龙门山断裂带中北段的地壳电性结构及其动力学模型

2012年在四川龙门山断裂带的茂县—绵竹段进行了点距约3km、横跨断裂带的大地电磁探测,精细处理并反演获得长70km,深50km的2维电性剖面。通过与同位置的反射地震资料对比进行综合解释,刻画出龙门山断裂带中北段的地壳结构:1)四川盆地上覆地层为低阻,电性结构稳定并叠置于坚固的扬子中下地壳之上;龙门山3条主断裂均表现为低阻—中低阻,其构造形态都沿NW向倾斜,并由陡变缓向下延伸,浅部最陡处60°,深部最缓处30°。2)龙门山断裂带上地壳整体逆冲推覆于扬子板块的刚性基底之上,不仅形成由陡趋缓的3条主断裂,而且多期次的地震活动造成隐伏次级断裂发育;映秀-北川断裂之下具有明显NW倾斜且陡立的电性梯度带,2008年汶川地震余震在该区域内集中分布,其中安县-灌县断裂下盘发育大型隐伏的基底断裂,可能为发震断裂,地震能量沿隐伏次级断裂向上传递导致映秀-北川断裂遭破坏最为严重。3)青藏高原东缘的中下地壳下插,使高阻的扬子中下地壳嵌于龙门山逆冲推覆带和青藏高原东缘中下地壳之间,形成"鳄鱼口"样式的构造格架。龙门山的隆升是由上地壳的逆冲推覆脆性变形和中下地壳的壳内高导物质流的韧性变形共同作用的结果。同时提出,由于中下地壳物质流在龙门山不仅受阻于刚性的扬子块体,而且下插于扬子板块上地幔,形成一种可能的类似"传送带"的动力模式,带动了其上盘发生持续的逆冲推覆脆性变形。     

龙门山断裂带西南端地壳电性结构

在龙门山断裂带中段于2008年5月12日发生了汶川M_S 8.0地震,5a之后于2013年4月20日在其西南侧即龙门山断裂带SW段发生了芦山M_S 7.0地震。而在汶川地震前,沿龙门山断裂带主体部分存在7a间未发生4.0级以上地震的相对平静期。因此,汶川地震后人们研究了龙门山断裂带的地壳结构及其与汶川地震的成因关系,仅仅相隔5a时间,就在龙门山断裂带的SW段发生了芦山地震,其深部结构和孕震环境以及与汶川地震的关系又成为人们关注的热点科学问题。为了研究龙门山断裂带西南端附近的地壳结构,布置了一条穿越龙门山断裂带西南端附近的大地电磁探测剖面LS6,该剖面位于芦山地震破裂带的西南端。通过采用先进技术对大地电磁数据的分析和二维反演,发现LS6剖面与其东北侧的穿过芦山地震区汶川地震后完成的LMS4剖面的地壳电性结构既有相似性,但也存在明显的差别,其电性结构更复杂。研究表明,尽管2008年发生了汶川地震,但是龙门山断裂带受到的西北侧松潘-甘孜地块向SE的运动和对龙门山断裂带的推挤作用,以及东南侧四川盆地的阻挡作用仍然存在,同时龙门山断裂带西南端及其附近地区的地壳结构更复杂,而且还受到其西南侧川滇地块和鲜水河断裂等变形作用的影响,因此推测芦山地震与汶川地震既是相互独立的2次地震,但也有一定关联。     

邢台震区地壳上地幔电性结构及其构造意义

用大地电磁测深（ＭＴ）方法在邢台地震区作了４条观测剖面，资料解释结果表明探测区地壳上地幔的电性结构主要特征为：震源区复杂，周边区简单；发震深度复杂，非发震深度简单；震源区电性突变，显示隐伏高角度断裂；高导层代表１０ｋｍ和２０ｋｍ深度的滑脱面；地幔上隆可能意味着地幔物质向上运移。这些观测结果对于了解测区构造背景、发震构造和深浅构造的关系有重要意义     

郯庐断裂带中段电性结构及其地学意义研究

郯庐断裂带是中国大陆东部一个重要的左行走滑断裂系,对于研究中国大陆的形成演化与构造格局有着十分重要的意义.阿拉善左旗—山东日照超宽频带大地电磁测深剖面在山东莒县附近穿越了郯庐断裂带中段,电性主轴分析结果表明断裂带附近构造走向大致为北东20°;反演电阻率模型表明剖面穿越处郯庐断裂带的宽度约为30 km,断裂带主体是两条切割深度大、陡倾的断裂,西侧断裂切割深度约为60 km,向西倾斜,断面陡立,倾角约为70°,东侧断裂切割深度大于80 km,但小于100 km,界面东倾,陡立,倾角约为60°~80°;这两条断裂都切穿了地壳,但未切穿岩石圈.郯庐断裂带东缘至剖面终端日照,整个地壳为高阻,与断裂带西侧地壳的电性结构差异明显,这表明郯庐断裂带是华北地块与胶辽朝地块的边界断裂.     

