天山—帕米尔结合带的地壳速度结构及地震活动研究

利用流动地震台阵记录的地震数据，通过地震层析技术反演了天山—帕米尔结合带的P波速度结构，揭示出地壳结构的非均匀特征及其与地震活动的对应关系. 分析结果表明，天山和西昆仑的双向挤压导致塔里木西部边缘地壳严重变形，在山前地区形成基底隆起带，地壳深部则被断裂分割成为若干块体，有的块体可能卷入造山带内部；喀什坳陷地壳深部结构相对完整，变形程度较弱；天山和西昆仑的地壳结构显示出缩短增厚的波速特性，在与塔里木接壤的局部地区，壳幔边界附近存在热物质的侵入迹象. 大部分地震都发生在塔里木西部边缘的壳内高速块体周围，推测块体之间的相互作用和应力调整是导致天山—帕米尔结合带频繁发生地震的主要原因，伽师地震则与构造变形由天山向塔里木内部扩展以及该地区的地壳非均匀结构有关.     

利用长周期面波研究华北地区地壳与上地幔结构的横向非均匀性

本文以太行山为界将华北地区分为东西两部分,东部为河淮块体,西部为鄂尔多斯块体.利用最小二乘法,从混合路径基阶瑞利面波群速度频散提取两块体的纯路径频散,并反演其地壳、上地幔的层状结构.所得结表果明,两块体的面波频散和地壳、上地幔结构存在明显差异.东部的河淮块体地壳较薄,地壳内平均速度比西部的鄂尔多斯块体壳内平均速度约低0.13km/s,壳内20km深度左右出现低速层;而西部的块体壳内速度成层递增,未见低速层出现.两块体上地幔顶部速度均偏低,地幔低速层的埋藏深度基本相同.但西部块体地幔低速层厚,且比东部块体地幔低速层的速度约低0.3km/s.     

利用长周期面波研究华北地区地壳与上地幔结构的横向非均匀性

本文以太行山为界将华北地区分为东西两部分,东部为河淮块体,西部为鄂尔多斯块体.利用最小二乘法,从混合路径基阶瑞利面波群速度频散提取两块体的纯路径频散,并反演其地壳、上地幔的层状结构.所得结表果明,两块体的面波频散和地壳、上地幔结构存在明显差异.东部的河淮块体地壳较薄,地壳内平均速度比西部的鄂尔多斯块体壳内平均速度约低0.13km/s,壳内20km深度左右出现低速层;而西部的块体壳内速度成层递增,未见低速层出现.两块体上地幔顶部速度均偏低,地幔低速层的埋藏深度基本相同.但西部块体地幔低速层厚,且比东部块体地幔低速层的速度约低0.3km/s.     

中国西部及邻区的地壳三维速度结构

用网格频散反演技术计算了155条瑞利面波混合频散数据,将中国大陆分为目前最小分格2°×2°,得到了中国西部及邻区深至80km地壳和上地幔顶部的三维剪切波SV速度结构。结果表明:(1)天山褶皱系地壳平均厚度为54km,上地壳平均速度为3.3km/s,下壳平均速度3.93km/s,上地幔盖层平均速度为4.64km/s,都偏大。北天山壳厚比天山薄,壳和上地幔盖层下均有低速层。(2)塔里木盆地中部地壳厚46km,到其边缘的昆仑山、天山地带壳厚增加到52～55km。壳内无低速层,壳平均速度很低,为3.49km/s,地表有9km的沉积层。(3)青藏高原莫霍面呈凹形,平均壳厚为67km,平均壳速度为3.58km/s。东西端存在壳内低速层,埋深为15～35km。(4)南北带为构造复杂的区域,莫霍面深度具有东高西低,南北两端高、中间低的特点,带内普遍存在壳内低速层。南北带从群速度、速度、莫霍面等深线都可看到明显的横向差异。(5)准噶尔盆地地壳厚47km,无壳内低速层,中地壳不明显。该区呈稳定的大陆壳结构。(6)柴达木盆地在正常速度的中壳顶部有一高速夹层,速度为3.72km/s,厚10km,上顶部埋深14km。     

鲁西地区的地壳结构及壳内近直立高速异常体的发现

长320 km横跨鲁西地区的聊城－连云港宽角反射地震剖面揭示了鲁西地区的地壳结构，上地壳为二层结构，总厚18～20 km，速度5.4～6.2 km/s；下地壳也分为二层结构，总厚度13～15 km，速度6.4～6.7 km/s.Moho深度33～35 km.Pn 速度为7.9 km/s.地壳速度分布在横向上有较大变化，且平均速度为6.2～6.5 km/s，较正常值偏高.研究结果发现地壳内有两个近直立的高速体.从下地壳延伸到上地壳并直达沉积盆地的底部.可能是幔源岩浆大量侵入地壳，使得地壳的局部平均速度增高.近直立的高速体可能是幔源岩桨上涌的通道.鲁西地壳结构的研究对于探讨古地台的裂解与沉陷机制具有一定的意义.     

