中国大陆岩石圈壳幔韧性剪切带系统

众多地震测深剖面的地质构造解析显示,大陆岩石圈存在既有显著差异又有密切联系的两套断裂系统,即以地壳表层脆性剪切带为主的浅层断裂系统和以切割莫霍界面的壳幔韧性剪切带为主的深部断裂系统。根据地震测深速度结构特征,结合深部构造岩石地球化学的综合研究,将切割莫霍界面或壳幔过渡带的壳幔韧性剪切带划分为三类(俯冲带、缝合带和剪切带)五型(大陆岩石圈边缘海沟俯冲带、大陆岩石圈碰撞缝合带、挤压型壳幔韧性剪切带、伸展型壳幔韧性剪切带和走滑型壳幔韧性剪切带)。建立起中国大陆岩石圈构造变形由地壳表层向深部扩展以及由壳幔过渡带向地壳中上部扩展的岩石圈双向扩展模式。壳幔韧性剪切带既是无机成因天然气等深部流体的通道,又是地震活动区的发震构造之一,因此研究大陆岩石圈壳幔韧性剪切带具有重要学术价值和实际意义。     

随县-西安剖面地壳结构的初步研究

本文对随县-西安测线的地震测深资料进行了初步分析,讨论了该剖面地壳内主要界面的震相特征。通过对观测走时的分层反演及综合反演,得到三层的地壳模型。地壳的平均速度为6.33km/s,厚度约34km,上地幔顶部的速度为8.10km/s。下地壳是由高速及低速层交替构成,高速层的速度为7.39km/s。构制了主要界面的剖面起伏图,并进行了讨论。     

中国及邻区瑞利面波高分辨率层析成像及其地球动力学意义

用分布于欧亚大陆及西太平洋地区106个宽频带数字地震台站约2万多个长周期波形记录,挑选出沿10600条大圆路径传播的瑞利面波,采用频散分析及波形拟合反演方法,对中国及相邻地区地壳上地幔进行高分辨率三维层析成像。瑞利面波高分辨率速度成像表明,从上地壳到70km深,在东亚东部及西太平洋边缘海地区均为高速分布,西部以青藏高原为中心呈极低速分布。从100～250km深,在东亚东部及西太平洋边缘海,自北向南显示出一条宽2500～4000km,长约8000km的巨型低速异常带。在深度300～400km的平面图上,速度差异幅度不大,塔里木—扬子地块仍然显示为高速分布。东西两部分岩石圈与软流圈的结构有着巨大的差异。西部主要是印度板块与欧亚板块碰撞引起的岩石圈汇聚增厚区,东部则主要是由于软流圈上涌(地幔热物质上升)引起的岩石圈拉张减薄区。古新世印度与欧亚大陆的碰撞汇聚,岩石圈板片以低角度下插到青藏高原之下,引起高原隆起和地壳增厚,西部地区成为岩石圈汇聚区。中生代中晚期东亚大陆东缘岩石圈解体,软流圈物质上涌,岩石圈减薄张裂,形成巨型低速带,并演化为东亚裂谷系。现今的西太平洋边缘海、沟弧盆体系是新生代中晚期太平洋板块、澳大利亚板块与欧亚板块相互作用形成的。     

东亚及西太平洋边缘海高分辨率面波层析成像

根据欧亚大陆及西太平洋地区58个数字地震台站约12000个长周期波形记录,挑选出4100条面波大圆传播路径,采用面波频散及波形拟合反演方法,对东亚及西太平洋边缘海地区(60°E-160°E,20°S-60°N)的地壳上地幔进行了高分辨率三维S波速度成像. 结果表明,从上地壳到70km深,在东亚东部及西太平洋边缘海地区为高速分布,西部以青藏高原为中心呈极低速分布. 自地中海经土耳其、伊朗、喜马拉雅山到缅甸、印尼群岛的特提斯汇聚碰撞带,显示为低速异常链. 从85km至250km深,在东亚东部及西太平洋边缘海,自北向南显示出一条巨型低速异常带,西部地区为高速异常分布.以东经110°E为界,东西两部分岩石圈、软流圈的结构与深部动力过程有着巨大的差异. 此界线以西主要是印度板块与欧亚板块碰撞引起的岩石圈汇聚增厚区,东部则主要是由于软流圈上涌(地幔热物质上升)引起的岩石圈拉张减薄区.     

