青藏高原中部INDEPTH-Ⅲ剖面上地幔远震S波层析成像

印度板块向欧亚俯冲前缘位于班公—怒江缝合带附近,但是印度岩石圈地幔的俯冲形态和形变过程仍然缺乏共识,在不同地区使用不同方法获得的结果之间存在明显差异.本文使用青藏高原中部INDEPTH-Ⅲ剖面远震S波波形数据,提取走时信息,通过层析成像方法获得剖面下方S波速度扰动图像.结果显示:在班公—怒江缝合带下方100至300 km深度范围内存在一个高角度(约65°)北倾的S波高速体,推测可能是回退的印度岩石圈板片或/和小规模对流引起的岩石圈拆沉后残留的印度大陆岩石圈板片.     

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.     

中国东部地区上地幔的三维P波速度结构

本文应用Aki等的三维反演方法,反演了中国东部地区大尺度上地幔三维P波速度结构,其中采用了300个远震事件在所研究区域(100°—125°E,20°—45°N)的50多个台站的P波到时残差。结果表明:(1)中国东部地区上地幔横向不均匀性至少深达680公里,其中40—400公里范围内的结构具有共同特点,仍保持有地表大地构造的痕迹,400公里深度以下,不均匀性逐渐减小,地表构造痕迹消失。(2)存在一条北北东走向的深层构造带将中国东部地区分成两部分,西部速度稳定、偏高,东部速度复杂,低速高速随深度变化而交替出现。     

青藏高原东北缘地壳上地幔速度结构的地震层析成像研究

本文收集了甘肃、青海、宁夏、陕西和四川台网的130个台站1980-2002年间记录的3 229个区域地震(Ms≥1.5)和168个远震资料,从55 024个区域地震震相中挑选出了51 210个最大走时残差为3.0s的震相,选取了2 651个远震震相.层析成像结果显示:(1)青藏高原东北缘地区下地壳存在大范围的P波速度低速异常,上地幔顶部多数地区平均P波速度为8.05 km/s左右,接近于大陆下方全球的Pn波平均速度8.1 km/s,使得莫霍间断面比较清晰,莫霍面反射波能量较强;(2)研究区内发生大震的震中大多位于深度图中10 km的低速区、30 km的高速区附近和50km的低速区附近,表明这些区带为孕震区;(3)青藏高原东北缘地区的主要断裂带均是逆冲兼走滑断裂,多数位于速度正负异常的过渡区上,且很可能是超壳断裂;(4)从张掖经海原、平凉再向南拐的弧形地带可能就是青藏高原的边缘地带;且预示着阿拉善地块有地台活化的迹象;(5)从层析成像结果中切出的二维速度扰动剖面与人工地震测深剖面吻合较好.     

西藏高原地壳上地幔P波和S波速度结构

利用西藏高原及其邻区150个地震,西藏台网、四川台网、世界标准台网及在西藏布设的流动台网的 P 波和 S 波观测资料,得出了该地区的地壳和上地幔的 P 波以及 S 波的速度模型:(1)地壳平均厚度70km,可分为明显的两层.上层厚16km,P 波速度5.55km/s,S 波3.25km/s;下层厚54km,P 波速度6.52km/s,S 波3.76km/s;(2)上地幔顶层 P 波速度7.97m/s,S 波4.55km/s.140km 处出现低速层,层厚约55——62km.低速层下的正速度梯度与地幔顶部盖层相差无几.      

华南上地幔P波速度结构

通过拟合15°—30°内的长周期P波走时及波形资料,得到了华南地区上地幔P波速度结构模型SC.研究结果表明,在华南地区的上地幔内无低速层存在,在405km和660km深度处仃一级间断面存在,速度跳跃分别为5.7％和4.6％.通过与欧洲西部上地幔模型K8,欧洲西北部上地幔模型S8和西藏地区上地幔模型QX8比较,我们发现各个构造区P波速度的过渡区是一致,但间断面的绝对深度不一样.     

华南上地幔P波速度结构

通过拟合15°-30°内的长周期P波走时及波形资料,得到了华南地区上地幔P波速度结构模型SC.研究结果表明,在华南地区的上地幔内无低速层存在,在405km和660km深度处仃一级间断面存在,速度跳跃分别为5.7％和4.6％.通过与欧洲西部上地幔模型K8,欧洲西北部上地幔模型S8和西藏地区上地幔模型QX8比较,我们发现各个构造区P波速度的过渡区是一致,但间断面的绝对深度不一样.     

