东南亚海区及邻域地质地球物理编图新进展

0引言东南亚地区共有11个国家,组成东南亚国家联盟(简称东盟)。除老挝外,其他国家均为沿海或岛屿国家。东南亚地处欧亚板块、太平洋板块、印度-澳大利亚板块三大板块共同作用地区,具有非常复杂的、类型众多的地质构造现象,是认识地壳结构、板块运动的优良场所,以其独特的地质环境、丰富的矿产资源和重要的战略位置而成为举世瞩目的地区。

中国西北大陆碰撞带的深部特征及其动力学意义

以中国大陆西北地区地震层析成像的结果为基础 ,通过分析大陆块体内部岩石层和软流层的深部形态 ,提出西部造山带与相邻块体之间几种可能的碰撞类型 :天山与塔里木之间存在地块的嵌入拼合、俯冲、岩石层拆离下沉以及层间插入等多种构造样式 ;青藏高原与北部地质单元之间存在十分清晰的深部边界 ,反映出上地幔物质向北扩展的痕迹 ;推测青藏高原的岩石层在向北运动的过程中由于受到塔里木刚性块体的阻滞发生弯曲甚至折断 ,但是祁连山以北较浅的软流层相当于一个开放边界 ,使高原的上地幔物质得以进一步向北迁移 .大陆碰撞不仅造成中国西部造山带岩石层结构的变动 ,而且导致软流层中一部分熔融的岩浆体沿着碰撞边界上涌到岩石层底部 。

南海东北部及邻区深部结构的综合地球物理研究

南海东北部及邻区,特别是洋陆转换带地区的复杂地壳结构特征一直是南海岩石层结构研究的热点.本文在Pn波地震层析成像结果和深部地震探测剖面的约束下,利用重力数据建立该区两条剖面的密度模型.两条重力剖面二度半密度正反演的拟合结果支持琼粤隆起至吕宋岛弧区一带的地壳结构中存在下地壳高速层的观点,同时认为台西南盆地的拟合结果表明南部凹陷区仍属于过渡型地壳.本文认为剖面AA′和剖面BB′的构造属性虽然均总体倾向于火山岩型,但二者的地质结构并不完全一致,表明了北部陆缘深部结构的横向差异与构造属性的复杂.

环渤海地区的地震层析成像与地壳上地幔结构

利用环渤海地区的天然地震P波到时资料,采用纬度和经度方向分别为0.5°×0.6°的网格划分,反演了该地区地壳上地幔的三维P波速度结构.初步结果表明,环渤海地区地壳上地幔的速度结构具有明显的横向不均匀性:京津唐地区地壳中上部的速度异常反映了浅表层的地质构造特征,造山带和隆起区对应于高速异常,坳陷区和沉积盆地对应于低速异常;地壳下部出现大规模的低速异常与华北地区广泛存在的高导层相对应,估计与壳内的滑脱层和局部熔融、岩浆活动有关;莫霍面附近的速度异常反映了地壳厚度的变化及壳幔边界附近热状态的差异;上地幔顶部大范围的低速异常可能是上地幔软流层热物质大规模上涌所致.

天山地震带的地壳结构与强震构造环境

以中国西北地区的地震层析成像为基础，研究了天山地震带深部结构的基本特征．结果表明，天山地震带的地壳中部为低速的韧性滑脱层，南天山的断裂深度超过莫霍面，北天山的断裂深度一般只到地壳中部；天山莫霍面的深度一般大于５０ｋｍ，壳－幔边界由宽而缓的速度过渡带构成，中强地震主要位于盆山边界地壳中下部位波速变化较大的区域．帕米尔、南天山和塔里木之间存在一个北北东方向的低速带，乌恰和伽师地震分别位于该低速带东、西两侧的梯度带附近．推测帕米尔、南天山和塔里木之间的相对运动是导致低速带内部物质发生形变并在边界附近产生破裂的主要原因，地幔热物质的侵入对该地区的构造活动起到了重要的动力学作用．

