地球物理学报  2019, Vol. 62 Issue (6): 2070-2087   PDF    
南海地区地震背景噪声成像与壳幔深部结构
赵建忠1,2, 李志伟2, 林建民1,3, 郝天珧4,5,6, 包丰2, 谢军2, 王嘹亮7, 涂广红7     
1. 浙江海洋大学海洋科学与技术学院, 浙江舟山 316022;
2. 中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室, 武汉 430077;
3. 中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室, 北京 100190;
4. 中国科学院地质与地球物理研究所油气资源研究重点实验室, 北京 100029;
5. 中国科学院地球科学研究院, 北京 100029;
6. 中国科学院大学, 北京 100049;
7. 中国地质调查局广州海洋地质调查局, 广州 510075
摘要:利用南海地区28个陆地地震台站和2个布设于太平岛和东沙岛的新增海岛地震台站2011—2016年间的连续地震背景噪声波形数据,使用互相关方法计算得到了台站间的互相关函数,并提取出Rayleigh面波群速度和相速度频散曲线.采用快速行进和子空间方法反演获得了南海及周边地区12~40 s周期的Rayleigh面波群速度和相速度图像,并联合反演得到了研究区深至60 km的三维S波速度结构.考虑到南海数千米厚海水层对于面波频散反演的严重影响,本文在反演模型中加入了水层,显著提高了反演结果的可靠性.成像结果表明:南海及周边地区地壳上地幔顶部S波速度结构存在显著的横向不均匀性,并与这一区域的主要构造单元具有较好的空间对应关系.在5~10 km深度,莺歌海—宋红盆地区的低速异常特征可能与盆地较厚的沉积层有关.在5~15 km深度,海域高速异常区与海盆空间位置具有高度一致性,推测与海盆区地壳厚度相对陆缘区明显偏薄有关.当深度从20 km增加至30 km,海盆区的高速特征扩展至了陆缘地区,反映了地壳厚度从海盆至陆缘逐渐增厚的趋势,与OBS(海底地震仪)深地震剖面给出的地壳精细结构结果一致.至35~60 km深度,海盆的高速异常特征依然明显,且速度值随深度增加整体呈现上升的趋势,推测南海海盆区的岩石圈厚度应该大于60 km.
关键词: 背景噪声      互相关      频散      噪声层析成像      S波速度      南海地区     
Ambient noise tomography and deep structure in the crust and mantle of the South China Sea
ZHAO JianZhong1,2, LI ZhiWei2, LIN JianMin1,3, HAO TianYao4,5,6, BAO Feng2, XIE Jun2, WANG LiaoLiang7, TU GuangHong7     
1. School of Marine Science and Technology, Zhejiang Ocean University, Zhejiang Zhoushan 316022, China;
2. State Key Laboratory of Geodesy and Earth's Dynamics, Institute of Geodesy and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430077, China;
3. State Key Laboratory of Acoustics, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;
4. Key Laboratory of Petroleum Resource Research, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
5. Institutions of Earth Science, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
6. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
7. Guangzhou Marine Geological Survey, China Geological Survey, Guangzhou 510075, China
Abstract: Using the continuous seismic ambient noise data recorded by 28 land seismic stations in the area surrounding the South China Sea and 2 island stations on Dongsha Island and Taiping Island during January 2011 and December 2016, we calculated the cross-correlation functions between station-pairs utilizing the cross-correlation method, and extracted the Rayleigh surface wave group velocity and phase velocity dispersion curves based on it. The group velocity and phase velocity images of South China Sea over period range of 12~40 s were inverted by using Fast Marching and Subspace method. Then, the 3D S-wave velocity structure up to 60 km in depth was inverted by joint inversion. During the inversion process, we added a water layer into the inversion model, considering that several kilometers seawater layer could strongly change the surface wave dispersion behavior. In fact, it is proved that an additional water layer can significantly improve the reliability of the inversion results. From the inverted result, there exists strong lateral variations in the crust and upper mantle structures within the study areas. These variations spatially correlate with the main structural units in this area. At depth of 5~10 km, the Yinggehai-Song Hong Basin is of low velocity, which may be related with the thick sediments layer under the sea. At depth of 5~15 km, the high velocity anomaly in our model correlates well with location of the South China Sea Basin, which may infer that the crust thickness of the sea basin area is much thinner than that of the continental margin area. At depth of 20~30 km, the high-velocity feature of the sea basin extended further to the continental margin area. This reflects the gradual thickening of the crust thickness from the sea basin to the continental margin, which is consistent with the deep seismic profile result obtained using OBS data. In the depth range over 35~60 km, the high-velocity feature of the South China Sea Basin is still obvious and the velocity increases with the depth in general, by which we surmise that the lithosphere thickness of the sea basin should be greater than 60 km.
Keywords: Ambient noise    Cross-correlation    Dispersion    Ambient noise tomography    S wave velocity    South China Sea    
0 引言

南海位于亚欧板块、印度—澳大利亚板块、太平洋板块的交汇处,是西太平洋最大的边缘海构造区(图 1a).自新生代以来,南海地区受到了太平洋构造域和特提斯构造域的双重影响,经历了复杂的地质演化过程,形成了陆缘、海盆、海沟、岛弧为一体的构造格局(Karig, 1971; Taylor and Hayes, 1983; Briais et al., 1993; 姚伯初, 1998; Hall, 2002).海底的两次扩张形成了具有洋壳性质的三个次海盆,周边陆缘的裂陷作用造就了大量的沉积盆地(姚伯初, 1996; 解习农等, 2015).尽管多年来对南海的研究已经取得了重要的研究成果,但科学家对于海底扩张的张裂模式和破裂机制(Karig, 1971; Tapponnier et al., 1986; 刘昭蜀等, 1992; Briais et al., 1993; 鄢全树和石学法, 2007)、海盆洋陆过渡带的基底属性和南海陆缘的性质(姚伯初等, 1994; 吴振利等, 2011)等科学问题仍存在不同的认识与理解,亟需通过对南海及周边地区壳幔深部结构的最新结果与认识,作为认识南海地区深部构造演化过程的重要地球物理依据.近些年来,许多研究者针对南海地区壳幔深部结构,通过天然地震体波成像(李志雄等, 2008; Lei et al., 2009; 范建柯等, 2014; Li et al., 2018)、天然地震面波成像(曹小林等, 2001; Lebedev and Nolet, 2003; Wu et al., 2004; 黄忠贤等, 2011; 陈立等, 2012; Tang and Zheng, 2013)、接收函数(黄海波等, 2011; 胡昊等, 2016)、OBS深地震探测(吕川川等, 2011; 丘学林等, 2011; 阮爱国等, 2011; 卫小冬等, 2011; 吴振利等, 2011; 敖威等, 2012)、重磁综合地球物理(郝天珧等, 2008, 2011)等方法开展了大量的研究工作,得到了很多重要的研究成果与认识.

