下扬子地壳P波速度结构: 符离集-奉贤地震测深剖面再解释

利用适于地壳速度结构重建的有限差分反演技术和RayInvr技术, 解释了下扬子地区符离集-奉贤地震测深剖面密集的宽角反射/折射地震资料, 重建研究区地壳上地幔顶部P波速度结构. 该剖面速度模型在纵向上大致可分上地壳、中地壳和下地壳三部分, 横向上可划分为6个块体. 研究区速度分布符合稳定地台的速度结构特征. 上地壳总厚度10.5~13.0 km, 速度横向变化剧烈, 底部速度可达到6.2 km·s^-1. 中地壳下部及下地壳上部速度分布横向不均匀性显著. 中地壳上部和下部、下地壳及上地幔顶部的P波速度值度值分别在5.9~6.2, 6.3~6.4, 6.6~7.0和8.06~8.30 km·s^-1左右. 莫霍界面深度为30~36 km. 郯庐断裂带域两侧中上地壳速度结构明显不同, 而下地壳未见明显的速度异常和界面形态异常显示. 推测郯庐断裂嘉山段在中生代曾经切割整个地壳, 后由于造山带伸展及壳内均衡作用等, 使得断裂特征在弹性中上地壳中得以保留, 而在粘塑性下地壳中的断裂迹象则逐渐消失. 镇江附近5级以上地震与延伸至下地壳的深大断裂有关, 其地震成因可能是来自岩石圈的能量容易沿深大断裂传输至中上地壳, 在构造有利的位置积聚, 最终诱发地震.     

天山和塔里木盆山接合部地壳上地幔速度结构研究

通过在天山地区布设宽频带数字流动台阵, 利用观测获得的远震体波波形资料, 采用接收函数方法, 得到天山造山带和塔里木盆地北缘结合部0~80 km深度范围的二维S波速度剖面. 研究结果表明: 研究区域的地壳上地幔速度结构存在显著的垂向和横向变化, 垂向速度结构存在4个速度界面, 其中结晶地壳可分为上中下三部分, 中上地壳内普遍存在低速层. Moho界面深度变化范围在42~52 km, 在剖面北端存在4~6 km错动, 北深南浅, 显示出向北俯冲的态势, 推测为塔里木向天山下俯冲的前沿. Moho界面在塔里木盆地北缘表现为一级速度间断面, 库尔勒以北主要表现为速度梯度带. 通过地壳上地幔精细速度结构和深部盆山接触变形关系研究, 揭示了天山-塔里木盆山接合部南北向挤压变形增厚的动力学特征, 为建立盆山耦合大陆动力学模型提供基础依据.     

横跨天山的人工爆炸地震剖面

横跨天山的人工爆炸地震测深剖面揭示出天山的地壳结构。结果表明，天山地壳分为上地壳和下地壳两层结构，层速度和厚度纵向和横向变化都很大。上地壳底部断续分布低速层，莫面深度在奎顿地区为４７ｋｍ，沙雅地区为５０ｋｍ。天山之下莫霍面变深，北天山和南天山交界处之下达到最深，为６２ｋｍ。地壳Ｐ波平均速度６．１－６．３ｋｍ／ｓ，上地幔顶部Ｐ波速度为８．１５ｋｍ／ｓ，奎屯炮记录的剖面识别出两组可靠的莫霍面反射波震相     

横过西昆仑造山带与塔里木盆地结合带的深地震反射剖面

横过西昆仑造山带与塔里木盆地结合地带的深地震反射剖面，揭示出青藏高原西北缘山－盆结合地带地壳与上地幔顶部的精细结构，发现了青藏高原西北缘岩石圈向北俯冲，并与向南俯冲的塔里木岩石圈在西昆仑山下相碰撞的证据。这种大陆岩石圈相向俯冲碰撞图像，确定了西昆仑山与塔里木盆地岩石圈尺度的耦合关系，反映出陆内大陆－大陆的碰撞过程。     