龙门山断裂带地壳密度结构

研究龙门山及邻区地壳密度结构对于认识该地区地震活动性具有重要意义.根据龙门山及邻区( 100°～105°E,28°～33°N)的布格重力异常资料,选取了跨越龙门山断裂带的6条重力测线,在深地震测深资料约束下,使用Geosoft软件分别反演出了龙门山地区地下的沉积层、康拉德界面和莫霍面的深度分布.研究结果表明:龙门山断裂带两侧的地壳结构明显不同,西面高原地区沉积层较薄,大部分为基岩出露;而东边盆地沉积层明显较厚,多在6km以上.莫霍面和康拉德面在两侧均相对平缓,康拉德面从东部的大约24km增加到青藏高原山区的35km左右;莫霍面深度从东部盆地的大约42km增加到西部青藏高原的67km左右.龙门山断裂带整体表现为一条近SN向的陡变重力梯度带,并在其地壳内各界面均发生错断,莫霍面和康拉德面错断距离分别达6 ～ 7km和3～ 5km.该区地壳的这种陡变和不均匀性是导致地震活动性强烈的主要原因之一.     

四川威远—荣县工业开采区地壳电性结构研究

利用大地电磁测深方法(MT)探测了威远—荣县工业开采区的电性结构,并据此推断了穿过剖面的断层的位置和深部延伸状况,探讨了开采区地震活动性的控制因素.在探测中,在开采区的北部布设了2条长度约90 km的EW向展布以及1条穿越威远背斜的长度约100 km的NW-SE向展布的MT剖面.利用带地形的非线性共轭梯度法进行了反演,获得了这3条剖面的电阻率分布图.结果表明,开采区约5 km以浅区域的电阻率较低(10~30 Ωm),且存在着电阻率很低(< 5 Ωm)的多个孤立的局部区域.在5 km以深,西/西北部为高阻区,且由西向东、由北向南存在变薄的趋势,东/东南部为低阻区,电性结构比较均匀.电阻率图像还揭示了3条剖面经过的区域内的主要断层的形态和延伸状况,除长山镇断层的下端埋深可能超过了20 km外,其他断层向下延伸深度可能不超过5 km.断层可能不是开采区内地震活动的主控因素.

     

新疆玛纳斯大震区地壳深部的电性结构

对玛纳斯大震区新近观测的大地电磁测深数据进行了处理,得到视电阻率曲线、阻抗相位曲线、二维偏离度、主轴方位角和地磁实感应矢量。然后对所有测点的资料进行了二维自动反演解释。结果表明,沿剖面的地壳浅部可划分为５个区段,沿剖面的深部可划分为３个区段,各区段的接触边界由断层或深断裂带组成。沿测线沉积盖层最大深度达１２ｋｍ左右;测线南段存在壳内低阻体。这些解释结果与地质及其它资料吻合较好。玛纳斯７．７级地震发生在地壳电性结构发生明显变化的接触带附近     

郯庐断裂带安丘、莒县电磁台 地壳电性结构研究

郯庐断裂带中段的沂沭断裂带发生过多次中强地震,其结构复杂,是地震研究者重点关注的区域。山东安丘和莒县电磁台都具有综合地电场和地磁场观测,两台分别位于沂沭断裂带内的安丘-莒县断裂和昌邑-大店断裂上。山东无棣电磁台位于郯庐断裂带西侧,属冀东-渤海断块,距安丘台230km,但此前未曾对该台站的地壳深部电性结构进行过探测研究。文中利用大地电磁测深方法(MT)对这3个电磁台站及其附近区域的探测数据进行研究,结果表明,3个台站的地壳电性结构有明显的差别,分别与台站区域地质构造及其地震活动性存在对应关系。在每个台站及其附近的4个测点分别得到优良的视电阻率和阻抗相位等数据,经过一维和二维反演,获得了3个台站的地壳深部电性结构,并可与直流对称四级电阻率测深法得到的近地表的电性结构进行对比。无棣台及其附近具有稳定地块的成层性地壳深部结构,而安丘和莒县电磁台分别具有复杂的地壳电性结构,呈现出活动地块边界带的结构特点。安丘台和莒县台附近区域可分别以安丘-莒县断裂和昌邑-大店断裂为界,将地壳电性结构分成2部分,在断裂西侧即郯庐断裂带内部的中下地壳低阻层更发育,昌邑-大店断裂西侧的低阻体可能含丰富的流体,在区域的地震孕育发展过程中起着重要作用。     

