中国大陆及其邻近地区的地震层析成象

本文利用中国地震台网及ISC提供的区域地震和远震的P波走时数据,重建了中国大陆及其邻近地区的三维速度图象。 主要结果是:1.本文给出的速度图象揭示了中国大陆及其邻近地区的地壳和上地幔速度存在明显的横向不均匀性,这种不均匀性甚至在下地幔的1100km深度还依然存在。上地幔的速度图象同地表已知的地质构造特征的相关性可以追踪到110km,从220km以下很难找到它们之间的明显关系。2.45^-0km和45⁺⁰km深度处的速度图象明显地表示出中国大陆的地壳厚度可以102.5°E附近为界分为两部分:其东部地壳薄,厚度都小于45km;西部有一条自若尔盖-松潘（34°N,102.5°E附近）向西北沿38°N往西至塔里木盆地南缘的分界线;其南部除滇西南之外,整个青藏高原的地壳厚度都大于45km;其北部除天山山脉之外,地壳厚度一般不大于45km.3.110km深度处的速度图象表明,速度异常呈块状分布。同中国大地构造分区略图比较之后发现,其中,扬子准地台和塔里木地台对应于高速区,中朝准地台则大都表现为低速异常;华南褶皱系为低速区,青藏地块南缘喜马拉雅和冈底斯念青唐古拉褶皱系则表现为高速异常。4.220km深度处的速度图象表明,中国大陆相当多的地区软流层有明显的显示。5.同45_⁰km和45⁺⁰km的速度图象一样,400km和600km的速度图     

云南及其邻近地区三维速度图象

利用地震层析成象法重建了云南及其邻近地区地壳、上地幔三维速度结构图象,成象结果表明:(1)地壳上部的速度图象与地表已知的地质特征明显相关,康滇地轴显著高速,形成了一个接近地表的高速岩体;文山州低速,速度约为5.40km/s.(2)地壳下部在北纬26-31,东经100-104长条带内有低速层存在,四川盆地的地壳比50km(?) 要浅.(3)层析成象结果不仅揭示了研究区域速度的横向不均匀性,也可以从地壳底部的速度图象大致看出红河断裂带的走向,沿红河断裂带两侧速度差异很大.(4)腾冲地区从25-110km 里有一低速柱,这可能是地幔玄武岩上涌造成的.(5)研究区域地壳厚度的轮廓大致是西边厚、东南薄.(6)从地壳底部的速度图象发现,5级以上的大部分地震都发生在速度梯度较大的地方,特别是高速、低速的过渡地区,低速区地震很少.(7)在450km 处,介质的横向不均匀性仍然很明显.      

云南及其邻近地区三维速度图象

利用地震层析成象法重建了云南及其邻近地区地壳、上地幔三维速度结构图象,成象结果表明:(1)地壳上部的速度图象与地表已知的地质特征明显相关,康滇地轴显著高速,形成了一个接近地表的高速岩体;文山州低速,速度约为5.40km/s.(2)地壳下部在北纬26-31°,东经100-104°长条带内有低速层存在,四川盆地的地壳比50km(?) 要浅.(3)层析成象结果不仅揭示了研究区域速度的横向不均匀性,也可以从地壳底部的速度图象大致看出红河断裂带的走向,沿红河断裂带两侧速度差异很大.(4)腾冲地区从25-110km 里有一低速柱,这可能是地幔玄武岩上涌造成的.(5)研究区域地壳厚度的轮廓大致是西边厚、东南薄.(6)从地壳底部的速度图象发现,5级以上的大部分地震都发生在速度梯度较大的地方,特别是高速、低速的过渡地区,低速区地震很少.(7)在450km 处,介质的横向不均匀性仍然很明显.     

