佳木斯地块与松嫩地块俯冲碰撞的深反射地震剖面证据

佳木斯地块和松嫩地块是东北地区两个十分重要的地质构造单元,由于二者之间发育一套含有蓝片岩的俯冲增生杂岩-黑龙江杂岩（原称黑龙江群）,其地质构造意义长期为人们所关注.巴彦—桦南深反射地震剖面揭示,佳木斯地块与松嫩地块之间存在明显向西俯冲的深反射信息,以壳内和幔内向西倾伏的楔状反射区为特征.壳内楔状反射区东与浅表层出露的黑龙江杂岩相连,向西倾伏延深至莫霍面,是俯冲增生杂岩在地壳深部的反映;幔内楔状反射区东起小兴安岭之下的莫霍面,向西倾伏延深至松辽盆地东缘,尖灭深度约78km,与多种方法得出的该区现今的岩石圈厚度（75~80km）基本一致.这一证据充分说明佳木斯地块的岩石圈地幔向西俯冲到松嫩地块岩石圈地幔之下.

基于深反射地震剖面的沂沭断裂带岩石圈精细结构

为揭示沂沭断裂带深部结构及发生-发展过程,查清断裂切割深度及对岩石圈地幔的破坏,探讨沂沭断裂带的构造组合样式、运动方式、地壳稳定性及其对资源环境的约束作用,研究团队于2019年在沂沭断裂带南段沂南-莒县附近布设了一条长约60 km的深反射地震剖面,系统采集了沂沭断裂带和两侧地块的地震数据,对沂沭断裂带深部岩石圈精细结构进行了解剖。结果显示,该区岩石圈结构在横向上表现为以沂沭断裂带为界的块状结构特征,地壳厚度约30.8~39.5 km;莫霍面总体呈西浅东深态势,并被西倾的沂水-汤头断裂(F2)和昌邑-大店断裂(F4)错断,垂直落差达10.5 km。与浅部"两堑夹一垒"的构造组合样式不同的是,沂沭断裂带在深部剖面上表现为由沂水-汤头断裂(F2)和昌邑-大店断裂(F4)向上延伸与分叉散开的多条断裂组成"双枝状"构造组合样式。断裂带内被断层切割的界面反射波多呈向上的拱弧形,其构造形迹具有伸展、挤压和走滑并存的特征,推断这些界面为层间滑脱构造,它们指示了沂沭断裂带"多层滑移"构造运动方式。该断裂带不仅切穿了近地表、壳内地质界面,F2、F4断裂还向下切割莫霍面,深入岩石圈地幔,是深达地幔的深大断裂构造带,为地幔热物质的上涌提供了通道,对中生代的岩浆活动和内生成矿具有控制作用。地震剖面西端的铜井金矿成矿与沿F2断裂上侵的铜井杂岩体关系密切;剖面东端的火山机构保存完整,没有明显构造破坏痕迹,据此认为沂沭断裂带左行走滑主要发生在早白垩世青山期以前,其后水平滑移量应不大。从区域地质分布及地震反演结果看,昌邑-大店断裂(F4)明显将山东省分割为鲁西和鲁东两个地质构造单元,因此将其作为区域地质构造分界线是合理的。本项研究结果进一步加深了沂沭断裂带深、浅部结构的认识,为分析研究沂沭断裂带的深部过程和浅部构造响应及对资源环境的影响提供了资料约束。

三门峡断陷盆地及邻区深部结构及成因——来自深地震反射与大地电磁测深的证据

近年来,围绕三门峡断陷盆地中的油气、地热资源做了大量的工作,成因机制研究较少,严重制约了矿产资源的勘探开发。本文在前人研究工作基础上,结合野外地质调查并利用高精度深反射地震剖面、大地电磁(MT)、重磁等地球物理探测技术,对三门峡盆地进行综合研究。发现三门峡盆地主要由东、西2个负花状构造构成,西花状构造体大于东花状构造体;盆地东部边缘以观音堂隆起与洛阳凹陷相邻,观音堂隆起发育有壳内透镜状低速体,其东、西两侧均发育有规模较大的隐伏逆断层。研究区内莫霍面为大约5 km厚度滑脱层,在深反射地震剖面上表现为蚯蚓状反射特征,指示滑脱层为西向运动。莫霍面滑脱层上部与下部新发现多条弧形断层。地质与地球物理资料综合研究表明,莫霍面滑脱层的解耦作用是三门峡断陷盆地花状构造形成的主因;在不同时空构造力系作用下,形成研究区新生代全地壳旋转花状构造盆地。

