基于次生震相的汤加-斐济地区上地幔间断面结构研究

上地幔结构研究是认识地球内部温度变化和化学结构的重要手段,并对理解地球内部对流等动力学过程具有重要意义.本文所收集的数据是中国数字测震台网(CDSN)和日本Hi-net台网记录到的2010年以来发生在汤加-斐济地区、震源深度介于270~600km且体波震级Mb介于5~7之间的3个地震的宽频带/短周期波形资料.对这些波形资料按照震中距和反方位角两个标准分区,并分别进行N次根倾斜叠加处理,最后绘制了分辨率较高的叠加灰度图.通过慢度差和时差对比,提取来自上地幔间断面反射转换的sdP、pdP震相和透射转换的SdP震相,最终得到上地幔不同间断面转换点的深度以及位置.据此,发现位于汤加-斐济地区东南部的410km间断面深度上升了约20km,在俯冲拐弯的北部区域,该间断面靠俯冲板块一侧也出现了上升现象,上升约13~27km,而离俯冲板块较远区域该间断面却出现了下降现象,最大下降深度约12km,表明汤加地区的410km间断面非常复杂,不仅受到冷的俯冲板片的影响,同时还受到自俯冲板片脱水或其他挥发分的影响.总体而言,660km间断面深度在汤加-斐济地区北部呈现出下降的趋势,最深可达47km,并存在双重下陷现象,且越靠近汤加海沟,其下降的深度越大,表明汤加地区660km间断面确实受到太平洋板片深俯冲的影响;本文还发现,在汤加地区的东南部存在300km间断面,其深度变化为280~297km,其可能由来自于洋中脊玄武岩组成的洋壳残余中的榴辉岩物质,在板片向下俯冲过程中滞留所形成的残余,而且认为其为斜方辉石到高压相单斜辉石的相变面.     

基于Hi-net短周期地震波形资料的汤加地区Lehmann间断面研究

上地幔低速带底部的Lehmann间断面的存在形态及其性质的研究对于认识岩石圈与软流圈的耦合关系以及相关的地球动力学过程具有非常重要的意义.本文收集了自2004年以来汤加地区的深度介于75~150 km,震级介于Mb 5.0~6.0的6个地震的日本Hi-net台网记录的短周期波形资料;根据N次根倾斜叠加方法对波形资料进行叠加处理获得的相对幅度灰度图,提取出离源下行的SdP转换震相,最终获得了近源230 km深度附近的6个转换点;进而据此发现汤加地区下方的Lehmann间断面存在深度及较小的水平变化,这意味着该间断面可能是从位错蠕变的各向异性区向扩散蠕变的各向同性区转换的边界.     

南美地区下地幔速度界面结构研究

下地幔间断面是地球内部结构研究的重要课题,对于理解地球深部的动力过程具有重要意义.美国西部密集地震台网记录到的南美洲太平洋地区深震的短周期波形资料有利于震源下方下地幔间断面的研究.本文收集了美国西北太平洋地震台网和犹他大学地震台网所记录的南美洲西部俯冲地区15个深震的19组短周期垂向台网资料,并利用4次根倾斜叠加方法提取震源下方下地幔中速度界面上发生转换的次生震相SdP,据此发现南美洲西部下方下地幔中800~1200 km深度范围内存在明显的转换点集中,主要分布在900,1000和1100 km三个深度附近,三个速度界面具有不同的起伏形态,应为在研究区域双层地幔对流中间边界层.     

利用甘肃地震台网记录的sP前驱波研究 汤加—斐济俯冲带“410”间断面深度

本文首先利用甘肃数字测震台网和甘东南野外观测流动台阵记录的汤加—斐济俯冲带深震震相sP, 使用倾斜叠加方法有效提取sP在近源区“410”速度间断面底界面反射的弱前驱波s₄₁₀P; 其次基于CRUST1.0修正的IASP91模型, 通过震相sP与其前驱波s₄₁₀P的到时差对比, 给出了汤加—斐济俯冲带“410”速度间断面底部反射点的深度约为398.5 km, 抬升约11.5 km, 这与俯冲带与近源区“410”间断面的相互作用有关; 最后得到了该区域新的地震波速度模型IASP91_Tonga. 本文结果将对更好地认识该俯冲带的复杂结构、 正确理解地球深部的动力学过程具有重要的参考价值.      

