海底广角地震剖面反演方法对比——以南海礼乐滩OBS剖面为例

广角地震测线（OBS973-2）位于南海南部陆缘,其地壳深部构造是研究南海共轭扩张及形成演化的直接证据之一.本文采用2D射线追踪技术,结合与之重合的多道地震测线（NH973-2）时深转换结果,对OBS973-2测线重新进行了正、反演研究,得到了礼乐滩及邻近海区的精细地壳结构.与前人结果相比,本文基于正反演速度模型,把测线分为陆壳区（0~200 km）、洋陆过渡区（200~280 km）和洋盆区（280~370 km）.地壳结构在不同区域差异明显,陆壳区沉积层厚度横向差异大,且速度横向不均匀,地壳整体厚度大（约20 km）,有横向速度差;洋陆过渡区速度和厚度横向均匀,地壳减薄（约8 km）;洋壳区地壳厚度减薄至6 km.与以往研究相比,新的认识集中在两个方面,（1）在方法上,综合广角地震和多道地震数据,借助正演和反演方法,能够得到更多更可靠的地壳结构信息.（2）在地壳结构上,结合广角地震与多道地震,得到洋陆过渡区莫霍面向海减薄的形态及其埋深（约12~18 km,海平面为0 km）;进一步验证礼乐滩区域在洋陆过渡区没有明显的高速层,为非火山型陆缘,其共轭扩张点为中沙地块;陆壳区上地壳强烈的拉张作用在速度模型表现出横向速度异常和低速区,在多道地震剖面上表现为大量10~20 km的正断层.     

渡口及其邻近地区地壳浅层结构的研究

为了研究攀枝花-西昌构造带的地壳与上地幔顶部结构,在西起丽江东至者海全长350km的测线上进行了爆炸地震探测。本文利用所取得的六条地震记录剖面的P_g波组,研究测线下方地壳浅层结构。采用层状垂直梯度和横向不均匀模型,用理论走时和射线追踪方法来拟合实测P_g走时资料。得到深度为10km范围的地壳浅层结构和速度分布。 结果表明,该区地表P波速度以渡口至华坪一带为最高,达6.00km/s。向东西两侧逐步减小,东至者海为5.20km/s,西至丽江降为3.50km/s。局部地段因构造影响速度值有些起伏。从浅层结构和速度分布可见,该区存在箐河-程海、绿汁江、安宁河和甘洛-小江等深断裂带,并向地壳深部延伸。等速度线图表明,该区上地壳中有一高速岩体存在。攀枝花钒、钛、铁矿的富集以及其他热液型矿床的分布很可能与此有关。     

香港地区海陆地震联测及深部地壳结构研究

为了探明南海北部海陆过渡带的深部地壳结构,我们在香港外海域进行了一次海陆地震联洲的实验,利用固定地震台网远距离接收海上气枪信号,接收距离远达200多km,并利用此次实验的测线1剖面模拟得到了海陆过渡带的深部地壳速度结构.速度结构模型表明:研究区海陆过渡带的地壳结构非均匀性较明显,由陆至海沉积层有一个突然增厚的特点;莫霍面深度约为26～29 km,上地壳P波速度约为5.5～6.4 km/s,下地壳P波速度为6.5～6.9 km/s.在担杆列岛往海方向有一个低速破碎带,其上地壳P波速度为5.2～6.1 km/s,下地壳P波速度为6.2～6.4 km/s,结合野外地质调查的结果,推测它可能为滨海断裂带.在担杆列岛往陆方向香港和深圳之间的研究区域,莫霍面有较大起伏,可能与此处发育的海丰断裂有关.     

晋江外海沉积层上地壳速度结构的二维层析成像

福建省地震局2013年在晋江外海成功实施了一条人工地震探测剖面(HX9,台湾海峡西部地壳深部结构探测计划的第一条测线).为反演沿测线的沉积层上地壳二维速度结构,我们收集了海底地震仪和陆地地震仪记录的4817个初至波走时数据,运用最大速度梯度射线追踪方法和联合迭代重建技术,建立了较为可靠、精细的二维P波波速模型.反演结果显示测线表层速度有很大的横向变化,据此推测晋江沿海5 km以内为岩浆岩出露,5 km外为沉积岩覆盖;基底面总体向东南方向倾斜,中西段埋深约为1600 m,在桩号60 km附近急剧下降;在测线上滨海断裂带表现为倾向东南的张性正断层,位于晋江市东南约50 km处,是闽浙沿海变质带和厦澎断陷的边界断裂.     

