首都圈地壳网格化三维结构

通过对首都圈地区不同时期的18条深地震测深(DSS)测线资料的重新统一处理,形成采样网格密度为025°×025°×（2～5）km的速度网格化数字地壳;通过对三维数据的可视化,得到了首都圈地壳不同走向、不同圈层的截面图像;从不同的视角、不同的方面探讨了控制首都圈地壳的北部燕山隆起、西南部太行隆起和东南部裂陷盆地等三大地质单元的构造特征以及接触带张家口-渤海断陷带的构造性质,进一步研究首都圈地壳内部结构构造与灾害性地震的孕发机制的关系.     

中国西部壳幔结构与动力学过程及其对资源环境的制约:"羚羊计划"研究进展

为系统、深入地研究中国西部盆(盆地)、山(山脉)、原(高原)的壳幔结构与深部动力学过程,2003年我们提出并领导实施了“羚羊计划”(ANTILOPE-Array Network of Tibetan International Lithospheric Observation and Probe Experiments),在青藏高原先后完成了羚羊-I(ANTILOPE-I)到羚羊-IV(ANTILOPE-IV)4条二维宽频带台阵剖面,而在青藏高原东西构造结则实施了羚羊-V和羚羊-VI两个三维宽频带台阵探测。另外,我们将前期在准噶尔盆地、天山造山带、塔里木盆地、阿尔金造山带和柴达木盆地开展的九条综合地球物理观测剖面也纳入羚羊计划的总体框架中来。 通过“羚羊计划”的实施,我们在中国西部(包括西北部的环青藏高原盆山体系以及西南部的青藏高原)取得了大量的、高质量的、综合的第一手观测数据,获得了中国西部盆、山、原精细的壳幔结构,系统地揭示了中国西部盆山原的深部地球动力学过程。主要结论总结如下:确定了准噶尔盆地基底的结构与属性,优化了盆地的基底构造格架;建立了天山造山带“层间插入削减”新的陆内造山模式,揭示了印欧碰撞在天山岩石圈缩短44%的去向以及由洋-陆俯冲到陆-陆碰撞俯冲的转换机制;揭示了塔里木盆地、阿尔金造山带和柴达木盆地的盆山接触关系;获得了塔里木盆地顺时针旋转的深部几何学、运动学和动力学证据;确定了青藏高原之下印度板块与欧亚板块的碰撞边界;发现目前的青藏高原由南部的印度板块、北部的欧亚板块和夹持于二者之间的巨型破碎区——西藏“板块”构成,首次确定了各自的岩石圈底边界;修正了高原变形的两个端员模型;建立了深部构造对地表地形的制约关系;系统地揭示了印度板块沿喜马拉雅造山带俯冲的水平距离与俯冲角度的变化规律与控制因素。 “羚羊计划”以其巨大的观测网络与综合地球物理探测技术,采用地球物理学、地质学、地球化学等不同学科相结合的分析方法,揭示了印度板块俯冲、西藏巨型破碎区发育、塔里木板块顺时针旋转、西部水汽通道提前关闭、中国西北部干旱、沙漠化提前这一深部结构、动力学过程及其对地表地形、油气资源和环境变化的制约关系,推动了青藏高原地球系统科学理论的发展。     

华北地区布格重力异常的多尺度分解特征与地震活动性

采用小波变换多尺度分解技术 ,对华北地区布格重力异常进行分解 ,获得自地表至 Moho界面深度范围内不同尺度的密度异常体产生的重力异常。讨论了各阶变换异常细节特性及相应地质构造特征 ,认为各阶小波变换细节分别反映了地壳不同深度在一定尺度意义上的介质密度的分布特性 ,表明华北地区很多断裂 ,特别是深大断裂两侧的岩性密度确实存在着较大差异 ,记录了地壳形成演化的历史。还对该区 MS≥ 7.0以上强震震源的深部环境进行了讨论     

青藏高原东北缘高原盆地地壳结构与增厚机制探测研究

通过人工地震宽角折射方法对青藏高原东北缘松潘-甘孜、柴达木、陇中等高原盆地与外围鄂尔多斯、四川稳定盆地地壳结构的对比分析,探测研究高原盆地地壳结构、岩性变化及地壳隆升增厚机制。结果显示：相对于外围稳定盆地,东北缘高原盆地结晶地壳增厚10-15km,介质速度相对差值降低5%;壳内介质结构的非均匀性显示了脆性形变的上地壳、低速塑性化的下地壳和脆-塑性转化过渡性质的中地壳构造特征,下地壳的大幅增厚(约10km)和介质低速（相对降低达0.7%）塑性流变性揭示了地壳增厚改造主要发生在下地壳,东北缘地壳显示为整体性的块体运动以及块体间相互作用.以地壳缩短为主要变形增厚机制;GPS 结果显示青藏高原地壳增厚与外围构造应力场-印度板块的运动方向密切相关,高原内部各块体运动方式不同与相应块体的地壳增厚差异揭示了沿羌塘块体与巴颜喀拉块体接触边缘玛尼-玉树-鲜水河褶皱带划分了高原中西部、东北缘以及东南侧等不同构造环境和增厚机制。     

龙门山中段及其临近地区上地壳细结构——人工地震测深结果

收集了最新完成的穿过青藏高原东缘松潘-甘孜地块、龙门山中段及四川盆地的遂宁-阿坝人工地震测深剖面数字地震记录资料,用波前成像方法对高信噪比的Pg、Sg波走时数据进行了仔细的分析处理,得到了该区域上地壳P、S波速度细结构特征及泊松比分布(如图所示).     

