主动源深地震剖面揭示河南地区地壳结构特征

回顾河南地区已有的主动源深探测成果,总结其地壳结构特征。结果显示:1)河南省中北部的华北板块表现为上中下3层的简单分层结构、镜像对称的深浅构造以及广泛发育的壳内低速体等地壳特征;南部的秦岭-大别褶皱带地壳表现为横向变化剧烈的速度结构、高速穹隆、大倾角的壳内反射界面以及呈隔档式褶皱的莫霍界面。2)华北盆地地壳厚度的变化主要发生在中下地壳,上地壳厚度较为均匀。秦岭-大别褶皱带深部地壳不存在山根,反映了下地壳沿着莫霍面强烈的滑脱作用。3)河南省不同地区地震分布特征与地壳速度结构关系密切,濮阳地区地震分布受高速异常体控制,许昌地区地震受地壳介质与区域断裂的共同控制,南阳地区地震分布主要受地壳分层结构控制。

玉溪—临沧剖面宽角地震探测——红河断裂带及滇南地壳结构研究

云南位于南北地震带南段,地震活动具有频度高、强度大的特点,中小地震几乎遍及云南南部,是中国大陆内部地震活动最强的地区之一.滇南地区跨越多个重要的地质构造单元和多条地震带,其中红河断裂带是跨越该地区的一条大型的走滑断裂带,作为印支地块和华南地块两大地块的分界断裂,对人们认识板块相互运动及其深部动力学背景具有重要意义.中国地震局于2010年启动了"中国地震科学台阵探测——南北地震带南段"项目,在云南省中西部跨越红河断裂带布设一条近东西向的深地震宽角反射/折射探测剖面,本文利用该东西向深地震宽角反射/折射剖面来研究红河断裂带及滇南地区详细的地壳结构及其孕震背景.研究结果表明:沿测线地壳结构呈西薄东厚的特征,以红河断裂带为界,断裂带以西地壳较薄,约34km,以东地壳加厚至44km左右;红河断裂带两侧速度结构具有明显的差异,断裂带西侧速度较低,东侧速度明显偏高.由震相特征及获取的地壳结构可以看出,红河断裂带两侧由浅至深速度结构的异常特征说明该古缝合带两侧块体地壳结构岩性的巨大差异性.

利用宽角反射/折射地震剖面揭示芦山M_S7.0地震震区深部孕震环境

2013年4月芦山地震发生后,中国地震局迅速成立了芦山地震科学考察指挥部,要求查明芦山地震的深部构造环境和孕震背景.为此,中国地震局地球物理勘探中心于2013年9月至11月在芦山震源区布设了一条长约410km的人工地震高分辨宽角反射/折射探测剖面,获得了信噪比较高的人工地震探测数据,采用地震射线走时正演拟合构建了该区的地壳及上地幔二维P波速度结构模型,结果显示：扬子块体和松潘—甘孜块体显示出迥异的速度结构特征,地壳厚度由南向北逐渐加厚.沉积盖层在四川盆地厚达7.8km,而进入松潘—甘孜块体沉积层最薄处只有几百米厚,几乎出露地表;在中上地壳,扬子块体平均速度比松潘—甘孜块体高0.2km·s-1,在盆地与高原耦合部位（构造转换带）以北深度大约20km左右有一厚度为8.0km的软弱层（低速层）,该层内的速度为5.80km·s-1,明显低于周围介质的平均速度6.00～6.10km·s-1;构造转换带内,震相显示紊乱、不清晰、不能连续对比,由地表至上地幔顶部壳内界面不连续、速度结构异常紊乱且呈现低速异常特征;在中下地壳,沿剖面速度呈现正梯度垂向增大变化;壳内界面在扬子块体内部起伏变化不大,但在构造转换带以北呈现急速加深的趋势,特别是Moho界面起伏变化较为明显,界面深度在距离50km范围内由扬子块体的36.2km迅速变化至松潘—甘孜块体下方的45.8km,形成一陡变带.芦山MS7.0级地震震源位置位于二维速度结构异常紊乱和界面起伏变化的地带,研究表明,壳内界面及速度结构差异、起伏变化的特征与该区域的地震活动性关系密切。