滇西南地区地壳速度结构的区域波形反演

利用中国地震局地壳应力研究所于2010~2011年在滇西南地区布设的宽频带流动地震台所记录的三分量高质量波形资料,采用小生境遗传算法通过波形反演,获得了研究区P波速度模型.结果显示,滇西南地区地壳厚度为38~43 km,上地幔顶部平均速度为7.9 km/s,地壳速度存在明显的横向不均匀性.思茅地块的上地壳和下地壳厚度均呈现出明显的由南向北、自东向西增厚趋势,说明该地块地壳增厚由上地壳和下地壳共同增厚形成.腾冲地块中地壳和下地壳的平均厚度及速度均小于保山地块和思茅地块,思茅地块部分路径上的下地壳和上地幔速度均较低,可能与印度板块东向俯冲引起地幔热物质上涌等动力过程密切相关.这些结果对于认识青藏高原形成与演化动力过程提供重要地震学约束.     

天山中段南麓的第四纪褶皱作用

天山是亚欧大陆内部重要的活动构造带,通过地表地质和地震剖面解释相结合的研究方法,在天山中段南麓库车再生前陆逆冲带内部,鉴别出库车塔吾背斜南翼的褶皱崖和东丘里塔格背斜北翼的褶皱崖.褶皱崖是由于断层台阶状转折和运动,其上盘原来水平的沉积层和地表面因活动轴面及固定轴面的分离而形成单斜构造.测量褶皱崖的形态,利用受变形的第四纪沉积物的年代,求得深处断层所造成的地壳缩短,东丘里塔格背斜北翼第四纪缩短率为(1±0.1)mm/a.东丘里塔格背斜和库车塔吾背斜的褶皱崖证实了库车地区地壳缩短构造延伸进入第四纪晚期.     

广角反射地震探测得到的中国东部地壳三维P波速度结构

利用人工地震探查所取得的广角反射及折射地震资料, 探讨研究了中国东部区域地壳三维P波速度结构的区域特征. 结果表明, 研究地域的西部地区Moho面埋深较深, 深度为35~48 km, 反映了西部厚地壳特征. 中部的苏鲁-大别造山带地区, 20 km以上的上地壳波速明显呈高速异常分布; 而下地壳30 km处的速度结构却显示为低速度异常特征. 苏鲁-大别山区的Moho面深于其周围邻区, 苏鲁地区达到32~33 km; 大别地区其Moho面深达36~38 km. 苏鲁-大别地区上地壳P波高速异常结构特征, 可能与这些地区存在的高压、超高压变质带构造演化有关. 大别-苏鲁地区在下地壳深处存在地壳山根, 因此与周围邻区相比P波速度呈现为低速结构. 这些P波速度高速和低速区带在大别地区都位于郯庐断裂的南端西侧, 在苏鲁地区异常区则都位于郯庐断裂的北段东侧, 似乎是被郯庐断裂错断所致. 且错动从地表延伸到30 km深处. 上述结果, 可为岩石圈地壳构造与郯庐断裂演化分析提供地震学新证据.     

采用地震背景噪音成像技术反演天山及周边区域地壳剪切波速度结构

采用地震背景噪声成像技术获得了天山及周边区域的地壳剪切波速度结构, 数据取自中亚地区50个宽频带数字地震台站的连续噪音记录, 通过互相关计算共获取了约748个高信噪比瑞雷面波经验格林函数: 利用可视化方法测量了周期为6~50 s的瑞雷面波相速度频散, 据此反演了相速度分布模型和剪切波速度结构. 结果表明, 短周期(6~20 s)相速度分布与地质构造存在一定的相关性, 高速区域对应于山脉, 低速区域对应于沉积盆地, 天山造山带下部存在双向俯冲高速异常, 其中天山南部的高速异常从塔里木中上地壳向北俯冲, 天山北部的高速异常则从中地壳向南俯冲; 另外天山造山带中下地壳存在低速通道, 该通道为地幔热流的上涌或侵入提供了途径. 研究表明, 塔里木盆地地壳的向北俯冲和哈萨克地台地壳的向南俯冲作用, 以及天山下方的地幔热流上涌共同为天山造山带的活化提供了主要动力.     

