青藏高原拉萨及羌塘块体的地壳结构研究

采用接收函数反演方法,从INDEPTH-Ⅲ台站中选取了18个资料记录较好的台站,对拉萨及羌塘块体的地壳厚度与低速层的分布等进行了研究. 结果表明,沿着INDEPTH-Ⅲ剖面,拉萨块体Moho界面较羌塘要深约8 km, 这可能暗示拉萨块体北缘的地幔盖层向北俯冲到羌塘块体之下;反演得到的地壳速度模型显示,拉萨北部及羌塘块体的部分台站下方中地壳有低速层存在,结合以往地质资料,可以推断拉萨块体北部和羌塘块体10~20 km以下的中地壳普遍存在低速层. 这些低速层可能与其下部的高温上地幔有直接关系.      

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.     

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.     

青藏高原东部的Pn波层析成像研究

利用INDEPTH/ASCENT台阵和其它布设在青藏高原的流动宽频带地震仪数据,反演了青藏高原东部和周边区域的上地幔顶层Pn波速度以及台站延迟.研究区域的平均Pn波速度是8.1 km/s,略高于中国大陆的平均Pn波速度.低速区主要分布在羌塘地块的西部和松潘-甘孜地块,高温异常的岩石圈上地幔很可能是导致这一低速区的原因.班公-怒江缝合带东端区域的Pn波速度达到8.35 km/s,这一高速区可能与向北俯冲的印度板块(东端)有关.另一Pn波高速区分布在祁连山和昆仑山之间,主要由柴达木盆地和共和盆地及其周边地区,两个并不完全连续的高速异常区组成,它可能对应于特提斯洋闭合时北部增生的克拉通地体;在后来的欧亚板块与印度板块的碰撞中,这一地体有可能阻挡了青藏高原向北的生长.相对密集的台站提供了高分辨率的速度结构横向分布和地壳厚度变化.台站延迟显示青藏高原北部和东部的地壳存在显著的减薄--松潘-甘孜地块东北缘的地壳厚度仅为约50 km,而羌塘地块东部唐古拉山地壳最厚,达到75 km,这可能是由于印度-欧亚板块碰撞引起的羌塘地块内部变形增厚所致.     

羌塘盆地中部地区地壳S波速度结构及构造意义

羌塘盆地是我国最大的海相盆地.本文根据在羌塘盆地内布设的27个宽频带地震观测台站记录的远震波形数据,利用非线性复谱比反演算法得到各台站下方100 km深度范围内S波速度结构.结果表明.羌塘地区Moho深度较为平缓,平均深度为61 km;北羌塘地壳内低速层广泛分布;北羌塘具有两个较大的沉积盆地,龙尾错和白滩湖坳陷,沉积厚度分别有10 km和15 km.尽管北羌塘下地壳受到强烈的新生代火山岩作用改造,但是这种深部岩浆热作用会加速烃源岩中有机质的热演化历程.北羌塘两个盆地具有很好的油气前景.与北羌塘低速层分布相比,南羌塘下低速层更深,可能与班公怒江洋于中生代的俯冲消减及拉萨地体北向俯冲有关.     

一种改进的适应于倾斜Moho面的H-κ-θ叠加方法及应用

地壳厚度、波速比或泊松比是研究地壳结构和性质的基本地震学参数,对于研究地壳组分特征及构造演化具有重要意义.经典H-κ叠加方法是利用远震接收函数资料求取台站下方地壳厚度和波速比最为简便高效的方法.但该方法隐含着Moho面是水平界面的假设条件,意味着Ps转换波及后续多次波相对P波的走时主要取决于地壳厚度和纵横波速度,而忽略了界面产状的影响.理论模拟表明,如果不考虑Moho面的产状,特别是在Moho面倾角较大的情况下,利用经典H-κ叠加方法得到的地壳厚度和波速比会偏离实际模型,尤其会造成波速比的过高估计,从而影响到对地壳结构和性质的认知.为了解决Moho面倾斜条件下的地壳厚度和波速比求取问题,本文推导了界面倾斜条件下Ps转换波与后续多次波相对于直达P波的理论到时公式;基于经典H-κ叠加方法的思想,提出了一种可以同步求取地壳厚度-波速比-Moho面倾角的H-κ-θ叠加方法.通过理论模型测试,验证了该方法具备较高的稳定性和可靠性,并将此方法应用于青藏高原南部Hi-CLIMB台阵资料,显示出较好的应用潜力.     