中国东部海域及邻区岩石层地幔的P波速度结构与构造分析

利用中国大陆东部及台湾地区、日本和琉球群岛的地震观测数据,通过体波地震层析技术反演了中国东部海域及其邻近地区的P波速度结构.以此为依据分析了不同地区的岩石层性质和深部动力学条件,探讨了中朝与扬子块体、扬子与华夏块体在海区的深部边界及其构造属性,揭示出菲律宾海板块与欧亚大陆的碰撞以及板片俯冲下沉、弧后扩张作用对中国东部海域岩石层结构的影响.结果表明,中国东部海域的岩石层地幔存在明显的横向非均匀性,它们与区域构造的形成演化有一定的联系.中国大陆东部的五莲-青岛断裂与朝鲜半岛西缘断裂、济州岛南缘断裂共同构成中朝和扬子块体的边界,江绍断裂向东延伸至朝鲜半岛南端成为分隔扬子和华夏块体的边界;东海陆架与冲绳海槽的岩石层结构差异明显,东海陆架具有中国东部地区的岩石层特征,属于欧亚大陆向海域的延伸;冲绳海槽的岩石层强烈减薄,为大陆向大洋过渡的区域;沿着日本-琉球-台湾俯冲带,菲律宾海板块俯冲下沉引起的地幔扰动对中国东部海域产生了较大的影响,欧亚大陆与菲律宾海板块之间的相互碰撞导致台湾地区岩石层明显增厚.

对黄海—东海研究区深部结构的一些新认识

综合地震层析成像与重磁数据的处理结果,选择26°N～36°N,120°E～130°E的范围作为研究区,讨论了黄、东海研究区的深部结构特点及其与周边各地质单元的相互关系,完成了研究区两条剖面的密度结构反演,认为东海陆架地区地壳厚度变化与大陆地区相比并不明显,显著减薄开始于冲绳海槽地区,中地壳消失;琉球岛弧处地壳厚度明显再度增加,特别是上地壳的厚度增加最大,推断其原因应与俯冲作用及俯冲带附近板块与地幔的运动速率之差有关.地球物理场“东西分带”是黄海—东海地区壳内结构从西向东变化的反映,但随着深度的增加,研究区的岩石层结构出现以近EW向为优势的构造格局.因此推断深部近EW向的异常是三叠纪时期南北板块碰撞、挤压所致,浅部的NE向条带异常是后期构造运动在岩石层较浅部位构造效应的反映.黄海—东海地区岩石层结构存在浅部与深部优势构造方向不协调的现象.层析成像结果证实了南黄海东缘断层的存在,还勾绘出绍兴—十万大山碰撞带为以40°左右的倾角向NW方向倾斜的高速带,另一条倾向基本相同的高速带则是南、北扬子块体结合带在深部的反映.

龙门山构造带及汶川震源区的S波速度结构

利用四川地震台网的观测资料和体波地震层析成像方法反演了龙门山地区的S波速度结构,据此分析了龙门山断裂带的地壳结构和汶川震源区的深部构造特征.反演结果表明,地震破裂与龙门山断裂及其两侧的地壳结构差异存在明显的对应关系,汶川以北的龙门山上地壳具备较高的强度且明显抬升,灌县至江油是龙门山西侧应力积累的主要地区,汶川8.0级地震位于其南部边缘;四川盆地的刚性地壳向西俯冲于龙门山之下,其凸出部与造山带古老基底在坟川附近发生碰撞是汶川成为8.0级地震破裂起始点的主要原因.汶川以南的龙门山地区地壳上层具有较大的韧性,岩石强度相对减弱,与龙门山北部相比不易于应力积累和产生破裂,因而汶川以南的龙门山断裂缺少余震活动.龙门山地区地壳厚度明显增加,其原因与中下地壳具备较大的柔韧性有关.由于青藏东部向东挤出时受到四川盆地刚性岩石层的阻挡,龙门山中下地壳的塑性变形和垂向物质的增加导致地壳厚度加大和莫霍面下沉,以此方式吸收了龙门山地区的大部分地壳缩短量,地表则强烈褶皱抬升形成数千米的龙门山脉.

冲绳海槽地区地壳结构与岩石层性质研究

使用冲绳海槽地区地质、地球物理、地球化学数据与资料 ,对横跨大陆边缘—大洋板块的中国东部—冲绳海槽—琉球岛弧地区进行综合研究 .根据地震体波、面波成像结果 ,空间与布格重力异常及磁力异常的综合解释等结果 ,利用调和系数法对该研究区的地壳厚度进行了计算 ,并对地壳属性进行分析 .同时 ,选择中国东部东北地区的宽甸、华北地区的汉诺坝、华南的闵溪和台湾海峡的澎湖列岛与冲绳海槽和日本岛弧的新生代玄武岩开展元素—同位素对比研究 .结果认为冲绳海槽岩石层明显减薄 ,上地幔低速层已达到莫霍面 ,在地幔中已形成交代软流层 .元素—同位素研究表明 :它不同于中国东部 ,与琉球岛弧地区的特点也不相同 .综合分析认为 :冲绳海槽地壳属于过渡型地壳 。

