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.     

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.     

冲绳海槽宫古段西部槽底海底气泉的发现

中国科学院海洋研究所“科学一号”调查船于2000年在冲绳海槽宫古段进行了地球物理调查. 在对调查资料进行了处理以后, 在西部槽底近陆坡底部的位置上发现了海底气泉的存在. 给出了海底气泉存在的证据, 并讨论了海底气泉的成因及水合物存在的可能. 指出, 模拟测深记录上以及单道地震剖面上出现的气柱现象可能是由地层中的气体从海底逸出引起的; 海底气泉控制了直径约2.2 km左右的范围, 为一个巨型的低温气泉. H14地震剖面上发育典型的帘式反射, 标志着异常反射区地层中游离气的存在. H12地震剖面在相近的位置上出现的浊反射进一步印证了地层中游离气的存在. 根据地震剖面上异常反射的形式, 推测地层中游离气含量比较高, 至少超过地层体积的1%. 在构造位置上, 海底气泉处在海槽西部近陆坡底部一个次一级的盆地当中. 该盆地的西侧为东海陆架断隆, 而东侧以及南北两侧都被基底隆起所控制. 其中南部的基底隆起至今还在明显抬升中. 盆地中发育了很厚的沉积地层, 地层厚度超过3.5 km. 由于地层自身的重力负荷, 以及周边基底隆起引起的构造挤压, 盆地中层D以下发育泥底辟构造. 泥底辟构造成为地层中超高压气体及低密度流体向上迁移的有效通道, 也是海底气泉发育的直接原因. 根据温度和压力条件估算以及地震反射特征, 认为气泉处帘式反射顶部以上地层可能含有水合物.     

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.     

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.     

塔里木盆地北缘的深部结构

拜城-大柴旦人工地震宽角反射/折射剖面穿过了塔里木盆地北缘的库车坳陷和塔北隆起两个构造单元. 利用该剖面上的拜城、库车、轮台和库尔勒4个爆炸点的地震资料, 通过二维横向非均匀介质条件下的射线追踪与理论地震图计算, 获得了塔里木盆地北缘地壳与上地幔顶部的二维速度结构与构造. 结果表明, 库车坳陷与塔北隆起的地壳分层具有统一性, 但界面深度、地壳厚度以及速度分布沿剖面变化明显, 其中地壳厚度的变化主要体现在中地壳与下地壳. 在库车坳陷的拜城以及塔北隆起的轮台爆炸点附近莫霍面抬升, 使地壳分别减薄为42和47 km. 地壳最厚处是库车坳陷与塔北隆起的转换部位, 地壳厚度达52 km. 此处的上、下地壳内分别发育壳内速度异常体, 其中上地壳表现为高速异常, 下地壳发育低速异常体, 它们几乎分布在同一垂线上, 相应位置的盖层较厚. 根据地壳的速度结构与构造, 可将剖面划分为库车坳陷、塔北隆起和两者之间的过渡带3个部分, 每一部分都有自己独特的速度变化特点、基底结构形式和深浅部构造关系. 塔里木盆地北缘地壳与上地幔顶部速度结构与构造在东西向的差异可能意味着塔里木盆地向天山造山带俯冲消减的速度和强度的不同, 引起天山造山带的构造分段.     

岩石探针和地震探测手段约束华北深部地壳结构组成及演化

厘清大陆深部地壳形成、演化及其动力学过程,对于了解板块构造、揭示壳幔相互作用至关重要.针对华北深部地壳物质组成、结构及演化等问题,本研究在限定其地震学结构特征基础上,结合深部地壳岩石捕虏体的来源深度(定深)、化学和物理性质(定性)和形成年龄(定年)的研究成果,构建了华北深部地壳多维度物理、化学结构模型.结果表明:华北陆块地壳厚度变化于30～48 km,全地壳和地壳内部各层均呈现东薄西厚特征.东、西部地壳虽然厚度上有明显差异,但内部结构特征有一致性,即整体上较少典型的高速基性下地壳,平均P波波速(～6.3 km/s)、密度(2.72～2.78 g/cm3)并呈中性岩石特征.深部地壳岩石捕虏体除斜长角闪岩外主要成分包括基性和酸性的麻粒岩.中生代时期华北陆块部分地区地壳存在榴辉岩捕虏体,指示了当时局部地区曾存在厚达45 km的地壳,但现今地震学剖面并未显示;此外,有些地区(如汉诺坝)基性岩石捕虏体揭示出新生代基性岩浆底侵,难以在地震学模型中识别.因此,岩石探针与地震探测结果的结合,将更有助于全面认识深部地壳结构组成和演化.     

