中国大陆东南缘地震接收函数与地壳和上地幔结构

从2008—2011年,分别在中国大陆东南缘沿海和内陆两条NE向剖面上进行了宽频地震观测,利用记录到的远震波形资料提取得到1446个远震P波接收函数,用H-κ叠加扫描和CCP偏移叠加方法研究了中国大陆东南缘地壳及上地幔过渡带的结构及其变化特征.结合固定台网25个台站的H-κ结果,获得中国大陆东南缘(福建地区)地壳厚度从内陆到沿海逐渐减薄的图像:地壳从闽西北山区的33 km减薄到厦门沿海一带的29 km以下,平均地壳厚度为31.3 km,具有陆地向洋壳过渡的特征;地壳泊松比从内陆到沿海显示出分带特征,闽中西部内陆地区小于0.26,沿海地带高于0.26,且在断裂带的交汇区域表现为相对异常高值.地壳上地幔顶部(0~200 km)的CCP偏移叠加成像结果显示闽江断裂等NW向断裂深切Moho界面,在断裂两侧Moho面急剧抬升或下沉,产状改变,这些特征向内陆地区逐渐变得不明显.闽江等NW向断裂对研究区地壳厚度、地震等有明显控制作用.上地幔尺度(300~700 km)的CCP偏移叠加成像,未见410 km和660 km速度间断面突变和起伏异常,其绝对深度略大于IASP91模型的,上地幔转换带厚度正常(250±5 km),表明中国大陆东南缘上地幔转换带未受欧亚与菲律宾板块碰撞的明显影响,推断中国大陆东南缘及台湾海峡下方不存在俯冲板块,或俯冲前缘未扰动到410 km的深度.     

华东及安徽地区断裂构造及分形分析

根据安徽台网25个台站记录到的远震波形资料,运用频率域反褶积的方法提取接收函数,并采用H-Kappa扫描法反演得到安徽地区各个台站下方的地壳厚度与纵横波速度比。结果显示,安徽地区台站下方地壳厚度大致可分为3个区域：皖西南大别山地区、皖南山区和淮河以北的皖北平原地区,其中大别山地区台站下方的地壳厚度位于35—39 km范围内,相对较厚;皖南地区位于33—36 km范围内;皖北以平原为主,地壳厚度位于30—33 km范围内。这一研究结果与安徽地区的地质构造背景具有较好的相关性。同时,H-K扫描结果显示,安徽地区台站下方波速比基本处于1.70—1.80范围内,变化不大。在界面倾斜角度不大的前提下,利用横向均匀分层模型的波形反演实现接收函数的波形拟合,得到台站下方地壳上地幔S波速度结构,计算结果显示,安徽地震监测台站下莫霍面上表面S波速度一般为3.6—3.9 km/s,而界面底部大约为4.3—4.6 km/s,莫霍面处的速度起伏变化并不十分明显。     

利用P波接收函数研究青藏高原东南缘地幔转换带结构

研究青藏高原东南缘的深部结构对于理解印度-欧亚板块的碰撞机理和青藏高原的形成演化具有重要的科学意义.本研究对布设在研究区域内566个固定和流动地震台站的波形资料进行了处理,获得77853条高质量P波接收函数,应用接收函数共转换点（CCP）叠加技术获得了研究区域下方精细的地幔转换带间断面起伏形态及转换带厚度变化图像.结果表明：研究区域南北方向上具有两个明显的转换带增厚异常区,南侧异常区位于滇中次级块体与印支块体下方,可能是新特提斯洋板片与上部印度板块间断离并部分滞留在转换带底部的结果;北侧川西地区异常增厚可能与上方岩石圈拆沉并降至转换带有关;腾冲火山起源可能是板块俯冲过程中发生断离造成软流圈物质部分熔融,湿热物质上涌所致.

     

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.