青藏高原瑞利波相速度与深部结构的横向变化

利用中美合作在青藏高原布设的11台 PASSCAL 宽频带数字地震仪记录到的瑞利面波资料,测得青藏高原内不同块体的瑞利面波相速度(周期为10——120s),并反演了不同路径的地壳上地幔 S 波速度结构,发现青藏高原 S 波速度结构的横向变化显著.亚东——安多裂谷带的面波频散与相邻的块体差异最大,温泉至日喀则路径的相速度比其它路径的相速度明显偏高.该路径的地壳平均速度为3.79km/s,比其它路径的地壳平均速度3.40——3.50km/s高得多.青藏高原内不同块体的地壳中均有低速层存在,但低速层的厚度和速度不尽相同.位于北部的松潘甘孜块体。其地壳较薄约为65km,Sn 速度为4.48km/s,而且在约120km 深处的上地幔中存在一厚度为60km,速度为4.15km/s 的上地幔低速层.其它路径的上地幔速度相近,均没有明显的上地幔低速层出现.羌塘块体与拉萨块体的瑞利波相速度和 S 波速度结构极为相似,上地幔顶部的速度较松潘甘孜块体略高.在青藏高原广大地区中,地壳的平均速度低,普遍存在地壳低速层;上地幔顶部的横波速度为4.50——4.65km/s,上地幔中或者没有低速层或者低速层埋藏较深.      

帕米尔东北侧地壳物性结构及其发震环境探讨

通过对帕米尔东北侧伽师及其周边地区两条深地震测深剖面Ｓ波资料的处理计算，结合Ｐ波研究结果，得到了S波二维地壳速度结构和波速比（vP/vS）分布．研究表明:① 塔里木块体平均地壳波速比明显高于西昆仑和天山褶皱带，显示了坚硬、稳定地壳物性特征．下地壳正常偏低的波速比（泊松比）值，说明塔里木块体的下插是该地区地壳运动的主要特征；② 天山褶皱带上地壳岩层相对较软，易于在应力作用下断裂破碎和应力能量释放，是其小震密集分布的重要构造因素；③ 伽师附近正处在下地壳C界面和壳幔边界的上隆顶部或拐点上，是强震群发生的深部构造背景．上地壳中下部的块体边界附近波速比值的交错变化和接触面复杂形态的存在，形成了伽师强震群出现的特殊构造环境．震源处波速比相对较高，剪切模量较小，可能是伽师强震群应力降偏低的主要原因．      

甘肃东南部地壳速度结构的区域地震波形反演

利用2007年完成扩建的甘肃东南部及邻近地区的24个宽频带固定地震台站记录到的2008年8月1日汶川地震余震的三分量地震全波形资料,采用小生境遗传算法和反射率法结合的波形反演方法,给出了甘肃东南部两个分区的地壳速度模型.西区和东区分别对应青藏高原块体和它与鄂尔多斯块体之间的过渡带,反演给出的平均模型显示,两个区上、中地壳的平均P波速度非常接近,由酸性岩和中性岩组成,下地壳P波速度差别较大,东区为6.41 km/s,西区为6.96 km/s,厚度相差也较大,东区为9.3 km,西区为19.8 km,地壳厚度由西向东减小,分别为54.6 km和47.9 km.显示西区下地壳由基性岩组成,而东区下地壳由中性岩组成,支持研究区内青藏高原东北缘地壳增厚主要发生在下地壳的观点.西区的上地幔顶部P波速度为7.73 km/s,对应年轻的构造活动区,而东区为8.05 km/s,对应稳定的古老地块.东区在上地壳上部存在厚约6.5 km的沉积层,P波速度为5.78 km/s,但是该沉积层在西部缺失.和PREM模型给出的全球平均地壳速度值相比,两个分区的地壳速度值整体偏低.     

