中朝与扬子地块结合带东部的卫星重力异常特征研究

中朝板块与扬子板块碰撞结合带过黄海向东延伸方式一直是国内外学者关注的问题.本文采用最新的地球重力场模型(GGM03C)计算了中国东部海域及朝鲜半岛的360阶卫星布格重力异常,通过异常分离、水平梯度及其垂直导数等位场资料处理和边界识别技术的应用,获得与研究区地块边界及断裂相关的各种信息.结合地质资料,对中国东部海域及朝鲜半岛进行地质构造单元划分与断裂系统分析,探讨了中朝与扬子地块结合带在海区位置与东部延伸模式.对京畿地块的深部结构及地质构造的认识是探讨中朝-扬子地块结合带在朝鲜半岛所在位置的关键.分析认为,五莲-青岛-荣城断裂和嘉山-响水断裂构成中朝-扬子地块结合带的海区段,南黄海南部断裂带与绍兴-勿南沙断裂带构成中朝-华南地块结合带;在京畿地块中部可能存在近南北向的断裂带,与临津江构造带、沃川构造带和上述两个结合带共同构成中朝、扬子与华南地块结合带;南黄海属于扬子地块,而北黄海与朝鲜半岛大部分仍属于中朝地块,其南界位于济州岛南缘断裂带附近,济州岛南缘断裂带南部海域为华南地块.     

江南造山带南段电性结构特征及地学意义研究

华南板块是中国大陆的重要组成部分,普遍认为其由华夏和扬子地块沿江南造山带拼合而成,之后又经历了多期次的构造、岩浆活动.对华南板块的形成与演化研究一直是热点问题.本文采用一条始于扬子地块内部并南东向穿越江南造山带南段、华夏地块的大地电磁测深剖面,经过数据处理与分析,反演与模型验证等工作后,获得了可靠的岩石圈二维电阻率模型,并对江南造山带南段的边界、扬子地块和华夏地块与江南造山带的接触关系等重要问题进行了讨论.电阻率模型显示扬子地块、江南造山带南段和华夏地块之间电阻率差异明显,其中华夏地块岩石圈整体表现为大范围的高阻,扬子地块由浅至深表现为高-低-高阻的层状结构,而两者之间的江南造山带南段深部表现为明显的低阻.根据电阻率模型的特征,得出如下主要结论：江南造山带南段西界为开远-平塘断裂,东界为萍乡-茶陵断裂;江南造山带南段深部的大范围低阻区域是二叠纪沉积岩的电性反映;华夏地块下方南东向倾斜低阻区解释为早三叠纪右江盆地持续下沉导致江南造山带俯冲到华夏地块之下的电性反映.

     

华南中生代构造-岩浆活动研究：现状与前景

华南陆块是由华夏地块和扬子克拉通在新元古代早期碰撞拼贴形成,在古生代时期其北侧、西侧和南侧受到古特提斯洋消失的影响,在晚古生代末期在南、北两侧分别与印支陆块和华北陆块发生碰撞形成现今中国大陆东部的基本格架,自中生代起受到太平洋板块向西俯冲的影响．因此,华南陆块经历了三大构造体系的作用,产生了叠加复合型构造样式．华南与周边地区有关中生代地质的对比研究表明,尽管华南陆块中生代紧邻西太平洋俯冲带,但东缘尚未发现有新生的弧型地壳,华南中生代地质特征主体表现为吉大陆边缘再造至陆内构造,缺乏洋岛玄武岩和大陆弧安山岩．研究华南中生代构造．岩浆活动的重点,是确定华南中生代岩浆岩的时空展布和构造演化．本文通过总结华南具有挤压．伸展构造转换的三条结合带的岩浆岩记录,结合构造变形和深部地球物理资料,试图推动华南地质研究,使其成为发展板块构造理论的典型靶区．     

基于P波三重震相的华南地区上地幔速度结构研究

华南块体是研究太平洋板块俯冲和岩石圈减薄机制等问题的最佳场所之一.本文基于中国地震观测台网和大型流动台阵记录到的震中距10°~30°之间的两个中深源地震P波记录,利用三重震相波形拟合技术,获得了中扬子克拉通和华夏地块上地幔高精度P波速度结构.研究结果表明:(1)中扬子克拉通过渡带底部存在高速异常,系太平洋俯冲板块的滞留体.俯冲的板块并没有进入下地幔,660-km间断面下沉约11 km,与后尖晶石相变的克拉伯龙斜率为负有关.而华夏地块过渡带底部并无明显高速异常,接近全球平均模型;(2)整个华南块体,410-km间断面上方普遍存在低速层,主要与上地幔部分熔融有关,与IASP91相比P波速度减小了1.38%~2.29%;(3)在研究区域内,中扬子克拉通和华夏地块都存在岩石圈减薄(80 km),推测可能与太平洋板块俯冲和快速回撤导致的岩石圈拆沉有关.且华夏地块减薄程度较明显,下伏软流圈速度较低,说明其上地幔强度较弱、温度较高.另外,中扬子克拉通过渡带中存在一个较宽的速度梯度带,可能与520-km间断面有关,其具体成因有待进一步研究.     

