沂沭断裂带地壳结构特征

本文利用1986年在鲁南地区开展深地震测深所获资料,反演了沂沭带南段的地壳速度结构和地壳层构造。结果发现:(1)沿沂沭断裂带的地壳低速层是不连续的,在相当于1668年8(1/2)级地震的发震段(河阳—郯城)的中、下地壳内都有低速层,在该段南、北分别缺失下地壳与中地壳的低速展;(2)沂沭断裂带深部存在四条超壳断裂,西侧二条深断裂东倾,东侧二条深断裂直立,形成上宽下窄斗形超壳断裂带;(3)沂沭带地壳的破裂程度明显存在由北向南逐渐减弱的现象;(4)沂沭带莫霍面为向下拗曲带,其两侧地壳层形变程度具有西强东弱、下强上弱和由郯城向南、向北减弱的特征;(5)郯城附近,沂沭带东地堑浅层断裂相对于深部断裂向西位错约6公里。     

山东地区地壳P波三维速度结构及其与地震活动的关系

利用山东及周边区域地震台网1975—2014年1月期间记录到的1369个地震的13781个P波到时数据对山东地区地壳结构进行了层析成像研究.结果表明,山东地区地壳速度结构存在明显的不均匀性.沂沭断裂带介质速度结构复杂,呈现明显的分段特征,两侧块体速度存在差异,具有块体边界的构造特征.鲁西断块20km以下深度处存在大规模的低速异常区,这与该地区始新世发生的大规模滑脱拆离构造有关,可能产生于太平洋板块的西向俯冲导致地幔热物质沿沂沭断裂带向上并向西涌动.历史大震及ML4.0以上中强震大部分为走滑型地震,主要发生于高低速异常过渡带且有深大断裂穿过的地区.震群主要发生于低速体上部或周边,且震源深度优势分布在中上地壳,这与地下介质富含流体并导致应力集中有关.     

利用区域双差层析成像方法研究川滇南部地壳结构特征

本文联合使用云南、四川和贵州地震台网的85个地震台站在2008年1月—2017年12月期间记录的49130个地震、317366个初至Pg震相绝对到时数据和2674110条高精度的相对到时数据,采用区域双差地震层析成像方法联合反演了川滇南部地壳三维P波速度结构和39621个地震的震源参数,探究了川滇南部中下地壳流和腾冲火山区岩浆囊的分布特征.研究结果表明：（1）川滇南部上地壳的速度异常特征与地表地形密切相关;（2）小江断裂带的中下地壳存在一条绵延近二百多公里的低速异常结构,最南端受到红河断裂带的阻挡而终止于断裂带南段北侧,这可能是川滇南部的一条中下地壳流,低速异常结构在红河断裂带南段转而向南东流动反映了红河断裂带可能为川滇菱形块体的西南边界;（3）红河断裂带各段速度异常存在明显的差异,重定位后的震源分布显示红河断裂带中段和南段虽然不如北段地震活动强烈,但地震震源深度分布较北段深;（4）腾冲火山区西侧和北侧下方10~20 km深度范围内存在的低速异常体推测为通过怒江断裂带形成的岩浆通道从中地壳涌入上地壳的岩浆囊,可能反映了自更新世延续至今的以橄榄玄武岩和安山岩为主要岩性的壳内岩浆活动,持续的岩浆活动为地表热活动提供了主要动力.

     

