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121 km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10~12 km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.     

中国境内天山地壳上地幔结构的地震层析成像

根据横跨中国境内天山的库车—奎屯宽频带流动地震台阵和区域地震台网记录的近震和远震P波走时数据,利用地震层析成像方法重建了沿该地震台阵剖面下方400 km深度范围内地壳上地幔的P波速度结构.结果表明：沿新疆库车—奎屯剖面,天山地壳具有明显的横向分块结构,且南、北天山地壳显示了较为强烈的横向变形特征,表明塔里木地块对天山地壳具有强烈的侧向挤压作用;在塔里木和准噶尔地块上地幔顶部有厚度约60～90 km的高速异常体,塔里木—南天山下方的高速异常体产生了较为明显的弯曲变形,而准噶尔—北天山下方的高速异常体向南一直俯冲到中天山南侧边界下方300 km的深度,两者形成了不对称对冲构造;在塔里木和准噶尔地块下方150～400 km深度存在上地幔低速体,其中塔里木地块一侧的上地幔低速物质上涌到南天山地块的下方;在塔里木—南天山200～300 km深度范围的上地幔存在高速异常体,它可能是地幔热物质向上迁移过程融断的塔里木岩石圈的拆离体. 上述结果表明,塔里木地块的俯冲可能涉及整个岩石圈深度,但其前缘仅限于南天山的北缘;青藏高原隆升的远程效应可能不但驱动塔里木岩石圈向北俯冲,同时还造成天山造山带南侧上地幔物质的涌入;天山造山带上地幔广泛存在的低速异常有助于其上地幔的变形,而上地幔物质的强烈非均匀性应有助于推动天山造山带上地幔小尺度地幔对流的形成;根据研究区地壳上地幔速度结构特征推断,新近纪以来天山快速隆升的主要力源来自青藏高原快速隆升的远程效应,相对软弱的上地幔为加速天山造山带的变形和隆升创造了必要条件.     

南天山及塔里木北缘构造带西段地震构造研究

南天山及塔里木北缘构造带位于帕米尔地区东北侧,地震活动强烈。文中通过地质构造剖面、深部探测资料和地震震源机制解资料,综合研究了该区的地震构造模型。结果认为,该区的构造活动主要表现为天山地块逆冲于塔里木地块之上。天山构造系统包括迈丹断裂及其前缘推覆构造;塔里木构造系统包括深部的塔里木北缘断裂、基底共轭断层和浅部的推覆构造。塔里木北缘断裂是发育于塔里木地壳内部的高角度断裂,其形成原因在于塔里木和天山构造变形方向的差异。塔里木北缘断裂为研究区大地震的主要发震构造,天山推覆构造和塔里木基底断裂系统均具有不同性质的中强地震发震能力     

天山造山带岩石圈密度与磁性结构研究及其动力学分析

库尔勒—吉木萨尔剖面横跨塔里木盆地北缘、天山造山带和准噶尔盆地南缘.沿剖面完成了重磁联合反演,获得了岩石圈二维密度结构与二维磁性结构.结果发现,塔里木盆地与准噶尔盆地向天山造山带对冲.在地壳范围内,塔里木盆地北缘与准噶尔盆地南缘的平均密度较高,天山造山带的地壳平均密度较低.天山造山带具有较高的磁化强度,尤其表现在准噶尔盆地南缘至天山造山带中部的整个地壳范围内,预示着天山南北可能具有不同的构造演化历史、构造运动方式以及构造运动强度.在塔里木盆地与天山造山带以及准噶尔盆地与天山造山带的接触部位的上地幔顶部分别发现了低密度体,推测在塔里木盆地由南而北向天山造山带“层间插入与俯冲消减”,以及准噶尔盆地由北而南向天山造山带俯冲的过程中塔里木盆地北缘和准噶尔盆地南缘下地壳物质被带进天山造山带上地幔顶部.库尔勒—吉木萨尔剖面岩石圈二维密度结构与磁性结构为天山造山带的构造分段提供了岩石圈尺度的依据.     