江西九江—福建宁化接收函数剖面研究

江西九江—福建宁化剖面沿NW--SE方向穿过华南大陆东部的扬子地块和华夏地块两个地质单元. 通过收集沿该剖面布设的35个流动宽频带地震台站2012—2014年记录的远震波形资料, 采用P波接收函数H-k扫描叠加和CCP叠加两种方法, 对该剖面下方的地壳厚度和泊松比分布进行了研究. 结果表明: 沿剖面地壳厚度为29—33 km, 扬子地块东南边缘与华夏地块的莫霍形态差异明显, 萍乡—广丰断裂北侧的萍乐凹陷带深部存在明显的莫霍面上隆现象, 为研究区域中地壳最薄处; 研究区大部分台站下方的泊松比值相对较低, 介于0.21—0.24之间, 萍乡—广丰断裂两侧泊松比值稍高, 可达0.26, 表明不同构造单元地壳深部岩石组成存在差异; 萍乡—广丰断裂可作为江绍拼合带的自然西延, 是扬子地块与华夏地块在赣北地区的拼合界线, 推测其深部的物质组成有相似之处.      

龙门山构造带壳幔电性结构特征及其与汶川、芦山强震关系

青藏高原东缘龙门山构造带是研究青藏高原地壳物质向东侧向挤出的焦点地区.为探索龙门山构造带活动构造特征及其与发震构造的关系,本文通过布置垂直龙门山构造带南段芦山地震震源区的大地电磁测深剖面,运用多种数据处理手段,得到研究区可靠的电性结构,并通过与已有龙门山中段和北段剖面进行对比分析.研究表明：（1）青藏高原东缘岩石圈存在明显的低阻异常带——松潘岩石圈低阻带,该低阻异常带沿龙日坝断裂—岷山断裂—龙门山后山断裂分布,形成松潘—甘孜地块向扬子地块俯冲的深部动力学模式,通过统计研究区的历史强震,发现震源主要沿低阻异常带东侧分布,同时,低阻异常带也是低速度、低密度异常带,松潘岩石圈低阻带可能是扬子地块的西缘边界;（2）青藏高原物质东移过程中,受到克拉通型四川盆地的强烈阻挡,龙门山构造带表层岩块和物质发生仰冲推覆,表现为逆冲推覆特征的薄皮构造,中下地壳和上地幔顶部物质向龙门山构造带岩石圈深部俯冲,印支运动晚期,扬子古板块持续向华北板块俯冲,在上述构造运动作用下,呈现出刚性的上扬子地块西缘高阻楔形体向西插入柔性青藏块体的楔状构造;（3）根据电性结构推断,芦山地震受到深部上里隐伏壳幔韧性剪切带向上扩展的影响,构成芦山地震的深部主要动力来源;汶川地震的发生,在龙门山南段形成应力加载区,是触发或加快芦山地震孕育发生的另一个动力来源.

     

利用S波接收函数研究华南块体的岩石圈结构

本文基于跨越华夏块体至四川盆地西部的130个线性流动地震台站及其附近90个固定台网台站的观测资料,采用S波接收函数波动方程叠后偏移方法,开展了华南大陆岩石圈结构研究.成像结果显示,研究区岩石圈结构复杂,不同构造单元之间差异显著,构造边界带附近小尺度变化强烈.150 km以上的厚岩石圈主要位于四川盆地,不足100 km的薄岩石圈主要分布于川东褶皱带和华夏块体.雪峰山下方岩石圈厚度显著增加,且以雪峰山为界岩石圈结构和性质存在着显著的东西差异.结合其它地球物理观测得到的地壳-上地幔结构信息,我们提出：（1）四川盆地还保留着厚而冷的克拉通岩石圈根,且岩石圈地幔具有结构分层特征;（2）雪峰山可能是扬子克拉通与华夏块体在西南部的边界;（3）雪峰山以东区域可能经历了岩石圈的减薄和改造,且华南岩石圈的减薄与华北相似,都主体发生在东部地区,造成现今南北重力梯度带两侧强烈的结构差异.研究结果为认识华南大陆的构造演化及其深部动力学提供了地震学约束.

