根据接收函数反演得到的首都圈地壳上地幔三维S波速度结构

利用2002~2003年中国地震局地质研究所台阵实验室以唐山大震区为中心布设的40个流动宽频带地震台站和首都圈数字台网的33个宽频带台站的远震数据,采用接收函数非线性反演方法得到其中72个宽频带台站下方60 km深度范围内的S波速度结构.根据得到的各台站下方地壳上地幔的S波速度结构,并综合刘启元等（1997）用接收函数非线性反演方法得到的延怀盆地15个宽频带流动台站下方的地壳上地幔S波速度结构模型,给出了39°N～41°N,114°E~119.5°E区域内沿不同走向、不同深度S波速度分布.由于综合了利用首都圈数字地震台网的宽频带台站以及流动地震台阵的观测数据,本文给出了较前人同类研究空间分辨率更好的结果.结果表明: (1)研究区的速度结构,特别是怀来以东的速度结构十分复杂.在10~20 km深度范围内,研究区地壳具有高速和低速异常块体的交错结构.研究区中上地壳速度结构主要被与张渤地震带大体重合的NW向高速条带和穿越唐山大震区的NE向高速条带所控制,而其中下地壳的速度结构主要为延怀—三河—唐山地区上地幔隆起所控制.(2)研究区内存在若干壳内S波低速体,它们主要分布在唐山,三河及延怀盆地等地区.在这些地区,壳内低速体伴随着壳幔界面的隆起和上地幔顶部速度结构的横向变化.(3)地表断层分布与地壳速度结构分区有较好的相关性,表明断层对不同块体有明显的控制作用.其中,宝坻断裂,香河断裂和唐山断裂均为超壳断裂.(4)首都圈内大地震的分布与壳内低速体及上地幔顶部的速度结构有密切关系.对于唐山大地震的成因,仅考虑板块作用引起的水平应力场是不够的,有必要充分重视由于上地幔变形引起的地壳垂直变形和上地幔物质侵入造成的热效应.     

中国大陆东南缘地震接收函数与地壳和上地幔结构

从2008-2011年,分别在中国大陆东南缘沿海和内陆两条NE向剖面上进行了宽频地震观测,利用记录到的远震波形资料提取得到1446个远震P波接收函数,用H-κ叠加扫描和CCP偏移叠加方法研究了中国大陆东南缘地壳及上地幔过渡带的结构及其变化特征.结合固定台网25个台站的H-κ结果,获得中国大陆东南缘(福建地区)地壳厚度从内陆到沿海逐渐减薄的图像:地壳从闽西北山区的33 km减薄到厦门沿海一带的29 km以下,平均地壳厚度为31.3 km,具有陆地向洋壳过渡的特征;地壳泊松比从内陆到沿海显示出分带特征,闽中西部内陆地区小于0.26,沿海地带高于0.26,且在断裂带的交汇区域表现为相对异常高值.地壳上地幔顶部(0~200 km)的CCP偏移叠加成像结果显示闽江断裂等NW向断裂深切Moho界面,在断裂两侧Moho面急剧抬升或下沉,产状改变,这些特征向内陆地区逐渐变得不明显.闽江等NW向断裂对研究区地壳厚度、地震等有明显控制作用.上地幔尺度(300~700 km)的CCP偏移叠加成像,未见410 km和660 km速度间断面突变和起伏异常,其绝对深度略大于IASP91模型的,上地幔转换带厚度正常(250±5 km),表明中国大陆东南缘上地幔转换带未受欧亚与菲律宾板块碰撞的明显影响,推断中国大陆东南缘及台湾海峡下方不存在俯冲板块,或俯冲前缘未扰动到410 km的深度.     

张家口—渤海地震活动带及其邻区的地壳厚度与泊松比分布

利用山东、 河北、 辽宁、 北京、 天津等区域地震台网记录的远震资料, 采用接收函数H-k叠加搜索方法, 得到了张家口—渤海地震活动带及其邻区99个台站下方的地壳厚度和平均泊松比估计. 研究结果显示: 研究区地壳厚度在30—46 km之间显著变化, 地壳厚度与地表地形相关性很好, 呈现出从隆起区到盆地区逐渐减薄的变化趋势; 研究区地壳泊松比具有明显的分区特点, 燕山地区泊松比偏低可能与该地区克拉通破坏方式以拆沉为主有关, 郯城—庐江断裂带山东段出现的泊松比高低混杂现象可能与该地区火山活动有关, 张家口—渤海地震活动带西段与隆起的交汇地带, 部分台站下方地壳的泊松比值偏高, 可能是断裂带附近岩石比较破碎与岩石部分熔融共同作用的结果. 此外, 位于渤海湾中间岛链上的北隍城台下方地壳较厚, 泊松比较低, 其原因尚待查明.      