Crustal structure in northern margin of Tianshan mountains and seismotectonics of the 1906 Manas earthquake

Introduction The Tianshan orogenic belt between the Tarim and Junggar basins has re-uplifted in Cenozoic due to the collision and the northwards push-compression of Asia-India plate. The special active tectonic zones have been formed along both south and north margins of the Tianshan mountains (FENG, et al, 1991). The Tianshan seismic belt is one of the major seismic belts in China. A se-ries of strong earthquakes occurred in two flanks of the Tianshan mountains in 20th century, such as …     

卫星重力资料揭示的新疆天山地区构造动力学状态

利用最新的地球重力场模型,计算了新疆及邻近地区的自由空气重力异常、大地水准面扰动异常、地壳和上地幔平均密度异常以及地幔对流引起的岩石层底界面粘滞应力场分布．根据计算结果,对新疆天山地区的构造动力学特征进行了分析和推断,认为天山处于地幔对流形成的挤压沉降环境中,在南北不对称的挤压应力作用下快速隆升,挤压应力场中心在天山以南．这种应力场特征有利于塔里木板块向天山之下俯冲的观点．天山南北两侧的准噶尔盆地南缘和塔里木盆地北缘,是地壳内质量缺失区,是由于南北两侧地壳向天山下挤压而弯曲造成的．中国天山东段的深部密度分布特征与中段和西段的不同,可能是地幔对流分布的东西向差异造成的．      

阿尔泰-阿尔金地学断面地壳结构

根据阿尔泰—阿尔金地学断面的地震纵、横波资料,建立了地壳速度及泊松比结构. 测区的地壳具有明显的三分结构特征,其纵波速度自上而下依次为6.0～6.3km/s、6.3～6.6km/s及6.9～7.0km/s;阿尔泰南缘的地壳最厚,为56km,准噶尔盆地的地壳最薄,为46km,大部分地区的地壳厚度为50km 左右. 准噶尔盆地与天山之间上地幔顶部的纵波速度为7.7～7.8km/s ;阿尔泰南缘及塔里木盆地上地幔顶部的纵波速度较高,为7.9～8.0km/s. 测线南部,包括东天山及塔里木东缘,自地表至30km深处的地壳纵波速度低,泊松比为0.25,表明上地壳主要为石英及花岗质成分;而测线北部(包括阿尔泰及准噶尔盆地)的中、上地壳则呈现较高的泊松比（0.26～0.27）,可能为基性地壳的体现. 厚15～30km的下地壳纵波速度（6.9～7.0km/s）较高,泊松比为0.26～0.28,可能以镁铁质的麻粒岩成分为主. 位于天山及其南侧地壳中部的低速层（VP=5.9km/s, σ=0.25）则可能为晚古生代的构造热事件中的花岗质侵入岩.     

拜城—大柴旦剖面的上地壳Q值结构

利用横跨塔里木盆地、阿尔金造山带和柴达木盆地的拜城—大柴旦综合地球物理剖面的人工地震宽角反射/折射资料，对拜城—大柴旦剖面研究区上地壳的Q值结构进行了反演. 结果表明，研究区上地壳的Q值结构具有明显的分层性，Q值随深度的加大而增大；横向对应的不同地质构造单元的Q值具有不同的分布特点. 塔里木盆地的上地壳具有稳定的Q值结构，但盆地北缘（特别是库车坳陷）的Q值比南缘的低，表明北缘的介质比较破碎. 这可能与盆地北缘活跃的构造特征与巨大的沉积厚度有关，是引起盆地南北两侧地震活动性差异（北缘强，南缘弱）的重要原因之一. 阿尔金造山带上地壳的平均Q值较高（约500），这可能由于结晶基底埋藏较浅，基岩出露，因此地震波在此处传播能量衰减较慢所致. 柴达木盆地西半部分上地壳的Q值除了表层的（厚1.0～2.0km）较高外，其余各层的Q值与塔里木盆地中部的相当（平均约400），显示了与塔里木盆地相似的稳定构造.     

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0km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.     

