南北构造带南段上地幔各向异性特征

对布设在南北构造带南段的中国地震科学探测台阵项目一期350个宽频带流动台站和中国地震台网90个宽频带固定台站记录的远震XKS(SKS、SKKS和PKS)波形资料作偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索法和"叠加"分析方法求得每一个台站的XKS波的快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,获得了南北构造带南段上地幔各向异性图像.结果显示研究区的各向异性具有明显的南北分区特征,北部的快波方向为近N-S方向,而南部主要表现为近E-W方向,且北部的平均时间延迟小于南部.分析表明,具有厚岩石圈的北部的各向异性主要由岩石圈变形引起,是一种垂直连贯变形模式;具有薄岩石圈的南部的各向异性主要由软流圈地幔流引起,缅甸和巽达板片的后撤/回转作用产生了指向西南的软流圈地幔流,在岩石圈底部和软流圈之间产生了一个水平差异运动,产生了一个与简单剪切一致的软流圈变形结构,从而产生了南部观测的各向异性.     

华北中西部和青藏高原东北缘上地幔各向异性变形特征

基于华北中西部和青藏高原东北缘3个流动台阵共480个台站新得到的远震XKS（SKS、SKKS和PKS）波分裂结果,并结合研究区已得到的987个台站的分裂结果,获得了高分辨率的上地幔各向异性图像.分析表明,鄂尔多斯块体的时间延迟较小,反映了其稳定性和弱的各向异性变形特征,可能保留了古老克拉通根的"化石"各向异性,但其靠近边缘的局部区域表现出与相邻边缘相一致的各向异性特征,反映了其局部区域受到了与其相邻边缘的构造活动影响.青藏高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体西缘快波方向主要为NW-SE方向,鄂尔多斯块体北缘主要为NNW-SSE方向,反映了青藏高原沿NE方向推挤过程中岩石圈沿NW-SE方向和NNW-SSE方向发生了伸展变形;位于四川盆地和鄂尔多斯块体两个刚性块体间的秦岭造山带的快波方向为近E-W方向或NWW-SEE方向,时间延迟较大,推测岩石圈东向挤出和软流圈东流共同促进了观测的各向异性;在鄂尔多斯块体南部边缘,快波方向自西向东逆时针沿西南缘六盘山的NW-SE方向转到南缘渭河地堑的近E-W方向再到东南缘太行山的NEE-SWW方向,推断该区域可能存在一个绕刚性块体的逆时针软流圈绕流,与上覆岩石圈左旋简单剪切变形产生了观测的各向异性,并一起驱动了鄂尔多斯块体的逆时针旋转.作为华北克拉通东西部的过渡带,华北中部的各向异性相对复杂,其东部快波方向为近E-W方向或NWW-SEE方向,时间延迟较大,其各向异性主要反映了太平洋板块西向俯冲作用引起的地幔流;其西北部吕梁山的各向异性主要由岩石圈沿NNW-SSE到NW-SE的拉张变形导致,而西南部太行山的各向异性还反映了软流圈绕流作用.鄂尔多斯块体东北缘大同火山区存在一个快波方向顺时针快速旋转且时间延迟较小的区域,可能与火山群下地幔岩浆上涌形成的局部地幔对流相关.紧邻华北北部的中亚造山带中南部快波方向为近E-W方向,其各向异性不仅受到与构造走向一致的岩石圈变形作用,而且也受到太平洋板块西向俯冲引起的地幔流影响.     

华北上地幔各向异性研究

对华北地震科学台阵的200个宽频带和甚宽带地震台站所记录的远震SKS(SKKS)波形资料作偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法求得每一个台站的SKS(SKKS)快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,并结合已发表的固定台站的结果,获得了华北上地幔各向异性图像.从得到结果看,华北东部各向异性快波方向基本为NWW-SEE方向,而西部的快波方向转到NW-SE或NNW-SSE.快、慢波时间延迟范围是0.50~1.47 s,华北西部的平均快、慢波时间延迟小于华北东部.在华北东部,快波方向与绝对板块运动(APM)方向基本一致,预示了NWW向的软流圈地幔流是引起该区域上地幔各向异性的主要原因,它使得上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿地幔物质流动方向,从而导致了NWW趋向的快波方向.然而,在稳定的西部,快波方向既不与绝对板块运动方向一致,也不与构造走向一致,这种弱各向异性很可能是遗留在古老克拉通的厚的岩石圈内的"化石"各向异性.     