图 1 (a) 研究区的地貌及主要的构造单元分布图;(b)理论射线路径及台站(红色三角形)分布图 Fig. 1 (a) Topography and tectonic sketch map of the study region; (b) The theoretical ray paths and station (red triangle) distribution

在天然地震体波成像研究方面,李志雄等(2008)利用初至波资料,确定了海南岛及邻区的地壳三维P波速度结构,结果表明,该地区上地壳浅部的波速异常与地表地质构造具有一定的相关性;范建柯和吴时国(2014)利用P波走时数据,获得了马尼拉俯冲带的深部结构模型,结果显示南海俯冲板片沿马尼拉俯冲带的形态随纬度会发生变化; Lei等(2009)利用高质量的近震和远震初至波到时资料,反演获得了海南岛下方高分辨率壳幔速度模型,结果显示海南岛下方存在一个直径约为80 km、往下逐渐往东南方向倾斜、根达250 km的地幔柱; Li等(2018)基于远震P波走时层析成像方法获得了苏门答腊俯冲带的三维上地幔P波速度结构,结果表明,该区海洋岩石圈向欧亚板块的俯冲为斜线俯冲.在天然地震面波成像研究方面,曹小林等(2001)利用面波波形反演方法获得了南海及邻区的地壳上地幔三维S波速度结构,结果表明,海域、岛弧和大陆在速度分布上存在明显的结构差异;Lebedev和Nolet(2003)利用包含面波的波形反演方法对亚洲东南部地区上地幔的S波速度进行了成像研究,认为海南岛热点可能是海南岛下方的深地幔柱引起的;Wu等(2004)利用多重滤波方法从地震事件中提取了Rayleigh波和Love波14~120 s的频散曲线,并开展了层析成像和三维S波速度结构反演工作,得到了南海及周边地区不同构造块体的地壳及岩石圈厚度;黄忠贤和胥颐(2011)利用面波层析成像获得了南海及邻近地区的地壳上地幔三维S波速度结构,结果显示南海海盆的岩石圈厚度在60~70 km,横向变化不大,整体上呈现出一个已停止扩张的年轻海盆的结构特征;陈立等(2012)利用Rayleigh面波群速度层析成像方法获得了南海地区14~130 s的层析成像图,并反演了南海地区的三维S波速度结构,且根据海盆浅层较高的S波速度推测海盆具有洋壳性质;Tang和Zheng(2013)同样利用地震面波层析成像获得了10~150 s的群速度层析成像图,并进一步反演得到了南海及周边地区的三维S波速度结构.在接收函数方面,黄海波等(2011)利用远震接收函数方法研究了南海西沙群岛下方的地壳结构,结果显示西沙群岛下方的莫霍面埋深为26~28 km;胡昊等(2016)在南海西南次海盆开展了远震接收函数反演的工作,认为西南次海盆的莫霍面深度大约在10~12 km.

在OBS深地震探测和综合地球物理研究方面,阮爱国等(2011)利用广角地震剖面OBS973-2的数据得到了南海南部陆缘东部的地壳结构,结果显示莫霍面总体从陆坡向海盆方向较快速地抬升,中央次海盆的埋深为8~12 km;丘学林等(2011)利用OBS973-1测线的数据通过震相分析和走时正演拟合,获得了测线下方的二维纵波速度结构模型,结果显示南部陆缘中部的莫霍面最深可达24 km,西南次海盆的莫霍面埋深约为11 km,且对比OBS973-2测线获得的结果,推测出南部陆缘的中部和东部具有相似的构造性质;敖威等(2012)利用OBS2006-2测线的数据研究了西沙地块和西北次海盆下方的深部地壳结构,结果显示莫霍面从西沙地块的27 km逐步抬升到西北次海盆的12 km;卫小冬等(2011)利用位于珠江口盆地的OBS2006-3地震剖面数据,通过射线追踪正演和反演方法,得到测线下方的速度结构模型,结果表明珠江口盆地存在巨厚的中生代沉积,最大厚度达到8 km,莫霍面埋深由陆向海逐渐减薄;吴振利等(2011)利用穿越西北次海盆的OBS2006-1地震剖面数据,得到西北次海盆中央的莫霍面深度为11 km;吕川川等(2011)利用2009年与2011年采集的位于西南次海盆及北缘的OBS数据,获得了西南次海盆北缘的地壳结构,结果发现该区域下地壳顶界面和莫霍面都具有较大的起伏,据此推断了西南次海盆的张裂模式与非火山型的大陆边缘伊比利亚—纽芬兰的张裂模式具有一定程度上的相似性,认为应用弹性梁的力学模型可以解释该区域的张裂模式;郝天珧等(2008, 2011)基于综合地球物理方法对南海共轭大陆边缘构造属性进行了研究,结果表明南海北部、南部陆缘均以非火山型构造属性为主且北部陆缘深部结构在横向上存在差异、构造属性较为复杂.

地震背景噪声层析成像方法(ANT)作为目前较为流行的层析成像方法,已被广泛应用于全球多个地区,并取得了良好的应用效果(Shapiro et al., 2005; Lin et al., 2007; Yang et al., 2007; Bensen et al., 2008; Li et al., 2009, 2016).地震背景噪声成像方法尚未应用于南海地区,而随着南海周边及南海内部海岛地震台的布设,该方法有望获得南海地区更高分辨率的壳幔深部结构模型.本文利用南海周边28个陆地台站,尤其增加了2个海岛台记录的连续波形数据,采用背景噪声成像方法,获取了南海及周边地区的Rayleigh面波12~40 s周期的群速度和相速度分布,并进一步联合反演获得了南海地区的三维S波速度结构,以此为依据对南海地区的深部构造特征进行了讨论.

1 数据和方法

本文成像工作使用了美国地震学研究联合会(Incorporated Research Institutions for Seismology, IRIS)提供的南海周边28个陆地地震台站,以及2个分布于太平岛和东沙岛的新增海岛台2011年1月—2016年12月期间的垂直分量连续波形数据.需要指出的是,新增海岛台(VDOS、VNAS)的实际数据时间段为2014年1月—2015年12月的两年时间,以往的天然地震面波层析成像研究并没有用到这两个台站.加入这两个台站不仅能使海区的射线覆盖更加合理,而且明显提高了南海海区的成像分辨率.台站以及理论射线分布如图 1b所示.

依据Bensen等(2007)给出的从地震背景噪声中提取面波信号的处理方法和流程,对每个台每天的数据进行了重采样(1 Hz)、去仪器响应、去均值、去线性趋势以及带通滤波(8~100 s)处理.为了降低地震等干扰信号对互相关结果的影响,本文采用了滑动绝对平均方法对数据进行了归一化,相应公式如方程(1)和(2)所示:

(1)

(2)

式中dj为第j个时间点的波形数据,而归一化的时间窗参数N本文选了50.最后,为了抑制某一单频信号的干扰以及拓宽背景噪声信号的频带,对归一化后的数据进行频谱白化处理.

对数据进行以上步骤处理后完成了单台的预处理,之后计算两两台站之间每一天的噪声互相关函数,并在时间域叠加得到最终的噪声互相关函数.Lin等(2007)对5~45 s周期段的信噪比进行了研究,结果发现反序叠加后的互相关函数的信噪比在整体上比叠加前任一分支的信噪比要好.因此,本文也对所有的噪声互相关函数进行了反序叠加处理.图 2给出了10~25 s、20~40 s以及30~50 s周期段滤波的部分互相关函数结果,且从图中我们可以看到较为明显的面波信号,面波信号的速度分别约为3.0 km·s-1、3.39 km·s-1、3.71 km·s-1.

