华北地区地壳厚度与泊松比研究

华北地区地壳结构和物理性质是研究华北克拉通破坏机制的重要依据.本文通过收集分布在华北克拉通区域的323个宽频带地震台记录到的2007年8月到2009年3月间发生在全球范围内6.5级到8.5级的共93个远震事件的波形资料,较完整地得到了华北及其周边区域台站下方的接收函数、地壳厚度和泊松比分布情况.研究发现:(1)华北克拉通地壳厚度大范围减薄不仅仅发生在东部,而是已经到达南北重力梯度带附近; (2)在鄂尔多斯的周边裂谷盆地,地壳也出现了减薄现象; 周边裂谷区的泊松比大于鄂尔多斯内部,局部区域的泊松比高达0.3左右; (3)从地壳厚度和地形的相关性来看,华北地区的地壳厚度与地表地形存在着明显负相关的关系,这与艾利均衡假说相一致,可能意味着华北地区的地壳正在经历着缓慢的破坏与均衡同时进行的过程; 而华北克拉通中西部和东北部则显示出明显的不均衡现象.     

晋冀蒙交界地区的地壳厚度与泊松比特征

根据晋冀蒙交界地区固定台和流动台共计78个台站记录的高质量远震资料, 得到了共计6978个接收函数, 反演了晋冀蒙交界地区的地壳厚度与波速比结果。 结果显示, 研究区的地壳厚度在31~45 km, 变化幅度较大, 具有由东向西逐渐加厚的横向变化, 并且沿着东南—西北方向有渐变特征。 台站下方地壳速度比在1.63~1.90, 对应的泊松比在0.18~0.31, 具有明显的分块特征。 波速比相对较高的地区多为沉积盆地断陷中心地带及附近区域, 波速比较低的区域分布在太行山脉中段与吕梁山地区等隆起区域附近。 大同火山区波速比高于周边地区, 是火山剧烈活动引起地幔物质上涌的反映。 太行山山前断裂带附近的台站下方地壳平均速度比呈现由北向南逐渐减小的特征, 表明此区域地壳分层结构明显, 同时也反映了平原地区与山脉地区的地壳介质成分的差异。     

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.

     

华北克拉通中西部地区地壳厚度与波速比研究

本文使用华北科学台阵和中国国家地震台网164个地震台站记录的远震波形资料,用最大反褶积方法提取接收函数,采用接收函数H-k叠加方法得到了各台站下方的地壳厚度和波速比.研究结果表明, 华北克拉通中西部地区的地壳厚度由东向西加深,其中东部的华北平原地区地壳厚度介于30~33 km ,中部的燕山—太行地区地壳厚度介于33~40 km之间,西部的鄂尔多斯块体地壳厚达40~42 km.研究显示该区的地壳平均波速比与地壳厚度没有明显相关性,这可能与该区地壳厚度、地壳组成横向变化异常强烈有关.研究区的地壳平均波速比介于1.68~1.86之间,东部盆地地区台站下方的波速比变化较大,多数分布于1.70~1.80之间;山区平均波速比主要集中分布于1.70 ~ 1.77之间,暗示山区块体较东部盆地地区地壳组成更富长英质,而缺少铁镁质成分.该区地壳厚度与地形高度具有很好的相关性,其斜率为6.6,较青藏高原东缘地区的斜率更高,通过分析表明,华北克拉通中西部地区上地幔顶部岩石密度相对较低,为古老的、低密度难熔的、富镁贫铁的克拉通,可为地壳提供更大的浮力.     

腾冲火山区的地壳厚度和平均泊松比研究

腾冲是青藏高原东南缘重要的第四纪火山活动区域,全新世以来的火山主要集中在腾冲盆地的中央,由北向南形成一个串珠状的火山链.为了深入探索这一火山区的深部结构和岩浆活动特征,我们在腾冲北部开展了为期一年的流动地震观测,利用接收函数方法计算了台站下方的地壳厚度、平均波速比和泊松比,研究结果揭示出测线下方地壳结构与岩浆活动及火山分布的对应关系.测线北部7个台站的地壳厚度在35.4~37.6 km之间,平均波速比为1.82~1.92、泊松比为0.28~0.31,其中马站附近莫霍面抬升幅度最大,与相邻地区莫霍面深度相差1~2 km,平均波速比和泊松比也达到最大值.相比之下,测线南端两个台站的地壳厚度接近40 km,平均波速比和泊松比仅为1.61~1.64和0.18~0.20,与测线北部7个台站的地壳结构相差甚大.分析表明地幔上涌对火山区莫霍面的局部抬升产生了一定影响,火山湖、黑空山、大-小空山和打鹰山下方应该存在一个相互联通的壳内岩浆囊.该岩浆囊在南北方向上的尺度约为20 km,热流活动以及幔源物质的侵入是地壳平均波速比和泊松比偏高的主要原因,它与热海附近的地温异常区分属两个不同的壳内岩浆存储系统.

