青藏高原东北缘-鄂尔多斯地壳上地幔地震层析成像研究

根据横跨青藏高原东北缘—鄂尔多斯地区的流动宽频带地震台阵和区域地震台网的走时数据,利用地震层析成像方法研究了该地区400km深度范围内地壳上地幔的P波速度结构. 结果表明：青藏高原东北缘—鄂尔多斯地区地壳上地幔结构呈明显的横向不均匀性. 这种不均匀性体现在不同块体之间,同时也存在于块体内部;青藏高原东北缘上地幔P波平均速度低,而鄂尔多斯地块的P波平均速度高,这与两个地块的地质构造活动特征相吻合. 在青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块之间的上地幔存在宽约200km的过渡带,该过渡带在地表的界限在兰州—海原之间,在上地幔表现为向东45°左右的倾斜条带,基本结构特征表现为高速与低速物质的混杂;青藏高原内部的柴达木地块平均速度偏低,而祁连地块的上地幔的平均速度偏高,两者相差约8髎;在泽库、兰州和海原地区的上地幔顶部有明显的低速体侵入特征.     

中亚地区上地幔 P 波速度结构特征探讨

用多重反射 P 波的走时研究了中国西北和中亚地区下部上地幔 P 波的速度结构的横向不均匀特征.其方法为用 WKBJ 法计算出70年代发生于中国大陆地区的7个大地震的 P波和 PP 波的理论地震图,而后求出其与观测波形的 PP 波减 P 波的走时残差.该残差值反映了震中至台站路径中点附近的上地幔速度结构.结果表明:位于苏联中亚地区的俄罗斯高原,图兰高原及西伯利亚高原西部地区下面的上地幔速度结构与加拿大地遁的情况相近;而中国西北部的褶皱带及苏联的中亚褶皱系统,哈萨克褶皱带下面的上地幔的 P 波速度较低.表明上地幔速度结构与地质构造有关.      

从西伯利亚长剖面得到的岩石圈研究结果

过去十年中,在西伯利亚得到的若干条长剖面显示了西伯利亚地台复杂的岩石圈构造。距离可达3000 km的三分量地震观测,使得有可能得到地壳中的P波和S波速度、上地幔的P波速度和Q值以及与反射波、折射波和转换波有关的地震界面,它们的深度可至400—700 km。地壳模型是典型的欧亚古地台模型,平均厚度为40 km,被分为三层,P波速度分别为6.2、6.5、7.0km/s,厚度均为10—15 km。莫霍界面的深度从古老的通古斯凹陷下方的40—50 km至年轻的Vilyui盆地下方变为35—40 km,最复杂的莫霍面结构位于西西伯利亚和西伯利亚地台之间的边界处。上地幔显示了P波速度模型强烈的不均匀性。在深度为80—100 km的上地幔的最上层,水平方向的不均匀性更大,在这里P波速度从年轻的西西伯利亚地台下方的8.0—8.2 km/s至西伯利亚克拉通某些部分的下方变为8.4—8.6 km/s。在对地震记录进行了计算处理以后,利用反射波研究了垂直方向精细的不均匀性。结果勾划出几个厚度为20—50Km的低速层,这些低速层同时还具有低Q值的特点。记录到了来自上地幔和下地幔之间过渡带的强波组。在这个区域,该过渡带的顶部是近乎水平的,其深度是400±25 km,过渡带底部的深度大约为700 km。     

中国东北地区地壳、上地幔速度结构及其对矿产能源形成的控制作用

中国东北地区处于古亚洲洋和滨太平洋构造域叠合部位,地质构造极其复杂.利用东北及华北地区部分台网所接收的近震及远震走时资料获得东北地区地壳与上地幔三维P波速度结构,成像分辨率在80 km左右.成像结果表明东北地区地壳与上地幔具有较强的横向不均匀性.P波速度异常走向大体呈北东向,与该区地表构造走向一致.5 km深度的速度异...     

中国北部及蒙古地区上地幔P波速度结构的研究

利用CDSN以及境外的数字地震台网观测的宽频带体波波形资料,采用体波波形反演方法,对中国北部及蒙古地区的上地幔平均P波速度结构以及部分地区的横向不均匀性特征进行了研究．结果表明,该地区上地幔盖层的P波速度较低(约7.8～8.0 km/s),平均盖层厚度约60 km,在410和665 km附近存在速度跳跃分别为0.29和0.55 km/s左右的速度间断面．准噶尔盆地上地幔顶部P波速度约7.7 km/s．上地幔盖层具有较高的速度梯度(平均速度梯度>0.005 5/s)和较大的厚度(90～100 km),在140 km深处P波速度可达8.2 km/s左右．贝加尔湖附近上地幔盖层的平均P波速度介于8.0～8.05 km/s之间,上地幔盖层厚度约30 km．      

华北地区地壳上地幔P波速度结构

本文利用近震体波资料,研究了华北地区地壳和上地幔P波速度结构。根据华北地区的大地构造特征,分四个区域研究。结果表明,各区之间P波速度结构存在明显差异,在较活动地区壳内和地幔顶部均有低速层存在,而稳定地区则没有,作者认为,这种横向不均匀性和低速层的存在可能是构造活动区的最主要的特征。     