利用接收函数方法研究西秦岭构造带及其邻区地壳结构

根据西秦岭构造带及其周边地区117个宽频带地震台站的高质量波形数据, 利用远震P波接收函数的H-k叠加方法, 求得地壳厚度和平均波速比. 通过分析地壳厚度、 波速比及其关系和接收函数CCP叠加剖面, 研究了该区域的地壳结构特征. 结果表明, 研究区域内地壳结构差异大, 呈过渡带特征. 地壳厚度总体上呈北北西向分布, 自西南向东北逐渐减小. 羌塘块体地壳厚度为72 km, 渭河盆地附近为39 km. 西秦岭构造带的地壳厚度为42—56 km, 南北向莫霍界面平坦. 研究区域P波与S波波速比平均为1.74, 其中西秦岭构造带平均为1.72. 较低的波速比主要分布在西秦岭构造带、 祁连山块体、 松潘—甘孜地块北部以及香山—天景山断裂区域, 这可能是由于含长英质酸性岩组分的上地壳叠置增厚而导致的. 该区域缺少超高波速比, 表明这一区域发生岩浆底侵或上地壳熔融的可能性很小. 综合分析表明, 西秦岭构造带及邻区的地壳结构主要是由于青藏高原隆升并在向东北向扩张中受到周边块体的阻挡而引起的地壳构造变形所致. 西秦岭构造带的莫霍界面变化和波速比分布与该构造带经历碰撞地壳增厚后的伸展走滑运动有关.      

利用远震接收函数揭示的喜马拉雅东构造结台阵下方地壳结构及其动力学意义

在喜马拉雅造山带的东缘,雅鲁藏布江缝合带在这里发生急剧转折,南迦巴瓦变质体快速隆起,然而关于东构造结的形成机制一直未有定论.利用围绕南迦巴瓦峰的48个宽频带地震台站记录的远震数据提取P波接收函数,采用改进的H-κ叠加方法和共转换点叠加方法综合研究了东构造结的地壳厚度、波速比分布和地壳结构特征.结果表明:研究区平均地壳厚度为64.03 km,大部分台站介于60.48~66.55 km范围;平均波速比为1.728,主要集中范围为1.696~1.742.东构造结地壳厚度横向变化剧烈,构造结西端和北端厚而中间薄,东构造结核部Moho面呈现上隆的构造形态,东西向上隆幅度约为6~7 km,南北向的上隆超过9~10 km.东构造结核部地壳上隆减薄可能由高密度、高波速的岩石圈撕裂残片拆沉到上地幔软流圈后重力失衡所致.平均波速比超过1.8的高值异常展布于东构造结的两侧,推测为环东构造结的壳内部分熔融体.东构造结地壳上隆减薄和壳内部分熔融的存在很可能均与幔源热物质的上涌有关,而软流圈地幔的上涌则可能由印度板片的撕裂引起.     