鲁西隆起、沂沭断裂带及胶南隆起区域地壳厚度、泊松比分析

利用远震接收函数方法得到鲁西隆起、沂沭断裂带及胶南隆起区域30个宽频带地震台站下方的地壳厚度、泊松比值。结果显示:该区域地壳厚度和泊松比呈现不均一、变化大的特征,其中泰山地区、沂沭断裂带郯城—莒县段及RZH台下方地壳厚度值小、泊松比值高。经分析认为,鲁西隆起地壳厚度薄、泊松比值高的区域与底部地幔物质上涌及热侵蚀作用相关;沂沭断裂带地壳厚度和泊松比具有明显分段的特征,体现在断裂带郯城—莒县段地壳厚度薄、泊松比高;莒县—安丘段与断裂两侧的地壳厚度、泊松比值相近,说明其壳幔相互作用主要体现在郯城—莒县段;胶南隆起地区仅RZH台站下方地壳厚度值低、泊松比值高,结合该区域重力异常梯度带特征,推测大型的北北东向断裂带可能是造成RZH台站下方低地壳厚度值和高泊松比值的原因。     

利用接收函数研究太行山前断裂南部地区地壳厚度

利用太行山前断裂南部地区宽频带数字化地震台站的远震体波记录,采用频率域反褶积方法提取接收函数,由H—Kappa叠加方法反演得到各台站下方地壳厚度和泊松比。结果显示:1该区域地壳厚度分布为西部较厚,东部较薄,莫霍面呈小角度向西倾斜。西部长治盆地地壳厚度40.2 km,东部平原地区地壳较薄,厚度31.8 km,地壳变化落差约9 km;2在太行山与平原交接地带,特别是沿太行山弧形分布的主峰外缘,即一级夷平面和二级夷平面的分界线附近地壳厚度变化较快;3接收函数反演的地壳厚度与人工地震测深结果吻合,太行山隆起区地壳变厚,汤阴地堑地壳变薄,内黄隆起地壳变厚,表明深部莫霍面或上地幔的隆起、凹陷与地面起伏呈镜像对称;4区域内泊松比值变化不大,约0.23—0.27,表明该地区地下介质主要由中酸性岩组成,与较大范围的花岗岩分布有关,石英、长石含量高。     

利用接收函数研究六盘山地区地壳上地幔结构特征

利用六盘山地区宽频带流动地震台阵的远震体波记录,采用接收函数方法研究台阵下方的地壳上地幔结构,并采用接收函数振幅加权叠加方法对这一地区平均地壳厚度和泊松比进行估算.研究结果显示,青藏高原东北缘和鄂尔多斯的接触过渡带接收函数震相复杂,地壳变形强烈,青藏高原东北缘地壳平均厚度约为51.5km,六盘山下方地壳厚度在53.5km,鄂尔多斯西南缘地壳平均厚度约为50km,整个莫霍面呈下凹状.泊松比计算结果显示,六盘山东侧和西侧地壳泊松比值在正常范围内(0.25～0.26),六盘山下方的地壳泊松比值偏高(0.27～0.29),推测与地壳中存在部分熔融.泊松比值的横向变化,指示测线范围地壳物质组成和力学性质存在横向差异,反映在欧亚板块与印度板块碰撞作用影响下青藏高原下地壳物质存在向北东方向的流动.     

首都圈地区SKS波分裂研究r

通过分析首都圈数字地震台网的49个宽频带和甚宽带台站的远震SKS波形资料,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法,求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,获得了首都圈地区上地幔各向异性图象．首都圈地区的各向异性快波方向基本上呈WNW-ESE方向,快、慢波时间延迟为0.56——1.56ｓ．研究表明,首都圈地区上地幔存在明显的各向异性,引起各向异性的主要原因是研究区受太平洋板块俯冲作用下软流圈物质变形,使得上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿物质流动方向．另外,中国大陆受印度板块与欧亚板块的强烈碰撞,大陆西部地壳增厚隆起,同时造成物质东向挤出,使得首都圈地区上地幔物质沿快波方向变形．通过研究区各向异性快波方向和伸展运动方向与GPS测量得到的速度场对比分析,首都圈地区壳幔变形可能具有垂直连贯变形特征．      

