由宽角反射地震资料重建壳幔反射结构的相似性剖面

针对人工源宽角地震测深中炮点与接收点稀疏的特点 ,利用几何散射理论进行壳幔散射体的相似性剖面成像 ,利用互易性原理计算散射体相似性成像的时间条件 ,研究基于宽角反射地震资料重建壳幔反射结构的相似性成图方法 .其中 ,成像点的时间采用快速、高精度的程函方程求解技术 .利用该方法处理东南陆缘区宽角反射剖面实际资料 ,结果表明 ,较之壳幔反射结构的CDP成图技术 ,相似性成图方法具有提高反射同相轴横向连续性的能力 .

宽角反射地震波走时模拟的双重网格法

在研究地壳结构的人工源宽角反射地震资料解释中,常规宽角反射波走时和射线路径计算大都假定地壳模型为层状块状均匀介质.为了逼近实际地壳结构模型,要求模型尺度较大,为了提高地震资料解释的可靠性,须减小模型离散单元的尺寸,但同时计算量大大增加,使资料解释的效率较低.为此,本文尝试同时提高宽角反射地震资料解释效率和可靠性的方法,即使用双重网格计算宽角反射地震波走时和射线路径的最小走时树方法.双重网格法在均匀介质内部仅计算大网格节点,在速度变化点、震源点和检波点区域,同时计算小网格节点;在界面边界点使用比介质内部节点更大的子波传播区域.模型计算结果表明,对于大尺度的层状块状均匀介质模型,在保证精度的条件下,本文所提出的双重网格射线追踪方法的计算效率比单网格方法显著提高.

华北克拉通地壳结构研究——长观测距地震测深剖面的结果

华北克拉通是当今世界最古老的克拉通之一，其自18亿年前克拉通化之后至早中生代，一直保持相对稳定，并保存有巨厚的太古宙岩石圈根。自中生代以来，华北克拉通东部经历了一系列的构造隆升和伸展运动，东部的岩石圈已经被强烈改造和破坏。近年来，相关研究表明，华北克拉通东部岩石圈地幔不仅减薄了100多千米，而且其物理化学性质也发生了相应的变化，同时，华北克拉通本身具有的稳定性也遭到了破坏。其中，天然地震台阵探测、重力和地球化学等研究在华北克拉通破坏的研究中获得了丰富的成果。华北地区也开展了丰富的人工地震探测。然而，受观测技术的限制，剖面长度通常均小于400 km，有效观测距离一般小于200 km。2009年，中国地震局地球物理勘探中心在国家自然科学重大计划的资助下完成了一条总长1530 km的宽角反射/折射剖面，该剖面是迄今为止唯一一条东西向贯穿华北克拉通的超长距人工源宽角反射/折射地震剖面，最大有效观测距离超过600 km，为华北克拉通的研究提供了良好的数据支持。本研究利用该超长剖面获得的11炮记录，通过带通2～10 Hz带通滤波、走时拾取、互相关到时拾取误差分析等技术，共提取2215个初至波到时和757个PmP反射波走时。

塔里木盆地冷盆热改造的地震学证据

塔里木盆地是我国最大的沉积盆地,对我国油气战略选区具有较大的意义.自震旦系成盆以来,塔里木盆地表现为一个低温的冷盆.在覆盖全盆的20条地震长剖面上,识别出83处特殊的地震反射结构,其特征为同相轴向上凸起呈尖角状,形态为直立或近直立,故名地震反射尖角直立结构.共识别出四种基本类型的地震反射尖角直立结构,平缓型、正常型、巨幅型、刺穿型,两个形态基本一致的基本型紧邻而组合为双相位型,两个或多个不同类型、不同形态的集中于某处则构成复合型.平缓型、正常型、巨幅型、刺穿型依次反映了变形增强的序列,理想状态下该反射结构由深至浅存在从刺穿型至平缓型的渐变序列,故基本类型的划分只是反映某处地震反射尖角直立结构的整体形态特点.地震反射尖角直立结构部位可能发育火成岩,与盆内钻遇火成岩钻井平面分布具有较高的相关度.地幔物质上涌至岩石圈,巨大的上拱能量造成了地层的变形,叠加构造因素的改造,地震反射尖角直立结构正是这一系列作用于地震反射上的响应.地震反射尖角直立结构是"热上涌"作用的产物.有机质的成熟、油气藏的形成和破坏与盆地热作用关系密切,对照塔里木盆地已有的油气田与"尖角直立"地震反射结构的平面分布,发现二者具有较高的相关性.地震反射尖角直立结构所反映的"热上涌"现象,促进了塔里木盆地"冷盆"背景下丰富油气资源的形成.