华北克拉通岩石圈二维P波速度结构特征——文登-阿拉善左旗深地震测深剖面结果

利用超长观测距地震宽角反射／折射剖面探测技术,获得了近东西向横穿华北克拉通不同块体的反映地壳．上地幔岩石圈结构的不同深度、不同属性地震波震相特征数据．通过对各个块体内的地震波震相特征对比分析研究,除识别出地壳内常规的Pg波、PCi波、PmP波和Pn波外,还清楚的对比出了岩石圈尺度的两组震相PL1和PL2波．经过一维、二维地震走时及波形拟合,获得了沿剖面长约1500km的不同块体的壳幔二维速度结构与构造特征．结果表明：沿剖面地壳及岩石圈自东向西加厚趋势的明显,但各组地震波反、折射界面在各个块体内又显示出局部变化明显等特征．结晶基底在各个块体内变化较大,在华北凹陷盆地内最深达到7．8km,在胶东半岛及太行吕梁地块较浅约2．0km;莫霍界面形态整体显示出东浅西深,在鄂尔多斯块体内最深达到46km,而在华北断陷盆地内显示隆起特征;L1界面仅在太行山以西区域显示,深度约为80km,变化较缓．岩石圈L2界面东浅西深在75～160km范围内变化,在太行山以西有一急剧加深趋势,形成一个陡变带．     

泰安-忻州剖面S波分裂计算及介质各向异性与深部构造相关性探讨

利用深地球测深资料进行Ｓ波震相的有效识别和Ｓ波分裂参数计算方法,对泰安－－忻州剖面Ｓ波资料的计算分析,得到了该区域地壳介质向各异性、区域应力场方向异常的可靠证据。与震源机制解及深部的构造结构对比分析表明了Ｓ波传播和Ｓ波偏振异常的超壳断裂带和深部构造活动密切相关,表明测深资料Ｓ波分裂研究了对了解介质各向异性构造活动特征,分析地壳介质属性了解其动力学特征是十分重要的。     

重力-地震联合反演的改进及在遂宁-阿坝剖面的应用

针对传统顺序联合反演的缺陷,通过改变地下空间的网格剖分方式和约束条件的约束方式来进行相应的改进,并将拟BP神经网络算法和小波多尺度分析应用到反演中,以提高反演结果的分辨率和收敛速度。龙门山地区遂宁-阿坝剖面的反演结果表明,本文方法具有更好的反演效果。     

华北东北部裂陷盆地与燕山隆起地壳结构

天津—北京—赤城深地震测深剖面采用密集炮点和接收点距设计构成了较为完整的观测系统,利用该剖面地震测深资料研究华北东部裂陷盆地与燕山隆起地壳结构及构造耦合.结合该区域已有研究成果,进一步分析了张渤地震带东段的地震构造环境.结果显示,华北克拉通东部裂陷盆地结晶基底构造形态和界面结构性质与新生代以来的地壳构造运动密切相关,北侧燕山隆起区高速稳定和南侧裂陷盆地低速松散截然不同的地壳结构,使宝坻－桐柏、宁河－昌黎断裂构造分区线和燕山隆起之间的中间过渡带为张渤地震带东部平原区地震的孕发提供了良好的构造环境.     

雷琼拗陷地壳结构特征

根据1984～1985年在雷琼地区完成、长约210 km的白延—江洪深地震测深资料,应用有限差分法、时间项法反演和二维非均匀动力学射线追踪等方法,得到白延—江洪地壳剖面的二维非均匀构造图像.结果显示：琼北及雷州半岛地壳厚约25～26 km,地壳平均速度在琼州海峡南段琼北凸起约616 km·s-1,海峡北段雷琼拗陷区约570 km·s-1;地壳速度偏低,下地壳尤为明显,仅约63～65 km·s-1;结晶基底显示为厚约2～4 km、速度55～60 km·s-1的速度梯度带,Moho界面上、下界面速度分别是65 km·s-1和805 km·s-1的一级速度间断面,没有发现明显的壳幔过渡带.白延—江洪剖面位于雷琼拗陷更新世玄武岩覆盖区,推测地壳厚度减薄以及低速度构造主要反映了该区域自新生代以来一直延续至第四系晚期的多期火山岩浆喷发热地幔对地壳底部的底浸、拆层与地壳仍处于相对温热状态相关.