东海OBS深部地学探测断面及其地质意义

利用主动源海底地震仪(ocean bottom seismometer,简称OBS)进行东海地壳深部结构地震探测,对探讨东海大地构造演化意义重大.采用立体气枪阵列延迟激发震源新技术,完成了一条横跨东海陆架盆地-琉球岛弧的OBS深部地学地震探测测线(OBS-2015),获得了地壳内部主要地层界面和莫霍面的地震反射/折射震相.对OBS台站记录经预处理、震相识别与拾取后,通过射线追踪、走时拟合等正反演处理,得到了沿测线的二维地壳速度结构剖面.剖面的地质解释与综合研究认为,东海陆架中-新生代沉积盆地沉积层厚度大、分布广,中-新生界最大叠合厚度达13 km左右;东海陆架区地壳是大陆地壳向海区的延伸,莫霍面起伏小、埋藏深度在30 km左右.钓鱼岛隆褶带到琉球岛弧区域莫霍面起伏剧烈,呈由西向东快速抬升的趋势.冲绳海槽区地壳厚度只有东海陆架盆地的一半左右,并呈中轴线最薄(13 km左右)、向两侧快速加厚(19 km左右),莫霍面上方发育速度达7.1 km/s的下地壳高速地质体,东部坳陷地区莫霍面已出现明显抬升,与盆地存在明显镜像关系,推测为盆地拉张作用所致.冲绳海槽的纵向速度结构与陆壳差异大,与洋壳的速度结构较为接近.综合以上因素并结合区域地质背景分析认为,南冲绳海槽进入了海底扩张的初始阶段,地壳具有非典型洋壳的特征.本次探测结构为东海深部地壳结构研究及区域地质演化研究提供了重要的基础资料.     

青藏高原GPS位移绕喜马拉雅东构造结顺时针旋转成因的数值模拟

GPS测量结果表明青藏高原水平位移场在其东部绕喜马拉雅东构造结呈顺时针转动, 其地球动力学成因难以在二维模型中模拟. 由于青藏高原地壳巨厚、下地壳温度高, 岩石层流变性质可能会呈现脆性的上地壳、柔性的下地壳和黏滞系数较大的岩石圈上地幔, 在岩石圈下又存在黏滞系数较低的软流层的复杂分层流变结构. 在上述研究成果的基础上, 利用三维球坐标系下的Maxwell体有限元模型模拟了青藏高原在印度板块推挤下的变形. 模拟结果显示, 柔软下地壳的存在使整个青藏高原在印度板块的推挤下表现为整体抬升, 高原南缘和喜马拉雅东构造结抬升迅速, 而由于周边地块下地壳相对较硬而封闭、仅高原东南部存在高温柔软的通道, 青藏高原软的下地壳的存在还使得高原整体隆起达到一定高度后, 下地壳和软流层的物质向东、东南流动, 并拖曳上地壳作类似运动, 形成绕喜马拉雅东构造结的顺时针转动.     

天然地震形成的一种机制:地壳结构不稳定性

对于天然地震的成因研究多关注于板块相互作用以及流体、断裂等因素.震区地壳结构本身的不稳定性是发生地震的重要因素.伽师地区位于塔里木盆地西端,为塔里木地块、天山造山带、西昆仑造山带、帕米尔构造结的交接部位,具有典型的地壳结构不稳定性,地震频发.地震宽角反射/折射、近垂直反射等地震资料显示伽师地区地壳结构具有特殊的不稳定性.地震宽角反射/折射资料提供了盆地约75 km以上的二维速度结构剖面,地壳速度结构较为复杂,可以识别出高速块体和低速块体相间与堆叠的形态.近垂直地震反射剖面展示了20 s双程到时深度以上更为精细的结构特征,盆地盖层为成层性较好的反射,反射事件C,D构成了地壳之下的稳定带,而反射事件A,B,E则为地壳不稳定结构.建立了伽师地区地壳结构不稳定性的模型,地壳高速块、低速块(即刚性强、弱)相间并堆叠构成的不稳定带置于反射事件C,D构成的稳定带之上,挤压作用与近垂直的隐伏断裂加剧了这种不稳定性.地壳结构不稳定是导致天然地震的重要因素,同样表现存在于日本列岛以及鄂尔多斯盆地等地.     

