接收函数和重力联合反演中国东北地区高精度莫霍面和波速比分布及地质意义

本文通过接收函数和重力数据联合反演获取了中国东北地区高精度的莫霍面和平均地壳波速比模型,新的联合反演方法综合考虑了接收函数在纵向上和重力数据在横向上的优势,在某种程度上可以降低单一接收函数数据易受盆地沉积层、莫霍面倾斜、介质不均匀分布等因素的干扰.在接收函数数据的预处理中,通过远震接收函数波形重建方法构建规则化的虚拟台站,提升整体的空间分辨率.在重力数据的滤波中,分别对莫霍面上方的浅部区域和岩石圈以下的深部背景场采用速度结构导向和向上延拓的滤波手段.新获得的莫霍面分布显示,海拉尔盆地、二连盆地、三江盆地、渤海湾盆地的莫霍面深度略浅于周围地区,而大兴安岭、小兴安岭、张广才岭的莫霍面略深.与前人结果相比,本研究得到的精细莫霍面模型与地形起伏和盆地边界有更好的对应关系,且在南北重力梯度线两侧的差异更明显.松辽盆地东部的莫霍面相对较浅,且存在高波速比异常,可能是由于松辽盆地区域的横向拉张引起的地幔热物质侵入地壳引起的.长白山火山地区下方地壳存在高波速比,意味着该处可能存在由于地幔热物质上涌引起的地壳部分熔融.     

接收函数、面波与重力联合约束地壳厚度与波速比

提出了一种利用接收函数、面波频散和重力数据联合约束地壳厚度、v_P/v_S和平均P波速度的改进方法,并基于两种地壳模型对改进后的方法进行了验证。结果显示,改进后的方法不仅可以提高地壳厚度和波速比的估计精度,还能更准确地估计地壳平均P波速度。在此基础上,将该方法应用于华南地区两个固定台站的地壳结构分析,相关结果也证实了该方法在确定地壳结构中的可行性。     

采用接收函数法反演佛子岭台基莫霍面深度及波速比

接收函数法是目前地震波研究常用方法,以佛子岭地震台数字化仪器记录的远震事件数据为基础,使用Wiener滤波方法进行接收函数计算,应用H-Kappa叠加法,通过Ps转换波等震相拟合,反演台基的莫霍面深度、波速比及泊松比.     

利用面波和接收函数联合反演滇西地区壳幔速度结构

考虑到面波频散对介质S波速度、接收函数对界面深度的各自敏感性优势,综合利用面波和接收函数资料实现联合反演,求取滇西地区壳幔速度结构. 本文利用适配滤波频时分析技术处理覆盖滇西地区的长周期面波资料,获得10.5～105.0s周期范围内的面波群速度频散,进而利用分格反演方法提取研究区内1°×1°网格纯路径频散;基于滇西地区宽频带三分量远震记录,经反褶积后得到台站下方的远震P波接收函数. 联立面波纯路径频散信息和接收函数资料建立系统方程,利用阻尼最小二乘法实现联合反演,从而获得滇西地区壳幔S波速度结构. 结果表明,滇西地区以红河断裂为界,东西两侧壳幔结构存在明显差异,断裂西侧约20km深度处存在一厚度为10km左右的低速层,而东侧并不明显;滇缅泰块体上的畹町、沧源一带属于上地幔低速区,而另一个地幔低速区则位于滇中块体上的康滇古隆起上,两处地幔低速区与大地高热流分布、强震活动具有较好的对应关系.     

基于球面重力反演苏拉威西地区莫霍面结构

基于球坐标系的地球物理反演能有效避免地球曲率的影响, 适用于大尺度构造研究.本文基于重力异常数据在球坐标系下反演莫霍面深度, 结合数据误差及光滑正则化项建立反演目标函数并求解, 同时将该方法应用于苏拉威西地区.苏拉威西地区具有复杂的断裂系统、年轻的俯冲带, 是研究俯冲起始机制等前沿科学问题的理想场所.目前研究区的地球物理观测尚不充分, 缺乏对莫霍面形成有效约束的地震数据, 对研究区莫霍面的整体认识较少.本文基于卫星重力观测数据, 通过匹配滤波方法提取与研究区莫霍面结构相关的重力异常, 并结合频谱分析确定该地区的莫霍面深度参考值.在反演中, 通过两次随机子抽样交叉验证选择最优的超参数, 包括正则化因子、莫霍面密度差以及参考莫霍面深度, 迭代反演获得莫霍面深度.反演结果表明: 研究区莫霍面平均深度为20.0 km, 深度变化范围为9.2~33.3 km.总体上, 海区莫霍面浅, 约10.0~20.0 km, 陆区莫霍面深, 约25.0~33.0 km, 该结果与Crust1.0全球模型、前人重力反演结果以及地震数据基本相符, 总体上反映了苏拉威西地区的莫霍面变化特征.

