鄂霍次克海下间断面的起伏及俯冲带的穿透

利用德国GRSN宽频带台网、GRF宽频带台阵和美国SCSN短周期台网记录到的发生于鄂霍次克海的地震资料, 采用N次根倾斜叠加方法, 研究了鄂霍次克海下间断面的存在情况、410和660 km间断面的形态和性质, 并且探讨了俯冲板块在660 km间断面附近的穿透情况. 结果表明, 在鄂霍次克海地区410和660 km间断面比较清楚, 同时在其他深度如150, 220和520 km也可能存在间断面; 发现在俯冲区域410和660 km间断面分别发生抬升和下凹, 为相变界面提供了证据; 在鄂霍次克海俯冲带的北部, 俯冲板块可能穿透660 km间断面进入下地幔; 而在南部, 则更可能是在660 km间断面上停滞.     

接收函数CCP-PWS偏移方法探测中国东北地区620 km深处低速层

利用中国东北地区CCDSN台网4个台站和PASSCAL 19个台站的802条远震接收函数, 以三维地壳上地幔速度模型为背景, 用共转换点相位加权叠加(CCP-PWS)偏移技术, 对研究区(120°~132°E, 38°~48°N)上地幔间断面进行了成像. 结果表明: 在深度620 km附近存在一个明显的低速层, 而且在更靠近研究区西太平洋俯冲带东部较浅, 深度约600 km. 经与前人研究结果对比, 认为该低速层很可能是由西太平洋俯冲板块中的洋壳从俯冲板块分离并滞留堆积而形成. 另外, 受西太平洋俯冲板块的影响, 660 km间断面深度在研究区明显增大, 最深达到700 km, 而且在其东北角明显呈现为多级间断面.     

伊豆-小笠原地区岩石圈软流圈边界地震学证据

岩石圈软流圈边界(lithosphere-asthenosphere boundary,LAB)是上地幔内具有负速度梯度的地震间断面.开展对俯冲带区域LAB的地震学探测有助于进一步理解岩石圈与软流圈的相互作用以及与板块俯冲相关的地球动力学过程.本文收集了2002~2014年发生于伊豆-小笠原地区的3个深源地震(400~600 km)的垂向宽频带波形资料,利用线性倾斜叠加方法对波形数据进行处理后获得了相对走时-慢度域的灰度图和叠加波形图,并成功提取了s_P震相在LAB反射的前驱震相s_(LAB)P,该震相的极性与s_P相反,幅度比为0.17~0.21.基于改进的一维速度模型IASP91-IB计算获得了近源区6个s_(LAB)P震相反射点的分布.研究表明伊豆-小笠原岛弧下方LAB深度位于58~65 km,平均深度为62 km,起伏变化较小(7 km).与菲律宾海构造稳定地区研究结果相比,伊豆-小笠原岛弧地区海洋岩石圈出现了明显减薄的现象,其应与西太平洋俯冲板块在地球深部持续释放的挥发分物质导致了软流圈出现部分熔融以及弧后地幔楔内小尺度对流的强侵蚀作用密切相关.     

西藏东部地区层析成像及东南部裂谷成因讨论

利用西藏东部南迦巴瓦地区的51个临时地震台站所记录的169个远震事件, 从中提取出4767条P波射线, 通过反演计算得到了西藏东部地壳和上地幔的P波速度结构. 水平剖面显示, 在西藏东南部裂谷附近从近地表到250 km的深度范围均表现为低速异常; 从纵剖面结果看, 这个低速异常非垂直地向下延伸到约400 km深度. 综合分析认为, 此低速异常可能意味着地幔高温物质上涌, 从而为该区裂谷成因的探讨提供了地震学的证据; 在此低速异常的东侧出现明显的高速异常, 深度从40 km延伸到200 km, 该高速异常可能是大陆闭合遗留的产物, 并非俯冲的印度板块; 在250~400 km的深度范围内, 嘉黎断裂以北为低速异常区, 以南为高速异常区. 该高速异常可能反映了印度板块的北部边界, 并在此发生了拆沉. 同时表明, 在西藏东部印度板块的俯冲未超过嘉黎断裂.     

