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.     

西阿拉善地块～2.5Ga TTG岩石及地质意义

阿拉善地块是华北克拉通的一部分,但其是否存在太古代变质基底却存在争议.本文首次报道西阿拉善地块的北大山地区存在新太古代岩石,岩相学和岩石地球化学特征表明这些岩石为花岗闪长质片麻岩,具有典型TTG片麻岩特征.LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示,该岩石的岩浆锆石核的年龄为2522±30Ma,变质重结晶边的年龄为2496±11Ma,近一致的岩浆结晶年龄和变质年龄表明它们属于同一构造热事件的产物,代表了北大山地区新太古代末-古元古代早期的岩浆-变质事件;锆石Hf同位素结果显示,εHf(t)值主要集中在0.4～4.9之间,对应的二阶段模式年龄集中于2.7～3.0Ga之间,说明TTG片麻岩的主要源区为形成于中-新太古代(2.7～3.0Ga)的地壳物质,并在新太古代末期发生再造.这些资料显示西阿拉善地块的新太古代TTG片麻岩与广泛分布于华北克拉通的同时代TTG岩石特征一致,它们经历了类似的中-新太古代地壳生长和新太古代末-古元古代最早期的构造热事件.     

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.     

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.     

鄂尔多斯地块是破解华北早期大陆形成演化和构造体制谜团的钥匙

鄂尔多斯地块是华北克拉通的核心地质单元之一.前寒武纪基底陆块的划分、克拉通化过程与构造机制、古元古代活动带、中-新元古代的多期裂谷和壳幔调整、华北地台形成等华北早期大陆的几乎所有重要科学问题,都与鄂尔多斯地块密切相关.近年来鄂尔多斯地块的油气和煤资源的研究有重要突破,带动基础地质研究至少在三方面有重要进展:(1)大鄂尔多斯盆地的演化历史;(2)狭义鄂尔多斯盆地的基底以及与周边基底岩石的对比;(3)鄂尔多斯地块的周边断裂及其性质.这些都说明鄂尔多斯地块是在原有华北克拉通基底上发展起来的大盆地,现在的狭义盆地面貌是在三叠纪末开始形成,并在中-新生代才逐步改造定格的.因此对华北克拉通早期大陆的形成和演化历史,需要抛开固有的想法,客观分析地质资料,给予科学解读.鄂尔多斯地块是破解华北早期大陆形成和构造体制演化谜团的钥匙.     

南海海盆残留扩张中心地壳速度结构对比及构造意义

南海西北、西南和东部3个次海盆停止扩张之后都存在岩浆活动,扩张中心有多个海山.为了研究海山和扩张中心的地壳结构特征,本文使用穿越南海西北次海盆扩张中心的广角地震剖面(测线OBS 2006-p1),针对海盆区域,通过P波二维地震射线追踪正演,获得了西北次海盆垂直扩张方向的深部速度结构,讨论了西北次海盆及其扩张中心深部地壳结构特征;并结合南海东部次海盆和西南次海盆横穿扩张中心的海底地震仪(ocean bottom seismograph,OBS)剖面,对不同海盆的地壳结构进行了对比研究,获得了扩张后期岩浆活动对洋壳改造的新认识:(1)发现西北次海盆地壳具有明显的洋壳性质,莫霍(Moho)面埋深为11~12 km(从海平面起算),地壳厚度为6~8km,速度为5.7~7.0 km/s.扩张中心轴部双峰海山为西北次海盆扩张之后岩浆活动的产物;(2)西北次海盆、东部次海盆、西南次海盆东北部沿垂直扩张脊方向地壳速度结构均有明显的横向变化,在扩张中心处都表现为洋壳厚度增大约1 km,莫霍面埋深增大,表明后期岩浆活动对地壳结构有较大的改造作用.     

佳木斯地块东缘及东南缘二叠纪火山作用:锆石U-Pb年代学、地球化学及其构造意义

对佳木斯地块东缘及东南缘晚古生代火山岩进行了锆石LA-ICP-MS U-Pb定年和岩石地球化学研究以便制约该区的区域构造演化. 研究区内8个代表性火山岩中的锆石均呈自形-半自形晶, 且发育典型的岩浆生长环带, 与高的Th/U 比值(0.33~2.37)一起, 暗示其岩浆成因. 测年结果表明, 研究区晚古生代火山岩可分为两期, 即早二叠世火山作用(峰期为288 Ma)和中二叠世火山作用(峰期为268 Ma). 前者主要由玄武岩-玄武安山岩以及次要的英安岩构成, 它们以相对低的SiO₂含量、高镁(Mg# = 0.40~0.59)、富钠(Na₂O/K₂O = 1.26~4.25)为特征, 同时显示轻稀土元素的相对富集以及重稀土元素和高场强元素的相对亏损, 上述特征反映了佳木斯地块东缘早二叠世具有活动大陆边缘的构造属性; 后者主要由流纹岩及少量英安岩组成, 它们以高硅(SiO₂ = 7.23%~77.52%)、贫镁(MgO = 0.11%~0.14%)、富钾(Na₂O/K₂O < 0.80)为特征, 同时具有强烈Eu, Sr, P和Ti的亏损以及Rb, Th和U强烈富集, 反映其壳源成因, 该期火山岩的形成可能标志着佳木斯地块与兴凯地块之间古亚洲洋的消失和两陆块的碰撞与拼合.     

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.