南北地震带岩石圈S波速度结构面波层析成像

本文利用天然地震面波记录和层析成像方法,研究了南北地震带及邻近区域的岩石圈S波速度结构和各向异性特征.结果表明南北地震带的东边界不但是地壳厚度剧变带,也是地壳速度的显著分界.其西侧中下地壳的S波速度显著低于东侧,强震大多发生在低速区内部和边界.青藏高原东缘中下地壳速度显著低于正常大陆地壳,在松潘甘孜地块和川滇地块西部大约25～45 km深度存在壳内低速层;这些低速特征与高原主体的低速区相连,有利于下地壳物质的侧向流动.地壳的各向异性图像与下地壳流动模式相符,即下地壳物质绕喜马拉雅东构造结运动,东向的运动遇到扬子坚硬地壳阻挡而变为向南和向北东的运动.面波层析成像结果支持青藏高原地壳运动的下地壳流动模型.南北地震带的岩石圈厚度与其东侧的扬子和鄂尔多斯地块相似但速度较低.川滇西部地块上地幔顶部(莫霍面至88 km左右)异常低速;松潘甘孜地块上地幔盖层中有低速夹层(约90～130 km深度).岩石圈上地幔的速度分布图像与地壳显著不同,在高原主体与川滇之间存在北北东向高速带,可能会阻挡地幔物质的东向运动.上地幔各向异性较弱且与地壳的分布图像显然不同.因此青藏高原岩石圈地幔的构造运动具有与地壳不同的模式,软弱的下地壳提供了壳幔运动解耦的条件.     

体波波形反演对青藏高原上地幔速度结构的研究

采用波形反演方法对青藏高原地区震中距8°-38°范围内的宽频带炸波波形进行拟合,研究该地区上地幔平均速度结构以及上地幔纵、横波速度的横向不均匀性结果表明青藏高原地区的平均地壳厚度约为68km,上地幔盖层平均厚度约为30－40km,速度约为8.10km／s雅鲁藏布江附近地壳厚度最大,约80km,相应的上地幔Pn速度为8．15km／s左右,青藏高原中部地区的地壳平均厚度约68-70km．位于拉萨地块北部的羌塘地块S波速度相对较低,其地壳和上地慢的平均S波速度分别比拉萨地块低1％和2％以上34°N以北,90°E附近的区域存在明显的上地幔P波低速异常区,P波的平均速度小于7．8km／s据此结果及前人工作,推断印度板块的俯冲可能以雅鲁藏布江缝合带附近为界,青藏高原巨大的地壳厚度是由于欧亚板块碰撞造成地壳缩短与增厚引起.     

华北地区的地震层面成象

本文根据华北地区（东经110.5°-123.0°,北纬30.5°-41.5°）1981-1984年间7520条P波到时资料,利用正交投影法重建了该区的地壳和上地幔的三维速度结构,应用数字图象处理技术获得了不同深度（横切片）的速度图象。层面成象的结果表明:1.华北地区的地震波速度存在明显的横向不均匀性。2.华北地区的大地震几乎都发生在高速、低速区的过渡带上。3.深度为14km的层面速度图象与熟知的地质构造非常相似;深度为75km的层面速度图象存在三个明显的低速区,它们分别位于郯庐断裂带、太行山前断裂带和山西断陷带,这一结果有利于关于上述地区为大陆裂谷带的认识。 本文在获得三维速度图象的同时,还重新确定了该区的129个地震的震源位置。     

青藏高原中东部地壳和上地幔顶部P波层析成像

为获取青藏高原中东部地壳和上地幔顶部的精细结构,本文基于1万4 484条天然地震的P波（Pg和Pn）到时数据,对青藏高原中东部地壳和上地幔顶部进行P波三维速度结构层析成像,获取了该区域内地壳P波、上地幔顶部Pn波的速度结构和地壳厚度信息。层析成像结果显示,青藏高原中东部地壳P波速度范围为5.2—7.2 km/s,上地幔顶部Pn波速度范围为7.7—8.4 km/s,地壳厚度范围为48.0—68.6 km,地壳和上地幔顶部存在强烈的横向不均匀性,与地质块体分布有较好的对应关系。地壳P波速度结构显示,研究区中、下地壳分布有较大范围的低速区,上地壳与中下地壳P波分布存在明显的差异:羌塘地块和巴颜喀拉地块在上地壳主要表现为高速异常,随着深度增加逐渐表现为低速异常;而柴达木地块在上地壳主要表现为低速异常,下地壳则表现为高速异常;柴达木地块和拉萨地块在上地幔顶部表现为较高的Pn波速度,最高约为8.4 km/s,而在巴颜喀拉地块和羌塘地块东部,Pn波总体上表现为低速,最低约为7.7 km/s。研究区内地壳厚度的总体特征表现为南厚北薄,其中羌塘地块东部和拉萨地块的地壳较厚,而柴达木地块和巴颜喀拉地块东部的地壳相对较薄,羌塘地块西部存在局部的地壳变薄现象,反映了印度板块对欧亚板块北向俯冲作用下的岩石圈变形特征。      