巴颜喀拉块体地壳结构多样性探测

青藏高原内部地壳岩性的改造、岩性随深度变化及形变构造是探索研究地壳增厚、物质运动问题的关键.巴颜喀拉块体位于青藏高原中北部,地域广袤,通过对块体内中、东部不同区域的深地震广角反射/折射震相的综合分析,利用反射率理论地震图方法对不同性质震相走时及振幅特征进行细致的模拟计算,进一步研究巴颜喀拉块体内部不同区域地壳精细结构.结果显示:巴颜喀拉块体地壳厚度50~60 km、整体向西逐渐增厚,结晶地壳平均速度6.07~6.18 km·s~(-1)、岩层速度大幅降低,壳内多强反射界面结构、但不同区域差异明显;东部若尔盖盆地地壳介质速度整体低速、壳幔边界较为清晰;中部玉树一玛多段下部地壳发现约6.8 km·s~(-1)的"高速度"介质结构,壳幔边界不清、被改造为2~4 km厚的高速度梯度层,显示了巴颜喀拉块体内部地壳增厚、介质岩性结构被改造的差异性.地壳内部多组强反射、低视速度走时震相揭示了介质岩性的低速破碎、弱化蠕变以及可能的壳内解耦构造.局部地区下地壳的高视速度震相特征显示了青藏高原地壳改造增厚大背景下可能存在稳定的"原始地壳"结构残留或是与上地幔物质的浸入交流.巴颜喀拉块体内不同区域地壳增厚、岩性结构、结晶基底及壳幔边界性质被改造的多样性为深入认识青藏高原地壳形变及动力学过程带来新的启迪.     

四川地区地壳上地幔速度结构的初步研究

本文使用10个工业爆破和154个天然地震,以及四川台网50个台站记录的 P 波组到时等资料,以龙门山断裂和二次大地构造单元分界线为界(图1),得出四川东部盆地和西部高原不同的地壳上地幔平均速度模型.若简单地采用双层地壳模型,则东部地壳厚40-41km,壳下 P 波速度为8.15-8.2km/s,壳内上层平均速度为5.82-5.9km/s,厚18km,下层平均速度为6.47-6.54km/s,厚22-23km;西部地壳厚61-64km,壳下 P 波速度为7.8-7.84km/s,壳内上层平均速度为5.82-5.98km/s,厚27-28.5km,下层平均速度为6.94-7.0km/s,厚34-35.5km.此模型为四川地区走时表提供了依据,也为研究地壳上地幔结构与地震的关系,研究我国大陆地块的构造演化及形成等,提供了有用的约束.      

A study on physical property of crustal ma—terial and seismogenic environment in northeastern Pamir

2-D crustal structure and velocity ratio are obtained by processing S-wave data from two wide-angle reflec-tion/refraction profiles in and around Jiashi in northeastern Pamir,with the result of P-wave data taken into con-sideration.The result shows that:1)Average crustal velocity ratio is obviously higher in Tarim block than in West Kunlun Mts.and Tianshan fold zone,which reflects its crustal physical property of “hardness“and stability.The relatively low but normal velocity ratio(Poisson‘s ratio)of the lower crust indicates that the “downward thrusting“ of Tarim basin is the main feature of crustal movement in this area.2)The rock layer in the upper crust of Tian-shan fold zone is relatively“soft“,which makes it prone to rupture and stress energy release.This is the primary tectonic factor for the concentration of small earthquakes in this area.3)Jiashi is located right over the apex or the inflection point of the updoming lower crustal interface C and the crust-mantle boundary,which is the deep struc-tural background for the occurrence of strong earthquakes.The alternate variation of vp/vs near the block bounda-ries and the complicated configuration of the interfaces in the upper and middle part of the upper crust form a par-ticular structural environment for the Jiashi strong earthquake swarm.vp/vs is comparatively high and shear modulus is low at the focal region,which may be the main reason for the low stress drop of the Jiashi strong earthquake swarm.     

中国境内天山地壳上地幔结构的地震层析成像

根据横跨中国境内天山的库车—奎屯宽频带流动地震台阵和区域地震台网记录的近震和远震P波走时数据，利用地震层析成像方法重建了沿该地震台阵剖面下方400 km深度范围内地壳上地幔的P波速度结构.结果表明：沿新疆库车—奎屯剖面，天山地壳具有明显的横向分块结构，且南、北天山地壳显示了较为强烈的横向变形特征，表明塔里木地块对天山地壳具有强烈的侧向挤压作用；在塔里木和准噶尔地块上地幔顶部有厚度约60～90 km的高速异常体，塔里木—南天山下方的高速异常体产生了较为明显的弯曲变形，而准噶尔—北天山下方的高速异常体向南一直俯冲到中天山南侧边界下方300 km的深度，两者形成了不对称对冲构造；在塔里木和准噶尔地块下方150～400 km深度存在上地幔低速体，其中塔里木地块一侧的上地幔低速物质上涌到南天山地块的下方；在塔里木—南天山200～300 km深度范围的上地幔存在高速异常体，它可能是地幔热物质向上迁移过程融断的塔里木岩石圈的拆离体. 上述结果表明，塔里木地块的俯冲可能涉及整个岩石圈深度，但其前缘仅限于南天山的北缘；青藏高原隆升的远程效应可能不但驱动塔里木岩石圈向北俯冲，同时还造成天山造山带南侧上地幔物质的涌入；天山造山带上地幔广泛存在的低速异常有助于其上地幔的变形，而上地幔物质的强烈非均匀性应有助于推动天山造山带上地幔小尺度地幔对流的形成；根据研究区地壳上地幔速度结构特征推断，新近纪以来天山快速隆升的主要力源来自青藏高原快速隆升的远程效应，相对软弱的上地幔为加速天山造山带的变形和隆升创造了必要条件.     