图 2 不同滤波周期段部分台站对垂直分量的互相关结果 (a) 10~25 s滤波周期结果; (b) 20~40 s滤波周期结果; (c) 30~50 s滤波周期结果.白色虚线指示了互相关函数中的面波信号,速度值见每个子图的右下角. Fig. 2 Cross-correlation functions calculated from selected station-pairs (vertical component) with period bands of 10~25 s (a), 20~40 s (b) and 30~50 s (c), respectively The white dashed lines mark the surface wave signal with moveout velocities shown in the lower-right corner of each panel.

本文利用多重滤波方法从互相关函数中人工提取了基阶群速度和相速度频散曲线(Herrmann, 2013),其中群速度频散曲线是根据能量最大原则进行提取的.相速度频散曲线的提取则借助了参考的频散曲线,并结合在同周期条件下相速度值大于群速度值的原则进行提取.参考曲线是基于直接提取的群速度频散曲线反演得到的模型进行正演获取的.图 3为提取群速度和相速度频散曲线的实例.通过上述过程,最终获取了347条基阶群速度频散曲线和347条基阶相速度频散曲线.

图 3 台站对IPM和SZP之间频散测量示意图 (a)群速度测量图; (b)相速度测量图; (c) IPM和SZP台站对的互相关函数经过不同滤波周期后的结果.(a)中的白色群速度参考曲线以及(b)中的灰色相速度参考曲线是根据(a)中的群速度频散反演得到的速度模型正演获得的. Fig. 3 Dispersion measurement for the stations IPM and SZP (a) Group velocity measurement; (b) Phase velocity measurement; (c) The cross-correlation functions filtered at different period bands for the stations IPM and SZP. The white curve in (a) and the gray curve in (b) are the reference dispersion curves from the inverted velocity model, which is constrained from the fundamental group velocity dispersion in (a).

为了保证面波频散数据的可靠性,我们对其进行了质量控制,挑选并使用Rayleigh面波信噪比大于7的频散数据用于成像.为了保证面波频散曲线的可靠性,我们只保留了台间距大于3倍波长的频散数据.由于人工提取频散数据绝大部分分布在12~40 s周期范围,因此本文选择该周期范围进行面波层析成像.最终用于成像的群速度和相速度射线数目如图 4所示,显示20~30 s周期的群速度和相速度的射线数相对较多,周期往两端延伸时射线数量逐渐减少.

图 4 群速度反演所用不同周期的路径数目(a), 相速度反演所用不同周期的路径数目(b) Fig. 4 (a) The path numbers of group velocities for different period; (b) The path numbers of phase velocities for different period

本文采用快速行进算法(Fast Marching Method, FMM)和子空间方法(Rawlinson and Sambridge, 2003, 2004),将研究区划分为2.5°×2.5°大小的网格进行面波层析成像,从而获取南海地区Rayleigh面波12~40 s的群速度和相速度分布图.基于程函方程的快速行进算法是用于正演计算当前模型的理论走时和面波射线路径,考虑了横向结构不均匀时面波非大圆路径的传播效应,可有效提高成像结果的准确性.子空间方法用于反演计算模型的扰动量以进行模型的迭代更新.模型扰动量计算是在模型域内成像反演的目标函数S(m)足够光滑的前提下对目标函数进行二次逼近:

(3)

S(m)的完整表达式为:

(4)

式中m为模型,g(m)表示当前模型的预测走时,dobs为观测走时,Cd为数据协方差矩阵,Cm为模型协方差矩阵,m0为参考模型,D为平滑矩阵,ε为阻尼因子,η为平滑因子,而(3)式中为梯度矢量,为Hessian矩阵.当将目标函数的模型变量m约束到模型空间的n维子空间中,此时目标函数的极值也就被约束到了该子空间中,模型的扰动量就可以用nM维的基向量表示,即:

(5)

式中aj为基向量,μj为对应的长度.当将(5)式代入(3)式,并求S(m)对μj的极值可得:

(6)

将(6)式的结果代入(5)式可得模型扰动量:

(7)

在前一个模型的基础上加上这个扰动量便可更新模型.本文根据频散数据的平均值作为成像的初始模型.

基于插值后的12~40 s群速度和相速度层析成像的网格数据,采用最小二乘线性反演方法获得每个网格点下的S波速度结构,并最终构建了研究区三维S波速度结构(Herrmann, 2013).通过比较2.5°×2.5°和2°×2°两种网格划分得到的S波速度结构,发现两者的反演结果基本一致.考虑到更细一些的网格有利于突出显示波速异常结果的细节特征,因此本文在空间上采用了2°×2°网格反演S波速度结构.由于线性反演方法对初始模型的要求较高,且研究区为海洋地区,因此本文采用了Crust1.0作为研究区的参考模型,并根据实际情况在初始模型中引入了海水层.在初始模型中,水层被单独分为一层,地壳部分则是在已有的上中下三层基础上,对每一层的厚度按3 km进行划分,当厚度不足3 km则按实际厚度分为一层;地幔部分则按每层6 km进行划分,当层厚到达100 km时,将最后一层设为半无限空间.

2 海水层对Rayleigh面波频散曲线的影响

海水层会对下方固体地球介质中Rayleigh面波的频散产生影响.Zhou等(2016)研究结果表明:当周期小于20 s时,4 km厚的水层模型正演得到的Rayleigh面波相速度明显低于无水层模型的结果.因此,我们根据南海地区地壳厚度分布,针对海盆区、陆坡区和陆架区构造了三个地壳厚度分别为8 km、17 km、25 km的理论速度模型;在每一个速度模型中分别加入0.5 km、1 km、2 km、3 km、4 km厚度的海水层进行Rayleigh面波12~40 s周期的群速度和相速度正演测试,并与不含海水层的模型计算结果进行对比(图 5).结果显示:虽然这三个模型的地壳厚度不同,但都显示群速度和相速度在12~40 s周期段的频散曲线会随着海水层厚度的增加逐渐下降,且周期越小下降的幅度越大.根据图 1a显示海盆区、陆坡区以及陆架区的海水深度分布情况,我们将海盆地区的水深和地壳厚度分别设置为4 km和8 km;陆坡区的水深和地壳厚度分别设置为3 km和17 km;陆架区的水深和地壳厚度分别设置为1 km和25 km.

图 5 不同水层厚度对群速度和相速度频散曲线的影响图 (a)、(b)、(c)分别为8 km、17 km、25 km地壳厚度的群速度结果; (d)、(e)、(f)分别为8 km、17 km、25 km地壳厚度的相速度结果. Fig. 5 Effect of different aquifer thickness on group and phase velocity dispersion curves The results of group velocity for crust thickness of 8 km (a), 17 km (b), 25 km (c); the results of phase velocity for crust thickness of 8 km (d), 17 km (e), 25 km (f).