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.     

超慢速扩张洋中脊NTD的蛇纹石化地幔:海底广角地震探测

非转换断层不连续(NTD)在超慢速扩张洋中脊高频度出现,其地壳速度结构与相邻的岩浆扩张中心(NVR)差别明显.结合表层断层多和减薄的地壳,说明NTD在超慢速洋中脊扩张理论、热液活动甚至矿产资源方面有十分重要的意义.本文使用2条海底广角地震测线的数据,使用射线追踪正反演的方法,获得了西南印度洋中脊28~29扩张段之间NTD下方的地壳及上地幔速度结构.结果表明:(1)NTD下方地壳较薄(3.2~4.5 km),洋壳层2厚约2.0 km,洋壳层3较薄(1.0 km)甚至缺失;(2)洋壳层2表层速度横向差异大,表明存在较多断裂;(3)洋壳层3出现低速区,成因可能是受浅部大断裂或地幔蛇纹石化作用影响;(4)上地幔顶部速度存在低速异常(7.2 km/s),结合NTD地壳较薄(5 km)和表层断裂多的特征,认为是上地幔发生大规模蛇纹石化作用导致低速,为进一步理解和区分莫霍面与蛇纹石化前缘(Serpentinization Front)提供了一个很好的例证.     

华南大陆S波三维速度结构与郯庐断裂带的南延

利用我国地震台站记录的Rayleigh波观测资料, 通过适配滤波频时分析技术进行数据处理, 获得了穿越我国东南及陆缘地区的Rayleigh波频散. 运用随机反演理论取得了东南大陆及陆缘地带4°×4°网格的纯路径频散数据. 在网格反演的基础上求得了该区S波的三维速度结构. 同时结合该区人工地震深部探测速度结构剖面综合研究了该区构造格局与断裂延深和延伸. 研究结果表明: 华南大陆Moho界面埋深为30～40 km, 并由西向东逐渐减薄, 在陆缘与浅海地域为25～28 km, 具有明显的分区特征. 上地幔低速层埋深为60～100 km, 变化幅度较大. 郯庐断裂跨过长江后在64～96分格(NS)和65～97分格(NS)之间地带向南延伸, 垂直错动幅度可达10 km, 可伸抵170 km左右的深处, 并在海南岛东侧附近潜入海域. 太行山-武陵山-苗岭-越北山区巨型重力梯度带南段深部Moho界面与软流层顶面均向南加深下倾, 并伸入海域. 它可能与郯庐断裂带汇合, 这条重力梯度带与郯庐断裂带均受到东西向潜伏构造的作用与影响.     

苏鲁地区地壳深部太古代残留岩片:来自航磁资料的证据

通过对新编1︰100万航磁资料处理和三维反演, 发现在苏鲁地区地壳深部约20~25 km处存在一规模巨大的呈北西方向展布的强磁性体, 从郯庐断裂带西侧向东侧延伸, 其埋深在断裂带两侧出现3~5 km的变化, 东侧约为20 km, 西侧约为25 km, 推测该磁性体为华北陆块地块太古代变质岩系的残留体. 这一磁性体的发现对于探讨苏鲁造山带构造模式和华北陆块地块与扬子陆块地块碰撞的缝合线位置以及认识郯庐断裂带东侧上层地壳向北推移底界滑脱面的位置等问题有重要的启示.     

龙门山南段山前印支晚期隐伏生长褶皱的构造几何模拟与分析

经高分辨率处理后的地震剖面展示了龙门山南段山前大邑地震勘探区的深部存在一隐伏的生长断层转折褶皱. 对地震剖面的构造变形以及褶皱两翼生长前、生长期间和生长后地层的变形几何关系进行了详细的构造解析; 利用断层转折褶皱几何变形的计算机模拟技术对大邑深部隐伏生长断层转折褶皱进行了不同沉积速率时几何变形过程的模拟, 提取构造特征与实际地震反射剖面进行对比. 研究结果表明, 龙门山南段山前也存在印支晚期的低角度逆冲推覆过程, 构造活动发生在须家河四段(T₃x⁴)中上部沉积期间, 与龙门山北段山前印支晚期的逆冲推覆过程相对应, 但推覆位移量较北段小.     