利用区域双差层析成像方法研究川滇南部地壳结构特征

本文联合使用云南、四川和贵州地震台网的85个地震台站在2008年1月—2017年12月期间记录的49130个地震、317366个初至Pg震相绝对到时数据和2674110条高精度的相对到时数据,采用区域双差地震层析成像方法联合反演了川滇南部地壳三维P波速度结构和39621个地震的震源参数,探究了川滇南部中下地壳流和腾冲火山区岩浆囊的分布特征.研究结果表明：（1）川滇南部上地壳的速度异常特征与地表地形密切相关;（2）小江断裂带的中下地壳存在一条绵延近二百多公里的低速异常结构,最南端受到红河断裂带的阻挡而终止于断裂带南段北侧,这可能是川滇南部的一条中下地壳流,低速异常结构在红河断裂带南段转而向南东流动反映了红河断裂带可能为川滇菱形块体的西南边界;（3）红河断裂带各段速度异常存在明显的差异,重定位后的震源分布显示红河断裂带中段和南段虽然不如北段地震活动强烈,但地震震源深度分布较北段深;（4）腾冲火山区西侧和北侧下方10~20 km深度范围内存在的低速异常体推测为通过怒江断裂带形成的岩浆通道从中地壳涌入上地壳的岩浆囊,可能反映了自更新世延续至今的以橄榄玄武岩和安山岩为主要岩性的壳内岩浆活动,持续的岩浆活动为地表热活动提供了主要动力.     

大同—阳高震区深部构造背景

利用通过本区的宽角反射／折射剖面资料对大同－阳高震区及邻区地壳上地幔速度结构与构造进行了详细的研究,结果表明,地壳上地幔速度结构与构造在纵向和横向上具有明显的不均一性,浅部基底断裂发育,对应其深部,根据波组特征,壳内界面及速度等值线起伏变化和低速异常体的边界等推测了地壳深断裂带,区内最明显的上地壳低速体位于大同－阳原附近,其南界存在地壳断裂,大同－阳高地震群与该低速异常体和深断裂有关。     

川西地区台阵环境噪声瑞利波相速度层析成像

2006年中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室在川西地区(26°N~32°N,100°E~105°E)布设了由297台宽频带数字地震仪组成的流动观测台阵.利用该密集台阵29°N以北156个台站2007年1~12月份的地震环境噪声记录和互相关技术,我们得到了所有台站对的面波经验格林函数和瑞利波相速度频散曲线,并进一步反演得到了观测台阵下方2~35 s周期的瑞利波相速度分布图像．本文结果表明,观测台阵覆盖的川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地的地壳速度结构存在显著差异,具体表现为：(1)短周期（2~8 s）相速度分布与地表构造特征相吻合,作为川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地之间的边界断裂,龙门山断裂带和鲜水河断裂带对上述三个地块上地壳的速度结构具有明显的控制作用,四川盆地前陆低速特征表明相应区域存在较厚的（约10 km）沉积盖层;(2)中周期（12~18 s）相速度分布表明,川滇地块和松潘-甘孜地块中上地壳速度结构存在明显的不均匀横向变化,并形成了尺度不同且高、低速相间的分块结构,而四川盆地中地壳整体上已经表现出相对高速;(3)长周期（25~35 s）相速度分布表明,松潘-甘孜地块,特别是川滇地块中下地壳表现为广泛的明显低速异常,意味着它们的中下地壳相对软弱,而四川盆地的中下地壳呈现整体性的相对高速,意味着四川盆地具有相对坚硬的中下地壳,并且以汶川地震的震中为界,龙门山断裂带的地壳结构显示了北段为高速异常,南段为低速异常的分段特征．     

基于背景噪声研究青藏高原东缘三维横波速度结构

本文收集了四川、重庆、甘肃、青海、陕西地震台网的105个宽频带地震台站在2017年8月—2018年8月期间记录的连续波形数据,通过对台站记录的长时间背景噪声进行互相关计算,从而提取出瑞利面波经验格林函数,共获得5416条周期在5~40 s内的基阶瑞利面波频散曲线,用于反演青藏高原东缘地壳和上地幔顶部三维横波速度结构.研究结果表明青藏高原东缘地下速度结构呈现非常明显的横向不均匀性,地下浅层速度结构特征与研究区域的主要地质特征和地块单元非常吻合.青藏高原东缘下方的低速体在向东延伸过程中受到四川盆地刚性地壳的阻挡作用,一部分向南进入川滇地块,并在下方30 km处形成厚度约为15 km的大范围低速异常;另一部分向北延伸,并在塔藏断裂下方上涌和堆积,造成局部莫霍面下沉.此外,青藏高原东缘下方的低速体在东北方向跨越东昆仑断裂带进入柴达木地块,并到达西秦岭断裂带附近.其中,巴颜喀拉地块下方30 km处存在厚度约为15 km大范围的低速体,与青藏高原东缘隆起地形和地壳增厚有一定联系.且该低速体在柴达木地块下方变窄,与祁连地块地下30 km处厚度约为10 km的小范围低速体存在一定的连通性.但祁连地块低速体速度值略高于巴颜喀拉地块低速体速度值,这可能意味着祁连地块低速体相当于巴颜喀拉地块低速体的早期发育阶段.