胶东半岛地壳速度结构及其构造意义

胶东半岛地处华北平原东北部沿海地区,北东向断裂带异常发育,该区不仅是华北震区中、强地震活动的频发区,又是中-新生代地壳构造活动的大陆边缘带.中国东部最大规模的郯庐断裂带纵贯胶东半岛西部,苏鲁超高压变质带位于该半岛南侧,彰显其地理位置重要而特殊.为深入认识我国近海与海陆过渡带地壳结构特征及其深部动力学背景等基础科学问题,2013年在胶东半岛东部实施了海陆联合探测项目.本文对布设的北西向宽角反射/折射探测剖面进行了计算处理,获取了该测线的地壳精细结构及其构造特征.结果表明:胶东半岛地壳结构复杂,该区基底埋深较浅,地表速度偏高,地壳速度结构呈现东西迥异的非均匀性特征,具有横向分层、纵向分块的典型特性.作为郯庐断裂带重要组成部分的牟平—即墨断裂带是胶东半岛上非常重要的断裂带,该断裂带东西两侧的地壳结构特征差异非常明显,断裂带东侧速度偏低,而西侧速度偏高,地壳各分层界面形态在该断裂带两侧起伏变化明显,地壳结构整体上呈现南东浅北西较深的结构特征.总体来看,胶东半岛不同区段呈现出的结构差异与该区大地构造单元的划分基本相符,在界面起伏变化明显的区域与地表穿过的断裂带遥相呼应.作为华北板块和扬子块体相互碰撞的边缘地带,胶东半岛复杂的深部结构特征与西太平洋板块对其的俯冲挤压有着密切的关联,该研究对了解本区地壳构造变化的深部动力学背景有着重要的研究意义.

深地震测深揭示的济阳坳陷地壳结构特征

对穿过济阳坳陷的3条深地震测深剖面进行解释、对比分析显示,济阳坳陷地壳结构分为上、中、下3层,莫霍面深度在31km左右,区域起伏变化不大,深浅部构造呈镜像对称关系。济阳坳陷内中地壳存在低速体发育,为其顶面滑脱层的发育以及滑脱构造的形成提供了必要条件,也导致上下地壳厚度的横向变化存在差异。惠民凹陷下方P_m震相之前出现P_4震相表明,其莫霍面以壳幔过渡带形式存在;东营凹陷下方P_m震相尖锐,其莫霍面则表现为一级间断面性质,体现了不同凹陷深部壳幔作用的差异。结论表明,济阳坳陷地壳结构具有典型的华北地区地壳结构特征,上下地壳厚度横向变化差异与滑脱构造密切相关,而莫霍面性质差异与深部软流圈上涌以及下地壳小规模拆沉有关。

深地震测深在国内的发展与应用现状研究

通过关键词共现分析方法,对深地震测深技术在国内的发展及其应用现状进行研究。结果表明,深地震测深资料处理以二维动力学射线追踪的正反演方法为主,三维地壳结构模型的构建方法则以改进的克里金插值方法为主;深地震测深可用于揭示孕震构造环境,但对区域地壳结构与地震发生规律和活动性的总结较少;在地震测深成果方面,包括地壳结构类型和地壳厚度等,与地热、金属以及油气矿产资源的形成密切相关,但是目前尚未形成能够服务于矿产资源勘查的成果库和数据产品;海洋深部探测是目前深地震测深方法应用的热点,应当加强海陆联合地震观测,充分发挥两种观测模式的优势。

利用爆破地震揭示华北克拉通基底的高分辨速度结构——大丰—包头折射剖面的探测结果

大丰—包头剖面以"高密度观测点距与炮距"为特点,我们在1334 km测线上获得了21炮高信噪比的地震资料.在对Pg波震相特点分析基础上利用反演方法处理、构建了基底的精细结构图像,揭示了沿剖面不同构造地块基底结构的差异.苏北盆地基底埋深4.5~9.0 km、苏鲁隆起1.5~2.0 km,基底埋深与速度结构的强烈起伏变化可视其为华北与扬子板块碰撞、挤压构造环境下形成复杂的构造格局在地震学上的体现;鲁西隆起区基底埋深浅、速度高,结构稳定;华北盆地Pg波到时滞后、视速度低,基底埋深7.0~10.km,速度结构与基底面存在局部的起伏变化.诸多现象揭示出该区为新生代沉积巨厚、规模较大的基底坳陷区.同时在盆地内不同构造单元基底结构呈局部分块、凹陷与凸起并存的构造格局,显示出新生代沉积活动显著、变化强烈、结构不稳定的构造特点;太行山前断裂、聊兰断裂是具有显著地震学标志的断裂构造带,断裂两侧基底界面呈现出"断崖式塌陷"和速度结构的强烈横向非均匀性.综合研究认为,太行山前断裂是华北地区一条重要的构造带,它的复杂性不仅体现在两侧地形地貌、地层介质的截然不同,其基底埋深及速度结构、地壳及地幔岩石圈结构均存在显著的差异,其重要的标志是太行山以东不仅地壳厚度发生了相当规模的减薄,岩石圈的厚度也明显减薄,亦即形成了华北克拉.通破坏在东西部其基底一地壳一岩石圈的结构在空间上具有明显的差异性及强烈的横向非均匀性.