用接收函数方法反演青藏高原东北缘地壳结构

利用ASCENT计划于2007年布设在青藏高原东北缘的18个宽频带流动台站约一年的观测资料获得了2547个接收函数.使用H-?域的搜索算法,得到了14个台站下方的地壳厚度.对于数据质量较差的3个台站,通过Moho的Ps转换波的到时估算出地壳厚度值.计算结果表明,研究区的地壳结构复杂,Moho深度变化范围为40~60 km.海原断裂附近Moho模糊,而且较两侧明显地加深.秦祁地块由西向东Moho逐渐变浅,105°E以东,Moho平均深度约为45 km,以西则在50 km以上.结合面波研究结果推测,在105°E附近可能存在一个秦岭与祁连分界线.以Crust 2.0作为初始模型,把计算得到的地壳厚度值作为约束,用线性反演方法得到了15台站下方的S波速度结构.通过与研究区人工源地震测深结果比较,发现二者具有较好的一致性,表明反演结果可靠.综合分析认为:在青藏高原区,青藏高原与西秦岭过渡带和西秦岭北段均存在中下地壳低速层,推测它们可能与附近断裂和深部物质运移有关.从青藏高原内部到边缘,中下地壳速度逐渐升高.再结合研究区地壳的速度(尤其是低速层)的分布特点以及与地壳物质成分相关的泊松比的变化规律等综合分析,认为地壳流在青藏高原东北部的边缘地带可能不存在,地壳可能是通过在挤压方向上的缩短而加厚.     

青藏高原东南缘Moho面速度密度跃变研究

青藏高原东南缘地下深部结构的研究对了解青藏高原的变形机制和动力学过程具有重要意义.本文利用四川、云南固定台站记录到的远震波形资料,首先采用接收函数H-k叠加方法获得青藏高原东南缘台站下方的地壳厚度和波速比.进而利用接收函数一次转换波和多次波幅度信息确定了青藏高原东南缘Moho面上的S波速度和密度跃变.研究结果表明:研究区由南到北地壳厚度逐渐增加,从永德、沧源、孟连地区的33 km左右增至巴塘地区的69.7 km左右,厚度变化了近乎37 km.四川盆地和松潘甘孜块体南部的姑咱地区具有高泊松比、速度密度跃变较小特征,表明这两个地区含有较多铁镁物质.腾冲地区、龙门山西侧的汶川地区、四川盆地西南缘的沐川地区以及则木河断裂的石门坎至东川地区同属于高泊松比、速度密度跃变较大,显示这些地区壳内存在部分熔融.     

远震接收函数确定的鄂尔多斯西部及邻区Moho面性质和构造意义

基于呈南北向线性分布且穿过鄂尔多斯地块的129个流动台站远震记录,获取了20267条远震P波接收函数.通过叠加转换点相同的接收函数,提取了可靠的P-S一次转换波和多次波到时,进而确定了南北向横跨鄂尔多斯地块剖面的地壳厚度与波速比分布.同时,利用单台速度-密度跃变(δβ-δρ)扫描叠加方法确定了Moho面速度和密度跃变.结果显示:秦岭—渭河盆地下方具有较薄地壳、低波速比(1.66～1.72)以及相对较小的密度跃变(4%～10%),表明该区域地壳主要以长英质酸性岩石为主,引起该现象的主要原因可能是下地壳拆沉;鄂尔多斯南部地壳较厚(41.4±1.3km)、波速比较高、速度跃变相对较小(14%～23%),主要原因可能由青藏高原的挤压增厚导致;鄂尔多斯北部波速比较高(1.87)、速度跃变较大(19%～29%)、密度跃变较小,推测鄂尔多斯北部下地壳发生部分熔融,较大波速比可能是部分熔融与沉积层共同导致的结果.     

喜马拉雅─祁连山地壳构造与大陆─大陆碰撞过程

在青藏高原,利用远震波形及演所得的Moho界面深度,其横向变化很大．在班公缝合带附近,Moho界面出现10余公里的错断．羌塘块体的Moho界面向北倾斜,而柴达木和巴颜喀拉的Moho界面向南倾斜．利用近震Pn的走时验证远震波形反演所得的Moho界面深度,两者的结果十分吻合．综合近来地球物理观测的结果。我们得到喜马拉雅─祁连山的地壳构造图,它贯穿印度─欧亚的碰撞带和中生代的陆─陆碰撞带．特提斯喜马拉雅和拉萨块体的地壳是由多个双向冲断层所组成,它们可以解释为在不同时期中,印度次大陆曾经数次向拉萨块体地壳挤入,而且羌塘块体的地壳也向拉萨块体的地壳挤入．测量冲断层的水平长度,可以定量估算自50Ma陆─陆碰撞以来,印度次大陆和羌塘块体向特提斯喜马拉雅和拉萨块体地壳挤入的长度．     