青藏高原班公湖-怒江缝合带中部的Moho错断

通过分析横跨班公湖-怒江缝合带中部的Hi-Climb剖面的53个宽频带台站记录的196个远震事件, 总共获得了4764个接收函数. 利用接收函数包含的Moho的Ps和PpPs的走时信息, 获取了每个台站下方的地壳厚度和泊松比. 接收函数CCP时深偏移的方法也被用来研究地壳和上地幔间断面的横向变化. 研究结果显示: (1) 拉萨地体和羌塘地体的Moho在班公湖-怒江缝合带附近叠置和存在约10 km的错断, 其构造的几何形态表现为拉萨地体的Moho向北抬升, 而羌塘地体的Moho具有向南加深的趋势, 推断和新生代以来班公湖-怒江缝合带构造活动的重新活跃有关; (2) 泊松比沿整个剖面的变化为0.237~0.280, 表明地壳物质主要为中酸性岩石. 获得的所有台站的地壳厚度和泊松比呈现反相关关系, 意味着羌塘地体南部地壳的增厚和拉萨地体的中酸性岩石逆冲插入羌塘地体有关; (3) 地幔过渡带的厚度沿剖面维持在255 km左右, 说明印度板块和欧亚板块的碰撞所引起的构造活动局限在410 km深度范围内.     

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.     

中国东北长白山火山的起源: 地震层析成像证据

利用中国东北长白山附近的19个临时地震台站和中国数字化地震台网的3个台站所记录到的高精度远震P波到时资料, 对长白山及邻近地区的地壳上地幔三维速度结构进行了详细研究. 结果表明, 长白山火山区的地壳上地幔中存在显著的低速异常, 而且该低速异常深达400 km左右、宽约200 km; 在地幔转换带及下地幔中存在高速异常. 这一结构特征与全球地震层析成像结果相同. 本文认为, 长白山火山并非如夏威夷那样的板内热点火山, 而是与太平洋板块的深俯冲及其在东亚地幔转换带中的滞留、脱水等过程密切相关的一种弧后板内火山.     

鄂尔多斯地块地壳上地幔速度结构及构造意义

基于鄂尔多斯地块及周缘地区稠密分布的地震台站所记录的远震波形资料,采用FMTOMO走时层析成像方法获得了深至400 km的高分辨率地壳上地幔P波速度结构,并分析和探讨了研究区的深部构造与火山、强震活动及克拉通破坏等相关的地球动力学问题.地壳上地幔速度结构横向变化和纵向差异的构造含义如下:鄂尔多斯地块下方正异常速度的巨厚岩石圈是鄂尔多斯地块缺乏克拉通大规模破坏的证据;大同火山群下方深至400km的柱状低速异常表明大同火山的岩浆作用起源于地幔过渡带,由太平洋板块俯冲作用引起熔融的玄武质岩浆上涌造成;鄂尔多斯地块与四川盆地之间呈东西向分布的上地幔低速异常带,可能是青藏高原东北缘软流圈流出的通道;鄂尔多斯周缘地区深至上地幔的低速异常分布表明,青藏高原北东向推挤和太平洋板块西向俯冲的共同作用,促使鄂尔多斯地块整体的抬升和周缘拉张断陷带的形成,为强震的孕育和发生提供了良好的应力环境,导致鄂尔多斯地块周缘地区地震频繁发生.     

青藏高原羌塘西部上地幔SH波速度结构的研究

利用INDEPTH-Ⅲ台阵记录到震中距14°~19°之间的一个中深源地震事件(~220 km深), 采用三重震相波形模拟方法, 得到了青藏高原羌塘西部地区上地幔一维S波速度结构模型. 所得的上地幔SH波速度模型(ATIP)显示在上地幔190~270 km深度范围内有一速度变化达-4%左右的明显低速异常. 同时ATIP模型显示上地幔过渡带上方速度梯度小, 与前人结果一致. 结合其他地球物理研究结果, 认为羌塘西部地区软流圈顶部埋深约190 km, 岩石层不存在大规模减薄现象, 其上地幔结构与稳定欧亚大陆地幔类型相类似.     