远震P波层析成像研究羌塘中央隆起带深部结构

利用在青藏高原羌塘中部(TITAN-I项目)部署的54套流动地震台站于2008年9月至2010年11月期间所记录的506个远震事件,共9532个高质量的P波初至走时数据运用FMTT方法进行层析成像反演,获得了羌塘中央隆起带下200km的深的地壳和上地幔三维P波速度结构.结果表明:羌塘中央隆起带的南北两侧块体的岩石圈速度结构明显不同.E-W向剖面(33°和33.5°N)显示,其两侧的岩石圈结构尺度整体上存在明显差异,南北羌塘地壳整体上呈E-W向高速异常,但北羌塘的高速异常已经延伸到岩石圈地幔,且本研究区内北羌塘盆地的东部有明显的低速异常块体.而沿N-S向的两条剖面(88.5°和89.5°E)显示,羌塘中央隆起带为一明显的边界构造断裂带.     

渤海海域郯庐断裂带的地震层析成像特征

渤海是连接郯庐断裂带辽宁段和山东段的重要区域,利用地震层析成像方法重建三维P波速度模型,展示了渤海海域地壳和上地幔结构的变化,揭示出郯庐断裂带的深部构造特征以及与构造活动的关系.分析表明,渤海海域的地壳结构存在明显的横向非均匀性:在辽东湾及渤海中部,郯庐断裂带附近的地壳具有双层结构,浅部为低速沉积层,地壳中、下部速度偏高,未见壳内低速层,显示了相对稳定的地壳结构特征,与现今较弱的地震活动相吻合.在渤海南部及莱州湾,郯庐断裂带受张家口-蓬莱断裂带的影响较大,全新世以来的构造活动使得这一地区的地壳结构极为复杂,成为地震活动频繁发生的重要原因之一.此外,渤海海域地壳中、下部和上地幔平均速度偏低,推测与华北克拉通破坏及地幔上涌存在一定的联系.地幔热流物质有可能沿郯庐断裂带形成的通道向上侵入,在地壳底部冷却后形成高速薄层,对于强化壳幔边界、减缓断裂带的构造活动起到了一定作用.     

首都圈地区地壳三维P波速度细结构与强震孕育的深部构造环境

利用首都圈密集数字地震台网123个台站记录的2973个区域地震48750个精确P波到时数据, 采用地震层析成像方法反演得到研究区内详细的三维P波地壳速度结构模型. 其空间分辨率在水平方向为25~50 km, 在深度方向为4~17 km. 该模型提供了区域地质结构和复杂地壳构造的新信息. 华北平原、太行山和燕山隆起区内展现出明显不同的速度结构变化特征. 在上地壳层位上, 速度图像与地表地质、地形和岩性密切相关; 隆凹相间的华北盆地呈现出地震波速度快慢交替的东北-西南向异常带, 速度异常方向与区域断裂和构造的走向相同; 基岩广泛出露的太行山和燕山隆起区, 在速度图上呈现出大面积的高速异常; 而分布在山间的第四纪沉积盆地显示出小范围的低速异常. 多数大地震(M≥6.0级, 如1976年唐山7.8级地震、1679年三河平谷8.0级地震)都发生在高速块体的边侧, 而在这些强震的下面存在明显的低速和高导岩层. 我们认为这与1995年日本神户7.2级地震和2001年印度普杰(Bhuj)7.8级地震的情况类似. 这些低速和高导异常与流体有关, 下地壳中的流体容易引起中上地壳中发震层的弱化, 使孕震断层易于破裂, 从而发生大震.     

