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用被动源地震探测方法研究青藏高原东缘与扬子地台西缘地壳上地幔结构

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摘要

第1章 引言

1.1 选题依据及研究目的与意义

1.1.1 选题依据

1.1.2 研究目的与意义

1.2 项目研究目标和主要内容

1.2.1 研究目标

1.2.2 研究主要内容

1.3 本论文的特色与创新

1.4 小结

第2章 研究区域的构造地质环境和被动源地震观测

2.1 构造及地质背景

2.1.1 青藏高原东缘的异常地貌

2.1.2 青藏高原东缘及周边区域的深部构造动力环境的差异

2.2 被动源地震观测

2.2.1 野外工作流程

2.2.2 台站位置和资料选取

2.2.3 野外观测系统和台站建设

2.2.4 地震波形记录数据格式

2.3 小结

第3章 接收函数理论方法及其发展

3.1 被动源接收函数方法的发展

3.2 相关概念和处理方法

3.2.1 等效源概念

3.2.2 地震转换波

3.2.3 坐标系的转换

3.2.4 水准因子反褶积

3.3 接收函数理论

3.3.1 接收函数基本概念

3.3.2 转换震相的走时和地壳厚度

3.3.3 接收函数的计算

3.3.4 参数选取

3.3.5 CCP偏移叠加成像

3.4 小结

第4章 接收函数研究地壳上地幔速度结构和泊松比

4.1 数据处理

4.1.1 数据预处理

4.1.2 波形数据滤波

4.2 提取接收函数和接收函数反演及成像

4.2.1 坐标系转换和接收函数提取

4.2.2 H-k计算Moho面深度及波速比

4.2.3 研究区S波速度反演

4.2.4 共转换点(CCP)偏移叠加成像

4.3 小结

第5章 青藏高原东缘与扬子地台西缘深部结构研究

5.1 青藏高原东缘与扬子地台西缘地壳结构研究

5.1.1 青藏高原东缘与扬子地台西缘S波速度结构

5.1.2 青藏高原东缘泊松比和波速比

5.1.3 CCP叠加结果成像

5.2 青藏高原东缘与扬子地台西缘岩石圈及软流圈结构研究

5.3 小结

第6章 青藏高原东缘与扬子地台西缘地壳速度结构特征与动力学研究

6.1 青藏高原东缘与扬子地台西缘地壳细结构

6.1.1 人工爆破地震对地壳结构的研究

6.1.2 被动源地震台阵观测成像的地壳结构研究

6.2 青藏高原东缘地壳流研究

6.2.1 青藏高原东缘地壳流分布

6.2.2 地壳厚度分布及其物质流动

6.2.3 地壳流的运动方式与地壳变形

6.3 青藏高原东缘与扬子地台西缘地下结构及动力作用过程讨论

6.4 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果

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摘要

本研究利用四川数字地震台网的宽频带数字地震台站、成都理工大学与法国地球物理研究所和巴黎高等师范学院等单位合作部署的宽频带流动地震台站的观测资料,采用被动源地震探测接收函数方法对青藏高原东缘与扬子地台西缘地壳上地幔结构进行研究。于青藏高原东缘和扬子地台西缘的四川地区,地质构造背景复杂。研究表明,由于印度板块向北挤压推移,受欧亚板块的阻挡,青藏高原产生强烈隆升,并伴随向东、南东方向的水平挤出运动,在四川盆地西缘受阻,转换成为龙门山断裂带的逆冲运动,并引发鲜水河断裂带、安宁河断裂带和则木河断裂带的走滑断裂活动。在青藏高原东缘与四川盆地接触边界,出现了一系列北东走向或近似南北及北西走向的陡峻山脉。在这些地区地壳增厚,且中、下地壳出现低速层。相反四川盆地显示为较刚强的地壳上地幔,地壳内不存在低速层。
