大别造山带西段宽频带数字地震台阵观测与地壳上地幔结构

2001年5～11月,在大别造山带西段的新县、红安地区（31 °20～3°50′N,114°30′-115°E）架设了宽频带数字地震流动台阵．采用接收函数方法对台阵记录的高质量远震P波数据进行反演,获得了大别造山带西段的S波速度剖面和地壳上地幔精细结构．研究结果显示,研究区的地壳厚度整体上较薄,约为32～38km,莫霍面自南向北倾斜．在台阵北缘对应桐城一桐柏剪切带处,莫霍面发生错断,断距达到4-6km,显示桐城．桐柏剪切带为早中生代扬子板块与华北板块碰撞的古缝合带的南界．在上地幔顶部存在向北倾斜东西向延伸的s波低速带,显示出大别山造山带与毗邻华北块体之间的拼合关系．在台阵南部下地壳底部存在高速体,这可能和拆沉作用以后,发生大规模拉张作用相伴随的幔源基性岩浆在下地壳下部的底侵作用有关．     

秦岭─大别造山带及其南北缘地震层析成像

利用秦岭─大别造山带及其毗邻地区３１０个地震台站记录到的区域地震２３６００条Ｐ波到时数据，重建了该区地壳和上地幔三维速度图像。结果表明：１．秦岭─大别造山带及其毗邻地区地壳和上地幔存在显著的横向不均匀性，直至１１０ｋｍ深度处依然明显。２．地壳上部的速度图像与地表地质构造密切相关：造山带隆起区显著高速；盆地及坳陷区明显低速。由速度鲜明对比勾勒出的秦岭─大别造山带南界基本上位于扬子北缘主边断裂带上。３．中地壳的速度图像表明，造山带内部的一些低速区对应于一些大型推覆构造。４．４０＋０ｋｍ深度处的速度图像反映了该区莫霍界面深度的起伏。大致以１０７°Ｅ为界，以东地区地壳厚度小于４０ｋｍ，以西地区大于４０ｋｍ，且呈现出往西地壳逐渐加厚的趋势。５．位于滦川、商县、丹凤的北秦岭构造带，上地幔顶部出现低速异常，异常速度值约为７．３９-７．５５ｋｍ／ｓ。结合地球物理测深的结果，可能是由下地壳、上地幔顶部的热过程所致。     

秦岭─大别造山带及其南北缘地震层析成像

利用秦岭─大别造山带及其毗邻地区３１０个地震台站记录到的区域地震２３６００条Ｐ波到时数据，重建了该区地壳和上地幔三维速度图像。结果表明：１．秦岭─大别造山带及其毗邻地区地壳和上地幔存在显著的横向不均匀性，直至１１０ｋｍ深度处依然明显。２．地壳上部的速度图像与地表地质构造密切相关：造山带隆起区显著高速；盆地及坳陷区明显低速。由速度鲜明对比勾勒出的秦岭─大别造山带南界基本上位于扬子北缘主边断裂带上。３．中地壳的速度图像表明，造山带内部的一些低速区对应于一些大型推覆构造。４．４０＋０ｋｍ深度处的速度图像反映了该区莫霍界面深度的起伏。大致以１０７°Ｅ为界，以东地区地壳厚度小于４０ｋｍ，以西地区大于４０ｋｍ，且呈现出往西地壳逐渐加厚的趋势。５．位于滦川、商县、丹凤的北秦岭构造带，上地幔顶部出现低速异常，异常速度值约为７．３９—７．５５ｋｍ／ｓ。结合地球物理测深的结果，可能是由下地壳、上地幔顶部的热过程所致。     

西昆仑造山带下岩石圈地幔速度结构

在已完成的新疆地学断面研究计划实施中曾在西昆仑山前布置了14个宽频带地震台站.利用记录到的远震P波初至和层析成像方法，研究了西昆仑造山带下的岩石圈地幔结构特征.在已有地震学证据基础上，层析成像结果显示，西昆仑造山带下的高速岩石圈地幔可能是印度岩石圈地幔的俯冲前缘.沿东经80°深度剖面图像显示，在西昆仑造山带下的150～300km处，高速异常的岩石圈地幔前锋与低速异常的塔里木块体岩石圈地幔发生了面对面碰撞.     

