川滇地区上地幔顶部Pn速度细结构

利用中国地震年报、四川和云南区域地震台网观测报告的23298个Pn波到时资料,反演得到川滇地区及周边的Pn波速度细结构及各向异性。结果表明:该区Pn波速度在7.7～8.3km/s范围内变化,横向变化较为明显,在滇西南部、腾冲火山区、攀西构造带,Pn波速度都明显较低,这些地区地震和构造活动十分活跃,且在地表观测到较高的大地热流值;另一方面较为稳定的地区,如:扬子地合中部,Pn波速度相对较高;研究区内最明显的Pn高速区位于成都东南部的四川盆地;上述结果说明该区Pn波速度与现代构造活动及地热活动存在较明显的关联。Pn各向异性的变化呈现出区域内岩石形变的复杂图像,从藏东块体经川滇菱形块体到滇西南部,Pn快波方向里左旋运动,这可能与印-欧板块碰撞挤压,致使青藏高原物质向东南方向逃逸有关。由此表明区域内壳幔间存在较强的耦合关系,由事件和台站的静延迟分布可以看出从青藏高原到中国东部地区地壳由厚减薄,这与人工地震测深所得到的地壳厚度变化具有较好的一致性。     

蒙古及邻区上地幔顶部Pn速度结构

利用78364条Pn射线的走时资料,采用地震层析成像方法反演蒙古及邻区上地幔顶部Pn速度结构.反演结果表明,蒙古及邻区Pn平均速度为8.08 km/s,横向速度变化量从-0.39 km/s至+0.30 km/s.速度高异常区主要分布在阿尔泰山地区及准噶尔盆地、塔里木盆地等地,在阿尔泰山地区Pn速度最大异常达+0.30 km/s.速度偏低的地区主要在贝加尔湖、华北平原、渤海湾等地,在贝加尔湖西南呈现出强烈的低速度异常达-0.39 km/s,可能与该区新生代的火山活动有关.     

华北地区地壳上地幔S波三维速度结构

利用华北地区大型流动地震台阵的记录资料,采用近震和远震联合成像方法,得到了水平分辨率0.5°×0.5°、深至600km的S波速度结构.研究结果表明,上地壳S波速度结构与地表地质构造基本一致,燕山—太行山山脉均呈现高速异常,延庆—怀来盆地、大同盆地表现为低速异常,华北盆地内部的拗陷和隆起分别呈现低速和高速.唐山地区中地壳、山西裂陷盆地中下地壳存在明显的低速异常,可能分别与流体和热物质作用有关,有利于形成孕育强震的地质构造环境.90km的速度结构图像依然与地表的构造特征有较大的相关性,可能说明深部结构对地表构造有一定的控制作用.燕山隆起区岩石圈的厚度可达120～150km左右,华北盆地的岩石圈厚度可能在80km左右,太行山地区的岩石圈厚度介于两者之间.山西裂陷盆地上地幔低速层较厚,反映了该区不稳定的构造环境造成了地幔热物质的上涌.华北盆地下方220～320km出现的高速异常体,可能揭示了华北盆地上地幔仍然存在拆沉后残留的难熔、高密度的古老岩石圈地幔.研究区东部地幔转换带呈低速异常,推测可能与太平洋板块俯冲至该区下方地幔转换带前缘120°E左右的俯冲板块相变脱水有关.     

中国大陆上地幔顶部Pn速度结构

利用３９４７３条Ｐｎ射线的走时资料，采用地震层析成象方法反演中国大陆上地 幔顶部Ｐｎ速度结构．反演结果表明，中国大陆Ｐｎ平均速度为８．０ ｋｍ／ｓ，横向速度变化 量从一０．３０ ｋｍ／ｓ至＋ ０．３５ ｋｍ／ｓ．速度超过８．２ ｋｍ／ｓ的地区主要围绕在青藏高原的周边， 如：准噶尔盆地、塔里木盆地、柴达木盆地及四川盆地；速度偏低的地区主要分布在川 滇西部，山西地堑及渤海湾，在雷州半岛及其以北的粤桂交界处可能存在速度低至７．８ ｋｍ／ｓ的低速区，总体看来，构造上稳定的克拉通地台具有较高的Ｐｎ速度，而构造上活动 的地区往往速度较低；挤压环境具有较高的Ｐｎ速度，而拉张盆地或地堑则具有速度低 的特点．在青藏高原东南部，快波速方向呈现旋转变化趋势，这可能与高原物质受印度 板块的碰撞挤压而向东南方向逃逸有关；渤海湾周围也有显著的各向异性，反映了该 地区存在地壳扩张及可能的岩浆活动．     