青藏高原东部岩石圈电性结构特征及其构造意义

主要介绍青藏高原东部下察隅—清水河(EHS3D-3)剖面的大地电磁(MT)探测结果。根据2007年沿该测线观测的MT数据,经过资料处理、分析和二维反演,得到了研究区岩石圈的电性结构。结果表明:沿剖面电阻率分布具有纵向成层,横向分区的特征;上地壳由不同大小的高阻体构成;拉萨地块和羌塘地体中下地壳分别存在一个大范围的低阻体,初步认为这2个低阻体由深部流体以及部分熔融所致,可能是高原东部环绕东构造结的2个物质流通道,同时也是高原南北两侧的2个主要剪切走滑带;雅鲁藏布缝合带和班公-怒江缝合带均表现为向北逐渐加深的相对低阻带,可能是俯冲板片表面低阻物质的反映;金沙江断裂深部表现为强烈的低阻体异常,但与该区其它缝合带的电性特征区别较大。     

松辽盆地岩石圈减薄的深部动力学过程

松辽盆地作为东亚裂谷系的一部分,与华北克拉通一起经历了中生代岩石圈减薄的重大地质事件.对大陆岩石圈-软流圈状态和构造的整体认识,是研究大陆岩石圈减薄深部动力学过程的关键.在获得过松辽盆地的106个宽频和30个长周期大地电磁测深数据的基础上,完成测点数据二维偏离度、构造走向等计算与分析,进一步采用非线性共轭梯度算法,对TE和TM模式数据进行二维联合反演,获得了沿剖面的壳-幔电性结构,并依此构建了松辽盆地壳-幔结构模型.研究结果表明：（1）大兴安岭地区岩石圈厚度约为160 km,松辽盆地岩石圈厚度约为45 km,张广才岭岩石圈厚度在70~100 km之间,莫霍面与岩石圈底界面不呈镜像关系.软流圈整体表现为中、低阻异常,电阻率值在30 Ωm左右,其形态呈西倾约30°的蘑菇状异常,指示了软流圈物质上涌的形式,有别于软流圈垂直上涌的传统认识.（2）松辽盆地深部存在双层高导异常（电阻率小于5 Ωm）,上层为壳内高导层,呈"蛇"状分布,推断为岩浆底侵区,下层为幔内高导层,呈"哑铃"状,为软流圈上涌区.软流圈内存在两个"哑铃"状中、高阻异常,推断为拆沉的岩石圈地幔.具有冷的、高密度的下降物质流的堆积以及拆沉块体下插到两侧山岭是促使大兴安岭与张广才岭在中生代伸展环境中快速隆升重要原因;（3）松辽盆地经历了岩石圈减薄事件,与大兴安岭岩石圈厚度相比,松辽盆地岩石圈厚度减薄了近100 km,与东侧张广才岭相比减薄了70 km,而与中生代华北地台100 km的岩石圈厚度相比,减薄了近50 km,其经历了岩石圈伸展期、裂解期、拆沉期和增长期的动力学过程.     

龙门山断裂带及其周边地区重力场 和岩石层力学特性研究

继2008年汶川M_S8.0地震之后, 2013年4月20日又发生了芦山M_S7.0地震, 两次地震的发震构造同属龙门山断裂带. 根据最新的重力和地形资料, 采用岩石层弹性板模型, 计算了龙门山断裂带及其周边地区的二维岩石层有效弹性厚度分布, 并从岩石层的力学特征分析了穿过两次地震震中位置的重力剖面特征; 结合以往在该地区的研究成果, 分析了岩石层的力学变形问题. 结果表明, 以龙门山为界, 四川盆地所在的扬子板块弹性厚度为33(±4) km, 龙门山西北的松潘—甘孜地块的弹性厚度为13(±4) km, 两侧岩石层存在明显的力学强度差异. 包括两次地震震中范围的龙门山断裂带南部区域的有效弹性厚度值小于北部地区, 说明该区域的岩石层更容易发生变形, 可以解释在构造上具备强震发生的岩石层动力学条件.     