新疆天山地区壳幔S波速度结构特征及变形分析

天山地区地质构造复杂，地震活动频繁，其壳幔变形和深部结构一直受到学者们的高度关注.然而，由于天山地区地震台站资料较少，致使壳幔变形研究结果与解释存在诸多争议.本研究利用在天山地区（40°N-46°N，78°E-92°E）新布设的11个流动宽频带地震台站和该地区39个固定台站的观测资料，采用接收函数与面波联合反演方法，获得了研究区地壳厚度及壳幔S波速度结构.反演结果显示天山地区（41.5°N-44°N，78°E-88°E）平均地壳厚度为56 km，塔里木盆地（40°N-41.5°N，79°E-90°E）、准噶尔盆地（44°N-46°N，82°E-90°E）和吐鲁番盆地（42°N-43°N，88°E-90°E）具有较厚的沉积层，地壳平均厚度为43 km、53 km和46 km，整体表现为天山厚、盆地相对较薄的特征；在研究区南天山的最高峰（42°N，80.5°E）及北天山的最高峰（43.5°N，86°E）附近，中下地壳存在较厚的低速层，我们认为在强烈挤压作用下低速、低强度的中下地壳强烈变形可能是导致该区域快速隆升的主要原因.在研究区中部，位于塔里木盆地与准噶尔盆地之间的天山地区，中下地壳及上地幔均存在低速层，且盆地莫霍面向天山倾斜明显.结合前人的研究成果推测，在南北向构造挤压应力作用下，塔里木盆地与准噶尔盆地发生了向天山造山带方向的双向壳幔层间插入俯冲.在研究区东部，塔里木盆地东北缘与天山东部接触带的地壳内没有明显的低速层，推测应处在早期挤压变形状态，该区域的壳幔边界为缓变的速度梯度带，可能与上地幔热物质侵入或渗透有关.     

阿尔泰-阿尔金地学断面地壳结构

根据阿尔泰—阿尔金地学断面的地震纵、横波资料,建立了地壳速度及泊松比结构. 测区的地壳具有明显的三分结构特征,其纵波速度自上而下依次为6.0～6.3km/s、6.3～6.6km/s及6.9～7.0km/s;阿尔泰南缘的地壳最厚,为56km,准噶尔盆地的地壳最薄,为46km,大部分地区的地壳厚度为50km 左右. 准噶尔盆地与天山之间上地幔顶部的纵波速度为7.7～7.8km/s ;阿尔泰南缘及塔里木盆地上地幔顶部的纵波速度较高,为7.9～8.0km/s. 测线南部,包括东天山及塔里木东缘,自地表至30km深处的地壳纵波速度低,泊松比为0.25,表明上地壳主要为石英及花岗质成分;而测线北部(包括阿尔泰及准噶尔盆地)的中、上地壳则呈现较高的泊松比（0.26～0.27）,可能为基性地壳的体现. 厚15～30km的下地壳纵波速度（6.9～7.0km/s）较高,泊松比为0.26～0.28,可能以镁铁质的麻粒岩成分为主. 位于天山及其南侧地壳中部的低速层（VP=5.9km/s, σ=0.25）则可能为晚古生代的构造热事件中的花岗质侵入岩.     

中国中部的地壳及上地幔构造

本文利用中国数字地震台网的资料,对昆仑山—柴达木盆地—秦岭—大别山纬向构造带的地壳及上地幔构造进行了研究。沿这一构造带沉积层平均厚度为8km,剪切波速度β=2.62km/s,壳内平均速度较低,为3.5km/s左右,在下地壳还存在低速层。地壳平均厚度为48km,自东而西相差不很大。上地慢低速层在70—90km深处开始出现。这种构造特征有别于地台和高原,具有块体间的过渡性质,表明这是中国地壳块体中的一个独立构造单元。     

3-D velocity images of the crust and upper mantle of the Tianshan area

（胥颐，朱介寿，刘志坚，张华卿，朱燕）３－ＤｖｅｌｏｃｉｔｙｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅｃｒｕｓｔａｎｄｕｐｐｅｒｍａｎｔｌｅｏｆｔｈｅＴｉａｎｓｈａｎａｒｅａ￥ＹｉＸＵ；Ｊｉｅ－ＳｈｏｕＺＨＵ；Ｚｈｉ－ＪｉａｎＬＩＵ；Ｈｕａ－ＱｉｎｇＺＨＡＮＧａｎｄＹａ...     