对于海盆区,如图 5a所示,无海水层和包含4 km海水层厚度的群速度频散曲线在25~40 s周期相差不大,速度差小于0.1 km·s-1.然而,随着周期减小,两者的速度偏差不断扩大.尤其当周期为12 s时,两者的速度差达到了1.5 km·s-1,相对误差达到了39%.对于水层对相速度的影响方面,如图 5d所示,有无水层的相速度差在16~40 s周期小于0.1 km·s-1,至12 s周期二者的速度差则达到0.3 km·s-1左右,相对误差则大约为7%.对于陆坡区,图 5b显示,3 km厚海水层得到的群速度频散曲线在23~40 s周期与无海水层时的速度差小于0.1 km·s-1;然而,12 s周期的速度差则达到了0.7 km·s-1,相对误差达到了22%.至于相速度的差别,如图 5e所示,在16~40 s周期两者的速度差不到0.1 km·s-1,与海盆区的结果一致,且随着周期减小至12 s,速度差逐渐增加至0.2 km·s-1左右.对于陆架区,图 5c图 5f显示,1 km海水层得到的群速度频散曲线和相速度频散曲线在12~40 s周期与无海水层时得到的结果较为一致,速度差基本上都小于0.1 km·s-1,海水层对12~40 s周期的频散曲线影响较小.

根据上述有无水层的理论模型测试结果,可知在海盆区和陆坡区12~40 s群速度和相速度频散曲线与无海水层时的结果具有明显差别.尤其在较小的周期段,海水层的加入使速度出现了较大幅度的下降.因此,在利用12~40 s周期的群速度和相速度反演南海海盆区以及陆坡区的S波速度结构时,初始模型中必须加入海水层,否则可能会造成反演的速度模型存在明显偏差.

3 结果 3.1 可靠性分析

成像结果的可靠性和分辨率会受到不同周期射线覆盖程度的影响.因此,本文针对每个周期射线覆盖情况进行了异常体尺度分别为2.5°×2.5°、3°×3°、4°×4°的检测板测试.理论模型中添加了±0.3 km·s-1的扰动量.结果显示:异常体尺度为2.5°×2.5°的异常体模型难以得到较好的恢复;当异常体尺度增加为3°×3°时,大于20 s周期的群速度和相速度图像在南海海域的大部分地区开始能够恢复,而小于20 s周期的图像由于射线数量少而未能较好恢复.此外,当异常体尺度增加至4°×4°时,海盆区的异常体恢复情况有了进一步明显改善,南海海域的扰动样式和幅度基本得到恢复,边缘地区由于射线稀疏或者没有射线穿过而未能得到恢复(图 6).

图 6 15~40 s周期的4°×4°的Rayleigh面波群速度(a)和相速度(b)检测板测试结果 Fig. 6 Checkerboard tests with 4°×4° for the group (a) and phase (b) velocity tomography at periods of 15 to 40 s

为了分析反演得到的三维S波速度模型能否较好拟合群速度和相速度层析成像结果,本文基于三维S波速度模型正演获取了12~40 s周期的预测群速度和预测相速度图像.图 7图 8分别给出了15 s、20 s、25 s、30 s、35 s、40 s周期的群速度和相速度对比结果图.对比结果显示:S波反演模型正演得到的预测群速度和预测相速度分布图与噪声层析成像结果显示的速度特征基本一致.在南海海盆区,两者在15 s、20 s、25 s、30 s、35 s、40 s的群速度和相速度图像都显示高速异常的特征.在海南岛西南海域,两者的15 s群速度图显示的低速异常特征也比较一致.为了更直观分析两者的差别,本文将反演模型正演的结果与噪声层析成像结果进行了作差处理,结果如图 9所示.图中除了15 s周期的群速度图像中海盆区的速度差达到了0.2 km·s-1,其他图像显示的速度差绝大部分都在±0.1 km·s-1范围内,少部分在±0.1~0.2 km·s-1,明显小于本文面波层析成像结果的异常扰动幅度.因此,根据两者显示的速度特征以及速度差结果,本文反演得到的S波速度模型能够较好拟合面波群速度和相速度层析成像结果.

图 7 15 s,20 s,25 s,30 s,35 s,40 s周期的群速度异常分布图 (a)基于反演后的S波速度模型得到的预测群速度图像;(b)噪声层析成像的结果. Fig. 7 The group velocity maps at periods of 15 s, 20 s, 25 s, 30 s, 35 s and 40 s (a) The predicted group velocity maps based on the inverted S wave velocity model; (b) The results of ANT.
图 8 15 s,20 s,25 s,30 s,35 s,40 s周期的Rayleigh波相速度异常分布图 (a)基于反演后的S波速度模型得到的预测相速度图像; (b)噪声层析成像的结果. Fig. 8 The phase velocity maps at periods of 15 s, 20 s, 25 s, 30 s, 35 s and 40 s (a) The predicted phase velocity maps based on the inverted S wave velocity model; (b) The results of ANT.
图 9 反演模型的预测结果和噪声层析成像结果之间的群速度(a)和相速度(b)差异 Fig. 9 The differences between predictions based on inverted model and ANT for both group velocity (a) and phase velocity (b)

为了进一步分析群速度和相速度成像和S波速度结构反演的误差,本文参考欧阳龙斌等(2015)的误差分析方法,将面波群速度和相速度层析成像得到的频散与S波速度结构模型正演计算得到的频散之间的拟合差来近似估计每个周期的群速度和相速度频散误差σi,其计算公式如下:

(8)

其中,m的值由射线数量大于4条的网格(2°×2°)点数进行确定,dji代表第j个网格点第i个周期利用快速行进算法和子空间方法得到的频散值,pji代表第j个网格点第i个周期反演得到的S波模型正演计算得到的频散值.至于djipji的值则都是从插值过后的网格中提取的,误差结果如图 10a所示.可以看出,群速度和相速度的误差范围都在0.02~0.06 km·s-1之间.基于求得的频散误差,通过定义一个卡方参数2来估计S波速度结构反演的误差.卡方参数值越小表明S波速度模型正演计算得到的频散值pi与层析成像得到的频散值di匹配的越好,即误差越小.具体公式如下:

图 10 (a) Rayleigh波12~40 s周期的群速度和相速度误差值, (b)利用反演得到的S波速度模型正演计算的群速度频散去拟合噪声层析成像Rayleigh波群速度频散所得到的卡方分布图, (c)利用反演得到的S波速度模型正演计算的相速度频散去拟合噪声层析成像Rayleigh波相速度频散所得到的卡方分布图 Fig. 10 (a) The misfits of group velocity and phase velocity for Rayleigh wave at periods of 12~40 s; (b) The distribution of "Chi-squared" which is a measure of matching degree of the group velocity dispersion curves between the inverted velocity model and ANT; (c) The distribution of "Chi-squared" which is a measure of matching degree of the phase velocity dispersion curves between the inverted velocity model and ANT

(9)

其中,n代表获得的面波频散周期数目,本文周期为12~40 s,以1 s为间距,则n=29.dipi分别代表第i个周期利用快速行进算法和子空间方法得到的频散值和反演得到的S波速度模型正演计算得到的频散值,而σi表示的是频散误差,由公式(8)确定.群速度的卡方分布图和相速度的卡方分布图分别见图 10b图 10c.从这两副图中可以看到海盆区的S波反演误差相比陆缘区要大,产生这一结果的原因可能与海盆区海水深度较深有关.此外,在群速度卡方分布图中,卡方值最高的区域位于西南次海盆,数值范围大约位于9~12之间,说明在该处的S波速度模型的群速度频散与层析成像的群速度频散拟合程度相比其他地区较差,误差略大.尽管如此,本文主要基于S波速度结构成像结果对南海地区区域尺度的构造特征进行分析,上述误差造成的偏差并不影响本文的结果分析和主要结论.