环渤海地区的地震层析成像与地壳上地幔结构

利用环渤海地区的天然地震P波到时资料,采用纬度和经度方向分别为05°×06°的网格划分,反演了该地区地壳上地幔的三维P波速度结构.初步结果表明,环渤海地区地壳上地幔的速度结构具有明显的横向不均匀性：京津唐地区地壳中上部的速度异常反映了浅表层的地质构造特征,造山带和隆起区对应于高速异常,坳陷区和沉积盆地对应于低速异常;地壳下部出现大规模的低速异常与华北地区广泛存在的高导层相对应,估计与壳内的滑脱层和局部熔融、岩浆活动有关;莫霍面附近的速度异常反映了地壳厚度的变化及壳幔边界附近热状态的差异;上地幔顶部大范围的低速异常可能是上地幔软流层热物质大规模上涌所致.     

新疆及其毗邻地区地震层析成像

利用新疆地震台网及其毗邻地区的国外地震台站提供的地震Ｐ波到时数据，重建了新疆及其毗邻地区地壳上地幔的三维速度图像．主要结果是：１．研究区地壳上地幔的地震波速度存在明显的横向不均匀性．这种不均匀性出现在不同构造单元之间，也出现在各构造单元之内．２．一般来说，研究区域内盆地是上地幔的隆起区，褶皱系是上地幔的坳陷区．３．岩石层厚度和软流层的深度与全球的平均结果有较大不同．４．海洋岩石层或大陆岩石层板块在兴都库什和克什米尔与中国交界地区的消减明显存在．５．地壳上地幔物质运动比较剧烈，有部分熔融物质上涌到地壳中部或更浅的深度．     

郯庐断裂带及其邻区上地幔顶部Pn波速度与各向异性层析成像

本研究拾取了中国数字测震台网固定台站记录的2008-2016年2级以上地震事件中的27233条高质量Pn到时资料,反演得到了郯庐断裂带及其邻区上地幔顶部Pn波速度和各向异性结构模型.结果显示,研究区上地幔顶部Pn波速度结构存在强烈的横向不均匀性,速度异常形态与区域地质构造较为吻合.太行山造山带、鲁西隆起、大别造山带、苏鲁褶皱带、胶辽隆起和华北盆地南端等隆起区表现为低波速异常,而黄海北、南部盆地、渤海湾和华北盆地北部等凹陷区均为高波速异常.壳内强震主要发生在Pn低波速异常和高低波速异常的横向过渡地带,说明强震的发生与上地幔结构的横向变化之间存在有一定关联.郯庐断裂带两侧Pn波速度以郯城地震为界其东北侧和西南侧分别分布有与断裂带近平行的低波速异常条带,而西北侧和东南侧分别分布有高波速异常条带,各向异性快波方向近乎沿断裂带走向,可能由于上地幔热物质沿郯庐断裂带上涌形成低速异常后断裂带发生左旋平移运动所致.华北盆地内上地幔顶部Pn波速度结构和各向异性的明显变化,反映华北克拉通破坏过程中经历了地幔热物质上涌、莫霍面隆升以及岩石圈拆沉等复杂构造变形.     

沂沭断裂带及周边区域Pn波速度结构与各向异性

沂沭断裂带位于鲁西隆起、胶辽隆起与苏鲁褶皱带之间,是郯庐断裂带地震活动最为强烈的部分,上地幔顶部Pn波速度结构与各向异性研究对于认识沂沭断裂带对地震活动的控制作用具有重要意义.本研究通过手工拾取与观测报告相结合的方法,最终挑选出研究区域2008—2019年期间290个台站记录到的1665个地震事件的26598条Pn走时数据,通过反演获得一个新的沂沭断裂带及周边区域上地幔顶部Pn波速度结构及各向异性结构模型.结果显示,研究区域上地幔顶部Pn波速度结构存在显著的横向变化,华北盆地南端、太行山造山带、鲁西隆起、胶辽隆起表现为低速异常,华北盆地内部速度结构存在显著的横向不均匀性,其强高速异常表现出明显的分块现象.沂沭断裂带呈现明显的分段特征,其两侧速度结构存在明显差异,表明沂沭断裂带可能延深至上地幔顶部.强震多数发生在上地幔顶部具有高速和低速异常变化特征区域上方的地壳内,说明强震的孕育发生与上地幔顶部结构有关.太行山造山带、胶辽隆起区Pn波各向异性快波方向与地质构造的伸展方向趋于一致,但与SKS波分裂结果不同,说明在岩石圈形变一定深度范围可能存在局部解耦现象.南黄海盆地Pn波各向异性快波方向与断裂走向基本一致,暗示扬子块体北向挤压在南黄海地区形成的部分断裂的深度已达上地幔成为岩石圈尺度的断裂.     