青藏高原东北缘上地幔多尺度层析成像

利用布设在青藏高原东北缘地区的甘肃宽频带地震台阵记录到的远震P波走时数据,采用小波域参数化和基于L1范数的稀疏约束反演算法的多尺度层析成像方法,得到了该地区400 km深度范围内上地幔的P波速度结构.本文采用的多尺度层析成像方法可以自适应数据非均匀采样的情况,有效降低谱泄漏效应和反问题的多解性,明显提高解的分辨率和可靠性.层析成像结果表明青藏高原东北缘上地幔整体上显示为低速特征,扬子地块上地幔则显示为高速特征,两者之间上地幔存在清晰的块体边界带,该边界带位于东经104°-105°之间并且随深度的增加逐渐东移.该特征暗示了青藏高原上地幔物质向东扩张的机制,但在西秦岭上地幔顶部不存在物质运移的通道.青藏高原东北缘内部也具有明显的分区特征,松潘-甘孜地块上地幔P波速度整体呈低速特征,而柴达木地块的上地幔顶部具有相对高速特征,而在上地幔200 km以下这两个地块间的差别逐渐减小.1654年天水地震和1879年武都地震都发生在扬子地块与青藏高原的碰撞交汇区,其震中下方上地幔显示为高低速转换结构.

     

中国东部上地幔各向异性研究

对布设在中国东部的固定和流动宽频带地震台网共65个台站记录作远震SKS波形资料偏振分析,采用SC方法和叠加分析求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,获得了中国东部上地幔各向异性图像。中国东部的各向异性快波方向从华南的近EW方向到华北的NWW-SEE方向,再到东北的NW-SE方向,由南向北呈顺时针旋转的趋势。快、慢波时间延迟范围是0.41-1.52s。通过分析研究区各向异性特征,认为中国东部上地幔各向异性可能与中国大陆受印度板块与欧亚板块的碰撞以及太平洋板块和菲律宾海板块向欧亚板块下方的俯冲的共同作用有关。在中国西部地壳增厚隆起的同时,物质向东挤出,使得东部上地幔物质向东和东南方向流动。中国东部大陆岩石圈和岩石圈下的上地幔物质在板块的相互作用下产生变形,使上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿物质流动方向。各向异性快波方向与岩石圈的伸展方向和GPS得到的速度场方向一致,表明中国东部壳幔变形具有垂直连贯变形特征。     

南北地震带北段的远震P波层析成像研究

本文利用“中国地震科学台阵”探测项目在南北地震带北段布设的678个流动地震台站在2013年10月至2015年4月期间记录到的远震波形数据,经过波形互相关拾取到473个远震事件共130309条P波走时残差数据,通过远震层析成像研究获得了该区（30°N-44°N,96°E-110°E）下方0.5°×0.5°的P波速度扰动图像.结果显示,研究区下方P波速度结构显示强烈的不均一性和显著的分区、分块特征.岩石圈速度结构具有显著的东西差异：祁连、西秦岭和松潘甘孜地块组成的青藏东北缘地区显示明显的低速异常,而属于克拉通性质的鄂尔多斯地块和四川盆地则显示高速异常,表明东部克拉通块体对青藏高原物质的东向挤出起到了强烈的阻挡作用.阿拉善地块显示出弱高速和局部弱低速的异常并存的特征.阿拉善地块西部显示低速异常,而东部与鄂尔多斯相邻的地区显示高速异常,可能表明该地区的岩石圈的变形主要受到青藏高原东北缘的挤压作用.在鄂尔多斯和四川盆地之间的秦岭下方100~250 km深度上表现为明显的低速异常,表明该处可能存在软流圈物质的运移通道.鄂尔多斯北部的河套裂陷盆地下方在100~500 km深度内低速异常表现明显,说明该区有深部热物质上涌且至少来源于地幔过渡带.青藏东北缘上地幔显示低速异常且地幔过渡带中出现明显的高速异常,这种结构模式暗示了在青藏高原东北缘可能发生了岩石圈拆沉作用,而高速异常体可能是拆沉的岩石圈地幔.

     

青藏高原横波分裂的观测研究

１９９１年７月－１９９２年６月,中、美两国合作在青藏高原架设了１１个宽频带数字记录的ＰＡＳＳＣＡＬ临时地震台站,它们分布在青藏公路沿线和青藏高原东部地区．利用这些台站记录到的高质量数据,对远震的ＳＫＳ波进行分析和计算,在多数台站观测到了ＳＫＳ波分裂的现象．用ＳＣ方法计算了青藏高原所记录到的ＳＫＳ波分裂的参量,即快波偏振方向φ和快、慢波的到时差δｔ,探求台站下地幔介质的各向异性．φ从南（拉萨）往北（至格尔木）有一趋势变化,从南边的北东方向渐变至北边的近东西方向．快、慢波的到时差在高原上向北渐渐变大,在不冻泉达到最大;再往北至格尔木又迅速减小．认为在印度板块和欧亚大陆的碰撞挤压下,雅鲁藏布江以北青藏高原下面的上地幔物质在区域构造应力场的作用下,沿东西方向发生形变以至流动,它使上地幔中橄榄岩的晶格排列方向平行于物质形变或流动的方向．     