华北地区Lg尾波衰减研究——Lg尾波Q_0地震成像

利用单台记录叠加频谱比法测量出的华北地区 5 6 0余条单台传播路径上平均Lg尾波Q0 值数据 (Q0 是1Hz的Q值 ) ,采用随机褶积模型和奇异值分解法 ,重建该地区地壳中Q0 的横向变化 .结果表明 ,华北地区地壳中Lg尾波Q0 值分布具有显著的横向不均匀性 ,这种不均匀性与地质构造明显相关 ,块隆区具有较高的Q0 值 ,例如 ,燕山造山带、太行山块隆、鲁西隆起 ;华北平原区表现为低Q0 值分布 ,例如冀中坳陷、黄骅坳陷、济阳坳陷 ,二者界限分明 .结合研究区内的大地热值分布研究表明 ,低Q0 值区大都处于高热流区 ,这可能是地壳内热物质的活动有关 .虽然华北地区Lg尾波Q0 值高、低分区明显 ,但是 ,从总体上应该属于低Q0 值异常区 ,也就是说 ,该区的地壳是高地震波衰减区 ,这可能是该地区受太平洋板块和欧亚板块的相互作用而使地壳减薄 。

中国东部海域岩石圈结构面波层析成像

本文通过面波层析成像得到了中国东部海域及邻近地区的地壳上地幔 S 波速度图像,给出了主要构造单元的区划及其结构特征,并讨论了速度结构与现今构造活动及构造演化历史的关系.研究区内中下地壳的平均速度与地震活动存在比较显著的关系,强震基本都发生在低速区内或高低速过渡区.太行山以东地壳内存在几条北西向低速带,其中张家口—渤海地震带下方的低速带最为显著.东部海域划分成北黄海、南黄海、东海、和冲绳海槽等4个构造块体.北黄海具有较薄较高速的岩石圈,与南华北盆地类似,推测是中生代特提斯洋向北俯冲造成岩石圈减薄的遗迹.北华北地区具有低速的地壳和较厚的岩石圈,岩石圈地幔速度偏低且上下比较均匀,可能反映中生代沿北方缝合带持续碰撞作用的特点.南黄海具有相对较厚的岩石圈,较多地保存了下扬子克拉通的特征.在下扬子与华北地块的拼合过程中,洋壳俯冲可能是北黄海和苏皖地区上地幔低速特征的成因.在125°E以东的朝鲜半岛地区未发现这一拼合过程的遗迹.有可能整个朝鲜半岛都是华北地块的一部分;但也有可能是太平洋俯冲和日本海张开的作用完全改造了朝鲜半岛的岩石圈上地幔,抹去了以往构造运动的痕迹.东海地区的地壳厚度,特别是岩石圈厚度向冲绳海槽方向减小,反映出菲律宾海板块俯冲在弧后广大地区都有影响.冲绳海槽地区可见俯冲的菲律宾海板片以及板片上方显著低速的地壳和上地幔,为冲绳海槽的弧后扩张机制提供了证据.

黄海中央断裂带的地球物理证据及其与边缘海演化的关系

根据黄海及周边地区的布格重力资料 ,通过解析延拓、目标场提取、任意水平方向导数计算、离散小波变换等处理 ,得到各种有关断裂的信息 .经过与地震层析成像结果和地质资料的综合分析 ,认为黄海中央断裂带是一组“X”型交叉断裂而不仅仅是一条NW向延伸的断裂 ,并提出了有关的地球物理证据 .经分析认为 :黄海中央断裂带的存在是造成黄海东西两侧在地球物理场面貌、断裂分布特点与规模上有较大差异的原因之一 .由于该断裂带的存在 ,致使郯庐断裂带的右旋活动所产生的应力对黄海东西两侧的影响不一致 ,因而产生了黄海西部重力异常等值线凌乱、密集、断裂密布但规模相对东部较小的现象 .认为黄海中央断裂带受扬子块体向中朝块体嵌入过程的影响 ,形成一组近SN向为锐角的“X”断裂带 ,但该断裂带具有明显多期活动的迹象 ,不仅与特提斯体制下块体碰撞、俯冲作用有关 ,也与后期太平洋板块向欧亚板块的聚敛、俯冲作用有关 .