呼和浩特—包头盆地岩石圈细结构的深地震反射探测

跨呼和浩特-包头盆地(以下简称"呼包盆地")完成的91.8km长的深地震反射剖面,揭示了呼包盆地的岩石圈精细结构和断裂的深、浅构造特征.结果表明,本区地壳和岩石圈具有清晰的层状反射结构特征,其中,地壳厚度约45~48km,岩石圈厚度约82~87km.莫霍面在大青山之下出现约3.5km的抬升,暗示大青山的隆升不是因为地壳物质增厚所致,即大青山可能不存在"山根".呼包盆地为南浅、北深的"箕状"断陷盆地,盆地沉积层最厚处位于大青山山前,其厚度约为7~8km.鄂尔多斯北缘断裂和大青山山前断裂作为呼包盆地的南、北边界断裂,在剖面上均表现为由3~4条断裂组成的"Y"字形断裂构造,它们对呼包盆地的形成、地层沉积、基底变形和地震活动都有重要的控制作用.剖面揭示的岩石圈深断裂位于大青山山前断裂的下方,该断裂向上进入上地壳,向下切割中-下地壳、莫霍面,进入上地幔.深断裂的存在为深部热物质的上涌与能量强烈交换提供了通道,而上涌的软流层物质与岩石圈地幔发生交代和侵蚀作用导致岩石圈减薄.     

Seismotectonic Study on the West Part of the Interaction Zone Between Southern Tianshan and Northern Tarim

The interaction zone between southern Tianshan and northern Tarim is located at the northeast side of Pamir. It is a region with high seismicity. We constructed a seismotectonic model for the west part of this zone from geological profiles, deep crust seismic detection and earthquake focal mechanisms data. Based on the synthesized geological features, deep crust structure, and earthquake focal mechanisms, we think that the main regional tectonic feature is that the Tianshan tecto-lithostratigraphic unit overthrusts on the Tarim block. The Tianshan tectonic system includes the Maidan fault and thrust sheets in front of the fault; The Tarim tectonic system includes the underground northern Tarim margin fault, conjugate faults in basement and overthrust fault in shallow. The northern Tarim margin fault is a high angle fault deep in the Tarim crust, adjusting different trending deformation between Tianshan and Tarim. It is a major active fault that can generate large earthquakes. The other faults, such as the Tianshan overthrust system and the Tarim basement faults in this area may generate moderately strong earthquakes with different styles.     

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.     

准噶尔盆地北部基底结构与属性问题探讨

准噶尔盆地的基底结构与属性一直是地学界关注的焦点问题之一.横跨准噶尔盆地北部,走向近东西的克拉玛依—喀姆斯特地震剖面提供了该盆地北部详细的地壳与上地幔顶部的速度结构与构造,特别是基底顶界面的速度.沿剖面发现了数条走向近南北的“H”型超壳断裂,它们没有明显的断差,断裂处反射系数明显降低,介质的Q值减小,推测具“开裂”性质;利用盆地内1:20万重磁数据完成了重磁联合反演,获得了沿剖面的地壳与上地幔顶部的二维密度结构与二维磁性结构.根据在一定深度范围内介质的速度-密度-岩性之间的关系,确定了盆地北部基底岩性分布.结果表明,准噶尔盆地北部的基底多处为基性和超基性物质,推测为深部（上地幔）物质沿超壳断裂进入地壳内部并对地壳物质进行改造的结果.这一推断得到盆地内部高磁性、高重力异常的支持,也与盆地具有较高的地壳平均速度相一致.综合其他地球物理与地质资料综合分析,给出了综合地质解释剖面,建立了准噶尔盆地北部基底结构与属性的动力学模型.     

川滇活动地块东南边界基底结构——盐源-西昌-昭觉-马湖深地震测深剖面结果

在川滇活动地块东南边界区域完成了盐源-西昌-昭觉-马湖深地震宽角反射/折射探测剖面.利用该剖面获得的Pg初至折射波走时,采用走时特征分析、有限差分反演、时间项反演等方法,获得了沿剖面的基底P波速度结构和基底界面构造图像.结果表明,研究区基底结构呈现强烈的非均匀性,不同构造区显示出不同的地壳变形特征.盐源盆地盖层表现为推...     