塔里木盆地南部上地幔各向异性研究

塔里木南缘位于塔里木块体同青藏高原碰撞的前缘,是认识青藏高原同周围块体相互作用的重要位置.横波分裂方法可以获得岩石圈及软流圈地幔的介质各向异性特征,进而探讨岩石圈变形和地幔流动.本文利用横波分裂方法对中国科学院地质与地球物理研究所、北京大学和南方科技大学联合布设在塔里木盆地南部的8个宽频带流动地震台站记录的SKS和SKKS震相进行分析,获得了塔里木盆地南部上地幔各向异性参数.分析结果显示,研究区快波偏振方向总体比较一致呈近东西向,但存在盆地边缘到盆地内部变化,而慢波延迟时间分布在0.3~1.5 s,差异较大.综合前人对青藏高原北缘和阿尔金断裂周边的横波分裂研究结果,研究区内大部分地区地幔流动方向和绝对板块运动方向保持一致,推测青藏高原北缘同塔里木盆地接触带,青藏高原北缘软流圈南东东向流动对塔里木块体下方地幔流动造成扰动,随着深入到塔里木块体内部,干扰越来越弱;同时青藏高原北部软流圈物质可能对塔里木盆地岩石圈产生影响,随着地幔软流圈物质持续向北运动逐渐冷却,对盆地内部岩石圈的影响程度减弱.

     

基于横波分裂、GPS和断裂第四纪滑动速率数据研究中国大陆及邻区岩石圈/软流圈动力学特征

中国大陆及邻区位于欧亚大陆东南部,4个重要的板块强烈交互作用,东部受到太平洋板块和菲律宾海板块的俯冲作用,西部受到印度板块的碰撞作用,形成了诸多俯冲带、造山带及数千千米的大陆离散变形带。因此,中国大陆及邻区是开展地球动力学研究的天然实验室。提高对岩石圈和软流圈变形特征的认识对理解中国大陆及邻区的动力学含义具有重要意义。本研究将通过联合地表变形场和地幔变形场来分析中国大陆及邻区的岩石圈壳幔耦合程度和软流圈的地幔流特征。本研究收集了位于中国大陆及邻区的宽频带固定和流动地震台(共1 800个台)记录的XKS(SKS,SKKS,PKS)波形资料,采用最小切向能量的网格搜索和叠加分析方法测量了每个台站的各向异性参数,即快波偏振方向和快、慢波时间延迟,并利用他人在区域内的993个宽频带地震台站得到的横波分裂参数,一起组成表征地幔变形场的数据集;并利用发表的约3 600个GPS和断裂第四纪滑动速率测量数据,采用连续样条函数方法求取了中国大陆及邻区的地表连续变形场(速度场和应变率场)。根据应变率分布和岩石圈构造特征,按照高应变率和厚岩石圈区域采取岩石圈变形模式分析,定量求取和确定每个测点的岩石圈变形类型(左旋简单剪切、右旋简单剪切和纯剪切变形),通过预测的横波分裂参数与实测参数的对比来确定岩石圈壳幔力学耦合程度。研究结果表明,大部分地区符合垂直连贯变形模式,属于壳幔耦合特征,如青藏高原、天山造山带、阿尔泰造山带、台湾造山带、琉球岛弧等构造单元,但在印度板块和欧亚板块陆-陆碰撞带——喜马拉雅碰撞带、日本和稳定的四川盆地、塔里木盆地等区域,可能由于板块俯冲导致的复杂构造变形或一种古老的"化石"各向异性并不符合垂直连贯变形模式。在低应变率和薄岩石圈区域采用简单软流圈变形模式分析,假设各向异性是由于岩石圈底部和软流圈之间的运动速度差异引起的。基于预测的地幔流和地表速度场模拟的快波方向与XKS波分裂快波方向之间的比较,通过迭代反演确定了最佳地幔流。研究结果显示,长白山火山活动区将中国东部下面软流圈地幔流分成两部分,北部顺时针旋转的地幔流向东运动,指向东方的太平洋俯冲带,而南部顺时针旋转的地幔流自北向南由向南运动变化到向西南运动,指向西南的缅甸俯冲带和巽达俯冲带。长白山火山活动区下的热地幔上涌使得中国东部软流圈地幔流分成流动方向相反的两部分,北部的顺时针旋转的地幔流向东运动,而南部的顺时针旋转的地幔流自北向南,由向南运动到向西南运动。而在蒙古地区拟合的最佳软流圈地幔流为顺时针旋转的地幔涡流,其形成可能与太平洋板片俯冲、后撤/回转,以及巨厚岩石圈的西伯利亚克拉通的几何形态相关。东亚地区的太平洋板片、巽达板片和缅甸板片的俯冲作用和后撤/回转作用导致了中国大陆及邻区顺时针旋转的软流圈地幔流,使得与岩石圈底部产生了一个水平差异运动,在软流圈中产生一个与简单剪切一致的变形结构,进而形成了研究区所观测到的各向异性。     