中国东部及其邻区上地幔顶部Pn波速度结构及各向异性

中国东部地处欧亚板块东南部,紧邻西太平洋板块俯冲带,有着复杂的地质构造和深部结构,是国内外学者研究的重点区域.本文采用Pn波层析成像方法反演得到了中国东部及其邻区上地幔顶部Pn波速度结构及各向异性.研究中应用的Pn到时数据主要来自多种地震观测报告,并特别补充了东北流动台阵、华北流动台阵以及区域地震台网记录的地震事件,拾取了大量高精度的Pn到时数据,最终挑选出2049个台站记录的24072次地震的240814条Pn波到时数据.结果显示,中国东部地区上地幔顶部平均速度为8.06 km·s^-1,速度变化范围为7.81~8.32 km·s^-1.东北地区东部表现为显著的低速异常,华北克拉通中、东部Pn呈现低速,而西部地区则表现为高速异常,华南地块主体表现为高速.反演结果还揭示江汉盆地、下辽河盆地、二连盆地及海拉尔盆地都显示出高速,而四川盆地和松辽盆地内部则呈现出不均匀的结构特征.四川盆地的高速异常显示出明显的分块现象,这可能是该盆地在沉积前具有不同的基底物质;松辽盆地的北部呈现为高速,而南部却表现为低速异常,这一特征与松辽盆地南、北部分别为高、低热流相对应,暗示盆地南部的岩石圈已经历了改造.研究进一步揭示Pn波低速区和高、低速过渡带的各向异性也较为强烈,而大部分强震都发生在这些区域之上的地壳内,说明这些部位容易发生变形而应力集中或产生应力差.

     

青藏高原东缘上地幔顶部Pn波速度结构及各向异性研究

本研究使用中国地震局地壳应力研究所2010—2011年期间在云南地区布设流动地震台站以及青藏高原周边地区固定地震台站记录到的波形资料,提取了大量高质量Pn波到时资料.联合中国地震台网观测报告,我们获得了一个新的青藏高原东缘上地幔顶部Pn波速度和各向异性结构模型.结果显示,研究区内上地幔顶部存在明显横向不均匀性.古老盆地和稳定地台区如四川盆地、柴达木盆地、拉萨地块和阿拉善块体呈现为明显高波速异常,而祁连山至西秦岭褶皱带和川滇菱形块体北部等为相对弱高波速异常.在龙日坝断裂带以东的松潘—甘孜地块往南沿安宁河—则木河断裂至川滇菱形块体南部显示为一条近南北向明显低波速异常.三江褶皱系、缅甸弧俯冲带以及四川盆地东南等地区为明显低波速异常.地壳强震多发生在高波速异常边缘或高低波速异常过渡带上,表明地壳强震的孕育可能还与地幔构造作用存在一定相关性.青藏高原东构造结的各向异性快波方向呈顺时针旋转分布,与印度—欧亚碰撞密切相关.龙门山断裂带东西两侧的各向异性快波方向发生明显变化,由其西侧松潘—甘孜地块下方的NE向转变为四川盆地下方的近EW向,说明青藏高原物质流动遇四川盆地后分为NE和SW向两支.在川滇地区26°N以南地区上地幔顶部各向异性呈现近NS向与地表GPS观测相一致,但与SKS分裂结果存在较大差异,可能表明地壳与上地幔顶部形变表现为耦合现象,而上地幔顶部至岩石圈内部则存在解耦现象.     