华南地块及其邻区Rayleigh波相速度层析成像研究

基于华南地块及其邻区609个宽频带地震台站2010~2012年的垂直分量连续波形记录,通过波形互相关和叠加计算得到各台站对间的经验格林函数.采用时频分析法提取出大量高质量的Rayleigh波相速度频散曲线,并反演得到了研究区周期6~50s的Rayleigh波相速度分布图像.结果显示周期6~10s的相速度分布与地壳中上部地质特征一致性较好,区域内的主要盆地和一些小尺度地堑和盆地呈现低速异常,造山带和褶皱带则呈现高相速度分布特征;周期20~30s的相速度分布以太行山-武陵山重力梯度带和地壳厚度突变带为界,西部地区主要表现为低速异常,东部地区则整体表现为高速异常,其中秦岭-大别造山带以南的华南地块东部相对以北的华北地块东部而言具有相对更高的相速度,可能与中生代以来华北克拉通和华南地块的构造演化存在差异有关;周期40~50s的相速度分布主要与下地壳和上地幔速度结构的横向变化有关,青藏高原东部因地壳厚度较厚表现为显著的低速异常,华北平原东南部和华南沿海地区表现为相对的高低速相间分布,四川盆地、鄂尔多斯盆地南部表现为显著高速异常,体现这两个块体稳定的上地幔岩石圈特征.从不同周期的相速度分布来看,华南地块西边界南段在云南东部及附近地区,相速度分布与当前的块体边界划分不太相符,仍需要深入研究.四川盆地相速度随着周期的增加存在"整体低速-盆地中部向外渐变高速-整体高速"的分布特点,反映了该盆地中部结晶基底和上地幔的高速.位于华北地块的鄂尔多斯盆地南部中上地壳存在一定程度的非均匀性,下地壳-上地幔顶部可能存在高速异常体.秦岭-大别造山带中段和位于桂东南的广西加里东期花岗岩分布区域在一定的周期范围存在显著高速异常体,其形成机理有待进一步分析.     

四川地区的地震层析成像

由四川地震台网的P波数据所进行的层析成像研究得到了该区地壳及上地幔速度图像的新信息(结果表明:1.20^-km深度处的速度图像与地表构造特征密切有关,反映了地壳的岩性分布,呈现为断块结构;龙门山、鲜水河主要断裂及南北构造带和四川盆地清晰地成像在图上.一直被认为是隐伏存在的华蓥山断裂则鲜明地展现在20-85km深度的速度图像上.2.50±km深度处的速度图像则反映了该区的莫霍面深度明显起伏;四川盆地、徽（县）成（县）盆地和汉中盆地的地壳厚度小于50km,上地幔顶部速度约8.1km/s.龙门山以104°E为界,北段地壳厚度与四川盆地一样,中南段与川西相近.康滇地轴为四川地区地壳由东向西增厚的过渡地带.3.岩石层厚度显著变化,扬子准地台为比较活动的褶皱区,具有较厚的岩石层.4.速度结构与地震活动性存在一定的联系,该区1930年以来M≥6.0的强震震中在20^-km深度（上地壳）上的投影大都分布在速度梯度带上,成条带分布.考虑到强震的余震区大都偏高速体一侧,似乎表明,高速体有高于周围介质的剪切强度,它可能起沿断裂带凹凸体的作用.强震震中在50⁺km深度（上地幔顶部）上的投影几乎都分布在低速区及其边缘,那里壳幔间速度呈过渡关系,是软流层顶部较浅地区.     

欧亚大陆地震面波层析成像(摘要)

本文介绍了利用宽频带瑞雷波和勒夫波频散对欧亚大陆的地壳和上地幔进行层析成像系统研究的结果。多数周期的分辨率为 5°～ 7 5°。解释结果表明 ,塔里木盆地、四川盆地以及西藏高原的地壳显示低速异常 ;以乌拉尔山脉为界的东欧地台和西伯利亚地盾之下有延伸到上地幔的大陆根 ,它们以高速异常为特征 ,在几个较小的地盾或岩石圈地块之下也是高速异常的上地幔 ,如波罗的海地盾、塔里木地块、哈萨克地台、印度地盾、华南地块等。亚洲大陆东部边缘的上地幔具有突出的低速异常特征 ,西藏北部的上地幔是低速异常区。欧亚大陆地震面波层析成像(摘要)@Michael H.Ritzwoller @Anatoli L.Levshin     