     

青藏高原中东部地壳和上地幔顶部P波层析成像

为获取青藏高原中东部地壳和上地幔顶部的精细结构,本文基于1万4 484条天然地震的P波（Pg和Pn）到时数据,对青藏高原中东部地壳和上地幔顶部进行P波三维速度结构层析成像,获取了该区域内地壳P波、上地幔顶部Pn波的速度结构和地壳厚度信息。层析成像结果显示,青藏高原中东部地壳P波速度范围为5.2—7.2 km/s,上地幔顶部Pn波速度范围为7.7—8.4 km/s,地壳厚度范围为48.0—68.6 km,地壳和上地幔顶部存在强烈的横向不均匀性,与地质块体分布有较好的对应关系。地壳P波速度结构显示,研究区中、下地壳分布有较大范围的低速区,上地壳与中下地壳P波分布存在明显的差异:羌塘地块和巴颜喀拉地块在上地壳主要表现为高速异常,随着深度增加逐渐表现为低速异常;而柴达木地块在上地壳主要表现为低速异常,下地壳则表现为高速异常;柴达木地块和拉萨地块在上地幔顶部表现为较高的Pn波速度,最高约为8.4 km/s,而在巴颜喀拉地块和羌塘地块东部,Pn波总体上表现为低速,最低约为7.7 km/s。研究区内地壳厚度的总体特征表现为南厚北薄,其中羌塘地块东部和拉萨地块的地壳较厚,而柴达木地块和巴颜喀拉地块东部的地壳相对较薄,羌塘地块西部存在局部的地壳变薄现象,反映了印度板块对欧亚板块北向俯冲作用下的岩石圈变形特征。      

泰安—诸城剖面重力异常和地壳密度结构特征

泰安一诸城高精度重力观测剖面,位于华北克拉通的东部,是中国东部重要的构造带且是地震活动的重要地段,利用剖面相对重力联测与同址GNSS三维坐标测量数据,得到剖面的重力异常,结合区域布格重力场、地球深部探测及地质构造成果,对剖面进行密度结构反演和剩余密度相关成像研究.结果表明：剖面布格异常变化范围为（-30.1~7.3）×10-5m·s-2,从西往东总体呈上升（泰安至沂源以低背景平缓逐渐上升与相应位置的高程呈现"同步型"变化;马站至张家楼以高背景逐渐上升与地形高程呈现"镜像型"变化）趋势,高低异常背景转折在沂沭断裂带西段150 km左右位置;背景异常是地壳厚度变化的反映,整体形态西深东浅,在沂沐断裂带地壳厚度隆起可能是地壳下地幔物质沿断裂向上入侵时,地壳产生挤压和膨胀隆起所致;剖面地壳密度呈现上、中和下三层结构,鲁西隆起、沂沭断裂带西部中下地壳局部存在低密度体,可能是上地幔物质上涌岩石含部分高温流体和熔融岩体所致,胶东地区保持了比较完整和均一的地壳结构特征,反映了胶东地区地壳活动不强;剖面的主要断裂带位置均能看到布格重力异常和剩余密度的变化,可能是断裂控制了地下介质的发育所致;剖面密度模型显示地下密度的分段特征和深浅构造差异,沂沭断裂带是鲁西隆起和胶东隆起的分界带;本文通过对布格重力异常和密度结构的特征研究,分析了地震活动、动力学背景与地壳密度结构的关系.     