山西断陷带上地幔顶部Pn波速度结构与各向异性成像

本研究拾取了中国数字测震台网固定台站记录的2008—2019年期间发生在山西断陷带及邻区2级以上天然地震事件及陕西神木、府谷等3级以上非天然地震事件共25304条高质量Pn到时数据,反演了山西断陷带及邻区上地幔顶部高分辨率Pn波速度结构与各向异性.研究结果显示,山西断陷带及邻区Pn波速度结构差异较大,大同火山及以南区域、忻定盆地、太行山造山带、华北盆地南部和吕梁山局部地区表现为显著的低波速异常,而运城盆地、临汾盆地北部、太原盆地、大同盆地北部、华北盆地北部和鄂尔多斯块体呈现明显的高波速异常.大同火山下方上地幔顶部的低波速异常与Pn快波方向呈现以火山为中心的近发散状结构特征,结合已有的远震上地幔成像结果,暗示大同火山岩浆可能来源于地幔深部,岩浆的底侵或热侵蚀作用造成了该地区岩石圈的破坏以及整个华北克拉通的"活化",这一推论符合克拉通的热-化学侵蚀破坏模型.山西断陷带上地幔顶部速度异常形态较好的对应了研究区的地质构造,Pn快波速方向与地质构造的展布方向和SKS波各向异性的特征基本一致,说明变形形式以简单剪切为主,表明其形成和演化过程与上地幔物质运移过程有密切关系.     

山西断陷带上地幔顶部Pn波速度结构与各向异性成像

本研究拾取了中国数字测震台网固定台站记录的2008—2019年期间发生在山西断陷带及邻区2级以上天然地震事件及陕西神木、府谷等3级以上非天然地震事件共25304条高质量Pn到时数据,反演了山西断陷带及邻区上地幔顶部高分辨率Pn波速度结构与各向异性.研究结果显示,山西断陷带及邻区Pn波速度结构差异较大,大同火山及以南区域、忻定盆地、太行山造山带、华北盆地南部和吕梁山局部地区表现为显著的低波速异常,而运城盆地、临汾盆地北部、太原盆地、大同盆地北部、华北盆地北部和鄂尔多斯块体呈现明显的高波速异常.大同火山下方上地幔顶部的低波速异常与Pn快波方向呈现以火山为中心的近发散状结构特征,结合已有的远震上地幔成像结果,暗示大同火山岩浆可能来源于地幔深部,岩浆的底侵或热侵蚀作用造成了该地区岩石圈的破坏以及整个华北克拉通的"活化",这一推论符合克拉通的热-化学侵蚀破坏模型.山西断陷带上地幔顶部速度异常形态较好的对应了研究区的地质构造,Pn快波速方向与地质构造的展布方向和SKS波各向异性的特征基本一致,说明变形形式以简单剪切为主,表明其形成和演化过程与上地幔物质运移过程有密切关系.     

中国大陆及邻近地区上地幔顶部Sn波速度层析成像

利用《中国地震年报》中43646条Sn射线的走时资料,采用层析成像方法反演了中国大陆地区上地幔顶部的Sn波速度结构. 主要结果是：①全国平均Sn速度为4.55km/s,速度变化量从-0.14km/s到+0.15km/s. ②整体上中国Sn速度分布是东低西高,塔里木盆地、准噶尔盆地、吐鲁番—哈密盆地以及柴达木盆地东端、四川盆地及其南部地区等是明显的高Sn速度区,鄂尔多斯地台和台湾海峡也是Sn速度较高地区,整个华北盆地、渤海湾东部、山西北部和郯庐断裂带,Sn速度都比较低. 另外,长江中下游地区、青藏高原北部和南北地震带地区,Sn速度也较低. ③ Sn速度变化分布和构造活动、地壳厚度以及大地热流变化有关,分别求得了速度与地壳厚度和大地热流的线性回归方程. ④ Sn速度变化和Pn速度变化的区域分布总体上是吻合的.     

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.

     

华北地区上地幔速度结构

本文选用了北京台网记录的来自不同方位并通过华北地区的140个地震,使用平滑法和dT/d△法,得到P波慢度曲线;采取走时和慢度结合使用的方法,得到走时曲线;从Gerver-Markushevich公式出发,导出一个易于计算的简捷形式,并由此反演初始速度模型;通过模型理论走时曲线的计算,选出与实测数据符合得较好的模型。平均模型中,低速层出现的深度较浅,约60公里;在360-420公里和660-680公里深处,存在两个速度急剧增加的梯度层;500公里处可能还有一个较小的梯度层。华北的东南和西南方向上,相当于660公里梯度层的深度的差异还较为显著。     