中国中南地区综合地质地球物理研究

利用重、磁和天然地震资料对中南地区进行了综合地质地球物理研究.根据研究区的重、磁异常的分布特征,可将其分为4个重力异常区、3个航磁异常区.根据重力资料反演计算得到的研究区的地壳厚度在29.5-41 km之间,总的趋势为西厚东薄,地壳厚度与地形起伏基本上呈镜像关系.根据磁力资料计算得到的研究区居里界面在12-40 km之间变化.地震层析成像结果表明研究区内的速度分布总体上体现了纵横交错的断块特征.在纵向尺度上,江汉-洞庭盆地以及周缘造山带的上地壳结构变化不大,中地壳和下地壳则普遍受到现今构造活动的改造,以致岩石的结构发生了一定的变化.它们主要表现为低速区域的扩大,尤其是在地壳下部尤为突出,这与断陷盆地的拉张以及造山带岩石层的底侵和拆沉作用密切相关.通过对研究区地球物理场的分析计算,在研究区共提取主要断裂带34条.根据岩石层板块大地构造理论,依据岩石层结构、地壳结构和结晶基底等深部结构的不同,将研究区中板内不同构造单元——块体作为一级构造单元,块体之间的深大断裂带作为块体的边界——块体结合带,据此原则在研究区中划分出两个一级构造单元,五个二级构造单元.

南海东北部及其邻近地区的Pn波速度结构与各向异性

利用中国地震台网和ISC台站1980-2004年的地震数据，反演了南海东北部及其邻近地区的Pn波速度结构和各向异性.上地幔顶部的速度变化揭示出区域地质构造的深部特征：华南地区速度较高并且变化平缓，具有构造稳定地区的岩石层地幔特征；华南沿海尤其是滨海断裂带附近出现低速异常，表明该断裂可能穿过壳幔边界深达上地幔顶部.南海北部至台湾海峡较高的速度与华南地区类似，反映出大陆边缘和陆架地区的岩石层地幔性质；西沙海槽附近较高的速度不仅反映了华南大陆向南的延伸，而且与海槽裂谷拉张引起的地幔上拱有关，整个南海北部没有发现大规模地幔热流的活动痕迹.相比之下，南海东部次海盆的上地幔顶部存在明显的低速异常，对应于海底扩张中心的地幔上涌区，表明岩石层地幔强烈减薄甚至缺失；台湾东部-吕宋-菲律宾北部的低速异常与地震、火山活动以及岩浆作用紧密相关，揭示了西太平洋岛弧俯冲带的活动特征；南海东北部的洋-陆边界清晰，南海东部和菲律宾海西部较高的速度代表了海洋岩石层地幔的性质.Pn波各向异性反映出区域性构造应力状态及岩石层地幔的变形痕迹：华南地区的各向异性较小，说明这一构造稳定地区的岩石层地幔变形程度较弱；南海北部的快波方向与地壳浅表层构造的伸展方向一致，主要反映了中、新生代以来的大陆边缘张裂和剪切作用对岩石层地幔结构的影响；琉球-台湾-吕宋岛弧两侧各向异性十分强烈，平行于海沟的快波方向表明菲律宾海板块和欧亚大陆的相互作用导致俯冲板块前缘的岩石层地幔强烈变形；台湾东南海域快波方向的变化可能与欧亚大陆和菲律宾海板块俯冲机制的转换以及岩石层被撕裂有关.

天山—帕米尔结合带的地壳速度结构及地震活动研究

利用流动地震台阵记录的地震数据,通过地震层析技术反演了天山—帕米尔结合带的P波速度结构,揭示出地壳结构的非均匀特征及其与地震活动的对应关系.分析结果表明,天山和西昆仑的双向挤压导致塔里木西部边缘地壳严重变形,在山前地区形成基底隆起带,地壳深部则被断裂分割成为若干块体,有的块体可能卷入造山带内部;喀什坳陷地壳深部结构相对完整,变形程度较弱;天山和西昆仑的地壳结构显示出缩短增厚的波速特性,在与塔里木接壤的局部地区,壳幔边界附近存在热物质的侵入迹象.大部分地震都发生在塔里木西部边缘的壳内高速块体周围,推测块体之间的相互作用和应力调整是导致天山—帕米尔结合带频繁发生地震的主要原因,伽师地震则与构造变形由天山向塔里木内部扩展以及该地区的地壳非均匀结构有关.