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。     

中国南北带地壳和上地幔的三维速度图象

本文采用作者提出的地震层析成象法得到了中国南北带地壳和上地幔的三维速度图象。通过误差和分辨分析,以及同爆炸地震测深剖面的比较,证明了成象结果的可靠性。 成象结果表明:1.南北带的地壳和上地幔存在显著的横向不均匀性,深达450km这种不均匀性还依然存在;2.地壳上部的速度图象与地表的已知地质特征明显相关:四川盆地显著低速,康滇地轴显著高速;3.中地壳在很大范围内存在低速层,其最低速度值达5.60km/s;4.在25°N-38°N和100.0°E-103.2°E的长条带内,上地幔顶部出现低速异常,异常速度值约为7.49km/s。 成象结果还清晰地勾划了各块体间的焊接边界。120km深度的速度图象表明,扬子准地台自秦岭以南以龙门-大巴和盐源-丽江台缘褶带为其西部边界;西南以哀劳山褶皱带为界;东南则以右江褶皱带内的南盘江为界。 统计表明,地震活动与南北带的速度结构相关:从20km以上的速度图象发现,大地震大都发生在高速和低速间的过渡条带上。     

中国西部三维速度结构及其各向异性

本文用覆盖中国的358条勒夫面波路径资料,研究了10.45-113.80s范围内中国西部的三维SH波速度结构.结果表明,各构造单元的SH波速度结构均有明显的差别.作为稳定块体的塔里木盆地,壳内重力分异程度较高,上、中、下地壳厚度差别小,壳内无明显的低速层,地壳平均速度比较小;上地幔低速层埋深大且层中速度大;区内横向变化小.构造活动区如天山、青藏高原,其突出的特征是下地壳厚度大且速度大,上地幔盖层速度值相当高.这与西伯利亚、印支板块的挤压有密切的关系.青藏高原东部及其北、东边缘地区壳内存在低速层,上地幔低速层埋深浅,一些地区存在壳幔过渡层.面波各向异性研究表明,青藏高原、天山及印支板块北缘下存在明显的各向异性,以构造边缘地区及上地幔低速层附近最为突出.印度板块、西伯利亚板块与中国大陆间的碰撞引起强大的水平压力和一定的下插作用,是造成青藏高原隆起、地壳增厚、天山隆起的最根本的因素,同时也促成壳幔中辉石、橄榄石的定向排列和物质运移,因而出现明显的各向异性现象.     

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     

中国东部随县─启东地带上地幔结构研究

随县─启东人工地震探测剖面长７００ｋｍ，穿越郯城─庐江深大断裂带．提取了该区莫霍界面以下上地幔中的反射界面信息，获得了上地幔的分层结构．结果表明，该区上地幔中有两个深度分别为７６ｋｍ和１００ｋｍ的界面．７６ｋｍ深度以下为一低速层，１００ｋｍ深度以下则为速度更低的低速层．该区岩石层厚度为７６ｋｍ，与华北地区相似，具有薄岩石层性质．     

中国东部随县─启东地带上地幔结构研究

随县─启东人工地震探测剖面长７００ｋｍ，穿越郯城─庐江深大断裂带．提取了该区莫霍界面以下上地幔中的反射界面信息，获得了上地幔的分层结构．结果表明，该区上地幔中有两个深度分别为７６ｋｍ和１００ｋｍ的界面．７６ｋｍ深度以下为一低速层，１００ｋｍ深度以下则为速度更低的低速层．该区岩石层厚度为７６ｋｍ，与华北地区相似，具有薄岩石层性质．     

利用合成地震图研究东北地区壳幔介质结构

本文采用计算合成地震图与分布在东北地区的11个地震台记录的深源远震波形对比分析的方法,研究该区壳幔结构.结果表明,东北地区地下100km 以上壳幔介质为分层结构,并存在有低速层.莫霍界面较清晰.地壳厚度在31.8——35.8km 之间.      

大别─苏鲁碰撞造山带的地震层析成像研究──岩石圈三维速度结构

对包含大别－苏鲁碰撞造山带在内的东经 １１２°－１２４°,北纬２８°－３９°区域进行地 震层析成像研究,重建其地壳及上部地幔的三维速度图像．结果表明：造山带岩石圈速度横 向不均匀性显著;大别造山带以商城－麻城断裂为界,东侧的大别地块与西侧红安地块在地 壳速度上是两个不同的速度块体;中地壳 １５-２５ｋｍ深度范围内存在低速带,与伸展滑脱构造 有关;南、北大别构造单元之下,莫霍面下凹,地壳内发育了速度为６．５－６．６ｋｍ／ｓ、向北倾斜的 相对高速体,与超高压变质岩体相对应;在大别－苏鲁造山带下方的上部地幔中存在向北倾 斜的板片状高速体,结合已有地质、地球化学证据推测,它是三叠纪俯冲的扬子地块的残留 体;俯冲板片在深部发生了断离．本文利用地震层析成像方法揭示的造山带岩石圈速度结构 细节,对研究与地表地质有关的地球动力学无疑是十分重要的．