  本研究主要内容包括:⑴青藏高原东缘与四川盆地地壳上地幔的速度结构存在明显的差异,青藏高原地壳的速度明显低于四川盆地。四川盆地内上地壳Vs速度值为3.0-3.5km/s,中地壳达3.6-3.8km/s,下地壳达4.0-4.3km/s,而上地幔为4.5-4.8km/s。并且地壳内不存在低速层,岩性上显示为刚强的地块,为典型的克拉通构造。青藏高原东缘最显著的特征是速度明显偏低,地表的初始速度大约2.8 km/s左右,上地壳速度为2.8-3.4km/s,中地壳Vs速度值为3.0-3.4km/s,下地壳达3.4-4.1km/s,而上地幔为4.1-4.5km/s。S波速度结构显示青藏高原东缘在20-40km的中地壳普遍为一个低速层,在上地壳及下地壳中,也出现少量的低速层。⑵四川盆地地壳厚度为38-45km,而青藏高原东缘地壳厚度为52-66km。在青藏高原东缘与四川盆地地交汇的边界带上,莫霍界面深度变化很大,显示出该边界带上地质构造上有一突变,地壳内出现多组复杂断裂。⑶青藏高原东缘的南部和北部泊松比为中到高值(0.23-0.31),表明这两个区域的地壳主要为超铁镁质或铁镁质岩类,岩性软弱易变形。而青藏高原东缘的中部,地壳中部速度Vs最低(2.8-3.4 km/s),泊松比最高(0.28-0.32)。研究表明,当温度达到或者超过固态相时,S波速度会剧烈下降,泊松比就会剧烈上升。结合岩石学的研究结果和实验,以及研究区内已有的电磁探测结果,可以认为研究区存在地壳内发生部分熔融的条件,尤其是在含盐流体的参与下更容易发生部分熔融。贡嘎山出现的浅色花岗岩(约10Ma)可能是这种地壳的部分熔融所造成的。在地处扬子地台西缘的四川盆地,地壳内平均泊松比为0.23-0.28,盆地内的大部分地区该值都与正常弹性体泊松比水平相当,显示出盆地内地壳和上地幔物质成分呈刚性且分布较为均匀,并可以推测盆地内的深部物质可能是硅质成分较高的深成岩性。⑷宽频带地震台站观测资料的接收函数法反演得到了青藏高原东缘及四川盆地地壳上地幔精细Vs速度结构。利用不同深度Vs速度分布图像,以及低速层在剖面上的表现形式,可以发现在青藏高原东缘中下地壳存在地壳流,并对地壳流的空间分布及动力作用进行描绘。青藏高原东缘地壳流主要沿北西南东向的活动断裂地带上分布,它从青藏高原中部羌塘地块流出,主流沿北西南东的鲜水河断裂带流动,然后转向南北沿安宁河及小江断裂向南。另一支沿澜沧江、怒江断裂带向南。在研究区域的北部,还有一支北东向及东西向到龙门山的地壳流。地壳流主要分布在中地壳内部(深度20-40km),部份可达50km的下地壳。当地壳流遇到刚强的四川盆地地壳及上地幔阻挡时,地壳流出现拆分现象,即产生向上或向下分流,向上的分流引起上地壳隆升形成陡峻的山峰,向下的分流使莫霍界面下沉引起地壳增厚。⑸接收函数共转换点(CCP)偏移叠加成像方法对研究区垂直观测剖面成像结果显示了清晰的莫霍面和410km间断面,同时还显示出地壳下界面与岩石圈底部间断面间以及410km间断面之间存在的一些不连续的间断面分布。410Km间断面从四川盆地到青藏高原其深度有轻微逐渐增深的趋势分布特性,在四川盆地深度约为400Km,而在青藏高原深度约为420Km。在地壳的下界面和岩石圈底界面间的上地幔部分和岩石圈与软流圈分界面(LAB)与410间断面间都存在多条不连续的分层。在青藏高原东缘和四川盆地的岩石圈与软流圈分界面(LAB)的下方,显示有低速层分布,但他们之间是存在差别的,四川盆地的岩石圈与软流圈分界面(LAB)的下方,低速层分布较为完整。在青藏高原岩石圈与软流圈分界面(LAB)的下方低速层中可见离散的高速块体分布。说明在高原地区由于地壳的增厚作用,少部分的上地慢物质可能进入软流圈的顶部,而在四川盆地中,没有发现此种现象。

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