基于远震P波接收函数研究江苏地区地壳厚度和泊松比

根据江苏数字地震台网32个宽频带地震台站记录的远震波形资料,使用时间域反褶积的方法提取P波接收函数,由H-K叠加搜索方法反演得到各台站下方的地壳厚度和泊松比。结果表明:①江苏地区地壳厚度整体呈现自东向西增厚趋势,具有明显的空间分布特征,与该区地质构造背景有较好的对应。主要表现为:苏鲁造山带地区地壳厚度高于其周边地区;华北板块的地壳厚度变化比较平缓,主要为32～33 km;下扬子板块地区的地壳厚度变化较大,为27～34 km,位于该区中东部大陆边缘地区的台站下方平均地壳厚度约为28 km。②研究区泊松比为0.22～0.28,受高压和超高压变质岩带影响,苏鲁造山带及周边地区的泊松比较高;下扬子板块的茅东断裂及周边地区的泊松比变化明显,呈高低相间分布,且泊松比高值区及变化明显区与地震活动性具有一定的关系。     

首都圈地区莫霍面起伏及沉积层厚度

利用首都圈数字地震台网宽频带和短周期记录提取了接收函数,用H\|Kappa叠加方法反演得到了台站下方地壳厚度和泊松比.反演结果显示首都圈地区莫霍面的区域构造方向呈北东或北北东向展布,地壳由东南向西北方向逐渐增厚,平均厚度为34 km.地壳泊松比分布呈现出分块的特征,泊松比高值区对应于岩石比较破碎的多条活动断裂带交汇区.而某些地区堆积有较厚的低速松散沉积层,其下的结晶基底介质速度相对较高,因此,该界面造成径向直达P波能量非常弱,而紧随其后的转换波能量较强,称其为首到波峰.通过正演计算,建立首到波峰和直达P波到时差与沉积层厚度的定量关系,从而可根据首到波峰相对于直达P波的时间延迟来快速判定沉积层的大致厚度.     

汶川MS8.0地震：地壳上地幔S波速度结构的初步研究

2008年5月12日我国四川省汶川地区发生了震惊世界的M_S8.0地震.历史上,同类地震在大陆内部极为罕见.该地震深部构造背景的研究对理解其成因极为重要.本文利用中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室在川西地区布设的大规模密集流动宽频带地震台阵记录的远震P波波形数据和接收函数非线性反演方法,得到了沿北纬31°线的19个台站下方120 km深度范围内的S波速度结构及台站下方地壳的平均泊松比.该观测剖面穿越了主震区,总长度约为420 km. 我们的结果揭示了川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地三个不同地块构造差异.上述三个地块的地壳结构特征可以概括为：（1）四川盆地前陆壳幔界面向西侧倾斜并有较为明显的横向变形,地壳厚度存在46～52 km的横向变化,中下地壳S波速度存在横向变化,地壳平均泊松比值较高（0.28～0.31）,但在龙门山断裂带附近,显示了坚硬地壳的特征,地壳平均泊松比仅为0.2;（2）松潘-甘孜地块地壳厚度由西侧靠近鲜水河断裂的60 km,向东减薄为52 km,在14～50 km深度范围内存在S波速度2.75～3.15 km/s的楔状低速区,其厚度由西侧的～30 km向东逐渐减薄为～15 km,相应区域的地壳平均泊松比高达0.29～0.31; （3）鲜水河断裂西侧,川滇地块地壳结构相对简单,地壳厚度为58 km,并在26 km深度存在约10 km厚度的高速层,地壳内平均泊松比约为0.25;（4）汶川大震区在12～23 km深度上具有近乎4.0 km/s的S波高速结构,而其下方的地壳为低速结构,地壳平均泊松比0.31～0.32,汶川大震的余震序列主要分布在高速介质区域内. 本文的结果表明松潘-甘孜地块的地壳相对软弱;而且并不存在四川盆地向西侧的俯冲.我们认为在青藏高原东向挤压的长期作用下,四川盆地强硬地壳的阻挡作用可导致松潘-甘孜地块内部蓄积很大的应变能量以及上、下地壳在壳内低速层顶部边界的解耦,在龙门山断裂带附近形成上地壳的铲形逆冲推覆.汶川大地震及其邻近区域所具有的坚硬上地壳和四川盆地的阻挡作用为低应变率下的高强度应力积累创造了必要条件,而松潘-甘孜地块长期变形积累的高应变能构成了孕育汶川大地震的动力来源.     