南北构造带岩石圈结构与地震的研究

南北构造带是中国大陆东西部大地构造的主要分界,也是大陆内部强烈地震发生的主要地区之一.2008年汶川MS8.0地震发生后,在南北构造带及周边地区进行了大量的野外科学考察、深部地球物理探测和流动地震观测,在岩石圈结构与构造、强震发生的深部构造环境和动力学过程等方面获得了重要的进展.本文综述近年来发表的一批研究成果,包括岩石圈结构的深部地球物理探测和成像,地震层析成像,地震各向异性和壳幔变形,与近期发生的强烈地震相关研究,以及与大陆动力学有关的研究等.自2000年以来,我国建成了具有1000多个地震台站的国家和区域地震台网.它们在实时为地震监测服务的同时,其产出的海量数据还提供用于地球科学研究.一批作者在国内外发表了研究成果,大大提高了对南北构造带的认识.我们虽然取得许多共识性的重要成果,但是也存在一些问题,发现不同作者的结论是相互矛盾的.其原因之一可能是,现有台网的数据成像分辨率和精度仍不足以识别在地壳深处的细节,例如在孕震尺度概念下的地震危险区.加强流动地震观测,提高台站分布的密度,取得高可信度的目标模型是解决问题的重要方面.近年来"中国地震科学台阵观测"计划在南北构造带上实施的大型流动台阵观测,结合固定地震台网的资料,加上高分辨率深部地球物理探测,以获得高可信度的地壳上地幔三维精细结构及物性成像,是提高地震科学和大陆动力学研究水平的一个有效途径.     

南北地震带北段地壳上地幔电性结构及有关资料问题的讨论

根据南北地震带北段６ 条东西向和２ 条南北向剖面的大地电磁测深结果,对该区域的地壳上地幔电性结构进行了较全面的分析．对资料中存在的一些问题进行了讨论     

中国南北地震带北段地壳和上地幔的电性特征

本文介绍了在我国南北地震带北段地区进行大地电磁测深所得到的一些非常初步的结果,主要是这一地区内的地壳和上地幔的电性特征以及震区和非震区的电性差异。     

中国南北地震带北段地壳和上地幔的电性特征

本文介绍了在我国南北地震带北段地区进行大地电磁测深所得到的一些非常初步的结果,主要是这一地区内的地壳和上地幔的电性特征以及震区和非震区的电性差异。     

Upper mantle anisotropy beneath central and southwest Japan: An insight into subduction-induced mantle flow

Analysis of seismic anisotropy in the crust and mantle wedge above subduction zones gives much information about the dynamic processes inside the Earth. For this reason, we measure shear wave polarization anisotropy in the crust and upper mantle beneath central and southwestern Japan from local shallow, intermediate, and deep earthquakes occurring in the subducting Pacific slab. We analyze S phases from 198 earthquakes recorded at 42 Japanese F-net broadband seismic stations. This data set yields a total of 980 splitting parameter pairs for central and southwestern Japan. Dominant fast polarization directions of shear waves obtained at most stations in the Kanto–Izu–Tokai areas are oriented WNW–ESE, which are sub-parallel to the subduction direction of the Pacific plate. However, minor fast polarization directions are oriented in NNE–SSW directions being parallel to the strike of the Japan Trench, especially in the north of Izu Peninsula and the northern Tokai district. Generally, fast directions obtained at stations located in Kii Peninsula and the Chubu district are oriented ENE–WSW, almost parallel to the Nankai Trough, although some fast directions have NW–SE trends. The fast directions obtained at stations in northern central Honshu are oriented N–S. Delay times vary considerably and range from 0.1 to 1.25 s depending on the source depth and the degree of anisotropy along the ray path. These lateral variations in splitting character suggest that the nature of anisotropy is quite different between the studied areas. Beneath Kanto–Tokai, the observed WNW–ESE fast directions are probably caused by the olivine A-fabric induced by the corner flow. However, the slab morphology in this region is relatively complicated as the Philippine Sea slab is overriding the Pacific slab. This complex tectonic setting may induce lateral heterogeneity in the flow and stress state of the mantle wedge, and may have produced NNE–SSW orientations of fast directions. The ENE–WSW fast directions in Kii Peninsula and the Chubu district are more coherent and may be partly induced by the subduction of the Philippine Sea plate. The N–S fast directions in northern central Honshu might be produced by the trench-parallel stretching of the wedge due to the curved slab at the arc–arc junction.     