基于噪声面波直接反演法研究天山中段地壳S波速度结构

天山造山带是新生代以来复活隆升的陆内造山带，强烈的地震活动性使得理解和认识天山造山带深部结构及盆山耦合关系尤为重要。文章中使用天山造山带及邻区(40°～49°N,79°～93°E)85个台站2017—2019年的背景噪声资料，结合背景噪声互相关方法获得了6～52 s瑞利波相速度频散曲线，利用基于射线追踪的面波直接反演法对天山中段地壳三维S波速度结构及盆山耦合关系进行研究。结果显示：地壳浅层S波速度分布与构造单元中沉积层厚度相关，塔里木盆地北缘、准噶尔盆地南缘表现为低速，天山造山带表现为高速；到了中下地壳，天山造山带下方存在被高速异常包裹的低速体；莫霍面附近，天山造山带表现出相对低速；准噶尔盆地南缘和天山造山带的地壳厚度分别在45～50 km、50～62 km之间，沿南北向，天山造山带莫霍面呈现较为宽缓的形态；在82°～86.5°E之间，塔里木盆地和准噶尔盆地向天山下方双向俯冲，86.5°～88°E之间，准噶尔盆地向天山南向俯冲，由西向东，不同盆山耦合关系揭示了新生代以来天山中段不同区域构造运动差异，为进一步探讨造山动力过程提供参考。     

1906年新疆玛纳斯大震区的多层次逆冲构造与深部结构

通过对天山北麓 190 6年玛纳斯 7 7级地震区的浅层地震探测资料、石油地震反射剖面、二维电性结构剖面、深地震反射剖面的研究 ,发现玛纳斯地震区多层次活动构造系统的根带 ,它通过脆 -韧转换带与天山活动构造块体内上地壳中的低速、高导层连为一体。低速、高导层可能是天山地壳内正在活动的韧性剪切带 ,而齐古逆断裂 -褶皱带下的脆 -韧转换带是连接深部活动韧性剪切带与地壳浅部脆性破裂的枢纽 ,也是现今孕育和发生大地震的重要构造部位。 190 6年玛纳斯地震发生在脆韧转换带的底部 ,地震区的活动逆断裂和褶皱只是部分记录了深部韧性剪切带活动的信息     

Shear wave velocity structure of the crust and upper mantle underneath the Tianshan orogenic belt

From April, 2003 to September, 2004, a passive broadband seismic array consisting of 60 stations was deployed over the Tianshan orogenic belt by State Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Institute of Geology, China Earthquake Administration. Among them, 51 stations make up an about 500-km-long profile across the Tianshan Mountains from Kuytun to Kuqa. The receiver function profile and S-wave velocity structure of the crust and upper mantle down to 100 km deep are obtained by using the re-ceiver function method (Liu et al. 1996, 2000). The main results can be summarized as follows: (1) A clear mountain root does not exist beneath the Tianshan Mountains, and the crust-mantle boundaries underneath the stations mostly have transitional structures. This implies that the material differentia-tion between the crust and mantle is not yet accomplished and the orogenic process is still going on. (2) The crust beneath the Tianshan Mountains has laterally blocked structures in direction perpendicular to the mountain strike, and the crust-mantle boundary has a clear dislocation structure. Both of them correspond to each other. (3) The offsets of the Moho discontinuity are highly correlated to the tectonic borders on the surface and that corresponding to the frontal southern Tianshan fault reaches to 14 km. This manifests that large vertical divergent movement took place between different blocks. This sup-ports the discontinuous model of the Tianshan orogeny, and the Tarim block subduction is restricted only to the southern side of the South Tianshan. (4) Inside the upper and middle crust of the Tianshan Mountains exist several low-velocity bodies correlated with high seismicity located on the moun-tain-basin jointures on both sides of the mountain and between different blocks, and the low-velocity bodies on the mountain-basin jointures are inclined obviously to the mountain. This implies that the low-velocity bodies may be correlated closely to the thrust and subduction of the basins on both sides of the mountain, the splicing of adjacent blocks and the fast uplift of the Tianshan Mountains.