人工地震测深揭示云南中部地区不同构造单元地壳结构特征

基于24°N线一带横穿云南中部地区的人工地震测线镇康—泸西剖面的11次人工地震爆破记录,利用震相追踪分析方法,拾取了沿剖面的壳内主要折射和反射震相,结合一维地壳分层模型对这些震相到时进行了走时拟合,获得了沿镇康—泸西剖面的地壳一维速度结构模型。结果表明:沿剖面地壳各界面形态由西向东呈现逐渐增厚的特征,中下地壳厚度变化与莫霍面基本一致,三江褶皱系以东的扬子地台和华南褶皱系上地壳逐渐减薄,扬子地台内部玉溪至弥勒一带上地壳增厚。

基于人工地震剖面的深地测深数据库建设

深地测深数据库是根据人工地震剖面,以科学大断面为数据基础,综合物理勘探方法,并充分吸收历年成果资料,应用新技术、新理论和新方法编制而成。深地测深数据库内容丰富,信息量巨大,数据约3 TB,记录了1976—2016年131条人工地震剖面,观测距离34455 km,炮点个数825个,观测点数60374个。各剖面均建立相应属性,并编写数据库说明书和元数据。数据库采用统一编号和格式,编写过程采用SQL平台工作站完成,数据精度高,质量好,符合设计要求。深地测深数据库充分反映了人工地震多年的研究成果和当前研究的新水平。

南北地震带滇西南地区地壳速度结构与构造研究:勐海-耿马-泸水深地震探测剖面结果

位于南北地震带南段的滇西南地区是中国地质构造运动和地震活动较为强烈的地区之一.该区的地质构造背景和深部物理场特征研究是重要的基础科学问题.2013年,在滇西南地区完成了一条长600 km的勐海-耿马-泸水深地震宽角反射/折射和高分辨地震折射联合探测剖面,利用获得11次爆破地震记录截面上6组清楚的壳内P波震相,采用有限差分反演和射线走时正演拟合技术构建了该区的基底速度结构和地壳二维P波速度结构模型.结果显示：沿剖面地壳厚度由南向北逐渐加厚,基底形态呈现出明显的横向起伏变化,在南汀河断裂带附近,基底结构呈现出凹、隆相间的变化形态,基底埋深最浅处约为1.0 km,在腾冲与澜沧附近,基底埋深约为5.0 km.该区中、下地壳速度总体呈现出随深度的增加而增大的变化特征,在块体边界和断裂构造带的下方,速度等值线出现明显紊乱和P波速度的突变.本区莫霍面深度由南向北逐渐加深,且横向起伏变化较大,莫霍面最浅处位于勐海附近,其深度约为32.0 km,最深处位于腾冲附近,深约40.5 km.在耿马与永德之间,莫霍面出现快速上隆和下凹的明显变化,其变化幅度约为4.0 km.在南汀河断裂带、龙陵-瑞丽断裂、大盈江断裂和腾冲火山区的下方,基底速度结构、地壳二维P速度结构、剖面平均速度分布和壳内界面展布还出现从基底至莫霍面顶部的明显变化,显示出断裂构造带下方的地壳速度和介质物性与其两侧的地壳物质具有明显的差异,暗示这些断裂不但具有一定的规模,而且可能延伸至下地壳或上地幔顶部.该区地震主要发生在10~20 km的深度范围内,且地震活动呈现出与壳内介质速度差异、断裂带分布的相关性.研究结果可为分析研究滇西南地区地震活动的深部构造背景、地震精确定位、构建发震构造模型等提供重要的壳幔结构数据,为评价该区的地震危险性和防震减灾规划的制定提供重要参考.

