钦─杭拼合带西南段及其邻近地区的瑞利面波层析成像研究

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钦州湾─杭州湾拼合带(简称钦─杭拼合带)是扬子板块和华夏板块之间的构造拼合带,记录了两侧板块之间的多次拼合裂解构造过程,构成了华南构造域的中轴,该拼合带对揭示华南大陆大地构造演化具有重要的科学意义,一直是全球地质学者研究的热点。但是,该拼合带的地质构造年代老、晚古生代之后的地层覆盖厚、出露少、隐伏深,且经历了多期构造叠覆、改造变位和各时期岩浆侵入破坏,因此存在很多争论未决的地质问题,尤其是在西南段的广西境内。因此,非常有必要在该区域开展深部地球物理探测。
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  桂林理工大学地球科学学院于2013年8月在钦─杭拼合带西南段开展了为期5年的小孔径流动地震台阵观测。本文基于该台阵观测的天然地震数据,采用面波层析成像,获取了该区域瑞利面波速度结构和S波速度结构。本文主要研究内容及成果如下:
  (1)定义距离系数,改进双台配对条件,并校正提取的群速度。本文同时用方位角之差α和距离系数进行双台配对,比单一使用方位角差更能够直观地反映误差信息,且能更全面合理地筛选台站对。另外,目前主要采用台站对间距计算群速度,而台站对间距并非真正的面波传播距离,利用距离系数校正用台站对间距计算的群速度,可以减小群速度的测量误差。
  (2)对提取群速度的时频分析方法进行了研究。基于不同震中距的理论合成面波数据,对多重滤波法提取群速度的误差进行了分析。首次对多重滤波法与连续小波变换进行了对比研究,通过推导发现了:当ω0=√2α≥5时,多重滤波法本质上就是连续Morlet小波变换;多重滤波法中高斯滤波参数?的取值问题本质上就是连续Morlet小波变换小波母函数中心频率ω0的取值问题;只有当近似满足容许条件时,这两种方法才能提取到可靠的群速度频散曲线。
  (3)首次利用小孔径流动地震台阵观测的高密度宽频带天然地震数据,采用改进的配对条件进行双台配对,获得了5410条混合路径群速度曲线,并对重复路径取平均,最终得到了1570条高质量的混合路径群速度频曲线。利用5~30s周期的纯路径群速度数据,采用迭代重构技术(SIRT),对研究区域进行了水平网格尺度为0.5°×0.5°的成像研究;在此基础上,采用遗传反演算法,建立了研究区域的S波速度结构,填补了该区域深部高分辨率地球物理探测的空白。
  (4)根据研究区域的瑞利面波群速度及S波速度图像分布特征,对研究区域的大地构造特征进行了分析,推测扬子地块与华夏地块的分界线应该位于龙胜─永福─来宾─南宁─凭祥一线,而且昆仑山─南丹断裂应该是右江海槽的北东边界。
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