利用远震接收函数研究江西省地震台站下方莫霍面深度及泊松比分布

利用三分量远震记录资料,计算获得了江西省13个数字地震台下方的体波接收函数,利用H-kappa叠加方法反演得到这些台站下方的地壳厚度及泊松比。结果表明,研究区域东西向莫霍面起伏平缓,南北向地壳厚度变化稍大,全区域内地壳平均厚度为31 km,最大深度为九江的35 km,最小深度为赣州的28 km。泊松比的分布在研究区内从0.2到0.3之间变化,最大为会昌的0.27,最小为南昌的0.21。赣南各台站泊松比分布明显高于赣北,这可能与该区域地幔组分及地质演化过程有关。     

利用接收函数研究河南及邻区的地壳深部构造特征

本文利用接收函数反演了河南及邻区26个宽频带地震台站下方的地壳厚度和波速比。研究结表明:河南省地壳厚度及泊松比分布与地质构造密切相关。主要表现为:(1)太行山断块,地壳厚度由东向西逐渐递增,地壳深度范围为31.8~40.2km,区域东北部永年台及附近台站泊松比为0.23~0.25,与较大范围的花岗岩分布有关,主要是石英、长石含量高,焦作台、涉县台、浚县台泊松比为0.26~0.27,表明铁镁质和长英质成分含量相当。(2)东部黄淮海平原块地,地壳厚度为28~34km,其中驻马店台、尖山台和浚县台,地壳厚度分别为30.5km、34.9km和31.8km,该地区泊松比变化范围比较稳定,数值在0.24~0.25之间。(3)在秦岭地块断裂活动强烈,卢氏台下方的地壳厚度为38.4km、泊松比为0.23,反映出燕山运动使该地区地壳盖层产生了褶皱台隆和地幔酸性岩浆的侵入活动。南阳盆地北部地壳厚度反演结果为28.8km,泊松比为0.29,泊松比升高,表明以中性、基性岩石为主,地壳岩石中铁镁质成分明显增加,是由于地幔物质深度侵入改变了部分地区的岩石性质。(4)大别山地块位于苏鲁-大别超高压变质带,由大别山北部的商城台向南至大别山地块内的金寨台存在地壳厚度梯度带,地壳厚度从31.8km增加至35.8km,而泊松比由0.27下降到0.24,反映出陆相褶皱带内的逆冲推覆构造的显著特征。     

兴蒙造山带诺敏河火山群地壳厚度与波速比研究

利用布设于兴蒙造山带诺敏河火山群地区的宽频带流动地震台站资料，基于接收函数方法，获取了该地区的地壳厚度与波速比值.研究结果显示，该地区的地壳厚度介于32~38 km，莫霍面深度在空间上分布特征与五大连池为中心的火山带分布具有较好的一致性：沿着火山带延展方向地壳较薄.该地区的波速比介于1.74~1.84，波速比在空间上与地壳厚度变化具有一致性：高波速比主要集中于靠近五大连池火山带地区，向诺敏河火山和小古里河火山延展.研究认为：诺敏河火山与五大连池火山带可能具有相同的岩浆来源，可能与富钾岩石圈地幔拆沉作用造成的地幔热物质上涌有关.研究区地壳厚度与波速比呈现负相关关系，暗示该地区可能发生过岩浆底侵作用.     

利用H-K叠加方法和CCP叠加方法研究中国东北地区地壳结构与泊松比

利用中国东北布设的流动地震台阵（116个）以及国家和区域台网（121个）的宽频带台站记录的824个远震事件,采用P波接收函数CCP叠加和H-K叠加两种方法获得了研究区详尽的地壳厚度图像.研究结果显示,两种方法获得的地壳厚度分布特征具有很好的一致性,中国东北下方地壳厚度存在明显的东西横向差异.重力梯度带西侧和佳木斯地块的台站下方地壳较厚,介于36~41 km之间,而在兴蒙槽地褶带中重力梯度带往东从36 km减薄至34 km左右.松辽盆地北侧、东侧和南侧地壳厚度较薄,为29~34 km,反映了该区复杂的地壳变形过程.CCP剖面显示郯庐断裂深切地壳,敦化—密山断裂下方莫霍面出现错断.H-K叠加得到的地壳平均泊松比显示,东北地区绝大部分台站下方的泊松比值较大,0.24~0.29.长白山、松辽盆地东部、燕山台隆东部和大兴安岭北部,泊松比值达到0.27~0.30,可能有幔源物质上涌,下地壳铁镁组分含量增加.     

