青藏高原东北缘地壳三维速度结构

本文用1980—2000年M≥1.5的2 032个天然地震事件的38 052个〖AKP-〗、〖AKS-〗、Pm、Sm、Pn和Sn震相到时及人工地震测深给出的Moho面形态资料,利用地震层析技术反演了32°~40°N, 100°~108°E区域内地壳地震波速度结构.从层析成像图象中可以得到,本区的地壳可分成4个层位.第1层（埋深约在0~3 km）为沉积层, 速度梯度约为0.2 s-1;第2层（埋深约在3~17 km）为上地壳, 其顶部速度梯度约为0.1 s-1, 下部速度横向变化较大且存在低速块体;第3层（埋深约在17~36 km）为中地壳, 速度梯度约为0.03 s-1;第4层（埋深约在36 km—Moho）为下地壳, 是一个契形层,总的趋势是西厚东薄,青藏高原较厚逐渐向鄂尔多斯地块和扬子准地台方向变薄,各处的地震波速度梯度不尽相同.     

用接收函数方法反演青藏高原东北缘地壳结构

利用ASCENT计划于2007年布设在青藏高原东北缘的18个宽频带流动台站约一年的观测资料获得了2547个接收函数.使用H-?域的搜索算法,得到了14个台站下方的地壳厚度.对于数据质量较差的3个台站,通过Moho的Ps转换波的到时估算出地壳厚度值.计算结果表明,研究区的地壳结构复杂,Moho深度变化范围为40~60 km.海原断裂附近Moho模糊,而且较两侧明显地加深.秦祁地块由西向东Moho逐渐变浅,105°E以东,Moho平均深度约为45 km,以西则在50 km以上.结合面波研究结果推测,在105°E附近可能存在一个秦岭与祁连分界线.以Crust 2.0作为初始模型,把计算得到的地壳厚度值作为约束,用线性反演方法得到了15台站下方的S波速度结构.通过与研究区人工源地震测深结果比较,发现二者具有较好的一致性,表明反演结果可靠.综合分析认为:在青藏高原区,青藏高原与西秦岭过渡带和西秦岭北段均存在中下地壳低速层,推测它们可能与附近断裂和深部物质运移有关.从青藏高原内部到边缘,中下地壳速度逐渐升高.再结合研究区地壳的速度(尤其是低速层)的分布特点以及与地壳物质成分相关的泊松比的变化规律等综合分析,认为地壳流在青藏高原东北部的边缘地带可能不存在,地壳可能是通过在挤压方向上的缩短而加厚.     

青藏高原东北缘地壳介质各向异性非均匀特征及其构造意义

本文利用径向和切向接收函数后方位角加权叠加方法分析了中国地震科学台阵探测项目二期资料, 确定了青藏高原东北缘海原断裂和西秦岭北缘断裂邻近区域地壳各向异性参数.结果显示, 研究区地壳各向异性快波方向表现出强烈的横向不均匀性, 快慢波延迟时间平均值为0.44 s; 快波方向受断裂带影响显著, 走滑断裂带附近快波方向和断层方向一致性较强, 逆冲断裂附近快波方向和断层方向差别较大或垂直; 晚中新世以来形成的海原断裂、香山—天景山断裂等多个走滑断裂附近地壳各向异性强度明显小于其他区域, 且形成时间更早的海原断裂方向和快波方向一致性更强.这种断裂附近各向异性强度和方向的分布特征也是该区域构造演化过程中逆冲断裂向走滑断裂转化的反映.陇中盆地快波各向异性结果复杂且没有明显规律性分布特征可能反映出该次级地块保留了较老构造过程中残存的化石各向异性.本研究结果表明东北缘地区高原扩展主要以连续流变模式为主, 在走滑断裂带附近存在局部侧向挤出, 但是侧向挤出影响的地壳变形范围较小.