深地震反射剖面探测技术发展现状

由石油地震勘探发展而来的深地震反射剖面探测技术,采用炸药震源、长排列、多次覆盖等方式接收来自地壳或上地幔的反射信号,经过去噪、校正、叠加、偏移等处理过程,可获得地壳尺度范围内的精细时间剖面,是研究深部构造特征、探讨构造演化过程的重要手段,发挥着其他地球物理方法不可替代的作用.深地震反射探测技术自上世纪由美国率先提出以来,经过几十年的发展历程,依托一系列的深部探测计划,获得了多条重要的深反射剖面,解决了包括造山带演化过程、盆地构造模式、矿集区深部构造特征等众多地质问题,得到了众多地质学家和地球物理学家的认可.目前深反射探测技术已经发展成为一种系统的、方法技术成熟的、结果可靠的深部结构探测方法,在关键地区也常常作为研究深部精细结构的先行军.我们通过总结近些年深地震反射剖面探测的实例,从采集技术、数据处理、综合解释等方面概述了深地震反射剖面探测技术取得的一系列新进展及应用,包括高精度可控震源采集技术、线条图处理技术、全波形反演技术、联合解释等.这些新技术的应用不仅有效提高了深地震反射剖面成像质量,也解决了深地震反射探测中面临的地形构造复杂、施工不便等问题,使得深地震反射探测在解决特定地区地质问题上发挥了越来越重要的作用.

横过青藏高原羌塘地体中央隆起区的深反射地震试验剖面

跨越中央隆起区的深反射地震探测试验剖面,初步揭露出青藏高原羌塘地体中央隆起区的地壳结构.探测剖面表明,羌塘地体可能具有古老的结晶基底;中央隆起区上地壳变形主要以逆冲、褶皱为主,下地壳出现北倾与南倾"对冲"的反射,揭示出印度和欧亚两大板块前缘汇聚的深部过程.

松潘地块与西秦岭造山带下地壳的性质和关系——深地震反射剖面的揭露

松潘地块位于青藏高原的东缘,处于中国大陆东西向构造与南北向构造的结合部位,特殊的构造环境使其长期控制并影响着中国大陆的形成与演化。探测松潘地块的岩石圈细结构,揭示其与东昆仑-西秦岭造山带的关系,既可为研究青藏高原东北缘板块碰撞的深部过程奠定基础,同时又关联着松潘地块的油气远景评价。2004年完成了第一条横过松潘地块北缘若尔盖盆地和西秦岭造山带的长约257km的深地震反射剖面,首次揭露出若尔盖盆地和西秦岭造山带岩石圈的细结构,发现若尔盖盆地和西秦岭造山带同属统一的稳定的大陆地块,并且下地壳均以北倾的强反射为主要特征。这种北倾的反射为松潘地块向西秦岭下地壳俯冲提供了地震学证据。近于平坦的Moho反射特征反映出西秦岭造山带在造山后又经历了强烈的伸展作用。

松潘地块若尔盖盆地与西秦岭造山带岩石圈尺度的构造关系—深地震反射剖面探测成果

若尔盖盆地和西秦岭造山带作为青藏高原东北缘典型的新生代盆山构造,其接合部位的岩石圈结构及其深部构造关系为青藏高原东北缘板块碰撞的深部过程等研究奠定基础。横过盆山结合部位的深地震反射剖面长约63km,记录时间30s(TWT),探测深度超过莫霍面深达岩石圈地幔。该剖面首次揭露出青藏高原东北缘的盆山结合部位地壳和上地幔盖层的结构,发现了若尔盖盆地和西秦岭造山带下地壳以北倾为主的强反射特征,这种北倾的反射特征提供了若尔盖盆地俯冲到西秦岭造山带之下,而西秦岭造山带逆冲推覆到若尔盖盆地之上的地震学证据,初步揭示出若尔盖盆地和西秦岭造山带在挤压构造体系下形成的岩石圈尺度的构造关系,近于平坦的Moho反射特征反映两者在造山后期又经历了强烈的伸展作用。

唐山地震区地壳结构和构造:深地震反射剖面结果

1976年7月28日,在唐山地区发生了7.8级大地震。为了研究该区的地壳结构和断裂的深浅构造关系,2009年,我们在唐山市南部的丰南地区,跨唐山断裂带完成了1条道间距40m、炮间距200m、50次覆盖的深地震反射探测剖面。结果表明:研究区的地壳厚度为32～34km,莫霍面自东向西逐渐加深,在丰南县和宣庄镇之间,中-下地壳反射和壳幔过渡带反射均被唐山深断裂错开,断裂两侧的莫霍面发生错断,显示出唐山深断裂的走滑作用。反射剖面揭示的唐山断裂带是一条规模较大的陆内走滑断裂,浅部表现为典型的花状构造,在深部切割和扰动了下地壳物质和壳幔过渡带。这种深、浅共存的断裂构造体系是控制该区地震孕育和发生的重要因素,也是唐山地震区的深、浅构造背景。