帕米尔东北侧地壳结构研究

1998年在帕米尔东北侧伽师及其周边地区完成了两条深地震宽角反射 折射剖面 .结果表明 ,西昆仑、塔里木和天山在地壳速度结构、构造特征上显示出较大差异 .塔里木块体具有稳定地块的地壳结构特征 ,地壳平均速度较高 (6 .5km s) .向南进入西昆仑 ,地壳明显增厚 ,厚度可达 70km左右 ,且地壳平均速度偏低 (6 .0— 6.2km s) ,偏低的地壳平均速度主要来源于相对低速度的下地壳结构 ,反映了西昆仑褶皱系下地壳介质的特征 .向北进入天山后 ,地壳同样明显增厚 ,但增厚的程度低于西昆仑下 ,约为 50— 55km .天山地壳同样具有明显低的平均速度 (6.2km s) ,显示了天山地壳相对“软”的特征 ,但天山地壳偏低的平均速度来源于广泛分布于中地壳的低速度层和速度偏低的下地壳 .在印度块体向北强烈推挤的作用下 ,该区地壳遭受强烈的不均匀变形 ,塔里木块体向南插入西昆仑下 ,向北插入天山下 ,形成了该区强烈地震频繁发生的深部构造环境 .

上海地区地壳精细结构的综合地球物理探测研究

通过在上海地区开展深、浅地震反射、地震宽角反射／折射、高分辨地震折射和大地电磁测深等联合剖面探测，获得了该地区近地表至Moho面的精细速度结构、电性结构和深浅构造关系．结果表明，该地区地壳可划分为上、中、下三个组成部分．其中，上地壳厚为12～14km，波速为5．7～5．9k/s；中地壳厚度约为10km，波速为5．9～6．2km/s；下地壳厚为10～11km，波速为6．2～6．3km/s，Moho面深度约为32km．剖面浅部地质构造复杂，共解释出12条特征明显的断裂．其中，除3条断裂错断结晶基底（G界面）并向下延伸至上地壳底界面外，其他断裂均在深度3～5km以上终止或收敛于G界面之上．此外，仅在剖面西侧基底下部约13～15km埋深处发现一厚度在2km左右的壳内高导层．所以，在综合各方面资料后分析认为，在剖面经过地区不存在发生大地震的深部构造条件，近地表所存在的活动断层是未来产生对该区有影响地震的震源区．

华北地区地壳P波三维速度结构

1968年邢台地震以后的30余年中,中国地震局系统先后在大华北地区布置30余条、近20000km的人工地震宽角反射/折射深地震测深(DSS)剖面,用以研究地壳及上地幔顶部的速度结构,取得了大量研究成果.但以往的研究明显的不足是未能形成华北区域性的地壳三维速度结构模型,从大区域的角度为研究华北地区地壳深部构造特征提供地震学方面的依据.因此,在现已发表的DSS剖面资料的基础上,选择了14条测线的资料,利用地理信息系统(ARC/INFO)的"矢量化"功能,以及克里格数据网格化技术构建华北区域性的地壳三维速度结构模型,从而对华北研究区内地壳三维速度结构的特点得到如下认识:(1)华北地区地壳表层P波速度变化幅度大,平面结构较复杂,大体上划分为相间排列、走向趋势以北西向为主的3个速度区.海河平原和渤海湾的低速带是研究区范围内速度最低的低速区.资料的情况说明,研究区内沉积盖层的地质构造与上地壳构造之间虽有一定继承性,但也存在较大差别.(2)总体上看,在华北研究区内地壳的P波速度随深度增大而增大,但局部地区出现速度倒转的现象,东区的海河平原低速异常逐渐消失,而西区的山西地堑则以相对低速异常特征为主.区内地壳以太行山脉为界,划分为东、西两区;东部和西部,结晶基底以上地层的构造方向不完全一致;东部的黄淮海地块,区域构造以北东向为主,而西部包括山西地块和鄂尔多斯地块东缘,其构造方向则以北西向为主.(3)根据莫霍面的形态特征,研究区地壳可大致划分为6个区块;在山西地块范围内,莫霍面呈近南北向的凹陷带,地壳厚度大;内蒙古地块南缘和燕山地块南部,莫霍面表现出褶皱带的构造特征,其延展趋势为近东西方向;鄂尔多斯地块东缘,莫霍面构造相对复杂,呈近北西向凸、凹相伴的褶皱;黄淮海地块(华北裂谷带中、北部)为莫霍面隆坳区,隆、坳相间排列,构造较复杂,但从整体上看,这是全区莫霍面最浅的隆起区段;鲁西台背斜主要为莫霍面断陷区,其断陷带沿枣庄—曲阜一线向北西方向延伸.