青藏高原横波分裂的观测研究

１９９１年７月－１９９２年６月,中、美两国合作在青藏高原架设了１１个宽频带数字记录的ＰＡＳＳＣＡＬ临时地震台站,它们分布在青藏公路沿线和青藏高原东部地区．利用这些台站记录到的高质量数据,对远震的ＳＫＳ波进行分析和计算,在多数台站观测到了ＳＫＳ波分裂的现象．用ＳＣ方法计算了青藏高原所记录到的ＳＫＳ波分裂的参量,即快波偏振方向φ和快、慢波的到时差δｔ,探求台站下地幔介质的各向异性．φ从南（拉萨）往北（至格尔木）有一趋势变化,从南边的北东方向渐变至北边的近东西方向．快、慢波的到时差在高原上向北渐渐变大,在不冻泉达到最大;再往北至格尔木又迅速减小．认为在印度板块和欧亚大陆的碰撞挤压下,雅鲁藏布江以北青藏高原下面的上地幔物质在区域构造应力场的作用下,沿东西方向发生形变以至流动,它使上地幔中橄榄岩的晶格排列方向平行于物质形变或流动的方向．     

胶辽渤海地区地壳上地幔结构特征与介质的横向非均匀性

根据地球物理资料的综合研究和地壳上地幔速度地震层析成象结果,系统地阐述了胶辽渤海地区基底厚度、地壳厚度、岩石层厚度和壳－幔结构比Ｒ值分布特征及地壳上地幔介质的横向非均匀性。研究结果表明：胶辽渤海地区是一个以渤海湾为中心的上地幔隆起区、软流层隆起区和壳－幔结构比Ｒ高值分布区;该区地壳上地幔介质在不同深度均存在显著的横向非均匀性,并在海域周围的海城、唐山、朝阳、东沟等陆地地区存在明显的壳内低速逆反层。     

中国上地幔剪切波速度结构的初步研究

本文通过合成SH波理论地震图的方法,利用SS-S走时和SS波波形资料,研究了我国上地幔剪切波速度结构。初步结果表明,我国大陆上地幔可以分成两个独立不同的速度结构模型:一是青藏高原;另一是中国大陆东部。两部分均存在剪切波低速层,但埋藏深度不同,高原部分是100km,东部地区是60km,两部分的差异大约在350km以下趋于消失。在405km和660km深处存在剪切波的速度间断面。400km以下青藏高原和中国大陆东部地区剪切波的速度结构与北美洲、北大西洋西部、欧洲、阿尔卑斯带地区的结构一致,说明在这几个地区上地幔剪切波速度结构的横向变化在400km以下很小。     

青藏高原上地幔速度结构及其动力学性质

利用地震层析成像结果分析了中国西部地区的上地幔速度结构,发现青藏高原北部至东南边缘上地幔顶部速度普遍偏低;随着深度的增加,低速区主要分布在羌塘、松潘—甘孜和云南西部地区,而印度大陆、塔里木、柴达木、鄂尔多斯和四川盆地均显示出较高的速度.上述速度分布与青藏高原及周边地区的岩石层结构和深部动力性质密切相关:其中羌塘地区的低速异常反映了青藏北部的地幔上涌和局部熔融,起因于印度大陆岩石层的向北俯冲;松潘—甘孜地区的低速异常与青藏东部的深层物质流动及四川盆地刚性岩石层的阻挡有关;而滇西地区的低速异常可能受到印缅块体向东俯冲作用的影响.以上三个区域构成青藏高原和周边地区的主要地幔异常区.相比之下,印度大陆、塔里木、柴达木、鄂尔多斯和四川盆地的高速异常反映了大陆构造稳定地区的岩石层地幔特点.根据速度变化推测,地幔上涌和韧性变形并非贯穿整个青藏高原,而是主要集中在羌塘、松潘—甘孜和滇西地区,上述构造效应不仅导致岩石层厚度减薄且引发了火山和岩浆活动.     

中国云南地区上地幔地震各向异性

本文分析云南地区中周期ＳＫＳ偏振，得出观测台附近上地幔Ｓ波快速方向和分裂时间为：昆明，８５°，１．０秒；洱源，８９°，１．０秒；腾冲，１６５°，０．７秒；昭通１６７°，０．９秒。按上地幔地震各向异性是应力作用下矿物优势取向所致的观点，腾冲和昭通的各向异性观测与现代应力场作用相符。但昆明和洱源的观测与现代应力场作用矛盾，它可能是古生代至中生代间攀西裂谷张裂时期，地幔物质流动引起矿物有序排列的结果。