川滇地区三维地壳速度模型评估:可靠性、局限性和未来突破方向

受印度板块和欧亚板块陆-陆碰撞的影响,我国川滇地区地质构造复杂、活跃,地震频发.深入研究该地区的地下速度结构对于理解陆-陆碰撞构造演化、相关地球动力学过程及防震减灾至关重要.近年来,越来越多的川滇地区三维速度结构模型得以构建,但鲜有研究分析现有速度模型的一致性和可靠性.本研究通过三维波形模拟,系统评估了不同三维地壳速度模型拟合实际观测记录的能力,以定量评价模型的可靠性.评估研究聚焦于2021年云南漾濞M_S6.4地震震源区和2022年四川泸定M_S6.8地震震源区;测试的速度模型包括我国川滇地区公共速度模型V1.0、我国大陆岩石圈统一速度模型V2.0、青藏高原东部地壳和上地幔全波形层析成像模型,以及我国大陆浅层速度模型.研究结果显示,上述三维速度模型均可以较好拟合长周期(<0.2Hz)地震记录,表明这些模型都较好地约束了研究区域的大尺度结构.然而随着频率的升高(0.05～0.3Hz),三维速度模型拟合实际观测数据的能力下降,且存在明显的地域差异,表明现有模型尚不足以解析小尺度结构异常体.在波形模拟中,考虑浅层(<10km)速度结构可在...     

用接收函数方法研究华北克拉通中部造山带及其邻域地壳方位各向异性

华北克拉通是中国东部的重要组成部分,近年来众多研究结果表明,华北克拉通东部在中生代以来发生了明显的岩石圈减薄和破坏.深部岩石圈破坏过程必然伴随地壳构造变形.因此,详细的地壳变形信息可为认识华北克拉通东部的破坏过程和方式提供基本观测依据.文章采用远震接收函数集约束地壳方位各向异性结构的方法,对华北克拉通198个流动地震台站的莫霍面Ps转换波进行谐波分析,获得了其中23个台站下方稳定可靠的地壳平均方位各向异性结构信息,并进一步分析判断了这些台站所在的渤海湾盆地边缘、阴山-燕山造山带及太行山地区的地壳变形特征.研究结果显示,华北克拉通中部造山带邻域台站下方地壳的S波快慢波分裂时间从0.05到0.68s不等,平均值为0.23s,说明在研究区域存在明显的地壳方位各向异性.分析认为,华北克拉通破坏峰期中国东部强烈的NW-SE向伸展变形事件对该区域地壳方位各向异性的贡献很大.除此以外,渤海湾盆地边缘台站下方近E-W向的快波方向,说明该区域可能还受到ENE-WSW方向的现今地壳最大水平主压应力场的作用;阴山-燕山构造带附近地壳各向异性特征还受到侏罗纪到早白垩世多期主要为N-S向的缩短变形运动的影响;太行山地区的台站分裂时间较大,快波方向呈现一致的NW-SE向,与远震SKS波分裂方法得到的快波方向的一致性较好,推测该区域地壳变形可能主要与晚中生代到新生代以来的岩石圈改造和上地幔物质底侵有关.     

一种基于密集线性台阵的虚拟地震测深新方法及其应用

本文提出了一种基于密集线性台阵的虚拟地震测深新方法,该方法在引入密集线性台阵数据的基础上,对之前广泛应用的单台虚拟地震测深方法进行了改进.针对复杂构造地区,新方法不再依赖传统的平面波入射假设,而是通过直接提取测线上的Ss直达波与Ss Pmp反射波震相走时,来更准确地约束反射点处Moho面深度.我们将新方法应用于跨龙门山构造带布设的密集流动地震台阵数据,对扬子克拉通与青藏高原构造边界带下方的地壳厚度进行了研究.结果表明扬子克拉通西部地壳相对较薄,地壳在龙门山构造带内部沿北西向迅速增厚.该区域地壳厚度变化特征可能与自新生代以来印度—欧亚板块碰撞所导致的青藏高原隆升过程有关.与单台虚拟地震测深方法相比,新方法对于复杂构造区域地壳厚度,如跨龙门山构造带,有着更可靠的约束.     