福州盆地及邻区地壳精细结构的深地震反射与高分辨率折射及宽角反射/折射联合探测研究

福州盆地及其邻区地处中国大陆东南沿海地震带北端.通过在该地区开展了中国第一条高分辨率地震折射、宽角反射/折射和深地震反射联合剖面探测,获得了该地区近地表至Moho面的精细速度结构和几何结构及其深浅构造关系图像.结果表明,该地区地壳厚约32km,具有明显的分层结构特征,可分为上地壳和下地壳2个组成部分.上地壳介质速度为5.9～6.2km/s,在埋深10～15km之间存在厚3～4km的弱低速层(体);下地壳介质速度介于6.3～7.27km/s之间,Moho面上部厚约3km范围内为一个强速度梯度层,速度从6.5km/s增加到Moho面上界面的7.27km/s;福州盆地及其邻区近地表至浅部高角度正断层发育,但规模较小,延深浅,是缓倾正断层上盘发育的次级反向正断层,发震能力有限;而长乐—诏安断裂带至滨海断裂带下部存在着切割上、下地壳分界面和Moho面的高倾角深断裂,具有发生中强以上地震的深部构造环境,是未来产生对福州市有影响地震的震源区.这一成果大大提高了中国东南沿海地震带深部构造的探测精度,在东南沿海地区首次发现上地壳的张性构造及铲式正断层组合特征,并在深浅部构造组合方面首次取得了统一的解释结果,深化了东南沿海地震带的深部动力学过程的认识,同时在深部地震探测方法综合应用方面对其他地区具有借鉴意义.

漳州盆地及其邻区地壳深部结构的探测与研究

漳州盆地及其邻区地处我国大陆东南沿海地震带中段。通过该地区高分辨率折射及宽角反射，折射地震探测剖面，获得了该区地壳几何结构与速度结构、地壳深浅部断裂的几何形态和构造关系等。结果表明，该区地壳分为上地壳和下地壳。上地壳的厚度为16．5～18．8km，下地壳厚度为12．0～13．0km。上地壳分为上下两部分。在上地壳下部有一个低速层，速度约为6．00km／s，低速层顶面深度为12．0km左右，厚度约为5．0km。下地壳也分为上下两部分。Moho界面的深度为29．0～31．8km。该区6条地壳浅部正断层大部分向地下延伸深度不超过4km，最大延伸深度达5km左右。据推测，浅部正断层下方有一条高倾角地壳深断裂带，该断裂带向下断至Moho面，向上断至上地壳下部低速层中。深浅部断裂构造不相连接。漳州盆地深浅部构造组合特征表明，九龙江断裂带是该区内一条特征明显、具有复杂深浅构造背景的深断裂带。这一深地震探测成果的获得，使得该地区深部资料解释的可靠性和探测精度比以往显著提高；对深浅部构造的组合可作统一解释，地壳的分层和结构特征更为确切和精细；首次发现上地壳的拉张性构造及铲式正断层组合特征，不仅有助于对漳州及其邻区地震危险性的综合判定，而且对深化东南沿海地震带深部动力学过程的认识具有重要意义。