深地震反射剖面揭示的海原断裂带深部几何形态与地壳形变

由于活动的青藏高原不断的隆升和推挤作用,在西南向东北的推挤作用和周缘块体的阻挡以及东北缘内部块体挤压形变的作用下,形成了多个走向不同的青藏高原东北缘构造体系.新生代构造变形和地震活动强烈,区内分布多条大型深断裂带.海原断裂是青藏高原东北缘发育的弧形活动断裂带中规模最大、活动最为强烈的一条左旋走滑型断裂带,是重要的大地构造区边界,也是控制现今强震活动的活断层.本文利用2009年完成的高分辨率深地震反射剖面的北段资料,对其进行初步构造解释,揭示出海原断裂带的深部几何形态和其两侧地壳上地幔细结构.结果显示海原断裂并不是简单的陡立或者较缓,其几何形态随着深度变化.在海原断裂之下的Moho并未错断的反射特征显示海原断裂并不是直接错断莫霍面的超壳断裂.海原断裂带及两侧岩石圈结构和构造样式的研究为探讨青藏高原东北缘岩石圈变形机制提供地震学依据.

庐-枞金属矿集区深地震反射剖面解释结果——揭露地壳精细结构,追踪成矿深部过程

深地震反射剖面揭示了庐枞矿集区全地壳的精细结构,在研究火山岩盆地的深部构造、探讨成矿深部过程等方面取得了新认识。从长江至大别山下,Moho由30km左右加深至33km左右,罗河矿下方Moho错断大约3km。庐枞火山岩盆地是一个沿着罗河断裂向东发育的"耳状"非对称盆地,并不存在另外一半隐伏在红层之下的盆地。罗河铁矿对应Moho错断处,处在构造的转换带上。罗河断裂之下存在近于透明的弱反射区域,可能是地幔流体和岩浆上涌、喷发的通道。郯庐断裂、罗河-缺口断裂、长江断裂是庐枞地区的三个重要断裂。郯庐断裂带为不对称花束状构造,近于直立,切穿地壳。小岭矿与龙桥矿可能产出在一个隆起的火成岩体的两翼。

深地震反射剖面揭示的天山北缘乌鲁木齐坳陷地壳结构和构造

已有活动构造研究结果表明，天山北缘具有典型的大陆内部活动构造特征，表现为多排平行山体的背斜和逆断裂.为了研究乌鲁木齐坳陷区的地壳细结构、主要断裂展布和深、浅构造关系，2004年底，在乌鲁木齐西部的天山与准噶尔盆地之间的过渡带上，完成了一条近SN向的长度为78 km的深地震反射探测剖面.结果表明，该区地壳以双程走时9-10.5 s左右的强反射带为界分为上地壳和下地壳，上地壳厚约26-28 km，下地壳厚约23-25 km.双程走时5 s以上，反射层位丰富，构造形态清晰，且在剖面横向上具有明显不同的构造特征；在西山以南的区域，为一系列近东西向展布、南北向排列的逆冲背斜构造和一组自南向北逆冲的断裂，它们在深部均受到滑脱带的控制；在西山和王家沟一带，为一套向北陡倾的反射层系和一组沿层间滑动的断裂；剖面北部显示出了典型的沉积盆地图像，沉积盆地最深处约为10-12 km.双程走时6-9 s之间，为一些延续长度较短、反射能量较弱、且无规律可寻的凌乱反射，表明这部分地壳结构具有明显的“反射透明”性.Moho过渡带出现的时间位于双程走时14-17 s，对应壳幔过渡带厚度约为9-10 km.本区Moho面自北向南逐渐加深，剖面北部其深度约为50-52 km，在靠近北天山附近，其深度约为54-55 km.在剖面中部的西山附近，上、下地壳分界面反射和Moho过渡带反射变得模糊，且浅部地层还出现隆起和褶皱，推测与准噶尔盆地和天山的挤压过程有关.