     

利用接收函数研究青藏高原东南缘的地壳上地幔结构

本文使用位于青藏高原东南缘的25个地震台站的远震数据,采用P波和S波接收函数的方法研究了台站下方的Moho深度、泊松比以及地幔过渡带的厚度.计算结果表明：① 青藏高原东南缘的地壳厚度由松潘—甘孜地体和羌塘地体的约60 km,向邻区的印支地体以及扬子板块分别减薄为约38 km和约42 km; ② 羌塘地体的泊松比主要集中范围为0.25～0.28,地壳物质组分主要为中基性岩石,推测与下地壳镁铁质成分的增加有关.松潘—甘孜块体、印支块体和扬子板块的泊松比为0.25～0.26,主要为中酸性岩石组分.缺乏高的泊松比(≥0.30)分布表明青藏高原东南缘的地壳不存在广泛的部分熔融,但是不排除局部部分熔融的存在;③ 青藏高原东南缘的羌塘地体内存在一个比较明显的、异常变化范围为10～26 km的地幔过渡带增厚区域,其对应着地幔过渡带内100℃～260℃的温度降低,可以推断与此异常区域的地幔过渡带内存在俯冲的板块有关.     

利用接收函数方法研究中国东北东南部地区不同构造体的地壳特征

基于我们布设的探测深俯冲的中国东北地震台阵NECsaids台阵和固定地震台长时段的观测记录及NECESSArray流动台阵共计152个台站数据提取得到的33752条P波接收函数,采用H-κ叠加分析和共转换点（CCP）叠加成像等方法进行统一分析处理,并汇集他人接收函数研究结果得到中国东北东南部地区迄今为止最高分辨率的地壳厚度和平均波速比分布图像.对中国东北东南部地区不同构造体的地壳特征综合分析研究表明：研究区不同陆块的地壳属性存在明显差别,张广才岭地块中南部的地壳厚度和波速比与华北克拉通东北缘相当,地壳厚度同地表地形之间显示有明显的正相关关系;松辽地块东南缘地壳最薄、波速比最高,地壳厚度同壳内波速比之间显示出明显的负相关关系;兴凯地块西部地区的地壳结构表现为稍厚的地壳厚度和研究区内最低的壳内波速比,其地壳厚度同壳内波速比之间亦显示出明显的负相关关系;佳木斯地块西南缘在具有"正常"的壳内波速比同时地壳最厚.研究区内的郯庐断裂带北延段在切穿其下Moho面的同时表现出南北分段的特征：北段（44.4°N—47°N）两分支之下的Moho面整体下凹,而南段（41.5°N—43.3°N）两分支之下的Moho面则整体上隆.长白山天池火山下方表现为Moho面下凹沉落及高壳内波速比特征,推测其壳内岩浆囊很可能存在于火山口东北隅至少10 km的范围内.     

Velocity and density contrasts across the Moho interface of Guangdong province in south China constrained by receiver functions*

The P receiver function includes P-to-SV converted phases and multiple reverberations of the discontinuities in the crust and mantle. The time of these phases is related to the crustal thickness and v_P/v_S ratio, and the amplitude of these phases is mainly controlled by the velocity and density contrast of interfaces. By using H-κ stacking method, this work estimated the crustal thickness and v_P/v_S ratio beneath the stations in the Guangdong province of South China. The velocity and density contrast (δβ-δρ) scanning stacking algorithm of the receiver function is applied to constrain the velocity and density contrast of the Moho in Guangdong province. This work analyzed the results of the crustal thickness, v_P/v_S ratio, and the velocity and density contrasts of Moho. The results indicate that the velocity contrast is higher beneath Yangjiang area in western Guangdong province and Nanao area in eastern Guangdong, which has a strong correlation with the distribution of geothermal springs in local areas and the characteristics of high heat flow. The velocity contrast of Moho has also a good correlation with the v_P/v_S ratio and the crustal thickness, which indicates that there is a strong material composition contrasts of the Moho in the study area. Velocity and density contrasts of Moho in some local area (such as western Guangdong) are somewhat consistent with the seismic activities.     