     

远震剪切波分裂研究华南西南部上地幔各向异性特征

华南板块由扬子克拉通和华夏地块在新元古代碰撞拼合形成, 其西南部的缝合带位置存在强烈争议.本文基于一条南北向宽频带流动台阵天然地震数据, 利用SKS波分裂研究华南西南部上地幔各向异性特征的南北向变化.分裂测量结果显示, 26°N以南的右江盆地快波偏振方向为E-W或NEE-SWW方向, 分裂时差为0.5~2.5 s, 变化范围较大; 川东褶皱带存在较多空解, 快波偏振方向以近东西向为主, 分裂时差在0.5~1.5 s范围内变化; 在右江盆地北缘和川东褶皱带的过渡区域(约26°N附近)各向异性明显较弱.结合前人的上地幔速度成像结果, 我们认为川东褶皱带与右江盆地过渡带是扬子克拉通的南边界, 在其下方北侧的川东褶皱带巨厚的岩石圈向南转变成较薄的岩石圈, 陡变的岩石圈边界引起了软流圈上涌, 软流圈的垂向运动导致其水平方位各向异性较弱.

     

新生代华南及邻区上地幔各向异性深部动力学机制的数值模拟

晚中生代以来, 华南地区同时受到印度—欧亚板块碰撞和太平洋—菲律宾板块俯冲及后撤作用的影响, 壳幔结构复杂.深入了解华南地区深部地幔流模式和地幔各向异性特征是认识华南复杂的深部构造演化过程与动力学机制的基础.本文采用三维全球地幔对流模型, 从软流圈剪切变形的角度计算了软流圈的各向异性, 尝试探讨了华南地区各向异性的起源和深部地幔流特征.华南地块东部, 软流圈各向异性呈NW-SE向, 各向异性主要来源于软流圈, 壳幔具有垂直连贯的变形特征; 南北构造带的中段, 软流圈各向异性大致为N-S向, 这一区域的造山作用虽然对岩石圈造成了巨大变形, 但是并未显著影响软流圈变形, 并且各向异性的主要来源可能是岩石圈地幔; 在南北构造带中, 30°N可能是地幔各向异性的过渡带, 30°N以南的川滇地区, 软流圈各向异性的方向出现了环形特征; 菲律宾板块向欧亚板块下的俯冲到达地幔转换带, 这种俯冲可能带动了西太平洋地幔向华南块体下的流动; 华南地区的软流圈流场自西向东显示出顺时针旋转的特征, 并在扬子板块东部与来自菲律宾板块下的西南向的地幔流相遇.

     

扬子与华夏块体缝合带区域的Rayleigh及Love波相速度层析成像

扬子与华夏块体碰撞拼合构成华南大陆, 其间存在多条大型断裂带, 两个块体缝合于哪些断裂尚存争议, 这限制了对华南构造演化的认识.本研究使用布设于扬子和华夏块体之间的184个流动密集台站以及华南地区273个固定台站的三分量连续波形数据(2014年10月至2016年12月), 采用背景噪声层析成像方法获得研究区域内Rayleigh和Love波周期为4~25 s的二维相速度.短周期的相速度与地壳中上部的盆地和褶皱等地质构造单元吻合; 长周期的相速度在东部地区整体表现为高速异常, 可能是受较薄的地壳厚度影响, 西南部地区Rayleigh波呈现高速异常, Love波则呈现显著低速异常, 这种差异可能反映该区域地下介质存在径向各向异性.成像结果显示, 扬子与华夏块体的Rayleigh和Love波相速度存在较大的差异, 结合华南地区已有的地质与地球物理学研究成果, 本研究认为扬子与华夏块体可能在地壳浅层缝合于绍兴—江山—萍乡—永州—河池一线, 深部缝合带则可能由石台—九江—长沙延伸至永州—河池线.

     

华南及南海北部地区瑞利面波层析成像

基于华南及周边地区106个宽频带地震台站多年记录的MS≥5.0中浅源地震事件, 开展瑞利面波层析成像和速度结构特征研究, 获得了华南大陆及南海北部地区10~100 s瑞利波群速度分布图像和典型剖面下方地壳上地幔速度结构, 为理解该地区构造演化和深部过程提供约束.考虑到实际地震射线的覆盖情况以及华南地区主要构造的主体展布特征, 本文同时采用传统的规则网格剖分和平行主要构造走向的非规则网格剖分方法, 分别进行分格频散反演, 开展了不同参数化方案对反演结果影响的对比分析研究.基于瑞利面波层析成像结果, 进行了典型剖面横波速度结构反演, 重建了华南地区由内陆至南海海域主要构造单元的壳幔横波速度结构.研究结果表明, 扬子和华夏块体地壳上地幔结构特征差异显著, 扬子块体地壳和岩石圈厚度均大于华夏地块, 且扬子块体上地幔顶部速度较华夏块体低, 岩石圈厚度在雪峰山造山带下方发生过渡和转换;南海北部陆缘和南海海盆上地幔速度较高且形态相对完整, 表现为非火山型大陆边缘和已停止扩张海盆的壳幔结构特征.     