     

云南地区地壳厚度与泊松比变化及其意义

利用云南省“十五”期间建成的46 个宽频带地震台2007 年7 月～ 2008 年7 月间记录的6 级以上远震波形资料,提取各台站下方的P 波接收函数,并据此计算和分析了云南地区的地壳厚度变化情况和泊松比的分布特征。得到的较前更高空间分辨率的结果表明,云南地区的地壳厚度总体呈现“北深南浅”的特征,最北部的中甸台地壳厚度是53. 5km,而最南端的勐腊台仅为31. 7km。红河断裂的边界作用较为明显,断裂以东的地壳厚度较大,以西的则较小;断裂西侧的地壳厚度变化较为舒缓,东侧则变化剧烈,且自东南向西北厚度逐渐加深。在川滇菱形块体及周围存在2 个上地幔隆起,一个隆起的中心轴在楚雄-元谋一带,另一个隆起的中心轴在东川附近。从泊松比的分布情况来看,研究区内泊松比的分布是不均匀的,自南向北存在较大差异,北部的中甸台处达到最大0. 289,而南部的景谷台处仅为0. 146,与地壳厚度“北深南浅”的趋势基本相一致。泊松比在滇东块体内较低,在滇中块体内较高;北纬24°以北地区泊松比显然比以南地区要高。总的分布状态为:川滇菱形块体周围的泊松比属于中-高值(0. 26≤σ≤0. 29)。     

东北地区至华北北缘地壳结构的区域差异: 地壳厚度与波速比的联合约束

本文通过对分布相对均匀的127个固定台站下方接收函数的H-κ叠加分析,并结合前人对97个线性密集流动台站的研究结果,获得了东北地区和华北克拉通北缘地壳厚度(H)与平均波速比(κ).结果表明研究区域地壳总体较薄,波速比变化复杂,地壳密度横向变化大,暗示着地壳在中—新生代经历了显著的不均匀破坏与改造.东北和华北北缘都存在明显的东西向差异.东北地区西侧兴蒙造山带地壳大致随着海拔增高逐渐增厚,H和κ分别主要在31~39 km和1.71~1.83之间变化,平均值分别为~35 km和~1.77;东侧吉黑褶皱带地壳厚度与海拔不成镜像关系,H和κ集中在28~37 km和1.72~1.89范围, 平均值分别为~33 km和~1.79.华北北缘西侧燕山带地壳由东往西逐渐增厚,H和κ主要在28~40 km和1.70~1.91范围内变化, 平均值分别为~34 km和~1.79.东侧辽东台隆地壳表现为中间厚四周薄,H和κ集中在29~35 km和1.71~1.83范围, 平均值分别为~32 km和~1.77.东北地区吉黑褶皱带相对薄的H和变化范围大的κ表明,该区域可能由于其自身的地壳结构复杂性和紧邻太平洋板块前缘从而在中新生代遭受到了与太平洋板块俯冲相关的更为强烈的地壳减薄与改造.华北北缘燕山带H和κ复杂的变化特征表明,该地区可能受到中亚造山带增生和太平洋板块俯冲的共同影响,从而发生了更为复杂的地壳改造变形.     

滇西北地区地壳厚度与泊松比分布及其意义

利用滇西北地震亚失稳观测实验区43个密集观测台站记录的2018年4月5日—12月30日远震三分量波形数据,计算并分析滇西北地区的地壳厚度和泊松比变化情况。结果表明:①研究区的地壳厚度总体呈现北深南浅的变化特征,且形成以云龙、蝴蝶泉—阳和、岩曲—羊窝棚—哨横为中心的3个莫霍面隆起区,在26°N附近形成一个向南的舌状突出,呈现两隆两凹状的莫霍面结构;②研究区泊松比为0. 209～0. 328,整体被2条对角线分隔呈四象限分布,北、南两区是高泊松比(σ> 0. 28)地区,推测地壳物质富含铁镁质成分,西、东区为低泊松比(σ<0. 26)区域,地壳物质可能富集长英质成分;③云龙、蝴蝶泉—阳和以及南涧—红土坡地区的高泊松比(σ> 0. 3)可能是上地幔物质底侵致使下地壳物质部分熔融引起;维西—乔后—巍山断裂北段的通甸—建基村,其与龙蟠—乔后断裂交汇的丰乐—禾头,以及维西—乔后—巍山断裂中段的脉地—紫阳村—瓦窑—太邑—岔河,是泊松比高梯度带,具备发生中强以上地震的孕震环境。     