北京地区地壳精细结构的深地震反射剖面探测研究

长度100 km、NW向穿过三河-平谷8.0级地震区和北京地区主要断裂构造的深地震反射剖面,揭示了该区地壳精细结构图像和断裂的深浅构造特征.结果表明,该区地壳以TWT6-7 s左右的强反射带为界分为上地壳和下地壳,上地壳厚约18-21 km,下地壳厚约13-1 5 km.剖面TWT3-4s以上,反射层位丰富,构造形态清晰,且在剖面上具有明显不同的构造特征;在三河平谷地震区以西,剖面揭示了2-3组反射能量较强的反射震相和一系列错断基底面的断裂,在三河-平谷地震区以东,为一套自东向西倾伏的密集强反射层,这套反射具有典型的沉积盆地特征,盆地最深处约为8-9 km.剖面揭示的地壳深断裂倾角陡直,该断裂切割、扰动了下地壳物质和壳幔过渡带,向上延伸至上地壳,将地壳深部构造与浅部断裂联系在一起,构成了该区最主要的深浅构造特征.

青藏高原松潘—西秦岭—临夏盆地深地震反射剖面——采集、处理与初步解释

由于印度洋板块向亚欧板块俯冲使青藏高原不断隆起,其形成不仅导致了亚洲大陆内部强烈的晚新生代构造变形,还对其边缘地区的地貌格局产生重大影响.青藏高原东北缘是青藏高原向北东方向扩展的前缘部位,是印度与欧亚两大板块碰撞作用由近南北方向向北东、东方向转换的重要场所.本文利用2004年和2008年完成的深地震反射剖面资料,采用关键处理技术和参数开展唐克-合作剖面与合作-临夏剖面联线处理,获得总长约400km的深地震反射剖面,完整揭示了西秦岭造山带及其两侧盆地的地壳结构和构造变形样式.结果显示西秦岭造山带下地壳向若尔盖逆冲推覆的深部构造特征;西秦岭下地壳北倾的强反射及其北侧南倾的强反射特征揭示出扬子与华北两个大陆板块在西秦岭造山带下的汇聚行为.Moho的埋深和起伏形态表明青藏高原东北缘地壳经历了高原隆升后强烈的伸展减薄作用.

青藏高原东北缘岩石圈缩短变形——深地震反射剖面再处理提供的证据

青藏高原是由印度板块和亚洲板块于50～60Ma碰撞而形成的全球最高最大的高原,已成为多数国内外学者的共识。然而,关于它的岩石圈变形机制却是长期争论的问题。深地震反射剖面是精细揭示岩石圈结构、分辨变形样式的有效技术。重新处理的松潘地块-西秦岭造山带深地震反射剖面揭示出岩石圈变形的细节,以地壳上部的双重逆冲构造、地壳中部一系列近水平拆离断层的叠置和地壳下部莫霍面的重叠为主要特征,展现出青藏高原东北缘岩石圈变形以缩短变形为主要机制。横向上上千公里展布的大规模左旋走滑的昆仑断层,自地表向下陡倾延伸到地壳中部的叠瓦状逆冲构造之上,在埋深约35km处被近水平的拆离层所截断。本次研究建立的岩石圈垂向构造图也展现出西秦岭造山带与若尔盖盆地岩石圈尺度的构造关系。

银川地堑地壳挤压应力场:深地震反射剖面

银川地堑位于南北地震带北段,地质结构复杂,活动构造发育.为了调查银川地堑的构造特征及断裂分布情况,布设了NW向跨银川地堑的深地震反射剖面,首次获得银川地堑地壳的精细结构.结果表明,银川地堑具有典型的拉张挤压型沉积盆地特征,上地壳反射连续性好,层位丰富,能量强,断裂发育.下地壳和莫霍面记录了挤压与拉张的发展过程.莫霍面呈密集反射层,横向不连续,深度变化较大,最深处位于剖面的中部.剖面西段的地壳反射呈现弯曲状特征,剖面中部地壳包含"扁豆状"的反射形迹.这可能记录了晚三叠世以来,银川地堑受到来自西部的挤压作用.剖面东段的下地壳和莫霍面反射都被黄河断裂带错开,断裂两侧莫霍面发生错断,显示出黄河断裂带深部的走滑拉张作用.深地震反射剖面也揭露出贺兰山东麓断裂带和黄河断裂带是控制盆地的两个最主要深部断裂.贺兰山东麓断裂带切穿了上、中地壳地层.黄河断裂带是一个规模巨大的陆内走滑断裂,浅层表现为一个典型的花状构造,延伸至下地壳,切穿莫霍面.地堑逆冲推覆带与剖面中、西部地壳形态表明该地堑从盆地到基底都受到来自西南方向的区域挤压应力场作用.探讨了银川1739年8级地震的成因以及银川地堑的良好的油气远景.