基于P波接收函数资料的华南大陆东部地壳结构研究

华南大陆是由扬子块体和华夏块体拼合而成,并经历了多期次的后期改造,研究块体间的深部结构差异对于理解华南大陆的构造演化历史具有重要意义.本文基于布设在华南大陆东部的流动宽频带地震台阵资料,计算了远震事件的P波径向接收函数,并利用Pms谐波分析方法获得了地壳各向异性分布.结果显示,研究区地壳各向异性具有明显的横向分段特征.JSF（江绍断裂带）附近与断裂带走向一致的地壳各向异性快波方向指示断裂带可能切穿整个地壳.在大别造山带、扬子块体和华夏块体南部,地壳各向异性快波方向与区域主压应力方向近垂直,指示该区域地壳变形可能受菲律宾海板块俯冲和太平洋板片俯冲后撤的远程效应的影响.此外,本文利用新的H-κ-c叠加方法获得了测线下方地壳厚度及平均波速比.结果显示,扬子块体的地壳厚度薄于两侧的华夏块体和大别造山带,速度比也较低（约1.7）,指示地壳以长英质和酸性岩石为主.Airy地壳均衡理论预测的地壳厚度指示29°N以南的地壳密度要低于以北的区域.以南的低密度及低波速比可能与菲律宾海板块北西向俯冲和太平洋板块西向俯冲后撤导致的地壳物质垂向分异拆沉有关.

     

扬子板块东北缘中元古代的大地构造划分

扬子板块东北缘存在四条主要的中元古代变质带,自南向北依次为江南变质带、沿江变质带、云台一张八岭变质带和连云港一泗阳变质带。它们分别为中元古代的古弧后盆地、火山岛弧、裂谷及弧前盆地,扬子板块东北缘中元古代为活动大陆边缘构造体系。苏（北）胶（南）变质造山带应解体,其中一部分属扬子大陆边缘体系。     

华南地区上地幔P波三维速度结构和动力学意义:来自有限频层析成像的证据

利用155个宽频带流动地震仪记录的连续地震波形数据,通过有限频层析成像技术,反演获得了华南地区上地幔的高分辨率P波三维速度模型.结果显示,大致以江南造山带为界,研究区域南部的华夏块体的大部分区域上地幔存在一个清晰的低速异常构造,而研究区北部的扬子克拉通的大部分区域上地幔则存在高速异常结构,并且这些速度异常体都向下延伸到地幔转换带.一个重要的结果是在(27°N,118°E)处观测到通过410-km界面的上涌流,并且在上升的过程中逐渐向西和向北扩展,显示为华夏块体深部200~400 km深度的大范围低速异常,可能为华夏块体广泛分布的新生代岩浆活动提供深部来源.更重要的是华夏块体通过410-km界面上涌流在上涌的过程中向北延伸,越过江南造山带"侵入"到扬子克拉通的南部地区,造成了扬子克拉通较厚的岩石圈对应的高速异常体向南倾斜的假象.最后,位于117°E(郯庐断裂的南端)以东的扬子克拉通岩石圈已经被"活化",即被来自南部热的软流圈物质替而代之.同时,推断在华夏块体下方地幔转换带内低速异常体可能是与海南地幔柱有关.海南地幔柱和(27°N,118°E)410-km界面上涌流的关系还有待于今后更大范围地震台阵反演研究进行验证.     

安徽地区历史及现代地震活动与断裂活动性关系研究

安徽地区处于华北板块与扬子板块沿着大别造山带的陆一陆碰撞变形带,构造背景复杂多样,断裂十分发育。郯庐断裂带长期控制着两侧的构造格局,大别山东缘的霍山地区多条断裂在晚第四纪有新活动。史料记载表明安徽地区历史地震以中强震为主,最高震级为M6 1/4级。根据区域地震地质、历史地震近年最新研究成果,对第四纪特别是晚第四纪以来的断裂活动习性做出归纳和分类,并分析历史地震、1970年后有仪器记载以来中等强度地震和小地震密集与断裂活动的相关性,为中长期地震预测提供依据。     

南岭-武夷交汇区的深部背景及地壳泊松比

为研究南岭-武夷交汇区深部动力学过程提供深部背景资料和科学依据,本文利用远震P波接收函数H-κ叠加和共转换点（CCP）叠加两种方法获取了研究区66个宽频带流动台站及24个固定台站下方的地壳厚度、泊松比和Moho面起伏形态,揭示了扬子地块与华夏地块地壳结构及泊松比变化特征,给出了南岭和武夷之间一条莫霍凸起带的高分辨图像.