3.2 S波速度结构

图 11为研究区5~60 km的三维S波速度结构图,且根据检测板测试结果将异常体恢复较差区域进行了白化.结果显示:在南海海盆区,海域高速区与海盆空间位置在5~15 km深度范围具有较好的对应.随着深度从20 km增加至30 km,海盆区的高速特征扩展至了陆缘地区,且当深度进一步增加至60 km时,高速特征则逐渐从陆缘地区缩减至南海海盆.在西部陆缘,5~10 km的S波速度图像显示西部陆缘地区的S波速度明显低于南海其他地区,且莺歌海—宋红盆地区的低速特征尤为明显.然而,随着深度增加至20 km,西部陆缘地区的低速特征有了明显的减弱.同时,西部陆缘的陆坡区相对陆架区则逐渐呈现出高速异常的特征,且该特征一直保持到了60 km.在北部陆缘,5 km的S波速度图像显示位于北部陆缘的珠江口盆地和台西南盆地呈现低速异常的特征.然而,在10 km深度,这些低速特征已完全消失.另外,随着深度从15 km增加至30 km,北部陆缘的陆架地区逐渐呈现高速异常的特征.在南部陆缘,15 km的S波速度图像显示南海南部陆缘陆架区在整个南海地区呈现明显的低速异常特征,且在35 km、40 km深度,陆架区依然具有明显的低速异常特征.

图 11 不同深度的S波速度分布 海盆中的灰线为3 km水深等值线. Fig. 11 The S wave velocities at different depths The 3 km isobath of the sea basin is contoured with gray lines on each subgraph.

图 12为5条垂直速度结构剖面,并在剖面中给出了已有研究的莫霍面深度分布(Laske et al., 2013; 胡立天等, 2016).经过南海陆缘东部、中央次海盆、南海东沙地块的剖面AA′显示:在小于20 km深度范围内,南部陆缘东部地区呈现较低的S波速度,且从陆架区往中央次海盆延伸,S波速度呈现出逐渐增加的趋势.此外,在相同深度范围内,中央次海盆的地壳S波速度相比南海南部陆缘东部以及东沙地块要高.经过南海西部陆缘、南海中央次海盆的垂直剖面BB′显示:在小于10 km深度范围内,南海西部陆缘地区存在S波速度小于3 km·s-1的低速层,且该低速层的位置正好位于莺歌海—宋红盆地.与AA′剖面的结果类似,在相同深度范围内,中央次海盆的地壳S波速度明显高于南海西部陆缘.经过印支地块中部、南海西部陆缘、西北次海盆的剖面CC′显示:在小于5 km深度范围,南海西部陆缘区的S波速度相比印支地块中部要低.此外,在5~25 km深度范围,南海西北次海盆的S波速度高于南海西部陆缘,从西部陆缘陆架区往西北次海盆延伸,S波速度呈现逐渐增加的过程.经过南海南部陆缘中部、西南次海盆、南海西部陆缘的剖面DD′显示:南海南部陆缘中部下方的壳幔结构与剖面AA′中南部陆缘东部下方的壳幔结构比较一致.此外,在小于20 km深度范围内,南海西部陆缘和南部陆缘中部的S波速度低于西南次海盆,且从海盆往两边陆缘延伸,S波速度呈现逐渐降低的趋势.经过巴拉望陆缘、中央次海盆、北部陆缘中部的剖面EE′显示:在小于20 km深度范围内,巴拉望陆缘的S波速度与南海北部陆缘中部显示的较为一致.中央次海盆5~22 km深度的S速度相比巴拉望陆缘和南海北部陆缘中部要高.

图 12 AA′,BB′,CC′,DD′和EE′的剪切波速度剖面图,剖面线的位置显示在图的右下角 每个剖面图中有两条莫霍面参考线:虚线(Crust1.0),实线(胡立天等,2016). Fig. 12 Vertical cross sections of shear wave velocities along the profiles AA′, BB′, CC′, DD′, and EE′, and the locations of profile lines are shown in the lower-right panel Reference Moho depths are shown with dashed (Crust1.0) and solid lines (Hu et al., 2016).
4 讨论

关于南海地区的三维S波速度结构,目前已有不少研究结果(曹小林等, 2001; Wu et al., 2004; 黄忠贤和胥颐, 2011; 陈立等, 2012; Tang and Zheng, 2013).已有研究给出的浅部S波剖面主要集中在10~30 km,本文主要在该深度范围与前人获得的S波速度结构进行对比分析.在10 km深度,Tang和Zheng(2013)的结果显示南海海盆呈现高速异常特征,海南岛周边陆缘以及南部陆缘呈现低速异常特征.Tang和Zheng(2013)认为短周期(< 15 s)群速度测量不准确以及射线覆盖较少可能引起高速区与海盆形状不能很好地对应.本文基于地震背景噪声的成像结果较好地反映出高速区与海盆形状的对应关系.在20~30 km深度范围,前人的结果显示南海地区的高速特征不局限于海盆,周边陆缘的陆坡地区也呈现高速的特征,而低速区则主要位于周边陆地(Wu et al., 2004; 陈立等, 2012; Tang and Zheng, 2013).本文20~30 km的水平S波速度剖面同样显示了类似的特征.得益于地震背景噪声面波成像和南海海域两个海岛台的加入,以及在反演S波速度模型时引入海水层,有效改善了南海海域地壳结构的细节特征.例如,在5~10 km深度,本文获得的S波速度模型与前人结果相比与莺红盆地、南海海盆等构造单元在空间上更为一致.因此,本文获得的S波速度模型在分辨率和可靠性上有较好改善.

基于垂直剖面和水平剖面的分析表明:5~15 km的S波速度图像显示南海海盆始终呈现高速异常的特征,且与海盆空间形态具有较好的对应.重力反演的结果显示南海海盆区的地壳厚度明显比陆缘区薄(秦静欣等, 2011; 郝天珧等, 2014; 胡立天等, 2016; 吴招才等, 2017).因此,我们推测该结果可能与海盆区地壳厚度较薄有关.除了海盆区的高速特征,5~10 km的S波速度剖面还显示西部陆缘区莺歌海—宋红盆地呈现低速异常的特征;垂直剖面BB′显示莺歌海—宋红盆地区下方存在接近8 km厚的低速层.针对该盆地,Clift和Sun(2006)利用多道地震反射剖面数据探讨了它的构造演化过程,认为莺歌海—宋红盆地在~45 Ma之后开始打开,在14~34 Ma期间发生了反转,期间一直伴有沉降作用,且在5.5 Ma之后,由于受到该区域构造活动的影响,盆地再次发生了快速沉降.并且,他们还给出了盆地区的沉积层厚度分布图,结果显示盆地中心区的沉积层厚度高达17 km,从盆地中心往盆地边缘,厚度逐渐减薄至2 km.此外,Wu等(2009)利用广角地震反射剖面数据开展了莺歌海—宋红盆地的地壳结构研究,发现盆地区的第三系沉积层厚度最厚超过了15 km.而且南海磁性基底的研究结果也显示莺歌海—宋红盆地区具有较厚的沉积层(郝天珧等, 2009).因此,我们推测上述莺歌海—宋红盆地的低速特征应该与该地区的沉积层有关.另外,关于海盆区的S波速度值,深度从5 km增加至60 km,速度值整体上呈现增加的过程.该速度变化特征与前人认为南海海盆岩石圈厚度大于60 km的结果相符(黄忠贤和胥颐, 2011; 陈立等, 2012; Tang and Zheng, 2013).

