沧州和玉树地区三维速度结构研究

【摘要】：自层析成像技术被引入到研究地球内部结构研究以来,地震层析成像方法发展迅速,现已成为研究地球深部结构的最有效手段之一。本文对近震和远震层析成像技术的理论与方法进行了详细的介绍,对层析成像技术中的四个重要步骤展开讨论。文中使用赵大鹏教授的层析成像方法(TOMOG3D)对河北沧州和青海玉树这两个区域的地下三维速度结构进行了研究。本文研究的主要成果如下： (1)利用架设在沧州地区的20台流动地震台站于2006年12月至2010年7月间记录的271个远震事件,读取了2308个P波到时数据,采用地震层析成像方法反演得到沧州及其邻区(38.0°N—39.0°N,116.50E—-117.5°E)的地壳上地幔P波三维速度结构。层析成像结果表明,沧东断裂两侧的地壳介质的速度分布有明显的横向差异,浅层速度分布同地表地质结构分布相对应：沧东断裂西北侧沧县隆起的地壳速度较高,表明其基底抬升,断裂带东南边的黄骅拗陷速度较低,说明基底埋藏较深。结合本文的远震层析成像研究结果和前人重力、磁法和人工地震的探测结果都表明,沧东断裂带两侧的地质构造和地球物理性质有明显的变化,这种构造差异在整个地壳中都有体现。 (2)2010年4月14日青海玉树藏族自治州玉树县发生了Ms7.1级地震。玉树地震发生在甘孜—玉树断裂带上,是由于巴颜喀拉地块和羌塘地块以不同速率向东南运动,地块差异运动使其应力积累达到了一定程度,从而引起的破裂。玉树地震后,中国地震局地球物理研究所在玉树震源区附近架设了22台流动地震台站,2010年5月9日至2010年10月30日期间记录到了1345个近震事件和803个远震事件。从这些地震事件记录中拾取了7687条Pg波到时数据和9494条P波到时数据,采用近震和远震联合反演的地震层析成像方法,得到玉树及其邻区(31°N—35°N,95°E—98°E)的地壳上地幔三维速度结构。研究结果表明甘孜—玉树断裂带两边的速度分布表现出明显的横向差异,特别是60km深度以上,断裂南边的羌塘块体速度低,断裂带北边的巴颜喀拉块体速度高。羌塘块体上地壳速度显著低于巴颜喀拉块体相应深度的速度,可能反映了羌塘块体沉积层厚度远大于巴颜喀拉块体。羌塘块体地壳内低速区可能是由于含水流体和部分熔融共同造成的,其中部分熔融是由于印度板块和欧亚板块俯冲过程中摩擦导致的。结合本文近远震层析成像结果和前人重、磁、电的探测结果表明,无论是在平面还是剖面上,玉树断裂带都处于地质构造和深部地球物理性质变化明显的地方。东北边的巴颜喀拉块体高速区和西南边的羌塘块体低速区的差别可能是由于印度板块向欧亚板块俯冲过程中,在相对刚性的巴颜喀拉块体的阻挡下,高原羌塘块体内深部物质拐向东南方向流动,削弱了块体向北的挤入影响,造成了其分界带(玉树断裂带)的不稳定。