复杂地壳接收函数H-κ叠加——以安纳托利亚板块为例

本文理论分析了具有不同沉积层和壳幔过渡带结构的接收函数及其相关的H-κ叠加结果,然后采用接收函数H-κ叠加和波形反演方法获得了具有复杂构造演化历史的中北安纳托利亚板块的地壳厚度(H)、V_P/V_S(κ)和V_S结构.理论分析表明:厚的沉积层或沉积层和厚的壳幔过渡带共存都会使H-κ叠加失效;渐变型壳幔过渡带导致H-κ叠加的H位于过渡带中间,且随着频率增大逐渐靠近过渡带上方;倒转型壳幔过渡带导致H-κ叠加具有多极值,其结果可能反应过渡带内最大波阻抗界面上的地壳结构;1km·s~(-1)的V_P变化会导致H-κ叠加的H变化7km,而κ变化较小.实际资料分析表明:中北安纳托利亚H,κ和V_S具有强烈的横向不均匀性,大部分区域沉积层厚度0.5km,局部地区壳幔过渡带厚度3km;北安纳托利亚断层切穿地壳,在局部地区可能存在流体;研究区存在残留古老的小陆块体.本文研究表明,仔细分析接收函数波形和其随方位角的变化特征且用其他地震学方法进行约束,有助于采用H-κ叠加方法获取复杂地壳结构信息.     

华北克拉通东部地壳和上地幔结构的接收函数研究

利用北京大学和早期中国科学院地质与地球物理研究所在华北克拉通东部地区布设的共34台宽频带地震仪记录的远震体波资料,获取P波接收函数和S波接收函数,再分别通过偏移成像和共转换点叠加(CCP)和倾斜叠加得到了华北克拉通东部横跨郯庐断裂带地区沿剖面的地壳和上地幔速度间断面分布.研究结果表明,鲁西隆起下方的莫霍面的深度要比华北盆地和青岛地区浅约5 km,形成类似屋顶状的莫霍面隆起.郯庐断裂带和聊考断裂带下方的莫霍面有明显的错断.岩石圈与软流圈的分界面(以下简称LAB)的深度从太行山山前的约100 km深度上升到鲁西隆起下方约60 km深,向东在青岛地区下方LAB深度进一步变浅.我们利用倾斜叠加计算台站下方波速比得到地壳内的泊松比变化,结果显示鲁西隆起泊松比值分布相对均匀,而青岛地区内泊松比变化剧烈,可能反应了该地区作为苏鲁大别超高压变质带的北缘经历了较为复杂的地质演化过程.     

利用共转换点叠加方法研究华北地区地壳结构

利用华北地震台阵L测线的35个台站记录的895个远震数据进行了接收函数的计算,并利用H-κ叠加方法得到华北克拉通西部陆块东侧和中部陆块内基岩台站下方的地壳结构.利用得到的基岩台站下方的地壳结构和通过波形模拟方法得到的渤海湾盆地的沉积层结构作为背景模型对测线进行共转换点(CCP)叠加成像.在渤海湾盆地,通过增大CCP叠加方法中的共转换点单元,使得由于沉积层基底反射信号过强而难以识别的Ps转换波信号得以增强,获得渤海湾盆地下方的地壳结构.由CCP叠加的结果可以看出:华北克拉通地壳西厚东薄.西部陆块东侧的吕梁山下方地壳出现了地壳的突然减薄,减薄幅度约3 km.在减薄处的西侧,地壳逐渐加深,由44 km左右加深至46 km左右,之后在减薄处突然减薄至43 km左右,推测该减薄处可能是西部和中部陆块在深部的分界点;中部造山带地区的重力梯度带的西侧,地壳较为平缓,厚约42 km左右,山西断陷盆地下的地壳出现了略微的上升,幅度为2 km左右.大同盆地东侧下方的台站出现了Moho面的不连续,可能是地幔物质上涌的通道.在太行山前缘的重力梯度带内地壳迅速变浅至33 km左右,渤海湾盆地内地壳厚约32 km左右,冀中坳陷带下方地壳变浅,最浅可达29 km.沉积层基底的深度与地壳厚度呈负相关关系,可能与渤海湾盆地受到的拉张剪切作用力相关.