青藏高原东部P波速度结构及其对高原隆升的启示

利用青藏高原东部的高密度流动台站数据和位于研究区范围内固定台站的同期数据,采用远震体波走时层析成像的方法,反演获得了青藏高原东部及其周边高分辨的壳幔P波速度异常结构,结果显示:研究区的速度异常主要集中在地壳及上地幔顶部.高原内部强烈变形的区域存在深达200 km左右的低速异常,而高原周边克拉通性质的块体下方存在深达200~300 km的高速异常,高、低速异常和构造块体有较好的对应关系.在400 km以下区域,速度异常的幅值和范围都很小,可认为其速度值与全球平均模型一致,不存在明显的高速俯冲物质和低速地幔上涌物质.青藏高原东部的隆升成因主要由浅部的低强度岩石圈变形所导致,由于同时受到印度板块推挤和周边刚性块体的制约,青藏高原下方低强度岩石圈的水平缩短吸收印度板块的推挤作用,垂直向伸展导致高原隆升.     

琼中海西期钾玄质侵入岩的厘定及其构造意义

最近, 在海南中部新发现了钾玄质侵入岩. 它们富钾(K₂O =2.9%~5.1%; K2O/Na2O=0.95~2.12), 明显富集大离子亲石元素和轻稀土元素, 强烈亏损Nb和Ta, 适度亏损Sr和Ti, (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i = 0.70859 ~ 0.71425而ε_Nd(t)=－2.77~－7.49, 来源于EMⅡ型地幔源区, 其源区富集可能与石炭纪-早二叠世华南板块向印支-南海板块俯冲时, 洋壳及陆源沉积物在深部(榴辉岩相)产生的大量流体-熔体对亏损地幔的交代有关. 钾玄岩结晶年龄为(272±7) Ma(SHRIMP锆石U-Pb法), 与琼中强过铝花岗岩时代相近, 且都普遍具有同侵位韧性变形构造, 应形成于后碰撞阶段早期(同逆冲期). 钾玄质侵入岩的原始岩浆是由于俯冲板片断离、热软流圈上涌, 导致富集了的楔形岩石圈地幔—含金云母石榴石橄榄岩发生减压脱水熔融的产物, 熔融深度>80 km, 熔体上升过程中与不同的地壳物质发生了混染并伴随分离结晶作用(AFC). 结合其他资料, 提出华南板块向印支-南海板块的碰撞拼贴发生于约287~278 Ma, 是Pangea超级大陆聚合过程的一部分, 缝合带可能位于Song Ma-北部湾-云开大山北缘-武夷山一线.     

腾冲火山区S波速度结构与岩浆活动特征

腾冲位于青藏高原东南缘印度与欧亚大陆碰撞边界,是中国最年轻的火山区之一.全新世以来的火山主要分布在腾冲盆地的中央,由北向南形成一个串珠状的火山链.为了研究这一地区的壳内岩浆活动以及与火山分布的对应关系,我们在腾冲盆地开展了为期一年的流动地震观测,利用记录的远震波形和接收函数方法反演了台站下方的S波速度结构.结果表明,打鹰山、大-小空山、黑空山存在一个相互联通的岩浆囊,它的深度为6~15 km,南北方向宽约16 km;火山湖具有一个相对独立的岩浆囊,它的深度为9~16 km,南北方向小于8 km,上述两个岩浆囊的深部热流通道位于黑空山与火山湖之间.在测线南端,老龟坡火山下方的低速特征十分突出,岩浆活动集中在10~25 km深度之间,有可能受到大盈江断裂与腾冲火山断裂相互交汇的影响,它与邻近的马鞍山属于另一个岩浆存储系统.火山区的莫霍面深度在38~41 km之间,在大-小空山下方出现局部抬升,部分台站的壳幔边界具有过渡带性质并呈开放状,有可能成为热流物质由地幔进入地壳的上升通道.     

四川九寨沟M_s7.0地震主震及其余震序列精定位

采用基于三维速度模型的定位方法,测定了九寨沟M_s7.0级地震的主震位置,震中为103.806°E,33.201°N,震源深度为20.4 km.使用最近一个强震台(51JZB)的S-P到时差,估算了主震初始破裂点的深度不浅于14.3 km.利用流动观测获得定位精度较高的余震,对早期余震位置进行校正,并采用双差方法对震后一个月的余震进行了重定位,获得了3030个地震的位置.余震呈北西西向的条带状分布,长约42 km,余震北临塔藏断裂,南接虎牙断裂北端.主震位于余震带的中央,其两侧各有长约20 km的余震带,西北侧有一长约5 km的余震稀疏段.西北段余震深度较浅,余震带宽度约6 km;东南段余震深度较深,余震带较窄,约4 km.余震震源深度的优势分布范围在4~20 km之间.发震断层倾角较陡,平均值约为84°.断层倾向和倾角沿走向方向有明显变化,断层在浅部向西南倾斜,深部略向北东倾斜.主震初始破裂点深度大于矩心深度和余震平均深度,地震破裂由深向浅传播.余震沿断层走向有明显的时空扩展特征,震源区可能存在余滑.     

