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．     

华北克拉通东部地壳和上地幔结构的接收函数研究

利用北京大学和早期中国科学院地质与地球物理研究所在华北克拉通东部地区布设的共34台宽频带地震仪记录的远震体波资料,获取P波接收函数和S波接收函数,再分别通过偏移成像和共转换点叠加(CCP)和倾斜叠加得到了华北克拉通东部横跨郯庐断裂带地区沿剖面的地壳和上地幔速度间断面分布.研究结果表明,鲁西隆起下方的莫霍面的深度要比华北盆地和青岛地区浅约5 km,形成类似屋顶状的莫霍面隆起.郯庐断裂带和聊考断裂带下方的莫霍面有明显的错断.岩石圈与软流圈的分界面(以下简称LAB)的深度从太行山山前的约100 km深度上升到鲁西隆起下方约60 km深,向东在青岛地区下方LAB深度进一步变浅.我们利用倾斜叠加计算台站下方波速比得到地壳内的泊松比变化,结果显示鲁西隆起泊松比值分布相对均匀,而青岛地区内泊松比变化剧烈,可能反应了该地区作为苏鲁大别超高压变质带的北缘经历了较为复杂的地质演化过程.     

大别造山带地壳结构反演及其动力学意义

大别造山带是全球最大的碰撞造山带之一,三叠纪时期,扬子板块深俯冲至地幔的200km处,经历了超高压变质作用。白垩纪早期,该造山带发生了强烈的伸展和垮塌,以及大规模的后造山地幔源岩浆侵入和火山活动。本研究收集了大别造山带及其邻区(29°~34°N、114°~119°E)的震相资料,采用双差层析成像技术,对大别造山带地壳结构进行反演,研究地壳结构与后造山地幔源岩浆侵入和火山活动之间的关系。结果显示,大别造山带中上地壳存在低速结构,该低速结构可能是熔融的幔源侵入物质,由于俯冲板片断裂,或下地壳/岩石圈发生拆沉,导致软流圈物质上涌至地壳底部、侵入地壳中,形成大别造山带地壳中的低速结构;同时,合肥盆地显示为低速区,可能是受浅部沉积层影响。研究中横切大别山的4条剖面显示,该地区下方存在北向倾斜高速结构,该高速结构可能是襄樊-广济断层,或者是扬子板块向华北板块下方俯冲的遗迹。     

利用远震接收函数研究黄海周边地区的地壳上地幔结构

利用宽频带流动台站(YSBSN)记录的远震波形数据和远震接收函数方法,反演了黄海东、西两侧地壳上地幔的S波速度结构.结果表明,莫霍面深度在30~38 km之间变化,位于中方一侧的JNN台下方地壳厚度最大,可以归因于华北板块和扬子板块的碰撞;韩方一侧的地壳厚度自北向南逐渐变厚,但仍然难以厘定朝鲜半岛南部潜在碰撞带的位置,这些问题的解决需要更大范围的流动台站观测.由于部分台站位于巨厚的沉积层和多孔的火山岩之上,与浅部构造的相关性使得接收函数表现出较大振幅的混响,从而影响了来自深部结构的转换震相.     

大别造山带上部地壳结构的有限差分层析成像

将有限差分层析反演方法用于大别造山带人工地震测深剖面上部地壳初至波的走时层析成像，得到这一剖面上部地壳横向不均匀结构图像表明，在南大别地区的超高压变质带发现榴辉岩相岩石，其下方3km深度以内的基底仍具有大陆地壳构造中正常的结晶基底速度（6．00km／s左右）；北大别地区在整个上地壳保持正常的速度，而在超高压带下方3km深度以下为6．20-630km／s的相对高速异常区，这一现象可能与超高压变质岩的含量增大有关．同时还表明，南大别和北大别之间至少在上地壳已有明显差异，它们之间的水吼一五河断裂可能是大别造山带内部的主要构造分界线．     

阴山造山带及鄂尔多斯盆地北部地区上地壳的地震波属性结构及岩性推断

通过对跨越阴山造山带及鄂尔多斯块体北部的长剖面进行人工源宽角反射/折射地震探测,采集了地震记录中sg震相的走时,并进行了反演,求得了沿剖面辖区的上地壳S波速度结构模型.同时利用P波和S波速度结构求取了剖面沿线上地壳中泊松比的分布.根据所得到的地震波场属性与结构,结合该区已有的地质研究成果和钻孔信息,推断了剖面沿线不同构...     

大别造山带的地壳结构研究

介绍横穿大别造山带的深地震测深剖面的地壳P波速度结构和密度结构.地表高程最大的岳西至晓天之间存在约5km厚的山根,在晓天-磨子潭断裂下方莫霍界面达4.5km垂直错断表征三叠纪碰撞的古缝合线,在超高压带3km深度以下的相对高速异常区,可能与含量较高的超高压变质岩有关.     