结果显示：（1）研究区内地壳厚度平均值为31.2 km,泊松比平均值为0.23,总体呈现薄地壳、低泊松比的特点.地壳厚度从西北往东南由厚变薄,与区域地壳伸展特征相一致.（2）在韶关-赣州-吉安-南昌一线存在条带状薄地壳结构,平均值为28 km,呈南西-北东向展布,对应的泊松比值略微升高.推测地壳减薄带的形成可能与来自南海方向的地幔热流上涌有关.（3）江南造山带的泊松比整体偏低,存在两处平均值小于0.21的区域.华夏地块内地壳厚度与泊松比之间存在弱的负相关,表示随着地壳厚度的增大,铁镁质的下地壳厚度在整个地壳厚度中所占的比例减小.

     

秦岭造山带与南北相邻地带远震接收函数与地壳结构

从2013年3月至2014年11月,我们布设了一条延川—涪陵的流动宽频带地震台阵,剖面由70个流动台站组成,全长约900 km,穿越华北克拉通、秦岭—大巴造山带和扬子克拉通东北缘陆内三大构造单元.利用记录到的远震波形资料,提取得到5638个远震P波接收函数,使用H-κ叠加扫描和CCP偏移叠加方法刻划了秦岭造山带与南北相邻地带的地壳厚度、泊松比以及构造界带.研究结果显示,(1)关于地壳厚度:地壳最厚的区域出现在大巴山,地壳厚度集中在47~51 km之间,秦岭的地壳厚度相对大巴山较薄,且呈向北减薄趋势,集中在37~46 km之间,渭河盆地地壳厚度为本区域最薄地带,在34°N左右处达到最薄为35 km,剖面北侧的南鄂尔多斯盆地的地壳厚度变化缓慢,多为44 km左右,南侧的四川盆地东北缘的地壳厚度向南缓慢减薄,集中在42~48 km之间;(2)关于泊松比:使用接收函数H-κ叠加扫描法得到了沿剖面各台站下方地壳的平均纵、横波速度比VP/VS(κ),进一步计算得到泊松比σ,泊松比具有明显的横向分块特征,秦岭造山带的泊松比明显低于南北两侧区域,其小于0.26的泊松比表征着该区域地壳物质组分主要为酸性岩石,亦即其酸性长英质组分上地壳相对于基性铁镁质组分下地壳较厚,该区域没有高泊松比分布则表明不存在广泛的部分熔融.(3)关于构造界带:秦岭—大巴造山带与扬子克拉通的边界并非在勉略构造带,应向南移至四川盆地的东北缘,华北克拉通和扬子克拉通分踞秦岭—大巴造山带南、北两侧,且分别以较陡倾角向南和相对较缓的倾角向北俯冲于秦岭—大巴造山带之下,使得秦岭—大巴造山带呈不对称状扇形向外扩展与向上抬升的空间几何模型.秦岭和大巴山之间33°N附近存在分界面,两区域地壳厚度与泊松比特征各异.     

The constraints of strain partitioning and geochronology in Luonan-Luanchuan tectonic belts on Qinling orogenic belt

The Luonan-Luanchuan tectonic belt lies between the North China Block and Qinling Mountains, including the Luonan-Luanchuan fault zone and the strong deformation zone to the north of the fault. The ductile shear zone, imbricate brittle fault and duplex structure in the fault zone now are the expression of the same tectonic event in different depth. Such lineation structure exists in the tectonic belts as mineral lineation, elongation lineation, crenulation lineation, sheath folds and so on, indicating NE-directed plate motion. Fold axes and thrusts in the strong deformation zone are inclined to the Luonan-Luanchuan fault zone at small angles. The structures with different natures show a regular pattern, produced during oblique convergence of plates. The convergence factors are as follows: The direction of plate convergence is 22°, 31° and the angle between the plate convergence direction and plate boundary is 73°, 82° respectively in the west and east segment. The Luonan-Luanchuan tectonic belt was deformed strongly in 372 Ma, resulted from Erlangping back-arc ocean basin subduction sinistrally and obliquely to North China Block during the collision of North China Block and South China Block. Supported by National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 40372097 and 40772131)