青藏高原向东挤出与向北扩展——高原隆升深部过程之探讨

青藏高原下方的软弱物质在印度-欧亚大陆的汇聚挤压作用下,从增厚、抬升的高原中部向东部逃逸挤出.本文基于一条宽频地震密集台站剖面观测给出的青藏高原-秦岭构造转换带地壳和上地幔顶部结构断面,结合前人的地质和地球物理学研究成果,探讨了青藏高原物质向东的挤出,揭示秦岭作为一个可能的通道,将如何协调青藏高原物质的挤出,进而探讨上述地球动力学过程如何影响高原东缘的隆升和扩展,并对比了青藏高原东缘和北缘的地壳变形增厚机制以及地幔岩石圈行为模式之差异.研究结果揭示了,受区域大型断裂带控制的中下地壳软弱物质挤出和由软流圈地幔流触发的岩石圈底部拆沉导致的重力均衡,可能同时在青藏高原东缘下方发生,断裂和块体控制的壳内软弱物质挤出可能是青藏高原东缘边界带上大地震发生的一个重要深部孕震机制.上述两个机制的共同作用导致了青藏高原东缘与秦岭以及四川盆地构造转换带区域的高原隆升和扩展.青藏高原东缘物质挤出的深部过程与处于青藏高原北缘的青藏高原-阿拉善构造转换带区域的高原向北扩展之深部机制存在差异,而造成高原北缘与东缘差异隆升模式的根本动力学原因,可能是从青藏高原中东部(青藏高原内部)到高原北缘岩石圈性质的横向变化.     

青藏高原东边缘地壳“管流”层的电磁探测证据

通过对青藏高原东边缘及其附近地区石棉-乐山剖面大地电磁资料的研究发现, 青藏高原东边缘带和四川地块的电性结构有明显差别, 东部的四川地块地壳总体电阻率大, 西部的青藏高原东边缘带地壳总体电阻率小. 西部地壳分为上中下3层, 中地壳为厚约10~15 km的低阻层, 电阻率最小达3~10 Ωm, 推测它含有较低黏滞度的部分熔融和(或)含盐流体, 易于变形和流动, 是青藏高原东边缘带向东南方向挤出作用下形成的“管流”层. 它使上地壳和下地壳解耦, 上地壳高阻的脆性层以左旋走滑和逆冲的断层运动为主, 地表抬升, 地震主要发生在上地壳内. 低阻层把鲜水河-安宁河深大断裂带截成上下两段. 地壳上、中、下层各自厚度的横向变化, 综合产生了青藏高原东边缘带地壳厚度西部厚、东部薄、地形西部高、东部低的过渡带.     

对中国东部苏浙皖区壳-幔结构的新认识

苏浙皖区地壳结构的深部轮廓笔者曾作过专题研究。滕吉文等根据爆炸地震资料解释马鞍山—启东剖面由五层介质组成.本文以N层变密度法将该区地壳-上地幔顶部进一步区分为“七面八层”。根据重力资料初次发现了与壳内低速层一致的中地壳低密层、上地     