大兴安岭造山带及两侧盆地的地壳速度结构

内蒙新巴尔虎左旗-黑龙江齐齐哈尔深地震测深剖面长630 km,跨越海拉尔盆地、大兴安岭造山带和松辽盆地.本文根据沿测线爆破地震的9炮记录截面图中,5个震相的到时资料,结合地震记录中的振幅信息,确定了沿剖面的二维纵波地壳速度结构,海拉尔盆地的地壳厚度为39.0~41.0 km,大兴安岭造山带西侧莫霍面深度为38.5~43.5 km.东侧的莫霍面深度为34.5~36.4 km.松辽盆地的莫霍面深度为32.4~36.2km.整个地壳形态东浅西深,松辽盆地最浅的莫霍面深度为32.4 km,大兴安岭西侧最深的莫霍面深度为43.5 km.最后讨论了本区的深部特征和盆山结构关系.     

芦山强震区上地壳速度和泊松比分布特征及其动力学意义

龙门山断裂带南段芦山地区先后发生了2013年芦山M_S7.0和2022年芦山M_S6.1地震,2次强震的孕育发生与所在区域深、浅地震构造环境、地壳物性结构参数密切相关。研究该区地壳浅部物性结构特征及其与深部动力学过程的映射关系对认识该区的孕震环境具有重要意义。因此,文中利用金川—芦山—乐山深地震测深剖面资料的P波、 S波初至波走时数据,采用二维射线追踪走时反演方法获取了沿剖面上地壳的精细P波、 S波速度和泊松比值。结果显示：剖面西北段松潘-甘孜块体的上地壳具有高P波、 S波速度和低泊松比的特征,而东南段的四川盆地上地壳具有低P波、 S波速度和高泊松比的特征。在松潘-甘孜块体和四川盆地之间的龙门山构造带,上地壳P波、 S波速度和泊松比等值线形态受区域构造活动控制,与地层产状基本一致,呈近直立趋势展布。龙门山构造带下方沉积基底表现出明显的结构差异,且速度和泊松比等值线形成“V”形特征。龙门山断裂带的上地壳速度、泊松比横向变化梯度大,可能是印度板块和欧亚板块碰撞的远程效应使得青藏高原东缘低泊松比地壳向坚硬的扬子地台(高泊松比)挤压,进而产生地壳垂向变形...     

中国大陆下扬子及邻区地壳结构基本特征:深地震测深研究综述

系统回顾了20世纪70年代以来在中国大陆下扬子及其邻区开展的深地震测深工程,总结了相关宽角反射/折射地震资料的波组特征及地壳结构的基本特征。下扬子及邻区深地震测深资料普遍具有较清晰的初至震波Pg、上地壳底界面反射波P1、中地壳底界面反射波P3、莫霍界面反射波Pm及上地幔顶部首波Pn,震相连续,易追踪对比。受浅表沉积盖层或基岩等的影响,Pg波常出现局部延迟滞后或走时超前现象。尤其是大别造山带个别炮点的反射能量较弱或同相轴扭曲、波形紊乱等,均与地壳内界面和莫霍面的深度突变或破碎有关。该区域地壳结构大致分为上、中、下3层,但视资料情况中地壳和下地壳又可进一步划分为2个亚层。华北地台和扬子地台地壳厚度30~36km,莫霍界面形态变化较缓,存在局部隆起,下地壳平均速度6.7±0.3km/s。但大别造山带下方地壳厚度32~41km,莫霍界面下凹且出现4~7km垂向错断,下地壳平均速度6.8±0.2km/s。     

藏北地壳东西向结构与“下凹”莫霍面——来自宽角反射剖面的启示

根据藏北色林错-雅安多510余公里长地震剖面上纵横波特征所识别的来自于莫霍反射及壳内反射震相,通过正演拟合解释了该纵剖面地壳纵横波速度与Poisson比结构.研究结果显示,雅鲁藏布江与班公湖-怒江两条缝合带之间地壳结构东西向变化剧烈,岩石圈结构在剖面中部厚度最深,达到80余公里;莫霍面东西向变化呈现“下凹”特征,自莫霍面“下凹”处沿剖面东西方向呈阶梯状抬升,且西向抬升速度较东向大;地壳内纵横波速度纵向（深度域）与横向（东西方向）均存在非均一性现象,且上地壳内27～34km深度处存在厚度约5～7km的低速层.上地壳内,剖面中段介质的Poisson比较剖面东段与剖面西段的低;下地壳内,剖面东段的Poisson比较剖面西段的Poisson比低.上地壳内介质的刚性变化特征不同于下地壳内介质的刚性变化特征,剖面东段下地壳内物质较剖面西段的刚度小,并蕴含着藏北地区下地壳物质伴随欧亚与印度板块碰撞而东向流动.藏北地区地壳结构东西向变化趋势与莫霍面“下凹”特征可能源于多期构造作用的叠加效应.     