     

青藏高原东北缘地壳S波速度结构及其动力学含义--远震接收函数提供的证据

利用青海和甘肃地震台网2007-2009年记录的远震波形资料,提取多频段P波接收函数,反演得到了青藏高原东北缘及相邻地块下方0~100 km深度的地壳和上地幔S波速度结构.结果表明:(1)青藏高原东北缘的上、下地壳之间普遍存在一个S波速度低速层,其深度由南端的约35 km 向北变浅约为20 km,推测该低速层为一壳内滑脱层,表明东北缘地区的上地壳变形与下地壳解耦,从滑脱层的深度分布可以认为青藏高原东北缘的地壳缩短自南向北进行,现阶段以上地壳增厚为主;(2)昆仑-西秦岭造山带的下地壳厚度较北侧的祁连地块薄,一种推测是西秦岭造山带的下地壳抗变形能力更强,也可能这种差异在块体拼合前已经存在;(3)青藏高原东北缘及鄂尔多斯和阿拉善地块的下地壳S波速度随深度的增加而增加,这种正梯度增加的S波速度结构反映较高黏滞性的下地壳,推测青藏高原东北缘的地壳结构不利于下地壳流的发育.     

青藏高原东北缘地壳各向异性及其动力学意义

利用中国地震科学探测台阵项目二期（ChinaArray Ⅱ）81个台站的地震数据,使用时间域反褶积方法提取接收函数,挑选满足要求的高质量Ps震相,通过改进的剪切波分裂计算方法获取了53个台站共130对高质量各向异性参数对.地壳各向异性分析指出,研究区东南部地区地壳各向异性方向为NWW向,与XKS各向异性方向、GPS速度场三者近平行关系,说明该地区在青藏高原向欧亚大陆增生的过程中是一个耦合的连贯变形过程;位于研究区中、北部地区的地壳各向异性方向表现为NEE-SWW或E-W方向,与GPS速度场方向一致,而与XKS结果的偏振方向大角度相交,说明该地区受到青藏高原下地壳塑性管道流的影响,可能存在壳幔解耦作用.

     

利用接收函数方法确定青藏高原东北缘近地表S波速度

公式推导和数值实验都表明远震接收函数直达波幅度对近地表S波速度比较敏感,可以用于确定近地表（如沉积层）的S波速度值.本文利用该方法分析了青藏高原东北缘区域数字地震台网36个台站的远震资料,得到了研究区近地表S波速度分布特征.研究结果表明：在深度5±2.5 km范围内,祁连山—河西走廊区域近地表S波速度均值较小;位于地形梯度带的甘东南区域近地表S波速度呈现较为复杂的分布.通过与该区域沉积层厚度结果对比,发现近地表S波速度与沉积层厚度呈现较好的负相关.本研究是对目前接收函数方法的有效补充,在探测研究近地表速度结构方面,相比人工地震方法其成本几乎可忽略且环保.在目前地震波观测数据海量增长的背景下,该方法对于确定不同区域近地表结构具有较大潜力.     

帕米尔东北缘地壳结构的P波接收函数研究

利用位于新疆帕米尔东北缘地带12个固定数字地震台和天山动力学Ⅱ期10个流动宽频带数字地震台记录的高质量远震波形数据,应用接收函数H-κ叠加方法研究了帕米尔东北缘的地壳厚度-泊松比特征和部分台站下方的壳内界面深度.研究发现:(1) 帕米尔东北缘的Moho面起伏变化剧烈,其总体分布呈现东薄西厚、南厚北薄的特征,由塔里木盆地向天山延伸,地壳厚度约从45 km加深到55 km,从塔里木盆地向西昆仑山延伸,地壳厚度约从45 km加深到69 km;(2)沿着天山动力学Ⅱ期剖面,位于塔里木盆地北缘台站的壳内间断面的深度约为13~16 km,向北进入天山南麓加深到20 km左右,继续向北进入南天山山区壳内间断面不明显,可能暗示塔里木盆地基底向北俯冲,俯冲距离可能到达南天山的山前;(3)研究区地壳泊松比变化复杂(约从0.20到0.31),显示地壳物质组成的复杂性和显著的不均匀构造;(4)整个研究区的地壳厚度和泊松比之间没有明显的相关性,但天山动力学Ⅱ期剖面的结果表明,从塔里木盆地北缘到西南天山,地壳厚度和泊松比之间存在反相关关系,意味着天山地壳的增厚可能主要是通过以长英质岩石为主要组成成分的上地壳叠置而成;(5) 研究区全部地震台地壳厚度与海拔高程的线性回归方程表明地壳厚度与海拔的相关性相对较弱(相关系数为0.66),天山动力学Ⅱ期10个台站的地壳厚度与海拔具有很好的相关性(相关系数为0.85),可能表明沿该剖面地壳整体上处于相对均衡的状态.     