青藏高原东北缘地壳P波速度结构及其对地壳变形研究的启示

青藏高原东北缘同鄂尔多斯块体及阿拉善块体过渡地区,也是南北地震带的北段;该区地震活动水平较高,是发生强震危险性较大的地区.鉴于该区特殊的构造环境和深部构造背景,本研究利用两条"十字交叉"的地震宽角反射/折射剖面进行相互约束,以更为精确地获得研究区各个块体及其耦合部位的深、浅部地壳速度结构特征,进而探讨历史强震区的深部孕震构造环境.文章对两条剖面获得的P波数据进行了资料处理和解释,采用地震射线走时正演构建了沿两条剖面的二维地壳速度结构模型.结果显示:两条剖面所穿过的不同块体速度结构、地壳内部界面形态及地壳厚度等存在较大差异.其中,沿兰州-惠安堡-榆林地震测深剖面(L1)的地壳厚度由鄂尔多斯块体西缘的43.0km向西加深至祁连块体的55.9km.同时,鄂尔多斯块体速度等值线横向变化平缓,地壳平均速度为6.30km s^(-1);而祁连块体和弧形构造区壳内结构变化较为剧烈,壳内平均速度低于鄂尔多斯块体0.10km s^(-1)左右.此外,祁连块体与弧形构造区上地壳存在不连续低速层(LVZ1和LVZ2),低于周围介质速度0.10～0.20km s^(-1);鄂尔多斯块体在L2(铜川-惠安堡-阿拉善左旗地震测深剖面)和L1剖面上平均地壳厚度基本一致,均在43.0km左右起伏变化,但沿L1剖面壳内界面、速度等值线平缓,显示稳定的克拉通式地壳结构特征,而沿L2剖面壳内速度等值线变化紊乱,显示鄂尔多斯块体壳内结构具有显著区域差异.贺兰山造山带和银川盆地地壳结构呈现"隆凹"起伏变化,表现出局部挤压变形特征,且在贺兰山中-下地壳存在高低速相间的低速层,低于周围介质速度0.15～0.25km s^(-1).阿拉善块体地壳厚度为49.0km左右,该块体上、中-下地壳层内速度等值线起伏形态差异较大.沿L1、L2地震测深剖面获得的复杂地壳速度结构特征揭示了不同地块的结构差异、相互耦合关系及历史强震区的速度结构,从而为进一步研究该区强震的孕育环境和机制提供了更为精确的地壳结构约束.

爆破地震揭示的华北西部高分辨基底速度结构

利用在华北克拉通西部完成的两条高分辨折射探测剖面获得的21炮Pg波资料,在对不同构造区Pg波的运动学与动力学特征分析对比的基础上、采用有限差分反演方法构建了两剖面的基底结构模型.研究结果不仅清晰地标定了主要断裂的位置及形态,还反映出不同构造区基底埋深和速度结构的差异.鄂尔多斯地块的基底埋深在4.5~5.5 km间、起伏变化不大,且速度梯度横向变化不甚明显,结合Pg波走时平稳、追踪远等地震学现象,揭示出鄂尔多斯地块浅表沉积和基底结构比较稳定;贺兰山和银川盆地两者不仅在地形地貌上差异显著,其基底埋深从2.0~4.0 km的较大变化以及速度结构显著的横向非均匀性足以表明两者之间垂直差异运动及变形的强烈程度.银川盆地Pg波走时趋势与速度结构图像基本反映了基底局部坳陷的形态特征和新生代沉积厚、速度低的客观现象;弧形构造区地处祁连、阿拉善、鄂尔多斯三者相互作用的复杂构造环境之中,基底埋深6.0 km的巨厚坳陷与相邻仅2.0 km厚的基底隆起形成较大反差,这与印度板块和欧亚板块强烈的碰撞推挤致使在青藏高原东北缘多个构造块体交汇复合部位呈现变形强烈、极度不稳定的基底结构密切相关.鄂尔多斯块体基底呈现西深东浅特征及周缘基底强烈的横向不均匀性、挤压褶皱变形及断裂带的发育,均反映了青藏高原NE向的持续挤压运动遭到了鄂尔多斯块体的阻挡.

南华北块体及邻区地质结构构造研究进展

本文通过对前人在南华北块体及邻区所做的地质及地球物理勘探研究成果进行了综合分析,发现一些构造单元的划分、岩石圈变形机制及应力变化过程等问题存在争议,甚至同一地区不同研究者研究结果相互存在着矛盾和差异性.为此,本文对上述有差异和争议的研究进行了系统详细的调研,认为在南华北及邻区地块范围内地表地貌整体呈现隆坳相间的形态,深部构造较为复杂,从地表地势到岩石圈构造都经历了不同程度多种方式的变形和多期演化.横向上岩石圈构造在原有基础上变形调整,岩石圈厚度具有南厚北薄、西厚东薄的特点,是受到NW向和NE向两组应力作用的结果,构造主体有序分布,研究区域被两个方向的断裂切割和围陷,进而划分为不同构造单元,构造单元呈长条状间隔分布,次级构造单元内部又可划分为更小的单元,具有分层次变形特征.在演化过程中,研究区域经历了多期构造运动变形,后期运动继承并改造了先存构造,发育有切穿地壳的深大断裂,这些先存大断裂影响并控制了区域隆坳发育,在浅部分散为多条小断裂,对区域中小地震的发生具有重要的影响.本文在分析横向及纵向大地构造特点的基础上,系统梳理了区域内重要构造单元,分南北两侧调研了区内断裂的发育情况,为后续该区相关地质研究提供借鉴和有价值的参考.