俯冲构造vs.地幔柱构造——板块运动驱动力探讨

板块构造是指地球外壳岩石圈块体在地球表面的(水平)运动及其相互作用.自50年前板块构造理论建立以来,对板块运动的动力来源这一问题一直存在争议.早期的观点认为是"自下而上"机制,即板块运动受控于板块之下的地幔对流系统,特别是起源于核幔边界的地幔柱作用于板块底部,促使大陆裂解,并驱动板块运动.而现今较为普遍接受的观点则是"自上而下"机制,即认为板块运动的驱动力主要来源于板块自身的负浮力(即重力大于浮力),板块构造和地幔对流均受控于板块的俯冲作用,因此板块构造又被称为俯冲构造.这一观点得到了众多地质和地球物理观测的支持.进一步研究表明,个别板块增速、减速与单一地幔柱活动在百万年时间尺度具有耦合关系;多个板块内稳定克拉通地区地表隆升、沉积速率与地幔柱相关的岩浆活动在亿年时间尺度存在时空相关性;而全球范围的超大陆聚合、裂解与超级地幔柱活动在二十亿年以来的地质历史时期表现为周期性耦合关系.这些不同时空尺度的耦合现象均表明,板块构造与地幔柱构造在地球演化过程中是紧密联系、相互作用的,地幔柱构造对板块运动产生了不可忽视的影响.因此,需要将板块构造和地幔柱构造这两大地球构造体系加以联合,开展综合分析与研究,才能获得对板块构造和整个地球动力系统运行机制的全面认识.     

基于接收函数主成分分析法的地壳结构研究

远震接收函数方法是研究地壳结构的常用方法之一.在单个地震台站的接收函数分析中,既可以利用不同接收函数Ps转换震相以及地表多次反射震相的平均特征获得台站下方一维平均地壳结构信息,也可以基于Ps转换震相随背方位角的变化特征提取地壳结构的变化信息(如倾斜界面或各向异性).然而,由于噪声干扰,后一方面的研究往往存在困难.针对这一问题,文章引入信号处理中的主成分分析法,提出了基于单个地震台站接收函数数据矩阵的主成分分析方法.利用不同主成分互不相关且反映原始数据不同特征的性质,通过提取单个台站接收函数数据矩阵的不同主成分并分别进行重构,获得台站下方的地壳结构信息.理论模拟结果表明,径向接收函数的第一主成分包含数据主体信息,反映台站下方一维平均地壳结构特征;而其第二主成分以及切向接收函数第一主成分则反映台站下方地壳结构的变化特征.文章重点针对壳内存在倾斜界面结构的情况,进行了接收函数主成分提取和重构的理论模拟研究;并在此基础上,基于布设在四川盆地中部一宽频带流动地震台站s233的远震波形记录,开展了接收函数主成分分析的实际结构应用研究.文章研究结果显示,台站s233下方可能存在两个近平行的壳内倾斜界面.与前人测井、电法及人工源地震剖面结果对比表明,浅部倾斜界面可能代表了四川盆地前寒武纪结晶基底顶界面,深部界面可能指示上、下地壳的分界面,即康拉德界面.文章通过理论模拟和实际应用研究,验证了接收函数主成分分析方法在研究地壳结构中的有效性.     

2003年大姚地震震中区的速度和衰减结构

使用2003年7月21日和10月20日云南省大姚县M62、M61地震震后流动数字化地震监测台网所记录的地震走时和波形资料,反演了震中区的Vp、Vs和Qp的三维结构.前人根据余震分布推测该震区存在一条北西西走向右旋走滑断裂带.三维结果表明,Vp和Qp的低值异常可以佐证该断裂带的存在;但除此断裂带,可能还存在一条北北东向断裂带,倾向西,表现为低Vp、Vs以及低Qp异常,并且异常深度达到8～10 km.因此,大姚震中区可能存在两条相互交错的断层,这与整个南北带断层的交错特征非常相似.另外我们推断该北北东向断带在南北方向可能有较长的延伸.     