青藏高原东北缘地质构造背景及地壳结构研究

利用地质和人工地震测深剖面资料,研究了青藏高原东北缘的地质构造背景、地壳结构和莫霍面形态．主要结果是：① 给出了青藏高原东北缘的大地构造分区和主要深大断裂的特征;② 主要利用人工地震测深资料得到莫霍面的基本特征;③ 地表断裂与莫霍面的某些特征有较好的对应关系,这种复杂的地壳结构可能是强烈地震的孕育环境．     

利用双差成像方法反演青藏高原东北缘及其邻区地壳速度结构

利用区域尺度双差层析成像方法,使用2009年1月至2017年2月的近震资料,对青藏高原东北缘及其邻区内记录到的地震事件进行震源位置和三维速度结构的联合反演.重新定位后震源空间位置得到明显改善,浅层的地震波速与地形和沉积层厚度对应较好,研究区地震主要发生在河西走廊过渡带的低泊松比区域.本文将研究区分为五个区域并分别对其层析成像结果进行了讨论,结果显示研究区不同地块之间地壳结构变化明显,地壳物质整体呈酸性,青藏高原东北缘地壳增厚可能主要发生在中下地壳.

     

青藏高原东北缘—鄂尔多斯地块地壳上地幔S波速度结构

1999～2000年从青海玛沁到陕西榆林,横跨青藏高原东北缘和鄂尔多斯布设了一条由47台宽频带数字地震仪组成的长约1000km的流动地震台阵观测剖面.利用记录到的远震体波波形资料和接收函数方法获得了剖面下0～100km深度的地壳和上地幔S波速度结构.结果表明,沿观测剖面地壳结构显示了明显的分块特征; 地壳厚度自东向西由40km增加到64km左右;在海原地震带下方和西秦岭断裂以西到日月山断裂之间的区域Moho间断面结构复杂;在1920年海原震区及其西侧,上地壳存在明显的低速层,在该地区的绝大部分地震分布在该低速层东边界偏向高速区一侧;祁连山东缘Moho面有约4km的深度间断,壳内向西逐渐减薄的低速层内有大量微震发生,沿祁连山的逆冲加走滑的构造运动在深度上已经穿透了Moho面;在玛沁断裂和日月山断裂之间,上地壳存在厚度很大的低速层,同时该区域下地壳也明显加厚.研究结果表明,青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块之间的过渡带地壳变形强烈,地壳结构较为破碎,这与该地区地震频发相一致.     

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.

     

用接收函数方法研究云南及其邻区地壳上地幔结构

利用云南和中国地震台网30个台站记录的远震资料,采用接收函数扫描法和线性反演方法对云南及其邻区的壳幔速度结构进行了研究,获得了研究区内地壳厚度、Vp/Vs以及壳幔速度的分布特征.利用接收函数扫描（H-k）法和线性反演方法获取的台站下方地壳厚度结果表明,研究区地壳厚度变化剧烈.速度结构研究结果表明,红河断裂以西的腾冲-保山地块和思茅地块,以及南华板块北部地区的台站（如攀枝花、丽江、东川、永胜等）下方地壳均存在下地壳低速层,且具有高的地壳平均Vp/Vs值.这些不仅暗示研究区的下地壳低速异常可能为高温甚至高温导致的部分熔融所致,同时,也意味着该区下地壳的物质易于发生塑性流动,为地壳的变形和增厚创造了条件.红河断裂带作为云南地区的一个主要边界断裂,其西侧地区地壳厚度变化较东侧剧烈,另一方面,红河断裂西侧的平均地壳Vp/Vs值较其东侧要高.综合前人关于研究区岩石圈速度结构、地热流值、重力场和上地幔各向异性等地球物理场的研究结果.我们推断,现今的思茅块体和保山-腾冲块体在大地构造上应归属于冈瓦纳板块.     