沂沭断裂带重力场及地壳结构特征

沂沭断裂带为郯庐断裂带山东段,新构造运动显著,是华北地区的强震活动带之一。文中收集了该地区的布格重力数据,利用小波多尺度分析方法对重力场进行有效分离,研究区域地壳结构特征及断裂空间展布,并应用Parker变密度模型对区域莫霍面进行反演分析,得到以下几点结论:1)重力区域场显示,沂沭断裂带形成了NNE走向的大型重力梯度带,分隔了鲁西、鲁东地块,成为区域内重要的地球物理分界线。2)重力局部场显示,中上地壳结构复杂,沂沭带内部呈现两堑一垒的重力异常格局,5条主干断裂形成线性梯度带分布于东、西地堑内,鲁西块体的多条NW向活动断裂交切于沂沭断裂带,多数断裂只交切于西地堑,而蒙山山前断裂和苍尼断裂横穿沂沭断裂带;下地壳结构相对简单,发生明显的褶曲构造,表现出大规模高、低密度异常相间排列的典型特征。3)区域莫霍面形态东高西低,沂沭断裂带形成了莫霍面陡变带,造成了东西分异格局,潍坊东—莒县—临沂一线出现莫霍面上隆区,具有强震发生的深部孕震环境。4)区域内地震多发于高、低重力异常转化带之间,特别是活动断裂对应的重力梯度条带之上,地震的发生与断裂活动有着密切的关系,沂沭断裂带地震活动性最强,且东地堑强于西地堑。     

基于模拟退火法的青藏高原东缘噪声层析成像研究

青藏高原是全球造山带研究的热点地区,此前在青藏高原开展的三维层析成像研究大多基于线性反演方法.本文利用青藏高原东缘及邻区布设的127个宽频带固定地震台站记录的连续波形资料,首先通过噪声互相关提取了3~50 s Rayleigh波群速度频散曲线并反演得到群速度分布,再进一步采用模拟退火法反演了研究区的三维S波速度及泊松比结构.结果显示：（1）松潘—甘孜地块的中下地壳低速异常主要分布在龙日坝断裂带、鲜水河断裂带、龙门山断裂带和岷山隆起所围限的区域,而该区域的中下地壳仅具有中等泊松比值,推测松潘—甘孜地块中下地壳的低速物质可能是青藏高原与扬子块体长期相互作用产生的塑性低速滑脱层;上地壳脆性物质在板块作用下沿中地壳低速滑脱层顶界面发生逆冲增厚,造成龙门山的持续抬升和地形起伏,并在构造边界带形成了应变积累和应力集中;而龙门山断裂带的上地壳低速软弱物质为地壳发生破裂提供了有利条件,从而在某种程度上促进了汶川地震和芦山地震的发生.（2）岷山隆起一带中下地壳的高泊松比异常呈"凸起"形态,结合前人研究发现的较高热流和岩石快速抬升现象,推测岷山隆起一带可能存在岩石圈的拆沉,导致地幔热物质上涌而形成下地壳高泊松比物质.（3）川滇地块的北部和南部具有不同的S波速度和泊松比分布特征.30 km深度下川滇地块北部具有明显的低速异常,而该深度下并不具有明显的高泊松比值特征;此外剖面成像结果也显示川滇地块内的低速异常与高泊松比的分布不一致,因此川滇地块的研究结果不支持下地壳流模型.综合其他地震学证据,本文认为川滇地块的变形模式为上地壳纯剪切增厚,块体变形主要受块体内部的走滑断裂及活动边界断裂控制.     

山东地区各向异性、地壳厚度及泊松比分布特征

山东地区位于华北东部,包含沂沭断裂带、鲁西隆起等重要构造单元,地质构造演化非常复杂,但目前尚缺乏对山东地区整体的地壳结构、壳内形变、壳幔耦合等方面的研究.本文基于该地区52个地震台站两年的波形记录,采用接收函数Ps转换波分裂和H-κ叠加的方法得到了研究区地壳各向异性、平均地壳厚度以及泊松比特征,为该地区的构造演化提供了重要的地震学约束.结果 表明,研究区地壳结构存在较强的横向不均匀性.鲁西隆起南部地壳各向异性方向可能与断裂和地壳内部的构造拆离有关.泰山地区地壳厚度与泊松比呈现负相关,地壳各向异性不明显,表明泰山处在快速隆升阶段.胶东地区东部较小的地壳厚度和泊松比与地幔上涌和苏鲁造山带发育的超高压变质岩有关.沂沭断裂带南北段的地壳结构具有显著差异,南段地壳厚度与泊松比存在明显的横向变化,表明南段可能存在剧烈的地幔上涌.较厚的沉积层使得济阳凹陷内台站下方的泊松比偏小,而较薄的铁镁质下地壳层则可能是胶北隆起部分台站下方泊松比偏小的主要原因.     