USArray及其近期科学发现

美国台阵(USArray)是EarthScope计划的主要内容之一。旨在探测北美大陆变形、结构及其演化。USArray主要由平移/滚动台阵和机动台阵两部分构成。滚动台阵由400个宽频带地震台站组成,以向前滚动的方式扫过美国本土和阿拉斯加。利用来自该台阵的数据,科学家能获得地球内部精细图像,藉此考察地震和火山的过程。作为滚动台阵的补充,机动台阵被用于对关键目标进行详细观测和短期测量。美国台阵计划启动5年来,采集的数据已经提供了足以令科学界考虑重新审视地震物理、火山过程、核幔结构、活动变形构造、大陆结构及其演化、地球动力学和地壳流体等基本科学问题的基础资料。     

华北克拉通边界带区域深部结构的特征差异性及其构造意义

华北克拉通的显生宙破坏在空间上是高度不均匀的。克拉通自身岩石圈性质的横向差异及其周边块体的构造运动和相互作用,造成克拉通不同地区构造变形特征具有显著差异性。而这种差异性必然会在深部结构上留下印迹。因此,详细的深部结构信息能够为研究华北克拉通破坏的方式和动力学机制提供重要约束。对近年来基于华北内部结构计划(NCISP)密集流动地震台阵资料获得的华北克拉通边界带区域的深部结构图像进行介绍,并对比分析地壳、岩石圈结构和上地幔变形特征的区域变化,进而对克拉通破坏的空间差异性以及破坏的方式和过程做初步探讨。研究结果显示,华北克拉通东部的郯庐断裂带作为华北和扬子边界的构造薄弱带,具有克拉通全区最薄的岩石圈(~60 km)和明显减薄的地壳(<35 km),是克拉通东部岩石圈整体性减薄和破坏最强烈的区域;东北部燕山地区和西北部鄂尔多斯北边界区域都表现出厚、薄岩石圈共存和壳幔结构显著变化的特征,反映了这些地区岩石圈减薄和改造的空间不均匀性。燕山地区尖锐的Moho面、岩石圈结构和上地幔变形特征的小尺度变化可能是中生代多期挤压和晚中生代—新生代区域伸展共同作用的结果;而鄂尔多斯北边界附近稳定克拉通地区与新生代裂陷区壳幔结构的强烈差...     

切开地壳上地幔,揭露大陆深部结构与资源环境效应——深部探测技术实验与集成(SinoProbe-02)项目简介与关键科学问题

本文简要介绍国家科技专项"深部探测技术实验研究"第二项目"深部探测技术实验与集成"(SinoProbe-02)的研究目标、国际趋势与国内需求、主要研究内容、技术路线与研究方法等,着重介绍拟聚焦研究的关键科技问题.预期通过本项目的实施,实验并集成可行的深部探测方法技术组合和综合解释方法技术平台;项目实施的深部探测实验剖面...     

铬铁矿地球物理勘探：回顾与展望

铬铁矿是关键金属铬唯一可经济利用的自然资源,主要有层状铬铁矿和蛇绿岩中的豆荚状铬铁矿两种类型,其中豆荚状铬铁矿矿体规模小、发育不规律,是一个长期存在的勘探难题。由于铬铁矿特殊的经济战略地位,美国、欧洲、苏联和中国都非常重视铬铁矿地球物理勘探。铬铁矿地球物理探测技术发展始于20世纪30年代,至20世纪80年代,发展了以重力、磁法为主导的铬铁矿地球物理勘探技术,地震、电法也被应用。这一阶段在苏联乌拉尔肯皮尔赛等超大型蛇绿岩型隐伏铬铁矿勘探取得重大突破,在其他矿区取得一定的进展。自21世纪以来,高精度的便携式仪器和新兴地球物理技术逐渐运用到铬铁矿地球物理勘探,综合地球物理成为铬铁矿勘探的主流方法,在我国罗布莎等多个岩体隐伏铬铁矿勘探中取得突破,在印度、阿尔巴尼亚等国家也取得进展。本文回顾了铬铁矿地球物理勘探的发展历程,综述了铬铁矿岩石物理特征与测量方法、重磁勘探主要应用及存在问题、电磁法勘探的主要方法,并重点介绍了音频大地电磁测深在罗布莎铬铁矿的探测效果和电磁法勘探模式,展望了张量CSAMT技术、磁异常模量反演、高光谱遥感、高密度激电、无人机物探等有望在铬铁矿地球物理勘探中发挥重要作用的前沿...