华北地区上地幔速度结构

本文选用了北京台网记录的来自不同方位并通过华北地区的140个地震,使用平滑法和dT/d△法,得到P波慢度曲线;采取走时和慢度结合使用的方法,得到走时曲线;从Gerver-Markushevich公式出发,导出一个易于计算的简捷形式,并由此反演初始速度模型;通过模型理论走时曲线的计算,选出与实测数据符合得较好的模型。平均模型中,低速层出现的深度较浅,约60公里;在360—420公里和660—680公里深处,存在两个速度急剧增加的梯度层;500公里处可能还有一个较小的梯度层。华北的东南和西南方向上,相当于660公里梯度层的深度的差异还较为显著。     

青藏高原东构造结及周边地区上地幔顶部Pn速度结构和各向异性研究

东构造结是印度板块和欧亚板块碰撞的奇点,历来是地学研究的热点.本文在中国及区域地震台网资料所得结果的基础上,增加了1964～2006年的ISC数据,总共349475个Pn波到时资料,着重反演了东构造结及周边地区Pn波速度结构和各向异性.结果表明该区Pn速度结构与现代构造活动存在较明显的关联：四川盆地,印度板块是构造稳定的地块而具有高速异常;藏东南和南北地震带构造活动强烈而显示低速异常,云南南部、中南半岛北部因处于缅甸弧弧后扩张区其低速异常尤为明显. Pn波各向异性表明快波方向在东构造结有一顺时针旋转的趋势：在藏东南是北东方向,然后在南北地震带先转向东南,再转向南,最后在中南半岛北部突变为近东西向. 这是因为青藏高原物质在东流的过程中,相对于东构造结和四川盆地,在藏东南和南北地震带存在强烈的简单剪切变形,而在缅甸弧后扩张区为纯剪切变形所致. SKS快波方向也有类似的旋转趋势,但在中南半岛北部附近,具有近东西向Pn快波方向的区域,比云南南部东西向SKS区域偏南3°左右,这可能是由于该地区岩石圈上部运动比下部更快的结果.     

新疆天山中段地壳和上地幔顶部P波速度结构研究

天山造山带一直以来是研究盆山耦合作用的理想场所, 深入理解这一地区的壳幔结构对认识天山造山带深部动力学过程具有重要意义.本研究基于2009—2020年新疆区域数字地震台网固定台站、震后架设应急流动台站以及部分宽频带流动地震台站记录到的MS≥1.5地震到时资料, 采用双差地震层析成像方法反演获得了新疆天山中段精细的地壳和上地幔顶部三维P波速度结构和地震震源参数.结果显示: 新疆天山中段具有复杂的深浅构造关系, 地壳浅部及上地壳P波速度结构与地表地质构造密切相关, 高速异常区对应于天山造山带, 低速异常区对应于沉积盆地.研究区中东段中地壳和下地壳存在较大范围低速区, 与两侧准噶尔盆地和塔里木盆地上地壳和中地壳低速区相连, 且准噶尔盆地和塔里木盆地下地壳及上地幔顶部双向均向新疆天山中段下方倾斜.结合前人诸多研究成果推测, 在南北向构造挤压作用下, 塔里木盆地与准噶尔盆地双向向天山造山带壳幔岩石圈发生"层间插入与俯冲削减".重定位后地震分布显示, 地震震源深度优势范围为0~25 km, 主要沿断裂带、盆山结合部以及不同块体接触部位分布, 且与壳内低速体有较好的相关性.这些结果可能为研究新疆天山中段地壳和上地幔顶部速度结构和动力学过程提供参考依据.     

鄂尔多斯块体-华北地区地壳上地幔P波三维速度结构

本文利用华北地震科学台阵、鄂尔多斯及周缘地震台网和区域地震台网记录的62736个远震P波走时数据,获得了鄂尔多斯块体中部与华北地区之间400km深度范围内的P波三维速度结构.考虑到研究区的复杂地质结构,本文采用FMM算法和子空间反演算法进行地震层析成像.成像结果表明:1)研究区的地壳速度分布与地质构造格局的相关性显著,随着深度的增加相关性减弱;断裂带多为高速异常区和低速异常区的分界线.2)研究区东部的速度结构与鄂尔多斯块体相比存在明显的不均一性,上地幔高速异常具有南北不均匀性.表明华北克拉通破坏时东、西部的岩石圈可能经历了不同的构造变形过程,东部岩石圈受到大规模破坏,破坏后的上地幔物质呈南北向不均匀分布,西部鄂尔多斯块体岩石圈保持着相对稳定的克拉通特征,不存在大规模破坏的证据.3)华北克拉通的岩石圈厚度由东向西整体逐渐增加.东部在100km深度附近出现大范围的低速异常,表明在该深度已进入软流圈,西部鄂尔多斯块体的岩石圈厚度约为250km.4)鄂尔多斯块体的东边界在黄河以东的离石断裂带.     