天山地区的深部速度结构

利用区域地震资料的反演结果，分别研究了中国新疆、哈萨克斯坦和吉尔吉斯斯坦境内天山的地壳速度结构。结果表明，沿天山一带地壳结构极不均匀，根据不同的性质可分为５个较大的块体；山体两侧的壳内低速带是天山与相邻地块碰撞的深部标志，塔里木、准噶尔和伊犁等地块都有向天山俯冲的痕迹     

大同 阳高震区及其邻区壳幔速度结构与深部构造

利用通过本区６条宽角反射／折射剖面资料对大同 阳高震区及邻区地壳上地幔速度结构与构造进行了详细的研究。结果表明,地壳上地幔速度结构与构造在纵向和横向上具有明显的不均一性。浅部基底断裂发育,而在其深部,根据波组特征、壳内界面及速度等值线起伏变化和低速异常体的边界等推测有３处地壳深断裂带。本区最明显的上地壳低速体位于大同—阳原附近,其南界存在地壳深断裂,大同 阳高地震群与该低速异常体和深断裂有关     

利用背景噪声成像技术反演陕西及邻区地壳剪切波速度结构

利用地震背景噪声层析成像技术处理陕西及邻区所布设的257个宽频带台站的连续背景噪声数据,采用基于射线追踪的面波频散直接反演方法获得陕西及邻区地壳(6～39 km)高分辨率剪切波速度结构。成像结果显示:(1)渭河盆地顶部形成于新生代,厚的沉积层造成其浅部显著的低速异常,盆地中、上地壳为低速结构。渭河盆地与南北两侧地质构造单元交界区域的下方存在高速与低速结合带,以及在块体间相互运动的作用下,在块体内部,特别是界带深部可能存在着物质与能量的强烈交换,为渭河盆地及邻区的地震孕育发生提供深部环境。(2)南鄂尔多斯块体并不是一个均匀的整体,块体地壳浅层东薄西厚的低速异常结构,可能与鄂尔多斯自显生宙以来的整体掀斜,以及晚白垩纪以来差异性整体抬升和受强烈而不均匀的剥蚀有关。块体中地壳速度比上地壳和下地壳较高。壳内不存在显著的低速体,说明壳内低速体并没有贯穿整个鄂尔多斯地块。我们推测南鄂尔多斯块体仍保留着稳定克拉通的属性,其地壳结构可能反映了克拉通早期形成时的结构特征,至今还未遭受明显改造。(3)秦岭造山带东,西深部结构存在显著差异,具有分段分区的特征。造山带中地壳速度较高,可能因在板块碰撞和造山过程中,下地壳物质被抬升进入中地壳,从而造成中地壳速度偏高。     

青藏高原东北缘、鄂尔多斯和华北唐山震区的地壳结构差异——深地震测深的结果

划分大陆活动地块的重要标志之一是它们在地壳结构间的差异。大陆不同地块具有不同的地壳结构特征。这些结构和构造上的不同反映了它们在地壳内部的变形特征和动力过程的差异。文中利用深地震宽角反射 /折射剖面的结果 ,讨论了青藏高原东北缘东昆仑巴颜喀拉地块、鄂尔多斯地块和华北地块唐山震区地壳结构的差异。它们分别是变形强烈的活动地块、内部变形小相对稳定的地块和现代发生过强震的活动地块。在地壳结构上它们之间的差别是明显的。这些差异表现在地壳的分层性质、上地壳和下地壳的结构、地壳结构的不均匀尺度、壳 /幔分界的性质、壳内低速层的分布、地壳界面、特别是莫霍面的构造形态等方面     

