近存在莫霍界面深度陡变带;中部的松辽盆地地区受晚中生代的地壳拉伸作用影响,地壳厚度较薄,北部的小兴安岭地区和南部的华北北缘造山带可能同样受拉伸运动影响,具有较小的地壳厚度;松辽盆地莫霍界面深度由西向东逐渐减小,推测这与太平洋板块俯冲作用有关;东部地区莫霍界面结构比较复杂,依兰—伊通断裂与敦化—密山断裂之间出现复杂震相,可能与该区存在地幔物质的底侵作用有关;长白山火山地区地壳厚度较大,对应较高的波速比,推测在该区地壳内存在岩浆囊.     

小江断裂带北段地壳浅层P波速度各向 异性观测的原理与数值试验

以二维情形下观测速度场为各向同性场和各向异性场的叠加为前提, 提出了一种利用走时残差估算地震波速度各向异性的方法, 即剩余慢度矢量法. 利用小江断裂带北段巧家流动地震台阵24个台站记录的3181次地震事件的P波走时残差, 采用剩余慢度矢量法计算了各观测台站周围水平方向上尺度为0.5°×0.5°, 震源深度为0—5 km的剩余慢度矢量, 由此得到了P波快波和慢波方向. 计算结果表明, 大部分观测台站周围的P波速度方向性较为一致, 快波方向为ESE向, 慢波方向为NNE向. 快波方向与小江断裂带北段应力场P轴方向较为一致, 而慢波方向与应力场T轴方向一致, 表明应力的长期作用可能是导致P波速度各向异性的重要原因.      

青藏高原东南缘基于程函方程的面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘作为高原物质侧向挤出的前沿地带,是研究岩石圈变形机制、高原物质侧向逃逸和深部动力学等科学问题的关键地区之一.本文利用研究区内540个宽频带流动地震台站记录的远震面波资料,基于程函方程面波层析成像方法获得了青藏高原东南缘周期14~80 s瑞利面波相速度和方位各向异性分布图像.结果显示：14~20 s周期内,面波方位各向异性分布与断裂带的走向和最大主压应力的方向密切相关,可能受到了断裂带和区域构造应力场的共同作用.川滇菱形块体的北部次级块体及丽江—小金河断裂带附近随着面波周期的增加,各向异性快波方向从NS向逐步转变为NE-SW方向,并与断裂带大致平行,而其以南的攀枝花附近表现为高相速度和弱各向异性的特征.我们推测,在川滇菱形块体北部存在明显的下地壳流,流动方向与块体向南的挤出方向基本一致,该地壳流受到攀枝花附近的高速、高强度坚硬块体阻挡,其前缘向西南方向流动.川滇菱形块体中部地区由于坚硬块体的存在,下地壳没有明显的通道流.在红河断裂以西地区,30~60 s周期范围的面波各向异性快波方向和红河断裂大致平行,推测可能与渐新世至中新世早期印支地块向南东方向的挤出密切相关.研究区东北部,四川盆地南缘地壳各向异性以NE-SW和NEE-SWW向为主与SKS快波方向明显不同,推测主要与该地区地壳的早期构造变形有关同时也说明SKS各向异性主要来自上地幔介质;在研究区南部104°E以西的中长周期面波各向异性方向与SKS分裂研究获得的近EW快波方向基本一致,但在104°E以东地区面波各向异性较弱且快波方向与SKS的观测结果存在明显差异,我们推测东部SKS各向异性来源深度至少在150 km以下.     

基于GPS观测的红河断裂带现今分段及闭锁特征

红河断裂带是川滇地区重要的活动边界断裂之一, 了解红河断裂带不同段落的活动特性对理解川滇地区以及青藏高原东南缘的运动特征有着重要意义.本文利用2014—2018年红河断裂带加密的GPS站点, 结合1999—2016年中国大陆GPS速度场数据, 获取了红河断裂带附近的现今GPS速度场.本文首先采用F检验法将研究区域划分为5个相对独立的块体: 华南块体、大凉山块体、川西北块体、滇中块体和滇西南块体; 再通过GPS速度场的剖面投影分析, 将红河断裂带分为三个段落: 北段由洱源至弥渡、中段由弥渡至元江、南段由元江至元阳.在此基础上, 本文顾及红河断裂带近场的丽江—小金河断裂带、小江断裂带、无量山断裂带和楚雄—建水断裂带的影响, 采用三维弹性块体模型和负位错理论, 反演得到了红河断裂带、丽江—小金河断裂带和小江断裂带的滑动速率、震间闭锁程度, 并分别对建模断裂带进行了模型分辨率检测.结果表明: (1)红河断裂带北段地表以下16 km深度为完全闭锁状态, 中段地表以下8 km深度为完全闭锁状态, 南段闭锁程度显著弱于北段、中段; 红河断裂带北段仍然具有较高的地震危险性; (2)红河断裂带中南段可能不再独立的作为滇中块体的西南边界, 而是与两侧的无量山断裂带和楚雄—建水断裂带一起承担了块体边界的作用, 尤其是在红河断裂带南段; (3)红河断裂带南段位于滇中块体到华南块体的转换区内, 运动性质发生了转变, 由中段、北段的右旋走滑运动变为左旋走滑运动.

     

云南西部地壳深部结构特征

在云南西部,穿过红河、小江断裂带完成了一条长360 km、呈北东向的深地震宽角反射/折射剖面.通过对该测线的观测资料进行一维、二维模拟解释,得到了沿剖面的二维地壳速度模型.研究结果显示,沿测线Moho界面埋深横线变化大,其西南侧Moho埋深约35 km,东北侧Moho最大埋深可达43 km.沿剖面从西南到北东方向,地壳平均P波速度从5.9 km/s逐渐增加到6.13 km/s,但显著低于全球大陆平均值.结合以往的接收函数和面波联合反演结果,我们推算沿测线从西南到东北,其下方地壳泊松比介于0.23~0.25之间.剖面西南侧上地壳具有异常低的P波速度和泊松比,暗示其下方上地壳以α-相长英质组分为主;而剖面东北上地壳相对较高的P波速度和泊松比则暗示其物质组成以花岗岩-花岗闪长岩为主.研究区下地壳的P波速度和泊松比分别介于6.25~6.75 km/s和0.24~0.26 km/s之间,暗示其上部组成以花岗岩相的片麻岩为主,而下部组成则以角闪石类岩石为主.红河断裂两侧地壳速度显著不同,从浅到深其速度差异逐渐变弱,但红河断裂两侧地壳厚度变化较大.而小江断裂下方两侧地壳速度和地壳厚度变化并没有红河断裂那么明显.