目前,在南海地区已积累了多条OBS深地震探测剖面结果,且部分OBS深地震剖面的结果可为本文垂直剖面显示的速度特征提供参考依据.在南部陆缘,阮爱国等(2011)给出了穿越礼乐滩东北部向西北方向延伸进入中央次海盆的广角地震剖面OBS973-2下方的P波速度模型.结果显示:莫霍面总体从陆坡向海盆方向较快速地抬升,礼乐滩下方的莫霍面埋深约为23 km,中央次海盆的埋深为8~12 km,且从礼乐滩往海盆延伸P波速度逐渐增加.本文AA′剖面同样经过了南部陆缘的礼乐滩和中央次海盆.在小于23 km深度范围内,从南部陆缘陆架区往中央次海盆延伸,S波速度呈现出逐渐增加的趋势,与上述OBS973-2的结果相符.此外,丘学林等(2011)通过震相分析和走时正演拟合方法获得了跨越南海西南次海盆南部陆缘和南沙地块中部的OBS973-1测线的P波速度结构模型.结果显示:西南次海盆的莫霍面埋深约为11 km,结晶地壳的厚度仅为5~6 km,表现为典型的洋壳特征;陆缘区莫霍面埋深最大达24 km,地壳厚度可达20 km,表现为减薄陆壳的特征.本文的DD′剖面也穿过了南部陆缘的中部和西南次海盆,且从南部陆缘中部往中央次海盆延伸所显示的速度特征符合上述OBS973-1的结果.

在西部与北部陆缘地区,敖威等(2012)利用穿过西沙地块、并平行于西北次海盆扩张脊的深地震剖面OBS2006-2,获得了测线下方的速度结构.结果显示:莫霍面从西沙地块的27 km逐步抬升到西北次海盆的12 km,西沙地块和西北次海盆的过渡区显示出较大量的岩浆活动信息,他们推测该现象与西北次海盆的初始扩张有关.本文的CC′剖面同样穿过了西北次海盆,且在小于27 km的深度范围,从西部陆缘往西北次海盆延伸,S波速度整体呈现增加的趋势,符合OBS2006-2显示的莫霍面埋深变化趋势.Yan等(2001)采用射线追踪方法得到了穿过北部陆缘中部地区的深地震剖面OBS1993下方的地壳结构,结果显示莫霍面埋深从陆缘区的25~27 km减薄至海盆区的12~14 km.本文EE′剖面显示:在小于27 km深度范围,从北部陆缘中部陆架区往中央次海盆延伸,S波速度呈现明显的增加趋势,同样与上述OBS1993剖面的莫霍面变化趋势相符.

5 结论

本文利用南海地区28个陆地地震台站和2个布设于太平岛和东沙岛的新增海岛地震台站2011—2016年间的连续地震背景噪声波形数据,采用地震背景噪声层析成像方法获得了南海地区12~40 s周期的群速度和相速度分布图.正演测试发现数千米的海水层对12~40 s周期的Rayleigh面波群速度和相速度有较大影响,因此,根据实际情况在反演S波速度结构的初始模型中引入了海水层,明显改善了S波反演的可靠性.最后,在噪声层析成像结果的基础上,利用12~40 s周期的群速度和相速度联合反演获得了研究区深至60 km的三维S波速度结构,并通过将反演得到S波速度模型的正演结果与背景噪声层析成像结果进行对比分析和较为细致的误差分析,验证了本文得到的南海壳幔深部三维S波速度模型的可靠性.同时,得益于地震背景噪声面波成像和南海海域两个海岛台的加入,以及在反演S波速度模型时引入海水层,有效改善了南海海域地壳结构的细节特征,成像所获得的S波速度模型在分辨率和可靠性上有较好改善.

本文基于地震背景噪声成像的南海壳幔深部S波三维结构表明:在5~10 km深度范围,南海西部陆缘地区的莺歌海—宋红盆地区呈现低速异常的特征,这可能与该地区较厚的沉积层有关.在5~15 km深度,南海海域的高速区与海盆空间位置有较好的对应,推测与海盆区地壳厚度相对陆缘区偏薄有关.当深度从20 km增加至30 km,海盆区的高速特征逐渐往陆缘地区扩展,反映了地壳厚度从海盆至陆缘具有逐渐增厚的趋势,与前人基于OBS深地震剖面所获得的更为细致的地壳结构成像结果较为一致.至35~60 km深度,南海海盆的高速异常特征依然明显,且速度值随深度增加整体呈现上升的趋势,推测南海海盆区的岩石圈厚度大于60 km.