Upper mantle anisotropy and crust-mantle deformation pattern beneath the Chinese mainland

Over the past 10 years,the number of broadband seismic stations in China has increased significantly.The broadband seismic records contain information about shear-wave splitting which plays an important role in revealing the upper mantle anisotropy in the Chinese mainland.Based on teleseismic SKS and SKKS phases recorded in the seismic stations,we used the analytical method of minimum transverse energy to determine the fast wave polarization direction and delay time of shear-wave splitting.We also collected results of shear-wave splitting in China and the surrounding regions from previously published papers.From the combined dataset we formed a shear-wave splitting dataset containing 1020 parameter pairs.These splitting parameters reveal the complexity of the upper mantle anisotropy image.Our statistical analysis indicates stronger upper mantle anisotropy in the Chinese mainland,with an average shear-wave time delay of 0.95 s;the anisotropy in the western region is slightly larger(1.01 s)than in the eastern region(0.92 s).On a larger scale,the SKS splitting and surface deformation data in the Tibetan Plateau and the Tianshan region jointly support the lithospheric deformation mode,i.e.the crust-lithospheric mantle coherent deformation.In eastern China,the average fast-wave direction is approximately parallel to the direction of the absolute plate motion;thus,the upper mantle anisotropy can be attributed to the asthenospheric flow.The area from the Ordos block to the Sichuan Basin in central China is the transition zone of deformation modes between the east and the west regions,where the anisotropy images are more complicated,exhibiting"fossil"anisotropy and/or two-layer anisotropy.The collision between the Indian Plate and the Eurasian Plate is the main factor of upper mantle anisotropy in the western region of the Chinese mainland,while the upper mantle anisotropy in the eastern region is related to the subduction of the Pacific Plate and the Philippine Sea Plate beneath the Eurasian Plate.     

湖北地区上地幔各向异性及其动力学意义

SKS波分裂测量是研究大陆地幔的形变特征、探索大陆动力学和演化过程的重要工具.本文选用湖北数字地震台网(HB台网)和中国数字化宽频带地震台网(CB台网)提供的三分量宽频带数字化地震资料,使用旋转相关法和切向能量最小法,计算得到了湖北地区23个地震台站下方上地幔各向异性参数.结果表明,快波偏振方向较为复杂:大别造山带内,呈平行于大别造山带构造走向的NWW向,且与绝对板块运动方向基本一致,反映印支—燕山期扬子板块与华北板块南北向挤压碰撞造山的过程,而地幔流动则是造成这种南北挤压的力源.扬子板块内NWW向虽与绝对板块运动趋势一致,但比较离散,受地幔对流影响不明显,而NE向各向异性主要与燕山后期之后应力场的转变有关.分析认为,该地区的上地幔各向异性为地幔流动和固结在岩石圈中的"化石各向异性"共同作用的结果.根据上地幔各向异性方向与主要构造带的走向平行,可以作为地壳变形与上地幔连贯变形的证据.整个研究区域得到的分裂延迟时间在0.5~1.35 s之间,厚度在58~155 km之间.     

远震剪切波分裂研究华南西南部上地幔各向异性特征

华南板块由扬子克拉通和华夏地块在新元古代碰撞拼合形成, 其西南部的缝合带位置存在强烈争议.本文基于一条南北向宽频带流动台阵天然地震数据, 利用SKS波分裂研究华南西南部上地幔各向异性特征的南北向变化.分裂测量结果显示, 26°N以南的右江盆地快波偏振方向为E-W或NEE-SWW方向, 分裂时差为0.5~2.5 s, 变化范围较大; 川东褶皱带存在较多空解, 快波偏振方向以近东西向为主, 分裂时差在0.5~1.5 s范围内变化; 在右江盆地北缘和川东褶皱带的过渡区域(约26°N附近)各向异性明显较弱.结合前人的上地幔速度成像结果, 我们认为川东褶皱带与右江盆地过渡带是扬子克拉通的南边界, 在其下方北侧的川东褶皱带巨厚的岩石圈向南转变成较薄的岩石圈, 陡变的岩石圈边界引起了软流圈上涌, 软流圈的垂向运动导致其水平方位各向异性较弱.

     

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.

     

利用剪切波分裂研究内蒙古阿巴嘎地区上地幔各向异性

内蒙古阿巴嘎地区壳幔经历强烈变形,岩石圈变形机制尚不明确.利用布设在研究区的32个流动地震台站所记录到的远震剪切波数据,测量得到120对各向异性参数和113个无效分裂结果.结果表明,研究区快慢波延迟时间变化范围为0.4~1.4 s,平均0.77±0.21 s;各向异性快波方向变化范围为N101°E-N45°W.其中一组快波偏振方向为N82.0°E±12.3°,与区域内断裂走向平行,反映地幔矿物晶格定向排列;另一组快波方向集中位于华北克拉通内部,平均为N146.8°E±9.5°,平行于早白垩纪岩石圈伸展变形方向,推测由残留在岩石圈中的化石各向异性所引起.在研究区北部部分台站,只观测到无效分裂而没有观测到有效分裂结果,可能存在局部热地幔物质上涌.