秦岭造山带的东西向地壳速度结构特征

跨越东、西秦岭造山带的深地震测深剖面沿近东-西向布设长约560km.沿测线采用6个1.5~2.0吨的爆炸震源激发地震波,使用260套数字地震仪接收,取得了较高质量的地震资料.通过资料分析和处理,识别出沉积层及结晶基底的折射波(Pg)、上地壳底面的反射波(P2)、中地壳底面的反射波(P3)、下地壳内的反射波(P4)、莫霍面的反射波(Pm)和首波(Pn)六个震相.采用地震动力学射线方法(seis88)得到的地壳速度结构表明:(1)在秦岭造山带内反射界面起伏剧烈,西部在略阳-勉县以西明显抬升,断差约3~4km.东部在旬阳-白河县以东呈斜坡状抬升,总体特征呈中间深,两侧浅的态势.东部的速度大于西部,速度差为0.02~0.05km/s.(2)上地壳在略阳-白河县段、中地壳在西乡东-白河县段的速度等值线明显起伏上隆,说明在深度25km之上的区域速度极不均匀,地表上略阳、西乡东对应于勉-略缝合带、大巴山弧的位置.下地壳的速度等值线变化形态与反射界面形态基本一致.(3)莫霍面与地表高程呈镜像,深度为42~54km,地壳平均速度较大为6.44~6.48km/s.东、西秦岭的地壳厚度变化较大,分界位置大致在勉县-略阳和西乡东-石泉西.勉略带以西为西秦岭造山带,莫霍面深度为52~54km,最深处在略阳-勉县地区为54km.西乡东-石泉西以东为东秦岭造山带,莫霍面深度为42~49km,西乡-石泉附近为49~49.5km,安康附近为44.7km,最浅处在十堰附近为42km.东、西秦岭造山带之间是扬子板块的北部边缘带,莫霍面深度为48~49km.莫霍面整体形态呈现起伏的向西倾斜台阶式的增深特点,东西深度相差10~12km.(4)勉-略缝合带以西的地壳增厚,可能是由青藏高原隆升及向东北缘的扩张引起的.总之,沿秦岭造山带的东-西方向的地壳结构比较复杂,它不同于板块碰撞作用形成的盆山结构.莫霍面首波(Pn)在210km之后出现,速度为7.85~8.0km/s.     

背景噪声和地震面波联合反演渭河盆地 及邻区壳幔S波速度结构

利用陕西及邻区测震台网和中国地震科学台阵探测项目共257个宽频带台站记录的连续波形与远震数据,采用基于射线追踪的面波频散直接反演方法获得了渭河盆地及邻区地壳上地幔顶部S波速度结构,成像结果显示:1)渭河盆地顶部形成于新生代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,低速带延深至约25km深处,莫霍面相对两侧突变上隆,上地幔高速体侵入下地壳,可能与中—新生代上地幔基性-超基性铁镁质物质底侵有关。2)南鄂尔多斯块体地壳浅层东薄西厚的低速结构可能与块体遭受的整体掀斜、差异性抬升和强烈而不均匀的剥蚀有关。壳内不存在明显的低速异常,说明壳内低速体并没有贯穿整个鄂尔多斯地块,鄂尔多斯南段仍保留着稳定克拉通属性,至今还未遭受明显改造。3)秦岭造山带东、西深部结构存在差异,具有分段特征。造山带下地壳底部的低速异常,可能与造山带受青藏高原东北缘隆升和向外扩展等构造活动的影响有关,分析认为秦岭造山带存在青藏高原物质E流的下地壳流通道的可能性不大。     

基于融合重力异常的大别造山带东段莫霍面反演研究

利用实测布格异常和EGM2008重力异常融合结果,采用频率域位场反演方法计算大别造山带东段莫霍面三维空间分布,结合区域地质构造和地震活动等资料讨论大别造山带东段莫霍面分布特征及其构造含义等。研究结果显示:①莫霍面空间分布体现了块体构造差异,大别造山带莫霍面最深,最大深度达42km,显示东大别造山带存在明显山根,扬子地块深度次之,华北地块最浅;郯庐断裂带及其东侧区域存在莫霍面上隆带;②大别造山带北侧和南侧莫霍面陡变带分别位于青山—晓天断裂附近和襄樊—广济断裂以北,体现华北地块和扬子地块向大别造山带之下俯冲的构造特征,指示了深部构造缝合带位置;莫霍面深度特征表明郯庐断裂带区域构造边界带属性明显,其切割深度至少达到壳幔边界,大别造山带商城—麻城断裂两侧经历了差异隆升;③研究区域绝大多数地震发生在莫霍面以上深度,莫霍面深度陡变带、上隆带及不同莫霍面深度特征区的转换带为区域地震活动提供了深部构造条件。     