深反射剖面揭示的芦山7.0级地震发震构造

芦山地震发生在龙门山断裂带前缘.关于芦山地震的发震断层,有的认为是前山断裂——双石—大川断裂,有的认为是山前断裂——大邑断裂拟或其他隐伏断裂,发震断裂究竟是哪条断裂以及芦山地震是不是汶川地震的余震?目前仍存在较大争议.震后穿过芦山地震区完成了一条长近40km的深地震反射剖面,以确定芦山地震的发震构造.反射剖面显示浅部褶皱和断裂构造发育,在上地壳存在6条逆冲断裂,下地壳存在一条非常明显的变形转换带,在深度16km左右还存在一个滑脱层,浅部的6条断裂最终都归并到该滑脱层上.参考主余震精定位结果,芦山地震的发震断裂应该是位于双石—大川断裂和大邑断裂之间的隐伏断裂F4,F2和F3断裂受控于发震断裂而活动,形成剖面上"Y"字型余震分布现象.隐伏断裂F4属山前断裂,不是前山断裂,因此芦山地震不是汶川地震的余震.

深地震反射剖面揭示的渭河盆地西安坳陷的地壳精细结构

2005年,跨西安坳陷完成一条NW方向,69km长的深地震反射剖面,首次获得该区域的地壳精细结构、主要断裂展布和深、浅构造关系图像.地震反射CMP叠加时间剖面显示,以反射事件C为界,地壳被分成上下两部分.上地壳由多组近水平反射带组成,具有分段连续性好、局部存在反射带明显错断或形态突变等特征,清晰地刻画出西安坳陷新生代沉积分层、坳陷底界、渭河断裂带、临潼—长安断裂带和秦岭山前断裂带的几何形态和关系.反射事件C是结晶地壳内宽度约0.5s的反射带,最深处位于桩号30km,底界约6.5s,向西北缓慢抬升至5.5s,向南东迅速抬升至5.5s.下地壳有两个明显的反射事件RA、RB:RB是位于桩号40～47km之间的局部反射团,而RA为宽度约2s、向坳陷倾斜的反射带.以桩号38km为界,反射Moho形态截然不同,而且出现了显著的错断:大桩号方向,反射Moho为位于双程走时11～14s水平的反射分段连续的过渡带,宽度约3s;小桩号方向,反射Moho为一宽度约2s、并向大桩号倾斜的反射分段连续的过渡带,其形态和反射事件RA相同.根据地震波速度资料,求得这几个反射带顶界的深度分别为:10.5～13.5km(反射带C)、20.3～21.5km(反射带RB)、16.8～34.3km(反射带RA)和32～36.7km(反射带Moho)左右.作者认为形态一致的反射事件RA和反射Moho很可能是古秦岭洋向华北地台俯冲的遗迹.此外,西安坳陷内错断新生界深达反射事件C的渭河和临潼—长安断裂带和莫霍错断的存在,表明该地区地壳现今活动性很强,是未来强震发生值得注意的地区.

西南天山—塔里木盆地结合带浅深构造关系——深地震反射剖面的初步揭露

盆山结合部的浅-深结构样式是进行陆内造山动力学研究与讨论的重要依据.2007年,在喀什东的天山与塔里木盆地之间的过渡带上,完成了一条近南北向的长度为121km的主动源深地震反射剖面,显示出盆山结合部现今地壳尺度的构造格架.剖面南部呈现出10～12km巨厚的沉积盖层,沉积盖层内发育滑脱断层;盆山结合部多排隆起构造以及天山山前上地壳显现出向北倾斜的断裂与地表地质观察吻合;盆山结合带展现出滑脱与逆冲推覆构造相关的断层褶皱;与塔里木盆地稳定沉积层相比,在南天山浅、中层地层受到强烈的变形改造,导致地层比较破碎,反射变弱、连续性较差;时间剖面上可以追踪到比较连续的Moho反射,从南向北有加深的趋势.深地震反射剖面揭露出的西南天山与塔里木盆地的这些浅-深构造,展现出塔里木盆地盖层向南天山滑脱与南天山向塔里木盆地逆冲推覆的特征,反映出陆内汇聚下的盆山耦合关系.

大别山造山带前陆深地震反射剖面

在大别山南部和扬子地块前陆实施的深地震反射剖面(140 km)揭示出大别山造山带前陆地壳的精细结构。总体北倾的地壳内部结构与向北缓倾的叠瓦状莫霍面反射揭示出扬子陆块向北俯冲的行迹。莫霍面向北插入大别山造山带下与南大别山地壳内南倾反射震相叠置,构成交叉反射图像,刻画出扬子前陆与大别山造山带的碰撞构造面貌。