榴辉岩的泊松比及其对造山带下地壳拆沉作用的指示

对大别-苏鲁超高压变质带榴辉岩的实验测定以及前人的实验结果表明, 水化作用将明显增加榴辉岩的泊松比, 新鲜未退变榴辉岩(H₂O⁺ < 1.0%)的平均泊松比为0.24~0.25, 该值与实验和理论计算结果相一致, 而明显低于前人给出的榴辉岩平均泊松比(0.27±0.02). 未退变榴辉岩的泊松比显著低于下地壳镁铁质麻粒岩, 也低于上地幔橄榄岩. 大别超高压带、青藏高原和安第斯山脉现今下地壳和上地幔的泊松比均大于0.26, 加之它们均具有正常的上地幔V_p值, 表明由于拆沉作用榴辉岩在这些俯冲-碰撞造山带下地壳和上地幔已不存在或不是重要组成. 榴辉岩从形成至拆沉是在<15 Ma的十分短暂时间内完成的.     

大别山超高压变质带地壳结构及其构造意义

根据大别山深地震测深剖面的资料,取得了大别山地区的地壳结构模型．二维地壳结构显示了碰撞造山带的特征和超高压变质带的深部地球物理证据．地壳上部的三维速度结构表明:在2 km深度上速度分布与地表的地质构造明显相关,在5～10 km深度上超高压变质带显示相对高速．布格重力异常的观测资料显示大别山地区有较大范围的负异常．在由上部地壳引起的布格重力异常中,超高压变质带则为正异常区．由于在地震剖面的二维地壳模型中,造山带的山根仅有4～5 km厚,且上地幔顶部的速度横向变化不明显,因此可以认为,观测与计算的布格重力异常不一致的原因主要来自地壳,至少在中上地壳内应产生负布格重力异常．超高压变质带中地壳内的物质密度应比周围地区低．这一较低密度的物质与扬子地壳向北俯冲到100 km以下的深度,然后返回地壳的碰撞过程有关．      

深度震相sSmS特征及其在震源深度确定中的应用

通过一系列理论地震图模拟,研究了莫霍面超临界反射深度震相sSmS的特征,分析了影响该震相的各种因素。结果表明,SmS和sSmS属于高频波,一般情况下在高频段(1Hz左右)可被清晰地观测到;而在更长周期的地震图上,SmS和sSmS的强度比S波或者S多次波弱,不易辨认;地壳结构复杂地区且震源深度较浅时,sSmS震相也不容易被观测到。本文以2011年6月20日腾冲MS5.2地震为研究实例,利用sSmS深度震相确定其震源深度为6km,与其它方法所得结果一致。在利用深度震相测定震源深度的研究中,sSmS震相可以作为震源深度精确测定的手段之一。     

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。     

江苏及邻区地壳上地幔结构研究

根据江苏及邻区大地构造单元和人工地震研究程度的不同,划分为下扬子地区、郯庐断裂带、大别山东段、苏鲁地块等地区,介绍了利用人工地震、天然地震层析成像及其它地球物理探测等方法对这一地区的深部构造研究结果。其中下扬子地区莫霍面的深度为28~33 km,横向不均匀,由西向东逐渐减薄;大别—苏鲁地区地表超高压变质带地壳波速特征主要表现在上地壳顶部的高速层,其厚度一般小于10 km;苏鲁地块地壳厚度约在32~33 km之间,明显高于周边地区;大别山地区沿造山带方向莫霍面变化平缓,地壳厚度33 km左右;横穿造山带方向起伏变化较大,莫霍面最深达41 km左右。天然层析成像研究范围大,分辨率较低。大别苏鲁地区人工地震测深工作较深入,但调查范围较小,主要在浅层,认识相对局部,有待于面上的大范围深部结构图像研究。     

地球物理综合观测揭示秦岭—桐柏—大别复合造山带地壳及上地幔结构

秦岭—桐柏—大别复合造山带(以下称为秦岭大别造山带)属于中国中央造山带的一部分,由华北克拉通与扬子克拉通汇聚形成.对于秦岭大别造山带及其周缘地区的研究,可以为这一大陆碰撞造山带的形成与演化过程提供重要信息.本文整合研究区域的接收函数与背景噪声数据,采用H-κ叠加分析、接收函数与背景噪声联合反演、克希霍夫偏移成像等方法,得到了沿秦岭东西方向具有高分辨率的地壳及上地幔结构.研究结果显示:(1)莫霍面深度由西向东逐步抬升,由剖面西侧最深约55 km上升至剖面东侧最浅约30 km;莫霍面于东西秦岭之间起伏明显;桐柏以及东大别下方莫霍面局部加深.(2)西秦岭中下地壳观测到的高速异常阻隔了青藏高原东北缘地壳低速异常的向东扩张,反映了青藏高原东北缘的中下地壳流没有通过西秦岭继续向东流动.(3)西秦岭岩石圈地幔顶部高速异常延伸至100 km深度(剖面底部),桐柏—西大别岩石圈地幔顶部高速延伸至70 km深度,东大别、东秦岭岩石圈地幔顶部未见较大深度范围的高速异常.     