六盘山断裂带及其邻区地壳结构

新生代期间,中国大陆西部受印度一欧亚板块碰撞和青藏高原隆升影响,以地壳缩短、增厚、陆内造山和强烈地震活动等为主要特征.在青藏高原东北边缘,高原物质侧向移动被鄂尔多斯地块所阻,在六盘山地区发育了一系列左旋斜冲断裂.断裂带周缘构造变形强烈,地震活动频繁,是研究青藏高原横向扩展控制大陆内部弥散变形的理想场所.本文对穿越青藏高原东北缘一六盘山断裂带一鄂尔多斯地块的宽角反射与折射地震资料使用层析成像和射线反演算法进行成像,获得了研究区地壳速度结构模型,其结果反映出六盘山断裂带两侧地壳结构、构造特征差异显著:1)上地壳层析成像结果显示鄂尔多斯盆地一侧地壳上部速度较低,等值线呈近水平状,具有典型的沉积盆地特征,而青藏高原东北缘一侧上地壳速度相对较高,横向变化剧烈,呈褶皱状,二者的分界为海原一六盘山逆冲走滑断裂;2)全地壳射线反演结果显示鄂尔多斯地块地壳速度梯度大,下地壳底部速度高由铁镁质物质组成,具有典型稳定古老克拉通的特征,青藏高原东北缘地壳速度总体较低,主要由长英质及长英-铁镁质过渡物质组成,具有典型造山带的特征,而六盘山断裂带下方地壳速度结构复杂,层面呈拱形,部分层出现速度逆转,为两个构造单元的接触过渡带;3)青藏高原东北缘一侧地壳厚度~50 km,鄂尔多斯地块地壳厚度~42 km,六盘山断裂带下方莫霍面发生叠置,揭示出青藏高原东北缘、鄂尔多斯地壳在六盘山下汇聚,较薄且刚性的鄂尔多斯地壳挤入较厚且塑性的青藏高原东北缘地壳中的构造模式.

琼东北及雷州半岛深地震测深剖面Pg波资料处理结果--用地震波前成像和射线数分布分析法

本文用地震波前成像和射线数分布分析法对上世纪80年代在琼东北及雷州半岛地区完成的三条宽角反射/折射地震剖面的Pg波资料进行了处理,得到了三条测线下方的上地壳顶部P波速度结构及基底的空间展布形态特征.结果显示研究区域表现出较复杂的上部地壳结构特征,浅部P波速度结构的高、低速区域分别与地质构造上的一些凸起和凹陷相对应,用射线数分布分析法所显示的基底结构及形态特征与地震剖面穿过区域的地质构造有较好的对应关系,测线穿过的一些断裂下方P波速度结构表现为强烈的横向非均匀性.

三江地区地壳结构及动力学意义:云南遮放-宾川地震反射/折射剖面的启示

位于中国云南省的三江地区的断裂主要包括金沙江-红河断裂、澜沧江断裂和怒江断裂(三江断裂带). 通过解释跨过滇西构造域中腾冲与保山地块的遮放-宾川宽角反射/折射地震剖面, 文中以地震波旅行时层析成像方法获得了地壳纵波速度结构, 以地震散射成像方法获得地壳反射结构, 从而重建了研究地区的地壳、上地幔反射结构. 给出的研究区地震P波速度和反射结构图像表明:该剖面的地壳结构可以划分为3个块体, 各块体间地壳速度与反射图像具有明显差异, 保山段地壳速度较东西两段为低, 莫霍界面反射强. 该地区地壳厚度为40 km左右, 并具有从西向东增厚的趋势. 腾冲南, 即剖面上80～115 km地段, 在8～10 km深处存在一组亮点形式的强反射带, 莫霍界面反射波场在横向变化明显. 对三江断裂地带地壳增厚的方式, 地震孕育的构造环境及腾冲、保山地块、潞西海槽之间的接触关系等问题进行了讨论.

冈瓦纳型和扬子型地块地壳结构:以滇西孟连-马龙宽角反射剖面为例

滇西孟连-马龙宽角反射地震剖面切过保山地块(冈瓦纳型),思茅地块和扬子地块(扬子型)西南部.通过解释宽角反射地震资料,获得了这3个地块与昌宁-孟连和墨江缝合带的壳/幔纵波速度结构及相应的地壳和上地幔反射结构图像.结果表明:思茅地块的地壳P波速度较之保山和扬子地块西南部低,地壳厚度由保山地块、思茅和扬子地块西南部逐渐增厚.这三个地块的地壳反射图像也具有明显的差异.冈瓦纳型地块内上地壳反射发育,而中下地壳反射很弱.扬子型地块内地壳反射发育.思茅与扬子地块西南部反射图案有明显的特殊性.研究区地壳厚度为40km左右.最后对滇西三个地块的地壳增厚的方式、地震孕育的构造环境冈瓦纳型和扬子型地块的相互作用进行了讨论.