秦岭造山带与邻域华北克拉通和扬子克拉通的壳、幔精细速度结构与深层过程

秦岭造山带与其南北两侧华北克拉通和扬子克拉通属三大构造单元,不论其各构造单元体还是其界带构造均甚为复杂,并受到多期次构造运动的制约,形成了大陆内部特异的造山过程.尽管在这一地域曾做过大量的地表地质工作和一些相关的地球物理工作,但对其壳、幔精细结构、深层动力过程,特别是同步穿越华北克拉通、秦岭-大巴造山带和扬子克拉通系统的耦合研究甚少.为了研究和探索该地域的壳、幔精细速度结构和其形成的深层过程,专门布置了一条北起榆林,向南经咸阳、宁陕直抵涪陵长达1000 km的高精度地震宽角反射、折射波场探测剖面.通过剖面辖区高分辨率的数据采集,数据处理、反演和壳、幔层、块精细速度结构,发现剖面辖区深部壳、幔结构存在特异的速度和结构变化,并厘定了一系列的新认识.研究结果表明:(1)秦岭—大巴造山带具有同一基底,其形成乃为结晶基底隆升所致,即它的形成仅涉及到上地壳的受力变形和空间状态.造山带与其南、北两侧的前陆盆地为陆内造山过程中同一深层过程的产物,但其沉积速率和形态却不相同.华北克拉通与秦岭造山带之间前陆盆地B_fc拉张为该区Moho界面的局部隆升所致.(2)首次提出了沿1000 km长剖面连续的沉积建造、结晶基底、上地壳、下地壳和上地幔顶部的层、块速度结构和各界面的起伏变化与空间状态.基于地震波边界场响应厘定了华北克拉通、秦岭—大巴造山带和扬子克拉通的分区界带.论述了三大构造单元各自的内部结构和其相邻界域的速度变化特征.(3)该区大陆内部速度结构和不同类型断裂分布及层序在华北克拉通、秦岭—大巴造山带、扬子克拉通三大块体地域存在显著差异.不同规模、层次与产状的断裂分布反映出它们在变形行为和机制上及所受构造运动的制约上均存在明显的差异.     

帕米尔东北缘地壳结构的P波接收函数研究

利用位于新疆帕米尔东北缘地带12个固定数字地震台和天山动力学Ⅱ期10个流动宽频带数字地震台记录的高质量远震波形数据,应用接收函数H_-κ叠加方法研究了帕米尔东北缘的地壳厚度-泊松比特征和部分台站下方的壳内界面深度.研究发现:(1) 帕米尔东北缘的Moho面起伏变化剧烈,其总体分布呈现东薄西厚、南厚北薄的特征,由塔里木盆地向天山延伸,地壳厚度约从45 km加深到55 km,从塔里木盆地向西昆仑山延伸,地壳厚度约从45 km加深到69 km;(2)沿着天山动力学Ⅱ期剖面,位于塔里木盆地北缘台站的壳内间断面的深度约为13~16 km,向北进入天山南麓加深到20 km左右,继续向北进入南天山山区壳内间断面不明显,可能暗示塔里木盆地基底向北俯冲,俯冲距离可能到达南天山的山前;(3)研究区地壳泊松比变化复杂(约从0.20到0.31),显示地壳物质组成的复杂性和显著的不均匀构造;(4)整个研究区的地壳厚度和泊松比之间没有明显的相关性,但天山动力学Ⅱ期剖面的结果表明,从塔里木盆地北缘到西南天山,地壳厚度和泊松比之间存在反相关关系,意味着天山地壳的增厚可能主要是通过以长英质岩石为主要组成成分的上地壳叠置而成;(5) 研究区全部地震台地壳厚度与海拔高程的线性回归方程表明地壳厚度与海拔的相关性相对较弱(相关系数为0.66),天山动力学Ⅱ期10个台站的地壳厚度与海拔具有很好的相关性(相关系数为0.85),可能表明沿该剖面地壳整体上处于相对均衡的状态.     