鄂尔多斯东南缘地区的地壳结构

利用布置在鄂尔多斯东南缘地区的地震台阵记录的远震资料数据, 采用接收函数方法研究这一地区的地壳厚度和地壳结构. 研究结果显示, 各台站下方的Moho 震相可以被清楚地识别,Moho 深度向东南方向逐渐变浅, 从鄂尔多斯块体内部的43 km 一直减小到邻近秦岭北缘的30km 左右. 地壳结构和Moho 形态特征在横向上表现出明显的差异性, 在研究区可以分为4 个部分: (Ⅰ) 在鄂尔多斯块体内部, Moho 平缓连续, 深度在40 km左右, 具有稳定克拉通地壳的特征;(Ⅱ) 渭河-山西地堑, Moho 出现上隆, 上隆幅度3 km 左右, 地壳减薄, 可能是由上地幔物质上涌引起的; (Ⅲ) 熊耳-伏牛山地区, Moho 平缓连续, 深度在36~33 km 之间, 往东南方向逐渐变浅,地壳结构相对简单; (Ⅳ) 邻近秦岭北缘的的河淮盆地, Moho 呈现出强烈的不连续特征, 横向结构差异明显, 平均深度约31 km. 另外, 位于构造边界的两个台站(st11 和st18)的下方, Moho 呈现明显的不连续现象, 可能受到边界断裂的影响. 研究结果表明鄂尔多斯东南缘地区地壳结构在横向上有很大的差异和变化, 对研究鄂尔多斯东南缘地区不同块体间的相互关系具有重要的意义.     

藏南床得剖面古地磁结果对印度-亚洲碰撞方式的约束

特提斯喜马拉雅位于大印度最北端,其构造演化是理解印度-亚洲大陆碰撞过程的关键之一.为了更好地限定特提斯喜马拉雅中生代以来的古地理位置及其漂移历史,本文对藏南江孜床得剖面侏罗系下热组、维美组和白垩系床得组开展了古地磁研究.古地磁样品取自39个采样点,其中下热组5个,岩性为青灰色安山岩;维美组25个,岩性为粉砂岩和砂岩;床得组9个,岩性为灰岩.对118个古地磁柱状样品进行的逐步热退磁和交变退磁结果显示,下热组和维美组样品未能分离出稳定的特征剩磁;床得组样品分离出了稳定的特征剩磁(Ch RM),且具有正反极性,并通过了倒转检验.结合沉积学和岩石磁学结果,床得组样品的特征剩磁很可能为原生剩磁,其年龄为86.3~74.0 Ma.床得组样品特征剩磁的平均方向为Ds=152.0°,Is=?52.9°,?=18.0,?95=5.9°.该数据表明,特提斯喜马拉雅江孜地区在晚白垩世(80.1±6.2 Ma)所处的古纬度为南纬33.1°±5.6°,与印度板块北缘同时代所处的古纬度一致(参考点28.0°N,88.5°E),说明二者至少在晚白垩世之前从运动学意义上仍然是一个块体,缺乏大洋分隔的证据.这为理解印度-亚洲大陆碰撞方式提供了新的古地磁约束.     