台湾碰撞带现今地壳变形场特征及其动力学成因的有限单元法模拟研究

台湾是菲律宾海板块与欧亚板块会聚、碰撞的产物,区内地质构造复杂,地震频发,变形强烈.为定量研究台湾地区变形特征及其动力学成因,文中运用二维不连续变形体弹性力学的有限单元计算方法,利用台湾地区1995—2005年GPS的观测结果作为边界约束,对台湾地区地壳变形场进行了模拟.计算结果显示,台湾中部地区主要呈压缩状态,但在台湾的东北部及南部地区出现了拉张的变形环境.变形程度最大的区域位于台湾东部海岸山脉及其附近海域,同时,计算给出台湾纵谷断裂滑移速率约为13.8~23.5 mm/yr,由于纵谷断裂对变形的吸收,因此变形在纵谷断裂以西及西北地区迅速衰减.此外,计算结果还发现,计算给出的台湾岛上的速度值与GPS观测结果吻合得较好;计算给出的主应力方位与地应力观测及震源机制解结果也颇为一致.由此说明文中的有限元模型是合理的.此外,计算结果还表明,菲律宾海板块向北西方向的推挤,板块边界形状,观音、北康高地的抵阻, 冲绳海槽扩张及琉球海沟的向南后撤以及断裂作用等,共同造成了台湾地区现今变形场的主要格局.     

龙门山断裂带形成过程及其地应力状态模拟

以龙门山附近区域运动特征以及深部岩体力学特性为基本条件,采用FLAC模拟软件计算模拟分析了龙门山断裂形成过程和塑性区分布的几何特征.研究结果认为：汶川—茂县断裂F1、映秀—北川断裂F2和灌县—安县断裂F3是从中部开始发育,塑性区上侧逐渐发展至地表;F1断层首先出现,以后才依次形成F2和F3断层.这些塑性区的发育方向与水平面的夹角大致呈40°左右,并出现了各自的共轭断层,与实际的龙门山断裂大致吻合,说明区域构造运动是龙门山断层产生的主因.论文还揭示了区域构造运动过程中区块内主应力的变化规律,主要分为2个阶段,一是在区块挤压初期,主应力随着区块位移量的增大而增大;二是主应力相对稳定阶段,区块岩体内的主应力保持相对稳定的状态,达到临界破坏岩体的最大最小主应力比值一般介于3.31~4.39.

     

龙门山断裂带及附近区域地貌形成与地应力演化机制研究

以龙门山附近区域水平运动特性以及深部岩体力学特性为基本条件,采用FLAC模拟软件计算分析了龙门山断裂带及附近区域的地貌形成过程和地应力演化机制。研究结果认为:区域板块运动是龙门山地貌形成的重要原因,龙门山3条断层在62万年内的相对滑移速率分别为1.53,0.245和0.458 mm/a,与实际监测结果基本吻合;龙门山断裂带左侧呈抬升趋势,右侧四川盆地的垂向运动保持稳定;随着区域板块的运动,3条断裂带附近主应力的变化均经历了3个阶段,即应力低态稳定阶段,应力增高阶段和应力高态稳定阶段,最终形成应力积聚—应力释放的平衡局面;断裂带附近的最大、最小主应力比值介于2.94—3.71之间,平均为3.3,与实际监测结果基本吻合。由此可以推断,龙门山及附近区域将长期处于高偏应力环境,即长期处于“应力累积—进入临界状态—发震—新的应力累积”的地震周期。      

High-resolution crustal velocity structure in the Shanxi rift zone and its tectonic implications

The Shanxi rift zone, located in the Trans-North China Orogen(TNCO) of the North China Craton(NCC), is wellknown for hosting large intraplate earthquakes in continental China. The TNCO is a suture zone formed by the amalgamation of the eastern and the western blocks of the NCC. After its formation, it was reactived and deformed by later tectonic activities,which result in complex lithospheric heterogeneities. Thus, the detailed crustal structure of the Shanxi rift zone is critical for understanding the tectonics and seismogenic mechanism in this area, which will shed new lights on the formation and dynamic evolution of the NCC. In this study, we applied ambient noise tomography based on 18 months continuous records from 108 seismic stations located in Shanxi and its surroundings, in order to constrain its detailed crustal structure. We measured 4437 Rayleigh wave phase velocity dispersion curves in the period of 5–45 s from the cross-correlation functions. Next, a surface wave direct inversion algorithm based on surface-wave ray tracing was used to resolve a 3-D S-wave velocity model in the upper 60 km with lateral resolution of ～50–80 km. The tomographic images show that the sedimentary thickness of the Taiyuan Basin is less than 5 km. At depth of 0–10 km, we observe a good correlation between the imaged structural variations with geological and topographic features at the surface. For example, the center of rift shows low-velocity anomalies and the uplifting areas on both sides are characterized by high velocity anomalies. The western and eastern boundaries of the slow materials coincide with the faults that control the basin. The slow material extends from the shallow surface to depth of about 15 km but it getting smaller in shape at deeper depth. For the Taiyuan Basin, Linfen Basin, and Yuncheng Basin in the central and southern parts, the structure is dominant by slow materials in the upper crust but changes to strong high-velocity anomalies in the lower crust and the uppermost mantle at depth deeper than 25 km. We interprete these high-velocity anomalies to be associated with the cold remnant of the underplated basalt in the lower crust that were formed in early Tertiary before the basin was stretched. We also observe the low-velocity anomaly beneath the Datong volcanic area, which extends from the uppermost mantle to a depth of20 km vertically and migrates from west to east laterally. It may reflect the upwelling channel of the magmatic material in Datong. Moreover, the strong low-velocity anomalies presented north of 38°N could be related to the heated crustal materials with paritial melting as a result of the intensive magmatic activities of the Datong Volcano since the Cenozoic. In our study region, seismicity mainly concentrates in the depth range of 5–20 km and we find that most earthquakes appear to occur in places where velocity changes from high to low rapidly, with slight higher concentration in the faster material areas. In summary, our high-resolution 3-D crustal velocity model provides important seismological constraints to understand the tectonic evolution and seismicity across the Shanxi rift zone.     