致谢  感谢审稿专家的宝贵修改意见和建议.IRIS为本研究提供了地震数据.
References
Ao W, Zhao M H, Qiu X L, et al. 2012. Crustal structure of the Northwest Sub-Basin of the South China Sea and its tectonic implication. Earth Science-Journal of China University of Geosciences (in Chinese), 37(4): 779-790.
Bensen G D, Ritzwoller M H, Barmin M P, et al. 2007. Processing seismic ambient noise data to obtain reliable broad-band surface wave dispersion measurements. Geophys. J. Int., 169(3): 1239-1260. DOI:10.1111/gji.2007.169.issue-3
Bensen G D, Ritzwoller M H, Shapiro N M. 2008. Broadband ambient noise surface wave tomography across the United States. J. Geophys. Res., 113(B5): B05306. DOI:10.1029/2007JB005248
Briais A, Patriat P, Tapponnier P. 1993. Updated interpretation of magnetic anomalies and seafloor spreading stages in the South China Sea:Implications for the tertiary tectonics of Southeast Asia. J. Geophys. Res., 98(B4): 6299-6328. DOI:10.1029/92JB02280
Cao X L, Zhu J S, Zhao L F, et al. 2001. Three dimensional shear wave velocity structure of crust and upper mantle in south China Sea and its adjacent regions by surface waveform inversion. Acta Seismologica Sinica (in Chinese), 23(2): 113-124.
Chen L, Xue M, Phon L K, et al. 2012. Group velocity tomography of Rayleigh waves in South China Sea and its geodynamic implications. Acta Seismologica Sinica (in Chinese), 34(6): 754-772.
Clift P D, Sun Z. 2006. The sedimentary and tectonic evolution of the Yinggehai-Song Hong basin and the southern Hainan margin, South China Sea:Implications for Tibetan uplift and monsoon intensification. J. Geophys. Res., 111(B6): B06405. DOI:10.1029/2005JB004048
Fan J K, Wu S G. 2014. P-wave seismic tomography of the Manila subduction zone. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 57(7): 2127-2137. DOI:10.6038/cjg20140709
Hall R. 2002. Cenozoic geological and plate tectonic evolution of SE Asia and the SW Pacific:Computer-based reconstructions, model and animations. J. Asian Earth Sci., 20(4): 353-431. DOI:10.1016/S1367-9120(01)00069-4
Hao T Y, Huang S, Xu Y, et al. 2008. Comprehensive geophysical research on the deep structure of Northeastern South China Sea. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 51(6): 1785-1796.
Hao T Y, Xu Y, Zhao B M, et al. 2009. Geophysical research on distribution features of magnetic basements in the South China Sea. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 52(11): 2763-2774.
Hao T Y, Xu Y, Sun F L, et al. 2011. Integrated geophysical research on the tectonic attribute of conjugate continental margin of South China Sea. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 54(12): 3098-3116. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.011
Hao T Y, Hu W J, Xing J, et al. 2014. The Moho depth map (1:5000000) in the land and seas of China and adjacent areas and its geological implications. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 57(12): 3869-3883. DOI:10.6038/cjg20141202
Herrmann R B. 2013. Computer programs in seismology:An evolving tool for instruction and research. Seism. Res. Lett., 84(6): 1081-1088. DOI:10.1785/0220110096
Hu H, Ruan A G, You Q Y, et al. 2016. Using OBS teleseismic receiver functions to invert lithospheric structure-a case study of the southwestern subbasin in the South China Sea. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 59(4): 1426-1434. DOI:10.6038/cjg20160423
Hu L T, Hao T Y, Xing J, et al. 2016. The Moho depth in the China Sea-West Pacific and its geological implications. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 59(3): 871-883. DOI:10.6038/cjg20160310
Huang H B, Qiu X L, Xu Y, et al. 2011. Crustal structure beneath the Xisha Islands of the South China Sea simulated by the teleseismic receiver function method. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 54(11): 2788-2798. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.11.009
Huang Z X, Xu Y. 2011. S-wave velocity structure of South China Sea and surrounding regions from surface wave tomography. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 54(12): 3089-3097. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.010
Karig D E. 1971. Origin and development of marginal basins in the western Pacific. J. Geophys. Res., 76(11): 2542-2561. DOI:10.1029/JB076i011p02542
Lü C C, Hao T Y, Qiu X L, et al. 2011. A study on the deep structure of the northern part of southwest sub-basin from ocean bottom seismic data, South China Sea. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 54(12): 3129-3138. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.013
Laske G, Masters G, Ma Z T, et al. 2013. Update on CRUST1.0-A 1-degree Global model of Earth's crust.//EGU General Assembly Conference. Vienna, Austria: EGU.
Lebedev S, Nolet G. 2003. Upper mantle beneath Southeast Asia from S velocity tomography. J. Geophys. Res., 108(B1): 2048. DOI:10.1029/2000JB000073
Lei J S, Zhao D P, Steinberger B, et al. 2009. New seismic constraints on the upper mantle structure of the Hainan plume. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 173(1-2): 33-50. DOI:10.1016/j.pepi.2008.10.013
Li H Y, Su W, Wang C Y, et al. 2009. Ambient noise Rayleigh wave tomography in western Sichuan and eastern Tibet. Earth and Planetary Science Letters, 282(1-4): 201-211. DOI:10.1016/j.epsl.2009.03.021
Li X L, Hao T Y, Li Z W. 2018. Upper mantle structure and geodynamics of the Sumatra subduction zone from 3-D teleseismic P-wave tomography. J. Asian Earth Sci., 161: 25-34. DOI:10.1016/j.jseaes.2018.05.004
Li Z X, Lei J S, Zhao D P, et al. 2008. 3-D P-wave velocity structure of the crust beneath Hainan Island and adjacent regions. Acta Seismologica Sinica (in Chinese), 30(5): 441-448.
Li Z W, Ni S D, Zhang B L, et al. 2016. Shallow magma chamber under the Wudalianchi Volcanic Field unveiled by seismic imaging with dense array. Geophys. Res. Lett., 43(10): 4954-4961. DOI:10.1002/2016GL068895
Lin F C, Ritzwoller M H, Townend J, et al. 2007. Ambient noise Rayleigh wave tomography of New Zealand. Geophys. J. Int., 170(2): 649-666. DOI:10.1111/gji.2007.170.issue-2
Liu Z S, Chen Z, Pan Y. 1992. A discussion on the origin and history of South China Sea basin. Marine Science (in Chinese), (4): 18-22.
Ouyang L B, Li H Y, Lv Q T, et al. 2015. Crustal shear wave velocity structure and radial anisotropy beneath the Middle-Lower Yangtze River metallogenic belt and surrounding areas from seismic ambient noise tomography. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 58(12): 4388-4402. DOI:10.6038/cjg20151205
Qin J X, Hao T Y, Xu Y, et al. 2011. The distribution characteristics and the relationship between the tectonic units of the Moho Depth in South China Sea and adjacent areas. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 54(12): 3171-3183. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.017