     

用接收函数研究川滇地区国家地震台下地壳厚度及波速比

本文利用远震接收函数的方法,对川滇地区的昆明、腾冲、成都和攀枝花等4个国家地震台的台基下方不同方向的莫霍面深度及波速比进行了研究和分析。结果表明:昆明地震台台基下方的莫霍面深度基本在50km左右,波速比为1.62～1.69,地壳厚度和波速比不因方向不同而发生明显的变化;腾冲地震台台基下方的地壳厚度有着比较明显的方向性,东北方向厚为40.7km,东南方向为49.7km,两个方向的波速比相差也很大,差值达到0.2;成都地震台台基下方莫霍面的深度在40km左右,但是东北和西南方向要加深8km,两个方向波速比相差0.13;攀枝花地震台台基下方的地壳厚度比较稳定,厚度在60km左右,波速比变化也不明显。     

P波和S波接收函数的贝叶斯联合反演

S波接收函数对于研究岩石圈速度结构具有重要价值. 本文利用合成地震图技术研究了S波接收函数的动力学特征. 在接收函数非线性复谱比反演方法的基础上,发展了基于贝叶斯理论的P波和S波接收函数的非线性联合反演方法. 结果表明:(1)适用于S波接收函数反演的震中距范围约为55°~80°,S波接收函数反演要求所用远震事件的震级大于5级; (2)与陡变的岩石圈底部界面(LAB)相比,梯度带类型LAB上生成的SLP转换波相对较弱,台站下方的沉积盖层有助于相对增强SLP震相; (3)由于S波接收函数径向分量不符合δ脉冲,不依赖于等效震源假定的三分量接收函数多道最大或然性反褶积方法更适合S波接收函数的估计;(4)数值检验的结果表明,在初始模型速度参数偏离真实模型20%的情况下,本文的方法能够预测300 km深度范围内的P波和S波速度结构;(5)观测数据的反演结果表明,由于P波接收函数低频分量相对不足,本文的联合反演方法对于大于100 km深度上地幔的S波速度结构约束相对较弱.     

利用面波频散与接收函数联合反演青藏高原东南缘地壳上地幔速度结构

青藏高原东南缘对于青藏高原的隆升、增厚和物质逃逸等问题有着重要的研究价值.本文对研究区内布设的大型流动地震台阵的观测记录进行处理,联合反演面波频散与接收函数数据,获得了地壳厚度、沉积层厚度分布情况以及地壳上地幔高精度S波速度结构.联合反演的结果表明：（1）研究区域内地壳厚度变化很大,从西北往东南方向地壳厚度逐渐变薄;（2）沉积层厚度与研究区内沉积盆地的分布情况较为一致;（3）在研究区中下地壳内由北向南呈条带状分布有两条主要的壳内低速体,其中一条从川西北次级块体向南延伸,穿过丽江断裂到达滇中次级块体下方,另一条低速体沿小江断裂分布,向南延伸到24°N左右,两条低速体在中地壳范围被四川盆地及峨眉山大火成岩省内带下方的高速异常所隔开.     

基于融合重力异常的大别造山带东段莫霍面反演研究

利用实测布格异常和EGM2008重力异常融合结果,采用频率域位场反演方法计算大别造山带东段莫霍面三维空间分布,结合区域地质构造和地震活动等资料讨论大别造山带东段莫霍面分布特征及其构造含义等。研究结果显示:①莫霍面空间分布体现了块体构造差异,大别造山带莫霍面最深,最大深度达42km,显示东大别造山带存在明显山根,扬子地块深度次之,华北地块最浅;郯庐断裂带及其东侧区域存在莫霍面上隆带;②大别造山带北侧和南侧莫霍面陡变带分别位于青山—晓天断裂附近和襄樊—广济断裂以北,体现华北地块和扬子地块向大别造山带之下俯冲的构造特征,指示了深部构造缝合带位置;莫霍面深度特征表明郯庐断裂带区域构造边界带属性明显,其切割深度至少达到壳幔边界,大别造山带商城—麻城断裂两侧经历了差异隆升;③研究区域绝大多数地震发生在莫霍面以上深度,莫霍面深度陡变带、上隆带及不同莫霍面深度特征区的转换带为区域地震活动提供了深部构造条件。     

