郯庐断裂带苏皖段重力变化的多尺度分解与构造活动分析

基于多期绝对重力与相对重力联测资料,获取不同时空尺度的郯庐断裂带苏皖段及周边地区重力场动态变化,采用小波多尺度分解方法计算不同深度的重力变化,结合区域地质构造,从深度层次的横向变化与时间尺度的纵向变化2个方面进行分析。结果表明,研究区重力变化主要由中、上地壳密度变化或断裂构造活动引起。沿郯庐断裂带苏皖段走向断裂活动分布不均,受周边深大断裂带交切作用的影响表现出明显的分段活动特征。淮阴-响水口断裂、滁河断裂等深大活动断裂带构造活动对局部重力变化具有一定的控制作用,沿断裂带走向分布有明显的重力变化梯度带;郯庐断裂带郯城-泗县段、大别山构造带霍山-六安及江苏溧阳-镇江地区在小波细节动态变化中存在重力变化梯度带异常区,但强度不高,考虑到多条深大断裂交切于此,后期需要重点关注。

郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区地壳速度结构

郯庐断裂带是我国东部规模最大的深断裂带.为了揭示该断裂带的深部结构,本文利用江苏、安徽、山东、上海和浙江地震台网记录的近震到时资料,对8700个地震事件重新精确定位,进而开展了多震相地震走时成像法反演地壳速度结构.通过分析郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区三维地壳速度结构图像,发现(1)研究区内不同构造块体具有差异明显的地壳速度结构,即下扬子断块总体速度偏低,华北断块速度高于下扬子断块,大别断褶带和苏鲁断块整体速度最高;(2)在上地壳5～15 km内苏鲁超高压变质岩带的P波速度明显高于其他地区,中地壳速度与周围区别不大,但下地壳该区域速度电较高;(3)在20～25 km深度范围内,30°N～36°N,115°E～124°E间显示为低速异常区,研究区内发生的中强地震与该低速异常区分布有较强的空间对应关系;(4)莫霍面总体呈现西深东浅,南深北浅的形态;(5)研究区内沿郯庐断裂带速度结构呈现分段性,反映了不同构造块体间的速度差异,郯庐断裂带具有明显的构造块体边界特征.

郯庐断裂带鲁苏皖段地壳速度结构的分段特征及其地质意义

本文采用天然地震近震走时反演地壳三维速度结构的方法获得了郯庐断裂带鲁苏皖段及附近地壳(30°N—37°N,113°E—122°E)三维速度结构.对地壳内分层速度结构的分析发现,郯庐断裂带鲁苏皖段存在速度的分段特征.郯庐断裂带鲁苏皖段浅层35.3°N以北,34.5°N—35.3°N间,33°N—34.5°N间呈现的速度分段和地表出露地层有关,与地质上安丘段、莒县—郯城段,新沂—泗洪段三个破裂单元相对应,且和各段的地震活动相呼应,表明郯庐带新沂到泗洪段可能是断裂的闭锁段.郯庐断裂带鲁苏皖段地壳速度结构自浅至深分为三段,大体位置是:南段(32.5°N—33°N以南),中段(32.5°N—33°N至35°N—35.3°N),北段(35°N—35.3°N以北).上地壳分段与苏鲁超高压变质岩带的插入有关,中、下地壳速度分段则可能和火山岩滞留有关.地壳各层速度结构不同段的速度差异反映了构造块体的速度差异,表明各构造块体在地壳下部仍有差异,郯庐带西侧速度总体高于东侧,反映了不同构造块体的形成和组成差别,也说明了该断裂带可能延伸到莫霍面.而不同深度的分段性可能反映了不同地质演化过程.

郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区上地幔顶部Pn波速度与各向异性

为着重探讨郯庐断裂带鲁苏皖段的分段特征及其深部结构特征,本研究搜集增加了研究区内近几年的Pn震相数据.经挑选后采用了由2163个地震和301个台站构成的9156条射线,重新反演构建了郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区上地幔顶部Pn波速度及方位各向异性分布.尔后,将速度反演结果与地形地貌、大地热流、强震活动及地壳厚度等进行了综合对比和分析;此外,还将Pn波各向异性与地震各向异性其他观测手段的结果展开了对比和讨论.反演结果的可靠性和分辨能力较前文有所提高,研究区上地幔顶部的非均匀性特征揭露得更为清楚,尤其是由Pn波速度揭露的郯庐断裂带分段特征与地质构造特征吻合得更佳.结果表明:(1)Pn波高、低速的分布与地形地貌呈负相关的关系,即山地隆起区呈低速分布,而平原地区表现为高速异常.(2)Pn波速度沿郯庐断裂带的分布具有明显的分段特征,本文的研究结果支持郯庐断裂带在研究范围内的上地幔顶部可细分为4个亚段.由上地幔顶部Pn波速度揭示的郯庐带分段特征与前人根据郯庐断裂带各段的地表地质构造特征给出的分段结果吻合,深、浅耦合的现象表明郯庐断裂带是一条贯穿地壳、深抵Moho面的幔源深大断裂带.(3)Pn波速度与大地热流呈负相关的关系.(4)Pn波速度的分布与强震的发生具有一定的关联性,强震大部分发生在Pn波高、低速过渡地带或者低速区域的地壳内.(5)在南黄海海域新发现一条NNE-SSW向展布的弱高波速异常带,该异常带被强震震中清晰地勾勒了出来,据此推测其下方存在一条切割Moho界面的幔源深大断裂.(6)Pn波各向异性的强弱与地质构造的活动性相关,活动性越强则各向异性强度越大.(7)由地震台站的时间延迟分布可以看出,研究区地壳厚度总体上自SE往NW逐渐增厚;最大厚度位于渤海湾盆地的北西部和西部.