喜马拉雅─祁连山地壳构造与大陆─大陆碰撞过程

在青藏高原,利用远震波形及演所得的Moho界面深度,其横向变化很大．在班公缝合带附近,Moho界面出现10余公里的错断．羌塘块体的Moho界面向北倾斜,而柴达木和巴颜喀拉的Moho界面向南倾斜．利用近震Pn的走时验证远震波形反演所得的Moho界面深度,两者的结果十分吻合．综合近来地球物理观测的结果。我们得到喜马拉雅─祁连山的地壳构造图,它贯穿印度─欧亚的碰撞带和中生代的陆─陆碰撞带．特提斯喜马拉雅和拉萨块体的地壳是由多个双向冲断层所组成,它们可以解释为在不同时期中,印度次大陆曾经数次向拉萨块体地壳挤入,而且羌塘块体的地壳也向拉萨块体的地壳挤入．测量冲断层的水平长度,可以定量估算自50Ma陆─陆碰撞以来,印度次大陆和羌塘块体向特提斯喜马拉雅和拉萨块体地壳挤入的长度．     

利用接收函数方法研究四川地区地壳结构

采用接收函数反演和共转换点(CCP)偏移叠加成像方法, 利用四川数字地震台网宽频带的52个区域固定地震台站和布设的两条52个宽频带流动地震观测台站的远震地震波形数据资料, 对四川地区地壳结构进行研究。 结果表明, 四川地区的Moho面深度在青藏高原和四川盆地差异明显, 在川西高原地区地壳厚度为52~68 km, 在川滇地块地壳厚度为50~60 km, 在中地壳内存在不连续的低速层分布; 而在四川盆地地壳厚度为38~45 km, 地壳内没有低速层存在。 Moho面深度从川西高原的60多公里至四川盆地的约40 km, 在二者的交界处龙门山断裂带下面, 存在厚度约30 km左右宽的下降过渡带, 说明其下的Moho面可能受断层影响, 结构比较复杂; 在高原地区的上地壳界面和下地壳上界面比四川盆地的相应界面深; 高原地区在中地壳的上部有不连续的低速层分布, 在松潘—甘孜地块的上地壳下部存在向南东运动的脆性推覆体, 在羌塘—理塘地块的上地壳下部存在向南东和南运动的脆性物质流动。     

滇中地区的岩石圈结构及其动力学意义

虽然地球化学和地质学的研究确信峨眉山大火成岩省的形成与二叠纪地幔柱活动有关,但从二叠纪至今,峨眉山大火成岩省所在的华南板块至少向北漂移了3000 km,以致大火成岩省与地幔柱的空间位置不再对应．本研究使用川滇地区75个宽频固定台记录的远震事件计算P、S波接收函数,并利用参考地球模型把单个接收函数从时间域变换到深度域,最后从叠加道上读取地壳厚度和岩石圈厚度．结果表明,Moho面深度从云南南部的33 km向北逐渐增厚,在青藏高原东部可达约66km,滇中地区地壳厚度变化剧烈,在攀枝花附近明显增厚．在金沙江—红河断裂西侧的印支块体下方,岩石圈厚度仅为70～80km,但在滇中地区从约70 km变化约到120 km,最薄处发生于攀枝花附近,仅约为70 km．另外,滇中地区部分台站的S波接收函数显示Moho面的Sp转换相一致性较差,而P波接收函数则表明在Moho面附近存在一个正极性的转换界面．综合已有的研究结果,我们推测Moho面附近这一正极性界面是地幔柱岩浆底侵的结果．     