东亚西太平洋巨型裂谷体系岩石圈与软流圈结构及动力学

笔者根据地震面波层析成像结果，对欧亚大陆及西太平洋岩石圈和软流圈速度结构进行了研究，发现东亚至西太平洋间存在一巨型低速异常带，结合构造地质学、地幔岩石学、地球化学及其他地球物理特性的研究，确认该区存在巨型裂谷体系。该巨型裂谷体系的岩石圈和软流圈三维Vs速度结构与太平洋洋中脊、大西洋洋中脊和印度洋洋中脊及其邻区的岩石圈和软流圈地震Vs速度结构十分相似，而与东太平洋边缘现代板块俯冲带的岩石圈与软流圈Vs速度结构有显著差异。在进一步论述该区动力学特征后认为，该巨型裂谷体系是中生代中晚期以来岩石圈整体主动伸展变形，大型裂陷盆地形成，岩石圈强烈拆沉减薄，以及软流圈物质上涌加热引起的。边缘海是在大陆裂谷系形成基础上发展起来的，主导扩张期为中渐新世至中中新世（32－13Ma），这些边缘海在17－15Ma后停止扩张，因而未能将所有边缘海和洋中脊联通。据此划分出4期构造变形动力学演化阶段，现今东亚至西太平洋间大陆裂谷、边缘海与沟弧体系是新生代中晚期以来，邻区各板块构造相互作用叠加的结果。     

中国及邻近陆海地区软流圈三维结构及其与岩石圈的相互作用

通过中国及邻近陆海地区天然地震面波层析成像三维Vs速度结构的系统地质构造解析,笔者论述了中国及邻近陆海地区软流圈三维结构特征,发现该区软流圈内既有高速块体,又有低速异常体,显示软流圈内存在纵向与横向上的不均匀性,研究软流圈内低速异常体三维几何结构表明,南海低速异常体呈复蘑菇状,结合地幔体波层析成像研究显示,南海地区存在巨型复蘑菇状地幔低速柱头。笔者还探讨了软流圈对岩石圈结构的影响及其相互作用问题。     

重力异常与武当山推覆体

利用二维重力正演拟合的方法，导出湖北武当山地区地下地层的可能分布，认为该地区是老地层覆盖在新地层之上，从而佐证了推覆体的存在。同时还得出：在川陕鄂地区的地壳中普遍存在低密度体，该低密度体可能是麻粒岩受压后折出自由水发生破碎所致。     

东亚地幔流动速度研究

用高分辨率地震体波速度成像以及相关的地球物理资料,计算地幔垂直和切向流动形式及流动速度,得到东亚及西太平洋大体分为3个区域物质流动大致方式:东亚边缘裂谷系和西太平洋边缘海为下部会聚上部扩散的地幔上升流,尤其对于南海来说,大致勾勒出南海地区构造特征——从上到下的大体结构可能是上部呈“工”字型结构、中间为圆柱型、底部呈发散形的地幔上升流;西伯利亚地幔物质上部会聚下部扩散的“人”字型下降流;青藏高原—缅甸—印度尼西亚特提斯俯冲带上部会聚下部扩散的“人”字型地幔下降流。东亚西太平洋分为3个区域地幔对流与地表的西太平洋构造域、古亚洲构造域和特提斯构造域相吻合。东亚中部的物质在地幔深部无明显流动趋势。地幔上升流起源于核幔边界,主要表现在下地幔和上地幔下部,到上地幔顶部和地表与现代热点位置符合。地幔垂直流动速度每年1～4cm,切向速度为每年1～10cm。     

华南地区岩石圈三维结构类型与演化动力学

从地球层块结构研究思路出发,对华南及邻区天然地震面波层析成像进行系统地构造解析,发现岩石圈中下部存在形态各异,大小不等的高速块体,结合地质学、地球化学、其它地球物理学标志等多学科综合研究,将其称为幔块构造。研究显示高速块体或幔块构造是华南地区岩石圈构造格局和岩石圈表层构造变形最基本条件之一。首次建立起华南地区岩石圈三种三维几何结构样式:克拉通陆根状结构、造山带楔状结构和碎块状结构,以及岩石圈三类构造演化类型:克拉通型岩石圈、增厚型岩石圈和减薄型岩石圈(弱减薄型岩石圈及强减薄型岩石圈)。本文在论述华南岩石圈三维结构构造类型基本特征基础上,首次探讨了华南地区软流圈三维结构以及该区岩石圈演化动力学特征。     

Three dimensional shear wave velocity structure of crust and upper mantle in South China Sea and its adjacent regions by surface waveform inversion

IntroductionHistorically, surface waves provided much of our understanding of the lateral heterogeneity in the crust and the upper mantle, especially in oceans or desert areas. Traditional method utilizes the great circle theorem for surface waves. It assumed that surface wave propagates along the great circle connecting epicenter with station. Firstly, traditional surface wave analysis was carried out by using multi-frequency-filter dispersion analysis to acquire the group or phase velocity d…