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。     

应用层析成像技术研究华北地壳速度结构

利用华北地区１６９个地震台站记录的１９８４￣１９９５年的１６９６个地震的Ｐ波到时资料,重建了华北地区地壳三维速度图像,不同深度的速度图像表明：地壳中地震波速度的横向不均匀性显著,上地壳的速度分布与地有已知构造特征相联系;太行山山前断裂带是切割到地壳底部的深断裂带,２５ｋｍ深度普遍存在速度间断面;地壳底部起伏明显;强震孕育发生与其周围介质的不均匀性和土地幔的隆起或凹陷密切相关。     

南北地震带北段的地壳速度结构及其构造启示

收集和拾取了“中国地震科学台阵”探测项目在南北地震带北段布设的680个流动地震台站和中国地震台网217个固定台站所记录的地震事件的P波和S波初至到时,通过层析成像研究获得了南北地震带北段水平网格间距为0.33°×0.33°的地壳P波和S波速度分布。结果显示:在30 km深度上青藏高原东北部表现为显著的整体性低速异常,低速异常区向南延伸至龙门山断裂,以106°E为界线将秦岭造山带分为西侧的低速异常和东侧的高速异常,并沿银川—河套地堑向东北展布,向北穿过河西走廊,在阿拉善地块表现为低速异常,这可能暗示了青藏高原向东的扩展被较为坚固的四川盆地和秦岭造山带阻挡,而向北的扩展可能影响到了河西走廊至阿拉善地块,并沿银川—河套地堑影响到鄂尔多斯西北缘;在50 km深度上,阿拉善地块、祁连造山带东段显示高速异常,有可能是阿拉善地块向祁连东段下方俯冲所致。研究区内大部分地震分布在P波和S波高低速异常相间及速度剧烈变化的地区,M≥6.0强震几乎全部投影在30 km深度的低速异常区域内,说明强震发生的背景可能与地震源区下方的低速区有关。      

The crust and upper mantle structure beneath southern Italy by earthquakes and DSS data

This paper describes a travel—time analysis performed for the Italian seismic stations, in particular those operating in southern Italy, in order to study the crust and upper mantle properties in the region. Average P-wave residuals of teleseisms in the distance range 30°–95° with respect to Jeffreys-Bullen tables, at thirteen permanent and temporary stations of southern Italy, are coherent with a high velocity zone beneath Calabria and northern Sicily and low velocity material in the mantle beneath the Eolian Islands. Travel—time residuals from Tyrrhenian intermediate earthquakes show a high velocity structure which extends in a NW direction from a depth of at least 200 km down to 450 km.A damped least-squares inversion applied to DSS data confirms the existence of low velocity zones in the crust beneath the Eolian Islands, at 8–12 km depth, that agrees with previous results and with the lack of S waves from local earthquakes.Publication No. 193, Progetto Finalizzato Geodinamica, CNR-Roma.     

Seismic tomography beneath the orogenic belts and adjacent basins of northwestern China

Three-dimensional velocity images of the crust and upper mantle beneath orogenic belts and adjacent basins of the northwestern continent of China are reconstructed by seismic tomography, based on arrival data of P wave recorded in seismic networks in Xinjiang, Qinghai, Gansu of China and Kyrgyzstan. The velocity images of upper crust demonstrate the tectonic framework on the ground surface. High velocities are observed beneath orogenic belts, and low velocities are observed in the basins and depressions that are obviously related to unconsolidated sediments. The velocity image in mid-crust maintains the above features, and in addition low velocities appear in some earthquake regions and a low velocity boundary separates the western Tianshan Mts. from eastern Tianshan Mts. The orogenic belts and the northern Tibetan plateau have a Moho depth over 50 km, whereas the depths of the Moho in basins and depressions are smaller than 50 km. The velocity images of upper mantle clearly reveal the colliding relationship and location of deep boundaries of the continental blocks in northwestern China, indicating a weakness of the upper mantle structure of orogenic belts. The top depth of upper mantle asthenosphere varies from place to place. It seems shallower under the northern Tibetan plateau, Altay and Qilian Mts., and deeper under the Tarim and Tianshan regions. Hot mantle probably rose to the bottom of some orogenic belts along tectonic boundaries when continental blocks collided to each other. Therefore their dynamic features are closely correlated to the formation and evolution of orogenic belts in northwestern China.