面波频散与接收函数联合反演南北地震带北段壳幔速度结构

通过对南北地震带北段区域所布设的676个流动地震台站观测资料进行处理,联合反演面波频散与接收函数数据,获得了研究区内地壳厚度、沉积层厚度的分布情况以及地壳上地幔高分辨率S波速度结构成像结果.反演结果显示研究区地壳厚度从青藏高原东北缘向外总体逐渐变薄,秦岭造山带地壳厚度较同属青藏高原东北缘的北祁连块体明显减薄;鄂尔多斯盆地及河套盆地分布有非常厚的沉积层,阿拉善块体部分区域也有一定沉积层分布,沉积层与研究区内盆地位置较为一致;松潘—甘孜块体、北祁连造山带等青藏高原东北缘总体表现为S波低速异常;在中下地壳,松潘—甘孜块体下方的低速体比北祁连造山带下方的低速体S波速度值更小、分布深度更浅,更有可能对应于部分熔融的地壳;鄂尔多斯盆地在中下地壳以及上地幔内有着较大范围的高速异常一直延伸到120 km以下,而河套盆地地幔只在80 km以上部分有着高速异常的分布,此深度可能代表了河套盆地的岩石圈厚度,来自深部地幔的热物质上涌造成了该区域的岩石圈减薄;阿拉善块体在地壳和上地幔都表现出高低速共存的分布特征,暗示阿拉善块体西部岩石圈可能受青藏高原东北缘的挤压作用发生改造.

     

Crustal thickness and vP/vS ratio in Shanxi Graben,China

Shanxi Graben is in the middle part of the North China Craton, from south to north. With the teleseismic data recorded by Regional Seismograph Networks and the temporary ZBnet-W Seismic Array around east part of Shanxi Graben, we measured the crustal thickness and v_P/v_S ratio beneath each station using the H-κ stack of receiver functions. The observed crustal thickness shows obvious lateral variation, increasing gradually from east to west in the Shanxi Graben. Beneath the Shanxi Graben the crust is relatively thicker than both sides of the south and the north. In addition, the v_P/v_S ratio in the north of study zone is higher than that in the south. The highest v_P/v_S ratio exists in the crust of the Xinding basin and the Datong basin. Our study also suggests that high velocity ratio might result from the strong activities of the magmation and volcanism.     

九寨沟MS 7.0地震前单台波速比变化特征

收集、整理四川省地震台网2013年5月至2017年9月产出的震相观测报告数据,采用单台多震和达法,重点分析2017年8月8日九寨沟M_S 7.0强震前龙门山断裂带中北段地区波速比变化特征。结果表明：龙门山断裂带中段西侧的茂县地震台,在发震前2年左右,波速比出现一次持续时间约一年半的下降异常;发震前半年左右,波速比出现明显回返特征,波速比回返至均值上下时即发生九寨沟M_S 7.0地震;震源区周边其他6个地震台波速比在发震前变化较平稳。茂县地震台波速比低值异常对判定九寨沟M_S 7.0强震前龙门山断裂带中北段可能存在孕震体具有重要参考价值。     

汶川地震前后波速比变化特征的再研究

收集整理了四川省地震台网1990—2012年产出的地震直达波震相数据, 利用单台多震和达法对2008年汶川M_S8.0地震前后四川地区的波速比变化特征进行了分析研究(共筛选出13个数据量较为丰富、 连续性较好的台站). 结果显示： 其中位于龙门山断裂中北段西侧的4个台站, 震前出现长达7年左右的中长期波速比低值异常; 其它9个台站的波速比震前变化基本稳定. 震前波速比出现异常的4个台站的分布与汶川M_S8.0地震孕震区范围大体一致, 从而为研究汶川M_S8.0地震前是否存在地壳介质特性的时间变化过程, 提供了有力的判定依据.     

海南岛及近海波速比特征初步研究

基于"广义重复地震"的思路,收集整理1990—2015年海南岛及近海地震丛发区事件,利用单台单震法呈现海南台网至海南岛及近海显著地震丛发区的波速比特征,初步探讨研究区地壳介质物性信息。结果表明:(1)地震丛至单台的整体平均波速比低于理想体的1.732,2008年前后各台站的平均波速比及波速比随时间变化特征有明显差异,这可能与2007—2008年研究区地震活动较长时间平静后的应力调整以及2008年汶川地震应力传递作用有关;(2)地下介质的破碎程度及流变性影响波速比:地下岩石破碎程度高,介质流变性强可能会造成台站波速比相对高值,如QXL台、DOF台、CHM台、NAD台、SLL台等;(3)琼中南隆起区地下介质较致密、稳定,除特殊介质区的NAD台、CHM台、DOF台,其他台站波速比呈现相对低值;(4)2008年前后各地震丛发区视速度特征有差异,地震活动也存在明显不同,研究区可能处于应力调整状态;铺前—清澜断裂东西两侧呈现完全不同的视速度,主要影响来自岩性的不同以及火山地区热物质上涌等热作用过程。     