利用远震P波接收函数研究中国福建地区地壳厚度和泊松比

地壳厚度和泊松比是反映地壳结构和内部物质组成的重要参数,能够为区域构造和动力学研究提供重要依据.本文基于福建地区分布相对均匀的88个测震台2014—2017年的远震波形数据提取P波接收函数,采用H-κ叠加获得台站下方的地壳厚度和泊松比,并与该地区已有的研究结果进行对比、分析及整合,最终获得了研究区117个观测台站下方的地壳厚度和泊松比,揭示了中国福建地区地壳结构和泊松比变化特征.结果显示:(1)研究区内地壳厚度整体较薄,在27.4~34.3 km之间,平均值为31.4 km.地壳厚度从西北往东南减薄,具有明显条带和块状特征,与地壳主要深大断裂的分布有一定相关性.本文以更为密集的台站结果进一步验证了研究区具有由陆壳向洋壳逐渐减薄的过渡特征,并揭示了地壳新的局部起伏.这也意味着福建地区从内陆到沿海并非线性减薄,存在小尺度横向非均匀性.(2)研究区内泊松比平均值为0.25,范围为0.20~0.30,北部整体偏高,南部整体较低,泊松比分布特征与该区地壳物质组成和矿物含量密切相关.沿海地区泊松比明显高于内陆地区,推测与沿海地区较高的热流值和幔源物质底侵过程有关.(3)地壳厚度与泊松比成负相关,推测在地壳伸展背景下,古太平洋板块俯冲华南大陆,幔源物质进入地壳,在造成莫霍面抬升的同时提高了泊松比.     

首都圈地区横波分裂与地壳应力场特征

利用宽频带流动地震台阵和首都圈固定台网记录到的近震波形数据，研究了首都圈地区（386°N～410°N，〖JP〗1150°E～1197°E）的横波分裂，给出了快波偏振优势方向的场分布，讨论了首都圈地区的应力场特征. 在此基础上，采用二维线弹性有限元数值模拟方法，探讨了断层不均匀滑动对区域构造应力场的影响. 结果表明：（1）首都圈地区的应力场整体特征表现为NE向的背景应力场和受张家口-蓬莱断裂带控制的NW向的局部应力场；（2）在研究区域的西半部分和中部，最大主压应力方向为NE60°～70°，在唐山大震区及其东部区域，最大主压应力方向近WE向；（3）首都圈地区的局部应力场最大主压应力方向比较一致，基本上都与张家口-蓬莱断裂带走向平行，为120°～130°；〖JP2〗（4）首都圈区域内断层的存在及其郴均匀滑动是研究区内出现大量局部应力场的一个重要原因，张家口-〖JP〗蓬莱断裂带对首都圈局部应力场起着重要的控制作用.      

兴蒙造山带阿尔山火山群地壳厚度与波速比研究

利用架设在我国东北地区阿尔山火山区的宽频带流动地震台站记录的远震波形数据,采用P波接收函数H-κ叠加扫描方法,得到了阿尔山火山区的地壳厚度和平均波速比。结果显示:阿尔山地区的地壳厚度范围为33.9—37.9 km,整体呈西北厚东南薄的特点,火山带附近地壳较薄;地壳平均波速比范围为1.73—1.83,主要有柴河镇—明水河镇、伊敏德仁北部和天池镇三处高波速比区。结合前人研究结果推断, 阿尔山火山区薄的地壳和高波速比值可能是由地幔物质上涌、玄武岩浆底侵下地壳所致。      

利用远震接收函数研究华北克拉通北部造山带地壳厚度及泊松比

对2006年10月—2009年9月华北克拉通北部太行山—燕山造山带及相邻区域115套宽频带流动台和6套甚宽频流动台的接收函数数据,使用预测反褶积方法进行处理,消除沉积层的影响;然后利用谐波校正的H-κ-c叠加方法,得到了华北克拉通北部造山带及邻近区域消除地壳S波方位各向异性及倾斜界面影响的地壳厚度及泊松比。研究结果表明,研究区地壳厚度呈现西厚东薄的整体特征,地壳厚度与地形存在高度相关性,且基本符合艾里（Airy）均衡理论。西部陆块泊松比较低,表明其相对稳定,中部造山带和东部陆块的泊松比分布不均匀,可能遭受过复杂的改造过程。结合前人的研究结果,推测怀来—延庆盆地及唐山南部存在地壳部分熔融和上地幔物质的上侵,石家庄北部存在下地壳拆沉,保定—房山一带下地壳拆沉后,受伸展作用影响遭遇地幔物质底侵。不同区域地壳结构的差异性导致了谐波矫正前后研究区地壳厚度及平均泊松比变化的分布不同。