Qiu X L, Zhao M H, Ao W, et al. 2011. OBS survey and crustal structure of the Southwest Sub-basin and Nansha Block, South China Sea. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 54(12): 3117-3128. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.012
Rawlinson N, Sambridge M. 2003. Seismic traveltime tomography of the crust and lithosphere. Advances in Geophysics, 46: 81-198. DOI:10.1016/S0065-2687(03)46002-0
Rawlinson N, Sambridge M. 2004. Wave front evolution in strongly heterogeneous layered media using the fast marching method. Geophys. J. Int., 156(3): 631-647. DOI:10.1111/gji.2004.156.issue-3
Ruan A G, Niu X W, Qiu X L, et al. 2011. A wide angle Ocean Bottom Seismometer profile across Liyue Bank, the southern margin of South China Sea. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 54(12): 3139-3149. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.014
Shapiro N M, Campillo M, Stehly L, et al. 2005. High-resolution surface-wave tomography from ambient seismic noise. Science, 307(5715): 1615-1618. DOI:10.1126/science.1108339
Tang Q S, Zheng C. 2013. Crust and upper mantle structure and its tectonic implications in the South China Sea and adjacent regions. J. Asian Earth Sci., 62: 510-525. DOI:10.1016/j.jseaes.2012.10.037
Tapponnier P, Peltzer G, Armijo R. 1986. On the mechanics of the collision between India and Asia. Geological Society, London, Special Publications, 19(1): 113-157. DOI:10.1144/GSL.SP.1986.019.01.07
Taylor B, Hayes D E. 1983. Origin and history of the South China Sea basin.//Hayes D E ed. The Tectonic and Geologic Evolution of Southeast Asian Seas and Islands. Washington D C: Geophysical Monograph Series, 27: 23-56.
Wei X D, Ruan A G, Zhao M H, et al. 2011. A wide-angle OBS profile across Dongsha Uplift and Chaoshan Depression in the mid-northern South China Sea. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 54(12): 3325-3335. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.030
Wu H H, Tsai Y B, Lee T Y, et al. 2004. 3-D shear wave velocity structure of the crust and upper mantle in South China Sea and its surrounding regions by surface wave dispersion analysis. Marine Geophysical Researches, 25(1-2): 5-27. DOI:10.1007/s11001-005-0730-8
Wu S M, Qiu X L, Zhou D, et al. 2009. Crustal structure beneath Yinggehai basin and adjacent Hainan Island, and its tectonic implications. Journal of Earth Science, 20(1): 13-26. DOI:10.1007/s12583-009-0002-7
Wu Z C, Gao J Y, Ding W W, et al. 2017. Moho depth of the South China Sea basin from three-dimensional gravity inversion with constraint points. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 60(7): 2599-2613. DOI:10.6038/cjg20170709
Wu Z L, Li J B, Ruan A G, et al. 2011. Crustal structure of the Northwestern Sub-basin, South China Sea:Results from a wide-angle seismic experiment. Sci. China Earth Sci., 55(1): 159-172.
Xie X N, Ren J Y, Wang Z F, et al. 2015. Difference of tectonic evolution of continental marginal basins of South China Sea and relationship with SCS spreading. Earth Science Frontiers (in Chinese), 22(1): 77-87.
Yan P, Zhou D, Liu Z S. 2001. A crustal structure profile across the northern continental margin of the South China Sea. Tectonophysics, 338(1): 1-21. DOI:10.1016/S0040-1951(01)00062-2
Yan Q S, Shi X F. 2007. Hai-nan mantle plume and the formation and evolution of the South China Sea. Geological Journal of China Universities (in Chinese), 13(2): 311-322.
Yang Y J, Ritzwoller M H, Levshin A L, et al. 2007. Ambient noise Rayleigh wave tomography across Europe. Geophys. J. Int., 168(1): 259-274. DOI:10.1111/gji.2007.168.issue-1
Yao B C, Zeng W J, Chen Y Z, et al. 1994. The crustal structure in the western part of the northern margin of the South China Sea. Acta Oceanologica Sinica (in Chinese), 16(3): 86-93.
Yao B C. 1996. Tectonic evolution of the South China Sea in Cenozoic. Marine Geology & Quaternary Geology (in Chinese), 16(2): 1-13.
Yao B C. 1998. Arguments on the sea floor spreading ages of South China Sea basin. Geological Research of South China Sea (in Chinese): 23-33.
Zhou Y, Ni S D, Chu R S, et al. 2016. Accuracy of the water column approximation in numerically simulating propagation of teleseismic PP waves and Rayleigh waves. Geophys. J. Int., 206(2): 1315-1326. DOI:10.1093/gji/ggw212
敖威, 赵明辉, 丘学林, 等. 2012. 南海西北次海盆及其邻区地壳结构和构造意义. 地球科学——中国地质大学学报, 37(4): 779-790.
曹小林, 朱介寿, 赵连锋, 等. 2001. 南海及邻区地壳上地幔三维S波速度结构的面波波形反演. 地震学报, 23(2): 113-124. DOI:10.3321/j.issn:0253-3782.2001.02.001
陈立, 薛梅, Phon L K, 等. 2012. 南海瑞雷面波群速度层析成像及其地球动力学意义. 地震学报, 34(6): 754-772. DOI:10.3969/j.issn.0253-3782.2012.06.003
范建柯, 吴时国. 2014. 马尼拉俯冲带的地震层析成像研究. 地球物理学报, 57(7): 2127-2137. DOI:10.6038/cjg20140709
郝天珧, 黄松, 徐亚, 等. 2008. 南海东北部及邻区深部结构的综合地球物理研究. 地球物理学报, 51(6): 1785-1796. DOI:10.3321/j.issn:0001-5733.2008.06.019
郝天珧, 徐亚, 赵百民, 等. 2009. 南海磁性基底分布特征的地球物理研究. 地球物理学报, 52(11): 2763-2774.
郝天珧, 徐亚, 孙福利, 等. 2011. 南海共轭大陆边缘构造属性的综合地球物理研究. 地球物理学报, 54(12): 3098-3116. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.011
郝天珧, 胡卫剑, 邢健, 等. 2014. 中国海陆1:500万莫霍面深度图及其所反映的地质内涵. 地球物理学报, 57(12): 3869-3883. DOI:10.6038/cjg20141202
胡立天, 郝天珧, 邢健, 等. 2016. 中国海-西太平洋莫霍面深度分布特征及其地质意义. 地球物理学报, 59(3): 871-883. DOI:10.6038/cjg20160310
胡昊, 阮爱国, 游庆瑜, 等. 2016. 海底地震仪远震记录接收函数反演:以南海西南次海盆为例. 地球物理学报, 2016. DOI:10.6038/cjg20160423
黄海波, 丘学林, 胥颐, 等. 2011. 利用远震接收函数方法研究南海西沙群岛下方地壳结构. 地球物理学报, 54(11): 2788-2798. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.11.009
黄忠贤, 胥颐. 2011. 南海及邻近地区面波层析成像和S波速度结构. 地球物理学报, 54(12): 3089-3097. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.010
李志雄, 雷建设, 赵大鹏, 等. 2008. 海南岛及邻区地壳三维P波速度结构. 地震学报, 30(5): 441-448. DOI:10.3321/j.issn:0253-3782.2008.05.001
刘昭蜀, 陈忠, 潘宇. 1992. 南海海盆的形成演化探讨. 海洋科学, (4): 18-22.
吕川川, 郝天珧, 丘学林, 等. 2011. 南海西南次海盆北缘海底地震仪测线深部地壳结构研究. 地球物理学报, 54(12): 3129-3138. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.013
欧阳龙斌, 李红谊, 吕庆田, 等. 2015. 长江中下游成矿带及邻区地壳剪切波速度结构和径向各向异性. 地球物理学报, 58(12): 4388-4402. DOI:10.6038/cjg20151205
秦静欣, 郝天珧, 徐亚, 等. 2011. 南海及邻区莫霍面深度分布特征及其与各构造单元的关系. 地球物理学报, 54(12): 3171-3183. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.017
丘学林, 赵明辉, 敖威, 等. 2011. 南海西南次海盆与南沙地块的OBS探测和地壳结构. 地球物理学报, 54(12): 3117-3128. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.012
阮爱国, 牛雄伟, 丘学林, 等. 2011. 穿越南沙礼乐滩的海底地震仪广角地震试验. 地球物理学报, 54(12): 3139-3149. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.014
卫小冬, 阮爱国, 赵明辉, 等. 2011. 穿越东沙隆起和潮汕坳陷的OBS广角地震剖面. 地球物理学报, 54(12): 3325-3335. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.12.030
吴招才, 高金耀, 丁巍伟, 等. 2017. 南海海盆三维重力约束反演莫霍面深度及其特征. 地球物理学报, 60(7): 2599-2613. DOI:10.6038/cjg20170709
吴振利, 李家彪, 阮爱国, 等. 2011. 南海西北次海盆地壳结构:海底广角地震实验结果. 中国科学:地球科学, 41(10): 1463-1476.
解习农, 任建业, 王振峰, 等. 2015. 南海大陆边缘盆地构造演化差异性及其与南海扩张耦合关系. 地学前缘, 22(1): 77-87.
姚伯初, 曾维军, 陈艺中, 等. 1994. 南海北部陆缘西部的地壳结构. 海洋学报, 16(3): 86-93.
姚伯初. 1996. 南海海盆新生代的构造演化史. 海洋地质与第四纪地质, 16(2): 1-13.
姚伯初. 1998. 南海海盆海底扩张年代之探讨. 南海地质研究: 23-33.
鄢全树, 石学法. 2007. 海南地幔柱与南海形成演化. 高校地质学报, 13(2): 311-322. DOI:10.3969/j.issn.1006-7493.2007.02.014