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。     

地幔顶部Pn波成像方法的发展与应用

地震Pn波的射线路径集中在地幔顶部有限深度范围内,在射线横向覆盖密度方面具有独特优势,因而Pn震相是研究地幔顶部这一重要层面速度和各向异性结构的优势震相. Pn波速度的横向变化可以反映上地幔温度及成分差异,Pn波各向异性能够反映地幔物质的运动及形变特征,高精度的地幔顶部Pn波速度和各向异性结构可以提供关于岩石圈结构、板块运动和深部热物质运移过程等关键信息. Pn波成像方法经过发展和改进,已经成为研究地幔顶部结构的成熟技术,并被应用于全球范围获取地壳厚度、上地幔速度和各向异性等结构信息,精细刻画了全球上地幔结构的横向不均匀性,进一步认识了地球内部结构和板块俯冲、大陆碰撞变形、火山活动等动力学过程.随着全球地震台站覆盖的日益密集和观测数据的不断增加,大量高质量的Pn数据为地幔顶部精细结构的研究提供了有利条件.本文围绕Pn波成像方法的发展及在全球范围的应用进行综述.     

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。     

近震体波走时与重力联合反演华北地区地壳上地幔顶部P波速度结构

华北是克拉通破坏的典型案例, 也是陆内强震活动最为强烈、频繁的地区之一, 对该区壳幔速度结构进行研究, 可为深化认识克拉通的形成演化、板内强震与火山发生机理等研究提供重要的深部约束. 利用202个固定台站、360个流动台站所记录到的天然地震事件P波资料和实测布格重力异常, 采用近震体波走时与重力联合反演方法获得了地壳、上地幔顶部P波速度结构. 重力资料的引入不仅对壳幔结构进行了更合理的约束, 而且有效提高了浅层和边缘射线分布稀疏区的成像能力. 联合成像结果显示, 鄂尔多斯地块和华北平原浅层表现为明显的低速异常, 可能与其存在厚的松软沉积层有关; 鄂尔多斯东部上地壳存在明显的P波高速异常, 推测该高速异常与古元古代孔兹岩带的形成有关.大同火山区15~25 km和25~40 km表现为明显的低速异常, 且这两个低速层是连通的, 推测与地幔热物质上涌导致的多期次岩浆侵位有关. 三河—平谷8.0级地震和邢台7.2级地震震源都位于脆性的上地壳, 均下伏低速异常, 推测在区域动力环境加载作用下, 韧性的壳内蠕变导致脆性上地壳岩石中弹性应变能的局部积累, 从而引起地震的发生.

     

华北地区地壳上地幔三维P波速度结构

利用华北地震科学台阵和首都圈地震台网记录的4511次近震和625次远震的P 波到时数据,采用纬度和经度方向分别为0.5deg;times;0.5deg;的网格划分,反演得到了华北北部地区（111deg;E——120deg;E,37deg;N——42deg;N）深至400km 的地壳上地幔三维P 波速度结构.层析成像结果表明,研究区的速度存在明显的横向不均匀性,随着深度增加横向不均匀性总体呈现减弱趋势.燕山隆起带在60——120km 深度内存在明显的高速异常,这与较大的岩石圈厚度有关;山西裂陷盆地、华北平原下方60km 深度存在明显低速异常,与软流圈的出现有关.燕山隆起带岩石圈厚度在120km 以上,明显比太行山隆起的岩石圈厚度大,与稳定大陆地区的岩石圈厚度一致.太行山山前断裂已切穿莫霍面,贯入岩石圈.研究区上地幔顶部大范围的低速异常反映了软流圈上隆的特点.在华北平原及燕山隆起下方200——300km 存在高速异常可能与太古代大陆板块岩石圈的残留体有关.