广东及其邻域的地壳厚度和泊松比分布

利用广东及其邻域福建、江西、湖南、广西、海南、台湾共82个宽频带数字地震台的远震资料,计算获得了所有台站下方的体波接收函数,并通过接收函数H-κ搜索叠加方法反演了这些台站下方的地壳厚度和平均泊松比.研究结果表明,广东及其周边地区的地壳厚度为26.8 ～ 33.6km,平均为29.5 km.由西北到东南逐渐变薄,表现出大陆地壳向大洋地壳的缓慢过渡过程.珠江三角洲、粤西、粤桂琼交界、广西南宁、广东南澳等地区地壳厚度较薄,为25.0～28.0km;海南的翁田、广东的湛江、上川岛等地壳厚度最薄,在26km左右;福建明溪、湖南永州周边地区地壳厚度较厚,为31.0～34.0km.研究区域内地壳泊松比为0.20～0.29,海南岛的东南部、粤东和闽西的沿海地区以及江西南部具有明显的高泊松比,这可能与这些地区具有广泛的温泉分布和高热流值的特性有关.地壳厚度和泊松比分布的分块特征明显,并与断层和历史地震的分布有关.     

青藏高原东北缘地壳S波速度结构与泊松比及其意义

利用甘肃地震台网16个台站记录的远震资料,采用最大熵谱反褶积方法,得到了各个台站的接收函数. 采用接收函数扫描法和线性反演方法对研究区的壳幔结构进行了研究,这两种接收函数方法得出的结果具有很好的一致性. 青藏高原东北缘地壳厚度变化剧烈,祁连块体为50～55 km、柴达木块体和河西走廊为45 km左右（合作台除外）,由北向南,Moho界面呈中央下凹的准对称状. 研究区地壳VP/VS介于1.66～1.85（σ=0.215～0.294,均值0.254）,其均值接近或略低于全球平均值;S波速度结构可见壳幔过渡带具有明显的突跳,结合其他地球物理学证据,推断该区可能不存在岩浆底侵作用和地壳部分熔融现象. 该区地壳VP/VS值与地壳厚度呈反相关关系,推断该区地壳的主要组成成分以中酸性岩石为主,其45～55 km厚的地壳可能主要是通过上地壳的叠置形成的.     

新疆和周边地区地壳厚度和Vp/Vs比值变化的接收函数约束

我们用修订后的接收函数H-K叠加算法估计了新疆和周边地区90个地震台站下的地壳厚度和波速比Vp/Vs.该地区平均地壳厚度约为52 km,变化范围约为33～79 km.最厚地壳位于西昆仑山的TAG台站,最薄地壳在塔拉斯-费尔干那断层附近的NRN台站.对每个台站的点地壳厚度估计结果进行了线性各向同性变差模型的标准克里金空间...     

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.     

华南沿海地区地壳厚度与泊松比研究

华南沿海地区地壳厚度和泊松比分布是了解该地区板块运动和地球内部物质结构的重要依据.本文利用广东台网和福建台网共75个固定地震台记录到的2001—2008年远震波形的接收函数,通过H-κ叠加法获得了74个台站下方平均地壳厚度和泊松比值的有效估计,结合该区断裂分布、地震活动和地形地貌特征,得出以下结论:(1)该区地壳厚度范围在26~32 km之间,由陆向洋、自北向南减薄.泊松比0.23~0.28,由陆向洋增加,地壳厚度与泊松比变化分别和地表地形呈正相关和负相关;(2)地壳厚度和泊松比呈块状和带状分布,对应该区的断裂活动,其过渡带变化地区与地震分布一致,震群区和地幔上隆区对应泊松比的急剧增加;(3)该区主要以中、酸性地壳物质为主,地壳厚度与泊松比在近海区的构造伸展作用和褶皱区的逆冲推覆作用影响下,分别呈正、负消长关系,揭示该区不同时代和不同区域构造演化模式的差异.     