秦岭造山带与沉积盆地和结晶基底地震波场及动力学响应

秦岭-大别造山带横贯中国大陆中部,并将我国东部分为南北两部;即华北克拉通和扬子克拉通.在南、北相向运动力系驱动下构成了一个极为复杂的复合、叠加构造带、成矿带和地震活动带.同时导致了该地域异常变化的沉积建造和强烈起伏的结晶基底.然而对它们形成的地球物理边界场响应,岩相和结构的异常变化尚不清晰,特别对盆山之间的耦合响应更缺乏深层动力过程的理解.为此本文通过该区榆林-铜川-涪陵长1000 km剖面的地震探测和研究结果提出：（1）沉积建造厚度变化为4~10 km,结晶基底起伏强烈,幅度可达4~6 km;（2）一系列基底断裂将该区切割为南鄂尔多斯盆地和秦岭北缘前陆盆地、秦岭-大巴造山带和南缘前陆盆地与东北四川盆地,其中前陆盆地为秦岭北渭河盆地和秦岭南通江-万源盆地;（3）秦岭造山带是北部华北克拉通向南推挤、南部扬子克拉通向北推挤下隆升的陆内山体,并构筑了其南、北前陆盆地;（4）秦岭造山带的南、北边界并非是一条边界断层,而应是包括前陆盆地在内的组合界带;（5）秦岭与大巴弧形山系源于同一深部结晶基底,即同根生.这一系列的新认识对深化理解秦岭-大巴造山带形成的深层动力过程和演化机理及厘定扬子克拉通的真实北界具有极为重要的意义.     

1906年新疆玛纳斯大震区的多层次逆冲构造与深部结构

通过对天山北麓 190 6年玛纳斯 7 7级地震区的浅层地震探测资料、石油地震反射剖面、二维电性结构剖面、深地震反射剖面的研究 ,发现玛纳斯地震区多层次活动构造系统的根带 ,它通过脆 -韧转换带与天山活动构造块体内上地壳中的低速、高导层连为一体。低速、高导层可能是天山地壳内正在活动的韧性剪切带 ,而齐古逆断裂 -褶皱带下的脆 -韧转换带是连接深部活动韧性剪切带与地壳浅部脆性破裂的枢纽 ,也是现今孕育和发生大地震的重要构造部位。 190 6年玛纳斯地震发生在脆韧转换带的底部 ,地震区的活动逆断裂和褶皱只是部分记录了深部韧性剪切带活动的信息     

新疆天山地区壳幔S波速度结构特征及变形分析

天山地区地质构造复杂,地震活动频繁,其壳幔变形和深部结构一直受到学者们的高度关注.然而,由于天山地区地震台站资料较少,致使壳幔变形研究结果与解释存在诸多争议.本研究利用在天山地区（40°N-46°N,78°E-92°E）新布设的11个流动宽频带地震台站和该地区39个固定台站的观测资料,采用接收函数与面波联合反演方法,获得了研究区地壳厚度及壳幔S波速度结构.反演结果显示天山地区（41.5°N-44°N,78°E-88°E）平均地壳厚度为56 km,塔里木盆地（40°N-41.5°N,79°E-90°E）、准噶尔盆地（44°N-46°N,82°E-90°E）和吐鲁番盆地（42°N-43°N,88°E-90°E）具有较厚的沉积层,地壳平均厚度为43 km、53 km和46 km,整体表现为天山厚、盆地相对较薄的特征;在研究区南天山的最高峰（42°N,80.5°E）及北天山的最高峰（43.5°N,86°E）附近,中下地壳存在较厚的低速层,我们认为在强烈挤压作用下低速、低强度的中下地壳强烈变形可能是导致该区域快速隆升的主要原因.在研究区中部,位于塔里木盆地与准噶尔盆地之间的天山地区,中下地壳及上地幔均存在低速层,且盆地莫霍面向天山倾斜明显.结合前人的研究成果推测,在南北向构造挤压应力作用下,塔里木盆地与准噶尔盆地发生了向天山造山带方向的双向壳幔层间插入俯冲.在研究区东部,塔里木盆地东北缘与天山东部接触带的地壳内没有明显的低速层,推测应处在早期挤压变形状态,该区域的壳幔边界为缓变的速度梯度带,可能与上地幔热物质侵入或渗透有关.     

小波变换在地震宽角反折射资料处理中的应用

小波分析方法用于地震宽角反折射资料处理 ,它可将地震信号的分辨率由传统的1 /2- 1 /4λ（波长 ）提高到优于 1 /6λ .利用小波分析方法对沙雅-布尔津地震宽角反折射剖面资料进行处理 ,发现天山造山带的壳幔过渡带由 7- 8个高低速相间的薄层构成 ,平均速度较低 ,总厚度约 2 0km .而塔里木盆地北缘与准噶尔盆地的壳幔过渡带不具有这一特点 ,壳幔间主要以一级间断面实现过渡 .天山造山带与准噶尔盆地壳幔过渡带详细结构及其二者之间的差异特征为天山造山带地球动力学“层间插入消减模型”的建立提供了重要依据