华北克拉通上地幔顶部构造特征: 来自台站间Pn 波到时差成像的约束

上地幔顶部是地壳和岩石圈地幔能量传递和物质交换的关键区域, 华北克拉通破坏与岩石圈减薄在空间分布和破坏机制上的差异势必会造成克拉通不同区域在岩石圈地幔顶部地震波速度的不同. 使用华北及周边地区固定地震台站记录的Pn 波到时数据, 采用台站间Pn 波到时差成像方法, 反演得到了华北克拉通及周边地区上地幔顶部Pn 波速度结构. 结果显示: 华北克拉通东部、中部和西部块体上地幔顶部表现出明显不同的速度异常结构, 暗示着克拉通不同块体岩石圈在古生代以来可能经历了不同的构造演化和深部动力学过程, 并在现今上地幔顶部留下作用的痕迹. 华北克拉通东部块体渤海湾盆地地区上地幔顶部的明显高速异常可能代表了太古代岩石圈地幔的残留; 郯庐断裂带和渤海海域上地幔顶部的低速异常可能归因于岩石圈的强烈减薄和软流圈热物质的上涌; 而燕山地区下地壳和岩石圈地幔拆沉后形成的新生岩石圈地幔可能是这里上地幔顶部低速异常的原因. 华北克拉通中部块体的太行山一带上地幔顶部显示为显著的低速异常, 这一低速异常特征一直延伸到鄂尔多斯地块北缘的银川-河套裂陷和阴山造山带, 可能与软流圈热物质沿克拉通西部块体周缘岩石圈构造薄弱带上涌有关, 上涌形成的岩浆底侵或热侵蚀作用造成了岩石圈的减薄, 并显著降低了上地幔顶部的速度. 华北克拉通西部块体上地幔顶部为明显的高速异常, 反映出尚未破坏的太古代克拉通古老岩石圈的性质.     

库车坳陷北部白垩系磁性地层划分

塔里木盆地北缘库车坳陷白垩系年代地层归属以往争议颇大. 通过对库车坳陷北部库车河剖面和克孜勒努尔沟辅助剖面共约927.4 m的地层265个采点446个样品进行的详细的磁性地层学研究, 建立了该区白垩系的磁极性变化序列. 钙质超微化石研究揭示巴什基奇克组顶部有晚白垩世沉积, 文中进一步确认其大致与晚白垩世坎潘(Campanian)中晚期~马斯特里赫特期(Maastrichtian)相当, 跨越时限约为79.1~65.6 Ma, 这与钙质超微化石所反映的时代特征有可比性; 而亚格列木组-巴西盖组地层连续, 可对比M18负向带~M3极性时, 相当于贝里阿斯期(Berriasian)至巴列姆(Barremian)早期, 年龄约为141.9~124.1 Ma, 属于早白垩世早中期. 巴什基奇克组与下伏地层很可能为不整合接触, 其间缺失了巴列姆(Barremian)晚期~坎潘(Campanian)早期地层.     

沉积盆地盐构造热效应及其油气地质意义

海相沉积盆地广为发育盐岩,盆内油气藏多与盐岩有关.塔里木盆地是中国最大的海相沉积盆地,该区以往的盐构造研究主要集中于其作为良好盖层的封堵性能和作为构造圈闭的盐相关构造.实测表明,盐岩热导率远大于普通沉积岩(约2~3倍),盐岩这一强烈的热物性差异必然会对盆地地层温度分布及烃源岩热演化产生显著影响,但该问题尚未引起重视.本文基于系列理论模型和库车前陆盆地盐构造地震解释剖面,采用二维有限元数值模拟实验,定量探讨了盐构造的热效应及其对烃源岩热演化的影响.研究表明,盐体会造成盐上地层显著增温(3%~13%)和盐下地层降温(11%~35%),进而分别加速盐上烃源岩和抑制盐下烃源岩的热演化过程.盐体的热导率、几何形态、厚度和埋深是控制地热异常幅度的主要因素.异常范围与盐体尺寸有关,横向上可达盐体宽度的2倍、垂向上为盐体厚度的2~3倍.盐构造使得库车前陆盆地盐下地层温度显著降低,造成盐下侏罗系烃源岩镜质体反射率(Ro)降低约18%,从而有利于盐下深层油气的保存.库车前陆盆地东、西部的盐构造在埋深、厚度、成分和构造变形样式等方面均存差异,这可能是造成该区中生界烃源岩有机质成熟度时空差异分布的原因.上述盐构造的热效应对中国海相沉积盆地深层油气资源潜力评价与勘探具有重要意义.