利用接收函数、面波频散和ZH振幅比联合反演青藏高原东南缘地壳结构及其动力学意义

本文利用布设在青藏高原东南缘350个宽频带流动地震台站2011年至2014年记录到的远震体波和面波数据来更好地约束研究区地壳S波速度结构.我们采用分步线性迭代反演算法对远震P波接收函数、瑞雷面波相速度和ZH振幅比进行联合反演获得了研究区高分辨率三维S波速度结构.得到如下结果：(1)在中下地壳主要存在两个低速体,一个从川西北次级块体向西南方向延伸穿过红河断裂进入滇缅泰块体;另一个沿着小江断裂和普渡河断裂分布,向南延伸到24°N左右.且这两个低速体与主要断裂有很好的关联性.(2)两个中地壳通道流是由于滇中次级块体中部(峨眉山大火成岩省内带)的高速异常体对来自青藏高原中部东南方向的中下地壳弱物质流的阻挡而形成,并且我们推测东南侧的地壳流很可能是西北侧的主地壳流沿着安宁河断裂流入.绝大多数地震分布于低速通道流的边界区域,说明低速通道流的存在有助于断裂发生剪切运动而诱发地震.(3)基于以上结果,我们认为除了中下地壳流模型,沿着主要走滑断裂的刚性块体的挤压滑动对于青藏高原东南缘的地壳形变和动力学演化也起着非常重要的作用.(4)在峨眉山大火成岩省内带下方10 km到Moho面总体呈现高速异常,推测可能是二叠纪峨眉山大火成岩省形成时期火山作用和基性超基性岩浆侵入地壳所致.

     

华北地区地壳厚度与泊松比研究

华北地区地壳结构和物理性质是研究华北克拉通破坏机制的重要依据.本文通过收集分布在华北克拉通区域的323个宽频带地震台记录到的2007年8月到2009年3月间发生在全球范围内6.5级到8.5级的共93个远震事件的波形资料,较完整地得到了华北及其周边区域台站下方的接收函数、地壳厚度和泊松比分布情况.研究发现:(1)华北克拉通地壳厚度大范围减薄不仅仅发生在东部,而是已经到达南北重力梯度带附近; (2)在鄂尔多斯的周边裂谷盆地,地壳也出现了减薄现象; 周边裂谷区的泊松比大于鄂尔多斯内部,局部区域的泊松比高达0.3左右; (3)从地壳厚度和地形的相关性来看,华北地区的地壳厚度与地表地形存在着明显负相关的关系,这与艾利均衡假说相一致,可能意味着华北地区的地壳正在经历着缓慢的破坏与均衡同时进行的过程; 而华北克拉通中西部和东北部则显示出明显的不均衡现象.     

The crust and upper mantle discontinuity structure beneath Alaska inferred from receiver functions

In this study, three receiver function stacking methods are used to study the detailed crust and upper mantle structure beneath south-central Alaska. We used teleseismic waveform data recorded by 36 stations in the Broadband Experiment Across the Alaska Range (BEAAR) and 4 permanent stations in Alaska. H − κ stacking method using P-to-S converted wave and its multiply reflected waves between the Earth's surface and the Moho discontinuity is adopted to estimate the crustal thickness (H) and average crustal V_P/V_S ratio (κ) in this region. The receiver function results for 24 stations show that the crustal thickness under Alaska ranges from 26.0 to 42.6 km with an average value of 33.8 km, and the V_P/V_S ratio varies from 1.66 to 1.94 with an average value of 1.81 which corresponds to an average Poisson's ratio of 0.277 with a range from 0.216 to 0.320. High Poisson's ratios under some stations are possibly caused by partial melting in the crust and the uppermost mantle. Common converted point (CCP) stacking results of receiver functions along three lines show clear Moho and slab images under this subduction zone. The depths of the slab from our CCP stacking images are consistent with those estimated from the Wadati–Benioff Zone (WBZ). In the area between two stations DH2 (147.8°W, 63.3°N) and DH3 (147.1°W, 63.0°N), a Moho depth offset of about 10 km is found by both the H − κ and CCP stacking techniques. Common depth point (CDP) stacking of receiver functions shows not only the 410-, 520- and 660-km discontinuities, but also significant variations (−30 to 15 km) in the transition zone thickness under the southwest and southeast parts of the study region. The transition zone becomes thinner by 20–30 km, indicating that the temperature there is 150–200 K higher than that of the normal mantle.     