龙门山断裂带多参数深部结构成像与地震成因研究

通过反演大量的纵、横波地震数据,获得了沿龙门山断裂带及周边区域的深部三维精细结构,结合前人二维大地电磁探测研究成果,提出龙门山断裂带地壳形变与深部速度结构和导电率不均匀性有关,探讨了2008年汶川和2013年芦山地震的诱发和产生与流体侵入及地壳形变的密切关系.本研究发现,2008年汶川地震发生在高速度、高泊松比和低电导率的区域,2013年芦山地震则位于高速度、低泊松比和低电导率的发震层.在上地壳中,四川前陆盆地的低速、低泊松比和低阻异常与松潘—甘孜地块的高速、高泊松比和高阻异常形成了鲜明的对比.在龙门山断裂带下方的两个低速和低阻块体,将龙门山断裂带分成南、中和北三段.我们的研究认为,这两个异常体与来自松潘甘孜地块的下地壳和（或）上地幔的局部熔融或流体侵入到龙门山断裂带的脆弱区有关.基于对汶川和芦山地震的余震分布特征及震源区的地震波速度、泊松比及电阻率参数分析,揭示了龙门山断裂带深部剧烈的地壳形变与流体应力积累对2008年汶川和2013年芦山地震的触发及其地震破裂过程具有重要的控制作用.

     

甘肃地区地壳速度的非均匀分布

用天然地方震以及近震Ｐ、Ｓ波到时资料反演了甘肃７个分区的地壳结构。其速度非均匀分布表明：就垂向非均匀性而言，河西大于河东，海原、古浪两个８级大震区大于周围地区，横向非均匀性正好相反，但无论垂向还是横向非均匀性都是上地壳（大约以１９ｋｍ深度为界）大于中下地壳；青藏块体东北缘速度自ＳＳＷ向ＮＮＥ的东北角规则变化，上中地壳（约以３０ｋｍ深度为界）内沿该方向递减，下地壳及上地幔顶部递增；横向非均匀性以低速区带为主，大致沿祁连山断裂系向ＳＳＥ直到兰州附近，再沿近ＮＳ向到舟曲武都，中间与近ＥＷ向直到康乐和政的西秦岭北缘断裂低速带交接，高速区主要在嘉峪关、玉门以北，景泰附近及兰州以南等处；中强以上地震不仅在低速区带发生，而且也在高速区及其它地方发生，两个８级大震震源区速度在研究区中地壳内为最低，要注意兰州附近及张掖民乐地区可能潜在的强震危险区。     

大同阳高震区及其邻区壳幔速度结构与深部构造

利用通过本区６条宽角反射／折射剖面资料对大同阳高震区及邻区地壳上地幔速度结构与构造进行了详细的研究。结果表明,地壳上地幔速度结构与构造在纵向和横向上具有明显的不均一性。浅部基底断裂发育,而在其深部,根据波组特征、壳内界面及速度等值线起伏变化和低速异常体的边界等推测有３处地壳深断裂带。本区最明显的上地壳低速体位于大同—阳原附近,其南界存在地壳深断裂,大同阳高地震群与该低速异常体和深断裂有关。     

川滇地区速度结构的区域地震波形反演研究

利用云南数字地震台网的区域地震波形资料,对川滇地区的地壳上地幔速度结构进行了初步研究. 结果表明,川滇地区上地幔顶部P波速度较小,约7.8 km/s,P波速度在上地幔表现为较小的正速度梯度,S波在100～160 km深度范围内表现为弱低速层. 对于较短的观测路径,不同路径的平均P波和S波速度存在明显的横向变化. 与川滇菱形块体内部的速度结构不同,在块体边界附近可以观测到比较明显的上地壳低速层,我们认为它可能与块体边界的断裂带有关;川滇菱形块体内部存在的下地壳低速层,有利于块体向南滑动,而中上地壳没有明显低速结构,可能表明川滇菱形块体向南滑动的解耦深度至少在下地壳. 根据不同路径的反演结果,给出了云南中部地区地壳内部的平均速度结构.