华北地区Lg尾波衰减研究——Lg尾波Q的测量

利用 1989～ 1998年间发生在中国华北地区ML≥ 3.0级的地震事件 ,华北遥测台网以及数字化台网记录到的信噪比较高的Lg尾波时间序列 ,经过滤波、消除背景噪声等预处理 ,采用单台记录叠加频谱比法 ,得到传播路径上Lg尾波Q0 (Q =Q0 fη ,Q0 是 1Hz的Q值 ,η是Q值与频率相关系数 ) ,进而获得该地区Q0 和 η的空间分布 .测量结果表明 ,华北地区地壳Lg尾波Q0 值分布存在显著的横向不均匀性 ,这种不均匀性与该地区地壳的速度分布基本一致 ,表现为与该地区地表地质特征明显的一致性 ,即传播路径位于太行山隆起和燕山隆起区为高Q0 值分布 ;传播路径位于冀中坳陷和黄骅坳陷等平原区表现为低Q0 值 ;传播路径位于隆起区和坳陷区二者之间 ,其Q0 值也介于二者之间 ,说明华北地区的地壳结构没有很大的阶跃式变化而使波导遭到破坏 ,Lg尾波Q0 值基本上反映了地壳内介质滞弹性的固有衰减 .

南海西沙石岛地震台下的地壳结构研究

为加强海上天然地震观测和岩石圈结构研究,我们在南海西沙群岛建立了石岛流动地震台,进行了为期一年多的观测试验.观测结果表明,虽然岛礁区的地震数据受热带气旋影响期间背景噪声较大,但仍能记录到MW6级以上的地震.本文对具有清晰P波波形的远震记录进行了接收函数处理和计算模拟,得到台站下简单的地壳结构模型,其莫霍面深度为28 km,上地壳顶部有一层2 km厚的低速层,横波速度只有2.3 km/s,向下逐渐过渡到横波速度为3.8 km/s的下地壳.与已有的研究结果比较,发现石岛台与琼中台的地壳结构模型是西沙海槽剖面的自然延伸,西沙地块的地壳结构属减薄型陆壳,可与华南地块的正常陆壳对比.

前新生代残留盆地宏观分布的综合地球物理研究--以大港地区为例

如何通过地球物理资料圈划残留盆地的宏观分布是残留盆地油气研究中重要的方法技术之一.本文以大港地区为例介绍了残留盆地宏观分布的地球物理研究方法.通过岩石物性分析,利用正演与反演方法,求取本区的重力基底(对应本区新生界底界)和磁性基底(对应本区太古界顶界)埋深,进而计算前新生界残余厚度,讨论残留盆地的宏观分布特点,并预测了前新生代油气资源有利区.研究结果认为本区前新生界残余厚度分布具有"东西分带"的特点,残余厚度增厚带大多沿NE方向展布,表明后期来自NW-SE向的挤压应力对其分布有一定影响;埕宁隆起与歧口凹陷的结合部位是本区前新生界残余厚度最大的地区,存在由南向北的逆掩断裂构造,有利于前新生代油气的聚集.

新疆天山及邻区地壳上地幔三维速度图象

利用地震层析成像法建立起天山和邻近区域的地壳上地幔三维速度图象，结果表明：（１）北天山和天山中部地区为隆起的高速地区，吐鲁番盆地、库车拗陷、柯坪断块、喀什拗陷和准噶尔盆地南缘构成了天山北南两侧的山前低速区。伊犁盆地和西昆仑是壳内稳定的高速块体，巴楚隆起一直延伸到地壳的底部。沿天山主峰和西昆仑公格尔一带，莫霍面形成五大低速区；（２）北天山和准噶尔西部岩石圈厚度较大，具有高速特性，在其顶部８０ｋｍ左右可能存在较流物质。天山南部岩石圈的性质不明显，喀什地区位置１２０—２８０ｋｍ之间存在的低速锥形体估计与地幔软流物质的上涌有关；（３）速度结构与地震活动的确存在着一定的联系，特别是上地壳低速区与下地壳高速区之间的梯度带往往与强震的分布有关，有可能成为中强地震的孕育场所；（４）天山南北缘的地震多发地带是壳内介质结构极不均匀的地区，也是深大断裂较为发育的区域，在外力的作用下很容易产生破裂或层间滑动而引发地震。

南海地球物理场特征与基底断裂体系研究

南海海域主体可划分为南海北缘、中西沙、南沙、南海海盆四块 ,各块具有明显不同的重磁场特征 .反演得到的莫霍面总体趋势由陆向洋抬升 ,反映陆壳、拉伸陆壳、过渡壳、洋壳的分布 .东沙高磁异常含一定的高频成份 ,与新生代玄武岩及中生代岩浆岩有关 ,而其低频成份可能反映了发育的下地壳高速层 .南海海域断裂极为发育 ,可分为北东向断裂组、东西向断裂组、北西向断裂组和南北向断裂组 .南海北缘、南缘均以北东向张性断裂与北西向张剪性、剪性断裂为主要格架 ,形成了“南北分带、东西分块”构造格局 .