大别—苏鲁及邻区上地幔各向异性和背景噪声层析成像研究

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大别-苏鲁及邻区(111°E-124°E、31°N-40°N)位于我国东部沿海地区,是我国东部重要的构造活动带。本文主要针对该地区进行两个方向的研究:a.地震各向异性研究;b.背景噪声层析成像。地幔各向异性研究,我们分成了单层水平和多层各向异性进行研究。在单层水平各向异性介质中,我们选用了中国数字化地震台网和区域数字地震台网(山东、安徽、江西、河南、湖北)三分量宽频带的远震地震波形数据,分别采用最小能量法和旋转相关法,对大别-苏鲁及邻区进行剪切波偏振分析,计算了研究区台站下方介质的各向异性分裂参数:快波偏振方向(φ)和快慢波延迟时间(δt)。本文研究结果发现,研究区内快、慢波延迟时间0.5s~1.63s,推测各向异性层深度为57km-187km,由软流圈和岩石圈地幔的各向异性共同作用引起。快波偏振方向在4个不同构造区表现出不同的特点:华北块体快波偏振方向为近E-W向,根据地质资料,我们分析认为华北块体的各向异性受地幔软流圈流动的影响明显;大别造山带各向异性平行于大别主构造,反映造山过程中岩石圈物质沿大别造山轴部NW-SE向迁移的特点;在大别南侧和东侧的扬子块体快波偏振方向分别表现为近垂直于造山带走向和NEE-SWW,苏鲁造山带各向异性结果为NEE-SWW,与地表构造有一定的夹角,同时与块体运动方向相差较大,分析认为扬子块体和苏鲁造山带各向异性是由地幔软流圈流动和印支.燕山期构造运动残留在岩石圈地幔的“化石各向异性”共同作用的结果。当各向异性层只有一层时,剪切波分裂参数与剪切波入射偏振角没有关系,但当存在多层水平各向异性介质时,剪切波分裂参数会随着初始偏振方向的变化而变化,因此可以根据这个特征来判断深部复杂的各向异性结构。从大别-苏鲁的单层各向异性的结果中我们可以看出研究区的各向异性层比较复杂,岩石圈地幔和软流圈地幔共同作用。因此我们进行了更深入的研究。在Silver and Savage多层水平各向异性理论基础上,推导了剪切波在多层水平各向异性介质模型中传播时的分裂参数(φ,δt)理论计算公式,并编写了相应的剪切波分裂参数计算程序。通过与SplitLab软件中双层各向异性模型计算结果进行比较,验证了本研究程序的可靠性。此外,我们也合成计算了三层各向异性模型中的剪切波分裂参数,结果发现各向异性层的顺序对剪切波分裂结果影响很大,但变化的周期都为兀/2。我们采用同样大别苏鲁的数据,收集了各个构造区所有台站的剪切波分裂结果,把方位集中的地方每隔一度取一个平均值,对于方位稀疏的保留所有的数据,编写遗传算法的程序对数据进行拟合,拟合结果如下:大别造山带上层快波偏振角为97°,延迟时间为1.1s,下层快波偏振角为46°延迟时间为0.31s;苏鲁造山带上层快波偏振角为88°,延迟时间为1.Os,下层快波偏振角为51°延迟时间为0.4s;华北上层快波偏振角为105°,延迟时间为0.6s,下层快波偏振角为60°,延迟时间为0.88s;扬子上层快波偏振角为110°,延迟时间为0.5s,下层快波偏振角为68°延迟时间为1.1s。背景噪声层析成像研究,本文选用了国家数字地震台网(CDSN)和中国区域地震数据台网5省(山东、安徽、江苏、河南和湖北)两年的连续地震记录(2009年5月-2011年5月),进行背景噪声成像处理,得到台站对间的格林函数,用多重滤波法提取了近4000条频散曲线。用SIRT算法,反演得到研究区10-25s的瑞雷面波速度的结果。通过分析大别—苏鲁及其邻区的瑞雷面波速度结构图像,发现不同构造块体的S波速度结构特征:(1)研究区内的郯庐断裂带在中上地壳(10s和15s)表现出明显的高速异常,周边地区包括鲁西地块和胶北地块上中下地壳表现出高速异常,可能是在拉张环境下,与岩浆岩侵位有关,高速、高密度的变质岩在地壳富集形成的;(2)苏鲁高压变质带的瑞雷波速度在10-25s周期内明显高于其它地区,上、中、下地壳都表现出较高的速度结构,认为苏鲁高压变质带至少延伸到下地壳;而大别造山带在10s时表现出高速的特征,但在15-25s没有明显的高速特征,无法从结果中判断大别压高压变质带的延伸范围;(3)华北块体和扬子块体上、中、下地壳都表现出低速特征,可能是由于太平洋板块的俯冲使华北克拉通东部地幔对流系统失稳,导致研究区大陆地壳减薄,在瑞雷波速度结构上表现出低速特征。
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