东准噶尔滴水泉地区发现洋中脊型蛇绿岩

在东准噶尔卡拉麦里蛇绿岩带南侧30~40 km的滴水泉地区新发现了一套蛇绿岩.该蛇绿岩由蛇纹石化地幔橄榄岩、辉石岩、辉长岩、斜长岩、玄武岩以及少量的硅质岩片组成,本研究获得辉长岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为416.8±3.2 Ma,时代为早泥盆世早期.这套蛇绿岩构造侵位于一套年龄为405.7±5.8 Ma的岛弧火山-沉积地层中,或在早石炭世的后碰撞花岗岩中呈顶垂体产出.主量元素上,该蛇绿岩中的玄武岩具有与洋中脊拉斑玄武岩一致的低Al2O3,TiO2,P2O5,K2O,高MgO,CaO特征;稀土元素上,辉石岩、辉长岩、玄武岩均为LREE明显亏损的配分型式;微量元素蛛网图中,除Rb,Ba,U,Sr等活泼元素有异常波动外,总体上表现为平坦型的分布特征,其中玄武岩中的各元素的丰度与N-MORB十分一致,辉长岩和辉石岩中各元素的丰度则相对N-MORB明显亏损,具堆晶超镁铁-镁铁质岩的特点.通过区域地质背景分析,结合Hf/3-Th-Ta,TiO2-FeO/MgO,Ti/1000-V,Zr/Y-Zr等构造判别图解结果,认为该蛇绿岩应形成于洋中脊环境,是哈萨克斯坦-准噶尔古板块和西伯利亚板块之间的古洋盆岩石圈残片,该洋盆打开于中志留世之前,在晚泥盆世之前闭合,随后进入后碰撞-陆内演化阶段.滴水泉洋中脊型蛇绿岩带的发现给我们提供了一个重要的启示,即在时代和成因认识上存在较大分歧的卡拉麦里蛇绿岩带中的蛇绿岩可能并非单一成因,而是本次发现的洋中脊型蛇绿岩和其北侧的俯冲带型蛇绿岩因后期构造混杂的产物.     

上地幔中的岩浆混合作用: 东太平洋海隆13°N附近玄武岩高Mg# 橄榄石内熔体包裹体证据

洋中脊玄武质岩浆中早期结晶产物: 高Mg#橄榄石常捕获有早期熔体, 从而形成熔体包裹体. 这些熔体包裹体记录了岩浆早期演化的重要信息. 本研究获得的东太平洋海隆(EPR) 13°N附近5个站位玄武岩具有很小的K/Ti (0.07~0.12), Tb/Lu (1.72~1.84), Sm/Nd (0.310~0.332)变化范围和相似的稀土元素配分型式, 说明亏损上地幔源区具有相似的矿物组成. 结合前人的Sr和Nd同位素分析结果表明这些玄武岩未经受明显的洋壳混染作用. 通过对校正橄榄石分异和“铁丢失”作用后获得的65个初始熔体包裹体组成分析, 表明这些熔体包裹体具有较寄主玄武岩高的MgO含量, 因此, 可能是寄主岩浆早期不同演化阶段的产物, 从而能够指示岩浆较早期阶段的演化过程. 寄主玄武岩尚处于橄榄石+斜长石共结结晶阶段, 但熔体包裹体具有较寄主玄武岩更高的CaO/Al₂O₃比值, 且该比值与MgO正相关和Na₂O负相关的事实表明寄主玄武岩经历了较高压下的单斜辉石结晶分异. 同时, 根据单斜辉石结晶和熔体包裹体液相线组成计算其平均结晶压力为(0.83±0.25) GPa, 说明这些熔体包裹体平均捕获于洋底以下~24 km左右的上地幔中. 熔体包裹体的Ca₈/Al₈, Na₈与Fe₈ 之间良好的负相关性, 及其明显高于寄主玄武岩的Ca₈/Al₈, Na₈, Fe₈和K/Ti变化范围, 显示这些熔体包裹体形成于不同熔融程度和深度的岩浆混合作用. 另外, 根据寄主玄武岩和熔体包裹体Ca₈/Al₈, Na₈, Fe₈和K/Ti的变化范围和平均值, 这些玄武质岩浆仍需要在洋壳中经历其他组成端元的岩浆混合作用. 由此可见, 洋中脊玄武岩斑晶内熔体包裹体组成的多样性并不都反映岩浆在洋壳内的混合和结晶作用, 形成于上地幔压力下的橄榄石中熔体包裹体不能直接与其他矿物斑晶中熔体包裹体共同用于指示洋壳内的岩浆过程. 本次高Mg#橄榄石中熔体包裹体研究证明东太平洋海隆下部地幔中的确存在不同来源深度和熔融程度的岩浆混合作用.