甘肃省各数字测震台下方地壳速度结构研究

利用甘肃省数字台网的资料,应用远震接收函数方法对各个台站下方的地壳结构进行了分析研究.研究结果表明,Moho面的深度都在50 km左右,甘南的Moho面深度普遍大于河西;地壳可以分为两层,20 km为其分界面.上地壳普遍存在低速层,其成因不是岩石熔融所致,而是其它地球物理和地球化学因素所致.另外各台站下方地表盖层的速度也存在很大差异.     

利用接收函数研究兴蒙造山带阿巴嘎地区的地壳结构

本文利用内蒙阿巴嘎地区布设的38个宽频带地震台站记录到的远震数据,采用P波接收函数共转换点叠加方法（CCP）揭示台站下方Moho面起伏形态,并利用H-κ方法进一步得到地壳厚度和壳内平均波速比值.结果显示,研究区地壳厚度为35~44 km,均值约为40 km,西南部的鄂尔多斯盆地边缘地壳较厚,东北部的阿巴嘎火山群地区地壳显著变薄.研究区地壳平均波速比值在1.70~1.87之间,均值为1.76,其中阿巴嘎火山地区波速比值明显偏高.CCP叠加结果显示研究区Moho界面较平缓,但在缝合带附近存在明显的变化.我们推测,新生代阿巴嘎火山地区薄的地壳和高波速比值可能是由于火山活动底侵作用引起上地幔铁镁质物质侵入下地壳所致.     

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.     

利用接收函数方法研究西秦岭构造带及其邻区地壳结构

根据西秦岭构造带及其周边地区117个宽频带地震台站的高质量波形数据,利用远震P波接收函数的H-k叠加方法,求得地壳厚度和平均波速比.通过分析地壳厚度、波速比及其关系和接收函数CCP叠加剖面,研究了该区域的地壳结构特征.结果表明,研究区域内地壳结构差异大,呈过渡带特征.地壳厚度总体上呈北北西向分布,自西南向东北逐渐减小.羌塘块体地壳厚度为72km,渭河盆地附近为39km.西秦岭构造带的地壳厚度为42—56km,南北向莫霍界面平坦.研究区域P波与S波波速比平均为1.74,其中西秦岭构造带平均为1.72.较低的波速比主要分布在西秦岭构造带、祁连山块体、松潘—甘孜地块北部以及香山—天景山断裂区域,这可能是由于含长英质酸性岩组分的上地壳叠置增厚而导致的.该区域缺少超高波速比,表明这一区域发生岩浆底侵或上地壳熔融的可能性很小.综合分析表明,西秦岭构造带及邻区的地壳结构主要是由于青藏高原隆升并在向东北向扩张中受到周边块体的阻挡而引起的地壳构造变形所致.西秦岭构造带的莫霍界面变化和波速比分布与该构造带经历碰撞地壳增厚后的伸展走滑运动有关.     

青藏高原Q值结构反演

利用中美合作在青藏高原布设的11台PASSCAL宽频带数字地震记录的瑞利面波资料,测定了青藏高原东部地区周期为10～130 s范围内的平均瑞利波相速度和衰减系数R；反演了该地区地壳、上地幔的平均S波速度结构和Q结构．结果表明，该地区平均Q值偏低，并在地壳中存在地震波强吸收层．地壳中的低Q层(Q=93～141)位于16～42 km的的范围内,它与S波低速层(21～51 km)基本一致.从地壳下部63 km后，Q值由114随深度逐渐低至上地幔180 km处的34.由地壳内低速层与低Q层相对应可以推测，在该深度范围内可能存在岩石的熔融或部分熔融现象.在反演的S波速度结构中，地壳的平均厚度为71 km，51 km处的下地壳存在一明显的速度界面,96～180 km处的低速层(4.26 km/s)可能与软流层相对应.