High-resolution Moho depth and Vp/Vs ratio distributions in northeast China from joint inversion of receiver functions and gravity data and their geological implications

In this study,high-resolution Moho depth and average crustal V_p/V_s ratio distributions in northeast China were obtained through joint inversion of receiver functions and gravity data.The new joint inversion method comprehensively considers the complementary imaging strengths of the receiver functions in the vertical direction and the gravity data in the lateral direction.To a certain extent,it can reduce the adverse effects of the receiver function data caused by the sedime...     

中国华南地区地壳厚度与波速比分布特征及其地质意义

本研究利用中国国家地震台网336个固定地震台站记录的远震波形资料,通过P波接收函数H-κ分析估算了中国华南地区的地壳厚度和地壳平均波速比.研究结果显示,地壳厚度约为25~46 km,整体表现西深东浅的变化特点.研究区地壳厚度变化分别与布格重力异常和地形呈现负相关和正相关.扬子块体东部显示较低地壳波速比（< 1.7）可能与地表沉积岩的存在相关.四川盆地内部的平均地壳波速比（约1.71~1.8）与全球大陆地盾/克拉通地区相当.但其周围地区地壳平均波速比明显增高（1.81~1.95）,推测可能是克拉通形成过程中岩浆的底侵引起下地壳组分以铁镁质麻粒岩为主.华夏块体西部表现为薄的地壳厚度和低的地壳平均波速比（1.65~1.75）,暗示该区基性下地壳物质的缺失可能与增厚的地壳发生拆沉有关.华夏块体东南段呈现出较高的地壳平均波速比（约1.77~1.86）,地壳组成以中基性铁镁质为主,推断可能与晚中生代铁镁质岩浆底侵作用密切相关.

     

兴蒙造山带诺敏河火山群地壳厚度与波速比研究

利用布设于兴蒙造山带诺敏河火山群地区的宽频带流动地震台站资料,基于接收函数方法,获取了该地区的地壳厚度与波速比值.研究结果显示,该地区的地壳厚度介于32~38 km,莫霍面深度在空间上分布特征与五大连池为中心的火山带分布具有较好的一致性：沿着火山带延展方向地壳较薄.该地区的波速比介于1.74~1.84,波速比在空间上与地壳厚度变化具有一致性：高波速比主要集中于靠近五大连池火山带地区,向诺敏河火山和小古里河火山延展.研究认为：诺敏河火山与五大连池火山带可能具有相同的岩浆来源,可能与富钾岩石圈地幔拆沉作用造成的地幔热物质上涌有关.研究区地壳厚度与波速比呈现负相关关系,暗示该地区可能发生过岩浆底侵作用.

     

接收函数方法估计Moho倾斜地区的地壳速度比

造山带地区的复合力系作用往往使Moho界面发生变形,局部表现为倾斜状态.为了得到这些区域精确地壳速度比结构,本文基于H-κ方法发展了H-κ-θ方法.该方法不仅考虑了倾斜Moho层的响应,同时利用径向和切向接收函数信息,增加了对扫描的约束.利用该方法对青藏高原东南缘地壳厚度和速度比结构进行研究,结果表明：研究区内地壳明显存在不均匀性,松潘—甘孜地体平均地壳厚度约为60 km,四川盆地西缘约为47 km,扬子地台约为43 km,三江块体和扬子地台东南缘已接近正常地壳厚度;松潘—甘孜地体与扬子地台相邻部位地壳平均地震波速度比（V_p/V_s）普遍偏高,且四川盆地西侧发现一绕盆地边缘的弧形高V_p/V_s异常区（>1.88）,我们推测该异常可能由青藏高原向东逃逸的地壳流体受到高强度的四川盆地阻挡,在其西侧堆积所致.     

联合钻孔资料及地形数据估算宝鸡地区vS30

将地形数据经过坡度计算,利用坡度与v_S30相关关系,计算宝鸡地区场地近似v_S30。为了得到接近实际的波速分布,借助宝鸡地区钻孔资料,研究选定区域内v_S30近似值与实测结果的差异,并对差异的空间变化趋势进行分析,在此基础上,对模型估算的v_S30进行修正,进而得到接近实际的v_S30分布,并给出基于NEHRP的宝鸡地区场地分类。