郯庐断裂带鲁苏皖段构造应力场及分段特征研究

利用Snoke方法求解和收集得到的77次中小地震的震源机制解资料，采用Gephart应力张量反演方法，获得了郯庐断裂带鲁苏皖段构造应力场，最大主压应力方位角为80°最小主压应力方位角为172°，最大、中等和最小主压应力倾角分别为15°、65°和19°，反映了研究区处于近EW向水平作用和近NS向的水平拉张作用环境下。根据地震活动、地质构造及震源机制解差异，我们将郯庐断裂带鲁苏皖段分5个区段开展研究，结果显示：5个分区应力场存在局部差异，最大主压应力方位角处于63°～88°之间，从北往南总体方向成顺时针偏转的趋势。跨郯庐断裂带两侧的应力场研究结果显示，从西到东最大主压应力方向有一个逆时针偏转的趋势，西侧最大主压应力方向更接近EW向，东侧更接近NE向，郯庐断裂带内处于两侧的过渡地段．

利用接收函数研究郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区地壳结构特征

利用郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区的261个宽频带地震台站5年记录的763个远震波形数据,计算并筛选得到了10846条远震P波接收函数.采用P波接收函数H-κ法得到了该区的地壳厚度和壳内平均泊松比值,并采用共转换点叠加法进一步揭示台站下方Moho界面的起伏形态.研究发现:⑴研究区Moho界面埋深在27~40 km范围内变化,平均深度在~34 km,总体上以郯庐断裂带为界呈现出东薄西厚的特征.地壳厚度在不同块体之间或者是块体内部存在着明显差异,表明不同的地质构造单元经历了不同的构造演化过程.⑵研究区地壳泊松比在0.15~0.32之间变化,平均泊松比为0.24,略低于全球陆壳和中国陆壳平均泊松比值;然而,较大的泊松比浮动范围却意味着研究区内地壳物质具有强烈的横向非均匀性及物质组成的复杂性.沿郯庐断裂带展布着一条NNE-SSW方向的泊松比高值异常带,推测是镁铁质基性岩沿郯庐断裂带上涌至地壳所致,亦或是高温高压的幔源热物质底侵至下地壳所致.⑶研究区的地壳厚度和壳内平均泊松比存在着反相关的关系;地壳厚度和地表地貌特征呈镜向关系,即造山隆起区Moho界面埋藏较深,而平原盆地区Moho界面埋藏较浅.Moho埋深等值线分布图和研究区布格重力异常特征对应良好.⑷共转换点(Common Conversion Point,CCP)叠加法对Moho界面的刻画与H-κ叠加法求得的地壳厚度结果具有较好的一致性.CCP剖面表明郯庐断裂带不仅是扬子断块区和华北块体的分界断裂,更是一条切割Moho面、深抵上地幔的深大超壳断裂带,错距达4~7 km.⑸研究区内部分台站下方存在壳内分界面,仍能通过改变壳内速度后采用H-κ法获得其埋藏深度.

郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区构造应力场特征及其动力学意义

文中利用区域台网数字地震波形,计算了2001—2016年郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区825次中小地震的震源机制解,并收集了1970—2000年模拟记录时期323个震源机制解,共计获得1148个震源机制解。以震源机制解作为输入数据,采用阻尼应力张量方法反演获得了研究区1.0°×1.0°空间应力场变化特征。结果显示,郯庐断裂带鲁苏皖段最大主应力方向呈现空间连续性变化特征,由西向东总体呈EW、NEE、NE向逆时针趋势性旋转,局部存在差异;以郯庐断裂带为界,东、西两侧的应力场存在差异,以西的华北平原地块最大主应力方向主要表现为近EW向和NEE向,而以东的鲁东-黄海地块则表现为NEE向和NE向,反映了W向倾斜延伸至上地幔顶部的郯庐断裂带使得各动力源对不同块体的影响存在差异,显示了郯庐断裂带的边界作用显著;沿郯庐断裂带33°N为界,南、北地区的应力场存在显著差异,33°N及以北地区最大主应力方向由西向东出现逆时针偏转,而以南地区最大主应力方向由西向东开始出现顺时针偏转的迹象;(31°~33°N,120°~122°E)区域的最大主应力方向较为复杂,呈放射状分布特征,该区域处于非常复杂的构造环境下,可能受到华北平原地块近EW—NEE向运动导致的郯庐断裂带右旋走滑作用和菲律宾海板块W向俯冲的共同影响;研究区的中强地震活动与构造应力环境相关明显,构造应力场复杂的地区往往是中强地震活跃的地区。

利用高精度航磁资料研究滁州——六合地区断裂构造

利用最新的1∶2.5万高精度航磁资料,辅以1∶20万重力资料,对滁州—六合地区断裂构造进行了重新厘定和推断。结果显示,区内基本构造格架由北北东向、北东向、北西向3组断裂构成,它们是区内主要的控岩、控盆、控矿断裂。中部郯庐断裂带(苏皖段)与黄—破深断裂与两侧的构造形迹具有明显差异,形成了类似中部"树干"、两侧"树枝"的独特结构特征。笔者还简要讨论了近东西向、北北东向次级断裂对蚌埠隆起东段矿产的控制作用,以及郯庐断裂带(苏皖段)与合肥盆地东北部演化的关系等问题。