南海北部陆缘岩石圈热-流变结构

通过对南海北部陆缘３条深部地震剖面岩石圈热结构的计算,利用玄武岩固相线获得“热”岩石圈厚度,利用线性摩擦破裂公式和幂律流变公式获得岩石圈的流变结构。计算表明,“热”岩石圈厚度在大陆架区大约９０ｋｍ,往陆坡方向减薄,在下陆坡,洋壳及西沙海槽区减薄为６０￣６５ｋｍ;在中西部陆架区及西沙台地区,岩石圈流变结构由上到下一般具脆－韧－脆－韧组合结构,海槽区因热地幔上拱,地壳与岩石圈减薄,上脆性层底界埋深仅１     

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.     

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.     

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.     

全球定位系统(GPS)测定的印尼苏门达腊巨震的远场同震地表位移

以中国的连续GPS观测资料为基础, 结合其他全球GPS观测资料, 计算了2004年12月和2005年3月发生在苏门达腊岛9.3和8.7级巨大地震的同震位移场. 2004年地震的同震永久位移的影响范围达6000~7000 km, 并呈现波状起伏的特征. 2005年地震的同震位移主要局限在震中区附近, 可能只是2004年地震诱发的强余震.     

中国煤矿第一爆对华北克拉通岩石圈结构研究的启示

利用贺兰山中中国煤矿历史上最大的一次矿山大爆破, 以爆破点为起点向南东方向穿过银川盆地和鄂尔多斯块体布置了一条超长地震观测剖面, 在中国大陆地震探测研究中获得了观测距离超过1300 km来自上地幔上部反映不同深度的地震波信息. 上地幔顶部折射波Pn明显的特点是可以有效的对比追踪至500 km以远, 其稳定的动力学与运动学特征预示着鄂尔多斯地块的上地幔顶部是一个构造变化不大、比较弱的正梯度层结构; 如果认为Pm1和Pm2两波组是来自上地幔的波组, 则在上地幔结构中有着发育的构造层面, 其平均速度分别为7.70~7.80和8.10~8.20 km/s. 根据Pm1和Pm2波组的走时特征推测其反映的界面M1与M2之间可能存在着一定厚度的速度逆转层, 它们所反映的深度范围约为110~120和200~220 km, 这些现象基本上反映了该地区上地幔岩石圈的结构特征. 由此得到的信息可对华北克拉通岩石圈构造探测研究、认识地球内部上地幔不同圈层的形状、结构与相互作用关系提供有意义的借鉴.     

壳-幔过渡带及其在岩石圈构造演化中的地质意义

经典的地球物理学把地壳和上地幔之间的界面叫做莫霍面,是根据地震波的速度在地壳(V_P=5.8～6.5km/s)和上地幔(V_P=8.0～8.3 km/s)之间的不连续来定义的。由于大陆岩石圈结构的横向不均匀性,并不是所有地方的莫霍界面都十分清晰。在一些地区的下地壳与上地幔之间存在着一个P波速度的“递变层”或“过渡带”,其V_P大约为6.8～7.8 km/s。因此,莫霍界面不是那么清楚,这是地震学家在岩石圈速度结构剖面研究中经常感到困惑的问题。     

2013年芦山地震滑坡空间分布样式对盲逆断层构造的反映

2013年4月20日芦山地震后,关于地震发震断层的判识与考察成为了地震学家关注的对象与争论的焦点.基于野外调查与可利用的高分辨率航片人工目视解译方法,初步建立了芦山地震滑坡空间分布图.从地震滑坡的角度开展芦山地震发震断层的分析与讨论,旨在为芦山地震发震构造研究提供地震滑坡方面的证据.综合垂直可能发震断层走向的3个地震滑坡密度剖面分析的结果为:双石-大川断裂的下盘区域发生了较多的滑坡,滑坡丰度在双石-大川断裂附近没有发生突变行为;滑坡在大邑断裂附近发育极少,滑坡密度没有发生突变行为;滑坡密度在上里西断裂NW方向1~2 km处发生了一次较明显的突变行为,上里西断裂的上盘滑坡丰度明显高于下盘.据此,本文得出了初步结论:在芦山地震中主要活动的断层既不是双石-大川断裂,也不是大邑断裂,更可能是两者之间的一条具有明显的线状地貌特征的上里西断层,断层错动并没有传到地表,为一次盲逆断层型的构造地震.