可可西里岩石圈向北俯冲到柴达木地幔的地震学证据

利用中美德INDEPTH IV合作项目2007—2009年间布置于青藏高原中、北部140个宽频地震台站记录到的天然地震数据,经过接收函数成像处理,获得了3条穿过昆仑—阿尼玛卿缝合带清晰的壳幔结构图像.结果显示柴达木南缘莫霍面位于约50 km深度,羌塘地块、可可西里地块、东昆仑造山带莫霍面位于约65 km深度,昆仑—阿尼玛卿缝合带以北约50 km存在莫霍面深度突变.在可可西里和柴达木岩石圈地幔之间观测到北倾界面,这可能是可可西里岩石圈向北俯冲到柴达木地幔之下的证据.可可西里地块地壳内宽缓的负转换震相带是低速带的反映,其向北挤入到东昆仑山下发生挤压增厚,可能是东昆仑山隆升的原因;由于刚性柴达木岩石圈的阻挡,物质向东改向,则可能是该地区向东旋转的构造应力场产生的原因.本文研究结果不支持亚洲岩石圈地幔在东昆仑—柴达木交界处向南俯冲,据此,我们提出了新的东昆仑造山模式.     

青藏高原东北缘噪声层析成像研究

利用青海、甘肃和宁夏3个区域地震台网两年的波形数据，通过地动噪声层析成像方法给出了青藏高原东北缘8—40 s的瑞雷面波二维群速度结构和三维地壳上地幔顶部的剪切波速度结构。研究结果显示，相比传统的面波层析成像方法，噪声层析成像给出的短周期面波信息能够较好地约束地壳和上地幔顶部结构。8 s和10 s周期的群速度图像与沉积层和基底结晶深度有关，具体而言:祁连山和西秦岭造山带表现为高速体特征，柴达木盆地、河西走廊和鄂尔多斯西缘表现为低速特征；周期为15 s和20 s的瑞雷面波群速度图像反映的是中地壳结构，15 s周期群速度图像上造山带下方高速体向北和向东方向扩展，20 s周期群速度图像呈现大范围低速体，推测为中下地壳低速层影响所致；30 s和40 s周期的群速度图像反映的是莫霍面深度附近的速度结构，具体表现为青藏高原大范围的低速体，向北和向东逐渐表现为高速体，说明青藏高原的莫霍面深度较深，且向北和向东逐渐减薄。另外，三维剪切波速度结构显示祁连地块和甘孜地块中地壳存在大范围低速层，且由柴达木盆地东侧深部的低速层连接，该低速层可能是青藏高原物质北移的一个通道。      

大别造山带壳幔界面的断错结构和壳内低速体

2001年4月~2002年3月, 北起河南兰考附近的崔林(34°40′N, 114°49′E), 南到江西大冶附近的大箕铺(30°20′N, 115°03′E), 横跨大别造山带, 布设了总长度约500 km, 由34台宽频带流动地震仪组成的二维地震台阵观测剖面. 台站采用不等间距布设. 在大别造山带范围内, 台站间距为3~8 km, 其他地区为15~20 km. 利用台阵记录的远震P波波形数据和接收函数方法, 获得了横穿大别造山带的接收函数剖面和各台站下方100 km深度范围内地壳上地幔的Ｓ波速度结构. 研究结果表明: 大别造山带地壳在垂直山体走向的方向上具有明显的非对称分块结构; 地壳最大厚度为42 km; 壳幔界面具有与地壳分块结构相应的断错结构, 最大断距达到8 km; 在造山带核部, 存在壳内横波低速体; 壳内低速体分为两部分, 分别对应南大别和北大别; 在垂向上两者可能曾有差异运动; 其下方地壳速度具有随深度增加的梯度结构, 上地幔顶部直到70 km深度范围内速度异常偏低, 而其下方70~100 km的深度上有高速异常体.