基于波形拟合的中国东海地区410 km间断面附近速度结构研究

410 km间断面是地幔转换带的顶界面,对其速度结构和起伏形态开展地震学探测有助于认识地球内部物质组成和相关的地球动力学过程.本文选取了由中国数字地震台网记录到的位于琉球俯冲区的一个中源地震P波宽频带波形资料,利用三重震相波形拟合研究了中国东海地区410 km间断面附近的精细速度结构.结果表明：中国东海地区下方410 km间断面整体表现为一尖锐的速度界面且有8~15 km的小幅抬升;该间断面之上存在52~62 km厚的低速层,其P波速度降低0.5%~1.6%;440 km深度以下存在1.0%~3.0%的P波高速异常.结合前人在该地区的层析成像结果,我们推测该高速异常体与西太平洋俯冲板片在中国东海地区地幔转换带内的滞留有关;板片内水相E分解使得转换带内水含量增加,这引发了410 km间断面的抬升;410 km间断面之上的低速层应与含水矿物脱水导致的地幔橄榄岩部分熔融有关.

     

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.     

伊豆-小笠原地区地幔间断面的起伏及其意义

利用美国、德国以及瑞士地震台网(台阵)记录的伊豆-小笠原地区地震的波形资料, 使用N次根倾斜叠加方法提取反射及透射转换震相, 研究了震源下方地幔间断面的分布以及俯冲板块对660和410 km间断面的影响. 研究发现, 该地区在170, 220, 300, 410, 660, 850以及1150 km深度处存在速度间断面; 伊豆-小笠原地区410 km间断面抬升, 660 km间断面下陷, 并存在区域性差异, 但临近的日本海地区410 km间断面未发现变化, 而660 km间断面则在没有俯冲板块明显影响下出现下陷.     

上地幔低速层对670km间断面PdSwr震相影响的探讨

比较详细地研究了670km深度间断面PdSwr震相的一些性质,从理论上对该震相进行了一些初步分析,讨论了在上地幔低速层影响下,该震相的射线离源角与射线路径、震中距、走时及相对振幅之间的关系;初步指出了该震相在实际地震观测图上应该具有的特征．PdSwr震相存在于震中距为13.5～96.5范围内．当＞33时,该震相起始处分辨程度较好,相对容易识别;在13.5＜＜33范围,PdSwr震相的走时曲线由于上地幔低速带及其下部地震波速度的相对快速增加所引起的弱环圈效应,记录到的PdSwr震相波形复杂,较难分辨．      

利用前驱波研究地幔间断面的若干进展

地幔速度结构提供了地球内部热和化学状态及其构造演化历史的重要信息。对于地幔间断面的研究可以更清楚地了解地球内部温度分布特征和化学结构,并对确定地幔间断面成因及地幔对流模式等地球动力学问题具有重要的意义。地震学观测显示在410 km、660 km深度普遍存在速度间断面,并且在全球特定区域的上地幔(220 km、300～350 km、520 km、560 km)和下地幔(800～900 km、1 100～1 200 km、1 800 km、2 400 km)也有速度间断面的存在,不同区域地幔间断面的起伏可能受到温度、含水量、矿物相变及俯冲板块的影响。利用前驱波来研究地幔间断面具有独特优势,前驱波相比参考震相较早到达观测台站,从而避免其他震相的干扰,可以更准确地研究较弱的速度间断面。文章收集整理近些年来地震学家利用前驱波研究地幔间断面的成果,包括长周期反射震相SS或PP的前驱波、深震震相sP、pP的前驱波和地球表面反射震相PKPPKP(P′P′)的前驱波等,并对不同前驱波的特点及地幔间断面的相关研究成果进行总结。利用前驱波研究地幔间断面的方法已较为成熟,及时收集总结相关的研究成果对认识地球内...     

帕米尔—兴都库什深俯冲残留体对410 km间断面起伏形态的影响

受俯冲残留体影响的410 km间断面起伏形态的研究对于确定地球内部物质构成及地球动力学过程具有重要作用.帕米尔—兴都库什俯冲区域拥有全球少有的中、深源地震,为研究410 km间断面起伏提供了良好的资源.利用日本Hi-net地震台网和美国TA台阵记录的帕米尔—兴都库什俯冲区域的6个震源深度为154.0~220.9 km、震级为Mb5.6~6.4的中、深源地震的短周期/宽频带波形资料,经过4次根倾斜叠加处理,获得了36组Hi-net子台网和TA记录资料的倾斜叠加灰度图,从中提取了与410 km间断面相关的次生转换震相SdP,发现受俯冲残留体影响下的410 km间断面的深度位于372~398 km.较之持续俯冲的西太平洋地区海洋岩石圈,研究区域俯冲滞留体对于410 km间断面的相变线的影响要小得多.     