川滇地区岩石圈温度、化学组分结构研究及对岩石圈减薄过程的认识

川滇地区地处中国大陆西南,对其岩石圈结构的研究是认识该地区构造演化过程的基础.由于不同研究方法存在各自的局限性,导致其所获得的岩石圈结构和可能的构造演化过程仍存在争议.岩石圈温度、化学组分结构是深入认识这些争议性问题的基础.本文基于热动力学模拟和概率密度反演的方法,联合瑞雷面波相速度频散曲线、大地水准面高、地形和地表热流等观测资料,反演了川滇地区岩石圈的温度、化学组分结构.结果表明,川滇地区岩石圈呈现南薄北厚的趋势,其中印支块体岩石圈较薄,为60~80 km,相对起伏较小;川滇菱形块体、江南造山带西缘岩石圈自南（~80 km）向北（~200 km）递增;松潘甘孜块体保持较厚的岩石圈根（~240 km）.印支块体与江南造山带西缘岩石圈地幔以过渡型和难熔型的橄榄岩为主,仍存在部分古老难熔的岩石圈地幔物质;而川滇菱形块体内部为饱满型岩石圈地幔,表明古老、难熔的岩石圈地幔被新的地幔物质所取代.根据现今川滇地区岩石圈温度、化学组分结构,我们推测川滇地区南部的印支块体受印度板块与亚欧板块南北向碰撞的影响,导致该区域岩石圈增厚,并发生以拆沉作用为主的减薄过程,但岩石圈地幔仍以古老难熔的地幔物质为主;拆沉作用所导致的热地幔物质上涌使得川滇菱形块体古老难熔的岩石圈地幔物质由南往北逐渐为新的地幔物质所取代,形成了现今饱满型岩石圈地幔,热侵蚀作用在川滇菱形块体岩石圈减薄过程中占主导地位.

     

华北克拉通东北部及邻区地壳和地幔转换带厚度研究

本文利用宽频流动台阵记录的远震波形资料和接收函数波动方程叠后偏移方法,获得了华北克拉通东北部边界及其邻近地区的地壳和地幔转换带的间断面结构图像.结果显示研究区域的地壳厚度存在显著的横向变化:以南北重力梯度带为界,西北部的兴蒙造山带地壳较厚(~40 km),东南部的燕山带、松辽盆地和辽东台隆地壳明显较薄(30~35 km).这有可能反映,研究区南北重力梯度带两侧地壳在中-新生代区域构造伸展过程中经历了不同程度的改造和减薄.地幔转换带成像结果显示,研究区410 km和660 km间断面结构存在横向差异.经度121°E-122°E之间,上地幔底部出现双重间断面,深度分别为660 km和690 km.经度122.5°E以东(北黄海地区),410 km间断面有5~20 km幅度的下沉,660 km间断面有5~15 km幅度的抬升;该地区地幔转换带厚度相对全球平均偏薄10~20 km,指示着该地区较热的上地幔底部温度环境.我们认为太平洋俯冲板块可能停滞在研究区119°E-122°E经度范围的地幔转换带中,但未延伸至118°E以西;而俯冲板块在124°E以东可能局部穿透了上地幔底部而进入下地幔,同时引起小尺度的地幔对流,导致北黄海地区下地幔物质的上涌.     

南海中北部陆缘横波速度结构及其构造意义

纵横波联合勘探可以得到更多关于岩石圈层岩性、物性等介质属性方面的信息,有效提高地壳物质组成的约束性.在纵波速度结构模型的基础上,通过射线追踪和走时拟合对OBS2006-3地震剖面径向分量的转换震相进行了横波速度结构模拟.结果表明:沉积层1、沉积层2的横波速度分别为0.7~0.9 km/s和1.6~1.7 km/s,波速比由2.64~3.16变化到2.41左右,较高的波速比表明沉积层固结程度不高;中生代沉积层横波速度由浅部的2.6 km/s增大到3.0 km/s,波速比为1.74~1.80;地壳中波速比为1.74~1.82,表明该剖面地壳为陆壳性质;下地壳高速层的横波速度为4.0~4.2 km/s,纵横波速比为1.73~1.78,揭示高速层的物质组成为铁镁质的基性岩,推断其与海底扩张停止之后的岩浆底侵作用有关.     

华北克拉通中西部地壳S波速度结构及其地质意义

华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一.我们利用布设于华北中部的ChinArray计划461个宽频带地震台阵的连续波形资料, 基于背景噪声成像技术, 获得了克拉通中西部5~45 s的Rayleigh波群速度频散曲线, 并利用线性反演方法获得了研究区地壳上地幔顶部的S波速度结构.密集流动地震台阵使我们能够揭示研究区精细的地壳上地幔顶部速度变化, 以深入探讨华北克拉通中西部深部结构及其对岩浆和地震的控制作用.8 km深度的S波速度切片显示低速与高速异常分别与地表的盆地和山脉对应良好.不同经度和纬度方向的S波速度剖面均表明, 西部克拉通地壳大致可以分为上、中、下地壳三层.克拉通西部鄂尔多斯块体的下地壳S波速度介于3.7~3.8 km·s^-1, 暗示其下地壳以长英质岩石为主.大同火山区下方的S波低速异常从中地壳延伸至上地幔顶部, 推测源自软流圈的地幔热流提供了近垂直的主干上涌通道, 并控制了该区新生代岩浆活动.强震集中分布在上地壳高速体内部或高低速相间区, 其下地壳乃至上地幔顶部都呈现明显的低速异常, 推测源自上地幔/下地壳的深部热流沿地壳尺度的陡深断裂上侵, 诱发上覆高应力刚性块体发生蠕动破裂与应力释放, 进而诱发大震.