利用面波频散与接收函数联合反演青藏高原东南缘地壳上地幔速度结构

青藏高原东南缘对于青藏高原的隆升、增厚和物质逃逸等问题有着重要的研究价值.本文对研究区内布设的大型流动地震台阵的观测记录进行处理,联合反演面波频散与接收函数数据,获得了地壳厚度、沉积层厚度分布情况以及地壳上地幔高精度S波速度结构.联合反演的结果表明：（1）研究区域内地壳厚度变化很大,从西北往东南方向地壳厚度逐渐变薄;（2）沉积层厚度与研究区内沉积盆地的分布情况较为一致;（3）在研究区中下地壳内由北向南呈条带状分布有两条主要的壳内低速体,其中一条从川西北次级块体向南延伸,穿过丽江断裂到达滇中次级块体下方,另一条低速体沿小江断裂分布,向南延伸到24°N左右,两条低速体在中地壳范围被四川盆地及峨眉山大火成岩省内带下方的高速异常所隔开.     

中国东北地区高分辨率地壳结构:远震接收函数

利用分布在东北地区的国家地震局台网、NECESSArray台网、吉林大学在长白山及其周边地区布设的26个临时台站总计259个台站接收到的16,070条高质量的P波接收函数,采用H-k和CCP(Common Conversion Point,共转换点)叠加成像方法,获得该区高分辨率的地壳结构.观测结果显示,东北地区莫霍界面深度和地表高程总体呈镜像关系;西部大兴安岭—太行山重力梯级带附近存在莫霍界面深度陡变带;中部的松辽盆地地区受晚中生代的地壳拉伸作用影响,地壳厚度较薄,北部的小兴安岭地区和南部的华北北缘造山带可能同样受拉伸运动影响,具有较小的地壳厚度;松辽盆地莫霍界面深度由西向东逐渐减小,推测这与太平洋板块俯冲作用有关;东部地区莫霍界面结构比较复杂,依兰—伊通断裂与敦化—密山断裂之间出现复杂震相,可能与该区存在地幔物质的底侵作用有关;长白山火山地区地壳厚度较大,对应较高的波速比,推测在该区地壳内存在岩浆囊.     

远震P波接收函数揭示的张家口(怀来)-中蒙边境(巴音温多尔)剖面地壳厚度与泊松比

本文使用时间域迭代反褶积算法,从张家口(怀来)-巴音温多尔一线布设的41个宽频地震台站、1年期间记录的连续三分量数据中提取到高质量的P波接收函数1844个.用H-κ扫描方法获得了测线下方Moho深度与波速比值(VP/VS)进而计算出泊松比,用共转换点(CCP)叠加方法获得了沿测线Moho面起伏图像.结果显示:(1)测线下方Moho深度平均40 km,仅各块体边界处出现Moho深度小尺度急剧变化.整体上,Moho面产状相对于索伦缝合带大致对称,在缝合带南侧的温都尔庙带和白乃庙带下方呈南倾趋势,在缝合带北侧的宝力道带、贺根山杂岩带下方呈北倾趋势.(2)华北克拉通北缘泊松比总体较高,兴蒙造山带整体较低;各次级块体内部泊松比分布相对稳定,块体分界带附近往往存在泊松比值的升降扰动.(3)整条测线地壳厚度和泊松比之间存在弱的负相关关系,表明存在构造作用的影响.(4)整条测线泊松比呈现以索伦缝合带南缘为对称轴的非线性分布.本文所获得的地壳上地幔结构以及泊松比分布特征,支持古亚洲(索伦)洋(南北)双向俯冲,最终沿林西断裂闭合的动力学模式.     

Constraining the characters of the upper mantle discontinuities beneath the NE margin of the Tibetan Plateau with a dense broadband seismic array

Based on observations from a dense broadband seismic array located along the northeastern (NE) margin of the Tibetan Plateau in southeastern Gansu Province,we use receiver functions (RFs) to pick the arrival times of P-to-S converted waves and bin the traces in different grids according to the piercing points of the 410 and 660 km discontinuities in the upper mantle.The depths of the two discontinuities are estimated by the ray tracing method with the IASP91 velocity model and a 3-D tomography model.The results indicate the following:(1) The arrival times of the P410s and P660s converted phases are delayed by approximately 1 s than those predicted by the IASP91 model.The mantle transition zone (MTZ) is thicker than that in the global model.(2) The synchronous lags in the P410s and P660s arrival times are consistent with low-velocity anomalies in the upper mantle,which are believed to result mainly from the eastward migration of materials beneath the NE margin of the Tibetan Plateau.(3) Combined with previous tomography results,the depression of the'660'discontinuity and the thickened MTZ are somewhat consistent with the big mantle wedge (BMW) model.However,due to data limitations,more studies are required to explore the BMW in the future.