Detection of the Lehmann discontinuity beneath Tonga with short-period waveform data from Hi-net

The undulation and characteristics of the Lehmann discontinuity at the base of the Low Velocity Zone in the upper mantle are significant for understanding the coupling between the lithosphere and asthenosphere, and corresponding geodynamic processes. Vertical waveform data from six earthquakes with focal depths between 75 and 150 km and magnitudes M _b 5.0–6.0 since 2004 were collected from the short-period Hi-net array. Selected waveform data were processed for each event network pair using the Nth-root slant stack method to retrieve the SdP conversion phases from the possible 220 km (Lehmann) discontinuity. The conversion points related to the SdP phases show that there is a clear and flat velocity interface around 230 km, suggesting that there is a sinking of the Lehmann discontinuity beneath Tonga with no obvious undulation. The 230 km depth of the Lehmann discontinuity in this location could be explained by an hypothesis of transition in the deformation mechanism from dislocation creep to diffusion creep.     

Regionalized difference of the 660 km discontinuity beneath Izu-Bonin

Introduction The detail structure of the Earths interior is a major field of geophysics and the existences and properties of mantle discontinuities are its important content. Based on the seismic tomographic results (Fukao, et al, 1992, Van der Hilst, et al, 1991) and the distribution of earthquake hypocenters in the Circum-Pacific region and other regions, the effects of subducting slab at different regions on the 660 km discontinuity are different: some subducting slabs penetrate through; …     

Mantle discontinuities beneath Izu-Bonin and the implications

The detailed structure of the Earths interior is a major field of geophysics study and the existence and the properties of mantle discontinuities are its important content. Since the lateral heterogeneity was discovered with the seismic tomography method,…     

Preliminary models of upper mantle P and S wave velocity structure in the western South America region

Upper mantle P and S wave velocities in the western South America region are obtained at depths of foci from an analysis of travel time data of deep earthquakes. The inferred velocity models for the Chile–Peru–Ecuador region reveal an increase of P velocity from 8.04 km/s at 40 km to 8.28 km/s at 250 km depth, while the S velocity remains almost constant at 4.62 km/s from 40 to 210 km depth. A velocity discontinuity (probably corresponding to the L discontinuity in the continental upper mantle) at 220–250 km depth for P and 200–220 km depth for S waves, with a 3–4% velocity increase, is inferred from the velocity–depth data. Below this discontinuity, P velocity increases from 8.54 km/s at 250 km to 8.62 km/s at 320 km depth and S velocity increases from 4.81 km/s at 210 km to 4.99 km/s at 290 km depth. Travel time data from deep earthquakes at depths greater than 500 km in the Bolivia–Peru region, reveal P velocities of about 9.65 km/s from 500 to 570 km depth. P velocity–depth data further reveal a velocity discontinuity, either as a sharp boundary at 570 km depth with 8–10% velocity increase or as a broad transition zone with velocity rapidly increasing from 560 to 610 km depth. P velocity increases to 10.75 km/s at 650 km depth. A comparison with the latest global average depth estimates of the 660 km discontinuity reveals that this discontinuity is at a relatively shallow depth in the study region. Further, a velocity discontinuity at about 400 km depth with a 10% velocity increase seems to be consistent with travel time observations from deep earthquakes in this region.     

基于井下摆天然地震数据测量首都圈近地表波速结构

收集了首都圈数字化地震遥测台网58个井下摆2003-2008年记录的102次M≥3.0地震的数据.通过鉴别直达波及对应地表反射波的波形,发现两者到时差与震中矩和方位角无关.基于斯涅尔定律,分析获得了这些台站上方厚约300 m浅地表土层P波和S波平均速度结构以及波速比.结果表明,首都圈区域近地表P波和S波平均速度分别约为...     