鄂尔多斯块体及周边区域地壳结构的接收函数研究

鄂尔多斯块体及周边区域的深部构造研究对于了解华北克拉通与其周边地带形成、发展和克拉通破坏具有怎样的壳、幔结构和深层动力学过程具有重要的意义.本文利用北京大学和中国地震局在华北克拉通西部地区布设的共32台宽频带地震仪记录的远震体波资料,组成一条近南北向的观测剖面,由北至南依次穿过阴山造山带、河套盆地、鄂尔多斯块体、渭河盆地、秦岭造山带和大巴山系.计算各台站的P波接收函数,利用倾斜叠加(H-κ)方法得到了研究区域地壳厚度和泊松比;利用Kirchhoff偏移成像方法得到了研究区域下方Moho面的形态.研究结果表明,阴山造山带地壳厚度为42~44km,地壳结构稳定,泊松比约为0.27,推测该区域的造山运动是深部物质上涌导致.河套盆地内Moho面抬升,可认为是岩石圈物质上涌导致.鄂尔多斯块体内平均地壳厚度41.2km,泊松比0.27,Moho面从北至南平缓有平缓抬升的趋势,从最北端的43.5km到最南端的39km.鄂尔多斯块体北部在20km深度处存在低速层,块体内部36°N~37°N区域内出现Moho面小规模下沉,这对鄂尔多斯块体地壳结构单一、完整、未遭到破坏的观点提出了挑战.渭河盆地内Moho面隆起,最浅达到30km,推测是青藏高原地壳上地幔物质向东挤出并上涌所造成的.秦岭造山带地壳厚度约38.5km,Moho面平稳.位于扬子板块北缘的大巴山系地壳厚度达到54.5km,明显大于华北克拉通的地壳厚度.     

利用远震P波接收函数研究漾濞MS6.4地震孕震环境

2021年5月21日我国云南省大理州漾濞县发生了MS6.4级破坏性地震,该地震的深部孕震环境研究对理解其成因极为重要.本文利用滇西北地区 68个密集地震台站记录的远震波形数据,提取 P波接收函数,采用两步反演法和Bootstrap重采样统计技术,获取了滇西北地区精细的地壳上地幔 80 km深度范围内的 S波速度结构.结合前期所得地壳厚度与泊松比分布情况分析认为:滇西北地区地壳 S波速度结构在横向上和垂向上都具有强烈的非均匀性,浅表约有4 km厚的低速沉积层,中上地壳呈高低速相间分布特征;20～40 km深度范围内存在低速层,分布在维西—乔后—巍山断裂与红河断裂两侧.从横向上看,漾濞地震发生在维西—乔后—巍山断裂西侧的高低速过渡地区和泊松比高梯度带上.从垂直剖面上看,漾濞地震发生在中下地壳具有明显低速层、而上覆为相对高速的脆性地壳中,震源区地壳内存在的低速体为此次漾濞地震提供了可能的孕震环境.滇西北地区的中下地壳低速层被断层限制在特定的区域内,且该地区存在莫霍面隆起中心、非常高的泊松比值(＞0.3)以及上地幔低速异常,考虑到高热流、地幔高导层隆起、温泉幔源特征等综合分析推测低速体可能与地幔热物质上涌有关.     

腾冲火山地热区地壳结构的地震学研究

根据腾冲火山地热区实施的人工地震测深剖面资料 ,用有限差分反演和正向走时拟合方法确定了地壳二维 P波速度结构 .地壳模型显示 ,在腾冲的热海热田附近上地壳存在低速异常体 ,它与火山地热活动可能有关 .测线的二维地壳结构上显示出两条地壳断裂 :龙陵—瑞丽断裂和腾冲断裂 ,其中腾冲断裂可能切穿莫霍界面 .同时 ,根据远震波形资料反演腾冲热海热田地区的 S波速度结构 ,也显示出该地区上地壳存在 S波的低速异常 .本文从深部结构方面探讨腾冲火山的成因 .腾冲火山地热区地壳具有低 P波和 S波速度、低电阻率、高热流值和低 Q值 ,以及上地幔也具有低 P波速度的特点 .由此推测地壳内岩浆来源于上地幔 ,腾冲附近地区存在的上地壳低速度异常可与岩浆的分异作用相联系 .与地球上大多数的活动火山一样 ,腾冲火山位于移动板块之间的边界附近 ,属于“板块边界”火山