青藏高原东南缘的地壳结构与动力学模式研究综述

青藏高原东南缘的川滇地区壳幔变形特征及地球动力学模式一直是研究的热点问题之一,多年来一直受到各国地球科学家的高度关注.青藏高原演变的"下地壳流模型"模拟得到的地表速度和变形场与GPS观测具有很好的一致性,该模型在当前国际地学界很流行,因而寻找下地壳流存在与否的证据,是深部地球物理学必须面对的一个科学问题.本文综合了川滇地区GPS观测、震源机制解和Pms相分裂的结果,旨在探讨川滇地区地壳演变模式的合理性;另外,从层析成像、接收函数反演和大地电磁测深结果分析,认为川滇地壳内存在大范围的低速层,但分布的几何形态较复杂.在云南地区,这一壳内低速区似乎被小江断裂和金沙江-红河断裂限制在特定的区域内.     

龙门山断裂带映秀-北川断裂的古地震及其复发间隔初步研究(英文)

The activity of the Longmenshan thrust belt has concentrated mainly on its Wenchuan-Maoxian Fault, Yingxiu-Beichuan Fault, and Guanxian-Jiangyou fault since the Quaternary time.     

鲜水河断裂带南段深部电性结构特征研究

通过对新都桥—小金剖面的大地电磁测深及重磁实测资料研究,结合区域地质资料,对鲜水河断裂带南段及邻区深部构造、壳内高导层、电性结构与历史地震的关系进行了研究.结果表明：（1）鲜水河断裂带深浅表现出不同特征,浅部是以地壳脆性-剪切带为主的断裂系统,深部是以走滑型-壳幔韧性剪切带为主的断裂系统,断裂呈花状形态,深部到达上地幔;（2）在丹巴构造带及鲜水河断裂带的中下地壳,广泛发育壳内高导层,其分布具有不均匀性,且与断裂带构造活动有关;（3）在鲜水河断裂带的走滑剪切作用下,上地壳物质发生原地重熔产生花岗岩浆是折多山花岗岩形成的主要机制;（4）鲜水河断裂带地震发生机理与塑性软弱层密切相关,受塑性软弱层拖拽作用,应力区集中在高阻体脆性介质内部靠近断层一侧,使得岩石破碎而发生地震.

     

华北克拉通热结构差异性特征及其意义

华北克拉通破坏存在空间上的差异性,至今其内在的动力学机制仍存在较大的争议,这种差异性在岩石圈热结构上必然有所表现.广义上岩石圈热结构包括热流结构、温度场结构和热岩石圈厚度,是揭示岩石圈演化及其内在动力学过程的重要基础.基于二维地震剖面和大地热流数据,建立二维稳态热传导有限元模型,对华北克拉通东部岩石圈热结构进行模拟计算并与西部进行对比分析,在此基础上对比热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的变化.结果显示,华北克拉通东、西部岩石圈热结构有着较为明显的差异,地幔热流值波动范围分别在24~44/20.5~24.5 mW·m-2,壳幔比1.61~0.70/1.84~1.51,以1300℃等温线计算得到的热岩石圈厚度变化范围在75~139 km/128~162 km.华北克拉通东部相对西部有着较高的深部地幔热流值和较小的地震/热岩石圈厚度差异,这可能意味着东部软流圈地幔有效黏度相比西部低,估算差异可达2~3个数量级.