Heterogeneities in the mantle transition zone from observations of P-to-SV converted waves

The method of detection of P-to-SV converted waves from distant earthquakes (Vinnik, 1977) was applied to sets of long-period records from a few seismograph stations in Europe and the west of North America. The results obtained suggest that the converted phases related to the major boundaries in the mantle can be reliably detected and the depths of conversion evaluated with an accuracy of a few kilometres. The depth of the olivine-spinel transition is close to 400 km and no difference between the estimates for the north of Europe and the west of North America is found. The depth of the boundary separating the upper and lower mantle is close to 640 km, which is 30 km less than in the recent Earth-reference models. Fine S velocity stratification of this transition changes laterally from a high-gradient layer 50 km thick, terminated at the bottom by a sharp discontinuity, to a gradient layer 100 km or more thick without the discontinuity. A striking anomaly of the mantle transition zone is found in the Rio Grande rift area where a well pronounced boundary is found at 510 km depth.     

台湾海峡大容量气枪震源海陆联测初探

本文利用在我国台湾海峡采用大容量气枪震源开展海陆联测获得的广角地震测线HX9, 采用二维射线追踪法反演得到了HX9剖面的地壳二维速度结构和地壳界面形态, 初步探明了福建—台湾海峡海陆过渡带的深部构造． 结果表明: HX9剖面的地壳内存在两个速度间断面, 即C界面和莫霍面, 其中: C界面为上、 下地壳的分界面, 是一个小的速度不连续面, 速度变化值达0.08—0.16 km/s; 而地壳底部的莫霍面则有较大的速度反差, 变化值达1.02—1.29 km/s, 莫霍面上、 下的速度分别为6.75—6.97 km/s和8.00—8.07 km/s． 沿剖面的地壳界面形态总体起伏不大, 陆域上、 下地壳的厚度和界面变化趋势均相似, 从陆域到海域呈微倾斜变化趋势, 表现为减薄陆壳的特征． 莫霍面陆域埋深约为31.6 km, 向福建东南沿海逐渐减薄至27.4 km左右．      

中国中原地区随县—安阳剖面深地震测深资料的解释

本文描述随县—安阳剖面深地震测深资料分析解释的初步结果。资料处理结果说明,本地区的莫霍界面埋深约28至36km,其上覆盖层(即地壳)的平均速度约6.24km/s,在新郑和淇县一带该界面埋藏较深。在地表附近沉积层速度约3.50km/s左右,在黄河地区该层厚度最大,约5.5km。而在测线南端的大片地区花岗岩出露地表。该沉积层的下侧是结晶基底,其顶面的首波速度为6.00km/s。在它与莫霍面之间还可分出三层,其相应震相为P₂,P0₃和P0₄,其中P0₃较为稳定,它是地壳内部的反射波震相,平均速度约5.97km/s,深度为18至23km。本文得出了这几层的深度变化剖面图。并发现在新郑与新乡间黄河流经的地区,地壳内速度的横向变化及梯度层的分布情况有其明显特点。从对其他震相的分析,还获得新乡以南沉积层内的速度分布及舞阳附近的断层位置,并表明在本区上地幔内存在高速夹层的可能性。      

缅甸弧中部俯冲带下方地幔间断面起伏形态研究

新生代以来,印度板块和欧亚板块发生碰撞形成了喜马拉雅造山带和青藏高原,印度板片在喜马拉雅东构造结处缅甸弧俯冲带进入深部地幔.开展缅甸弧俯冲带下方地幔间断面的研究有助于认识印度大陆岩石圈的碰撞-俯冲过程及其对上地幔结构的影响.本文选用了发生于缅甸弧地区的3个中源地震事件,获取了欧洲和美国阿拉斯加地区多个密集地震台网/台阵记录的高质量宽频带波形,利用N次根倾斜叠加方法（N=1,4）提取了缅甸弧中部俯冲带下方地幔间断面处产生的次生SdP转换震相.通过研究我们发现：（1）410-km间断面的深度范围为392~407 km,平均深度为400 km;相比于IASP91模型,410-km间断面的平均抬升幅度为10 km.我们推测印度板片在缅甸弧中部俯冲带下方已经穿过410-km间断面并进入到地幔转换带,410-km间断面的抬升与冷俯冲板片的影响有关;（2）X间断面深度在289~314 km之间,平均深度为306 km,推测该间断面可能与大陆地壳深俯冲背景下形成的超高压变质岩中柯石英（coesite）到斯石英（stishovite）的相变有关.