藏北地壳东西向结构与“下凹”莫霍面——来自宽角反射剖面的启示

根据藏北色林错-雅安多510余公里长地震剖面上纵横波特征所识别的来自于莫霍反射及壳内反射震相,通过正演拟合解释了该纵剖面地壳纵横波速度与Poisson比结构.研究结果显示,雅鲁藏布江与班公湖-怒江两条缝合带之间地壳结构东西向变化剧烈,岩石圈结构在剖面中部厚度最深,达到80余公里;莫霍面东西向变化呈现“下凹”特征,自莫霍面“下凹”处沿剖面东西方向呈阶梯状抬升,且西向抬升速度较东向大;地壳内纵横波速度纵向（深度域）与横向（东西方向）均存在非均一性现象,且上地壳内27～34km深度处存在厚度约5～7km的低速层.上地壳内,剖面中段介质的Poisson比较剖面东段与剖面西段的低;下地壳内,剖面东段的Poisson比较剖面西段的Poisson比低.上地壳内介质的刚性变化特征不同于下地壳内介质的刚性变化特征,剖面东段下地壳内物质较剖面西段的刚度小,并蕴含着藏北地区下地壳物质伴随欧亚与印度板块碰撞而东向流动.藏北地区地壳结构东西向变化趋势与莫霍面“下凹”特征可能源于多期构造作用的叠加效应.

天然地震形成的一种机制:地壳结构不稳定性

对于天然地震的成因研究多关注于板块相互作用以及流体、断裂等因素.震区地壳结构本身的不稳定性是发生地震的重要因素.伽师地区位于塔里木盆地西端,为塔里木地块、天山造山带、西昆仑造山带、帕米尔构造结的交接部位,具有典型的地壳结构不稳定性,地震频发.地震宽角反射/折射、近垂直反射等地震资料显示伽师地区地壳结构具有特殊的不稳定性.地震宽角反射/折射资料提供了盆地约75 km以上的二维速度结构剖面,地壳速度结构较为复杂,可以识别出高速块体和低速块体相间与堆叠的形态.近垂直地震反射剖面展示了20 s双程到时深度以上更为精细的结构特征,盆地盖层为成层性较好的反射,反射事件C,D构成了地壳之下的稳定带,而反射事件A,B,E则为地壳不稳定结构.建立了伽师地区地壳结构不稳定性的模型,地壳高速块、低速块(即刚性强、弱)相间并堆叠构成的不稳定带置于反射事件C,D构成的稳定带之上,挤压作用与近垂直的隐伏断裂加剧了这种不稳定性.地壳结构不稳定是导致天然地震的重要因素,同样表现存在于日本列岛以及鄂尔多斯盆地等地.

塔里木盆地北缘的深部结构

拜城-大柴旦人工地震宽角反射/折射剖面穿过了塔里木盆地北缘的库车坳陷和塔北隆起两个构造单元.利用该剖面上的拜城、库车、轮台和库尔勒4个爆炸点的地震资料,通过二维横向非均匀介质条件下的射线追踪与理论地震图计算,获得了塔里木盆地北缘地壳与上地幔顶部的二维速度结构与构造.结果表明,库车坳陷与塔北隆起的地壳分层具有统一性,但界面深度、地壳厚度以及速度分布沿剖面变化明显,其中地壳厚度的变化主要体现在中地壳与下地壳.在库车坳陷的拜城以及塔北隆起的轮台爆炸点附近莫霍面抬升,使地壳分别减薄为42和47km.地壳最厚处是库车坳陷与塔北隆起的转换部位,地壳厚度达52km.此处的上、下地壳内分别发育壳内速度异常体,其中上地壳表现为高速异常,下地壳发育低速异常体,它们几乎分布在同一垂线上,相应位置的盖层较厚.根据地壳的速度结构与构造,可将剖面划分为库车坳陷、塔北隆起和两者之间的过渡带3个部分,每一部分都有自己独特的速度变化特点、基底结构形式和深浅部构造关系.塔里木盆地北缘地壳与上地幔顶部速度结构与构造在东西向的差异可能意味着塔里木盆地向天山造山带俯冲消减的速度和强度的不同,引起天山造山带的构造分段.