太行山断裂带东南缘地壳三维P波速度结构成像

应用多年地震台网观测数据,使用多震相走时成像方法获得了太行山断裂带东南缘地壳的三维P波速度结构模型。结果表明:速度结构图像在浅部较好地反映了地表地形、地质构造的特征,深部显示地壳速度具有明显的横向变化特征。12km深度以上显示研究区北部太行山隆起区地壳主要呈现为高速区,南部沉降区为低速区,而12km深度以下具有反转的特点。整体显示速度异常的走向大致与邻近活动断裂走向一致。垂直速度剖面显示研究区地壳具有分层特征,上地壳厚约10km,速度横向变化较小;中、下地壳的界面呈现局部上隆或凹陷状,横向起伏变化较大。通过分析速度、断裂与中强地震发生的关系推测研究区具备发生中强震的深部孕震条件。     

中沙海域的广角与多道地震探测

由于浅滩和暗礁广布,中沙海域(环礁区)长期以来处在南海地震探测的空白区域.为了揭示该区域的地壳结构及地层-构造特征,进而全面刻画南海陆缘新生代伸展过程,我们首次在中沙及其邻近海域完成了1条广角地震测线OBS2017-2和4条多道地震测线的数据采集.对得到的海底地震仪(OBS)数据进行了格式转换、位置校正等初步处理,识别了来自地壳深部的震相并对中沙环礁地壳结构进行了正演模拟;对穿过中沙环礁的多道地震剖面进行了地层-构造解释,共划分出6套地层.OBS2017-2测线处理结果显示,其数据质量良好,深部震相清晰,且位于环礁内的台站震相延伸较长,可达100km以上.中沙环礁地壳性质为轻微减薄的坚硬大陆块体,厚度约为25km左右.多道地震剖面显示,环礁之上沉积层厚度较薄,除环礁西南部存在一条基底断裂——"排洪-美溪断裂"外,基本不存在其他构造-岩浆活动.而在环礁坡脚周缘,有广泛的岩浆侵入和喷出体的存在.中沙环礁上较薄的上地壳厚度和沉积特征指示了该区域可能在古新世时期经历的强烈暴露剥蚀作用.中沙海域最新开展的广角和多道地震探测填补了南海地质地球物理研究的空白,为解读该区的构造-沉积演化提供了数据基础.     

台湾海峡西南部深地震探测剖面Pg波走时层析成像

采用走时有限差分层析成像方法,利用2014年在台湾海峡西南部区域得到的3条海域测线的Pg波资料,获得了沿探测剖面沉积层上地壳基底的速度结构、基底形态和埋深。3条剖面基底深度为1.5~4.2km。基底埋深虽有一定变化,但仅在局部地区起伏较明显,显示了断裂或凹陷在上部地壳内的结构特征。通过和台湾海峡地质构造区划进行对比,反演得到的基底结构特征与地震剖面穿过区域的地质构造比较吻合,本次走时层析成像结果也为后续深部结构的反演提供了可靠的浅层速度信息。     

文安─蔚县─察右中旗剖面地壳上地幔速度结构与构造研究

利用文安～蔚县～察右中旗深地震测深剖面的资料，进行了一维、二维射线追踪走时拟合与合成地震图计算，获得了本区地壳上地幔速度结构。结果表明，地壳上地幔速度结构在纵向和横向上具有明显的不均一性。M面起伏较大，其埋深由冀中拗陷的31．0km向西至山西隆起区北部天镇达42．0km左右。浅部断裂较发育，根据对应其地壳深部界面及速度等值线起伏变化程度和反映断裂带附近各波组特征，推测了地壳深部断裂。     

南海北部滨海断裂带的深部地球物理探测及其发震构造研究

滨海断裂带为华南亚板块与南海亚板块的分界断裂,是南海北部陆缘的重要控震构造和发震构造。为了探明南海北部海陆过渡带特别是滨海断裂带两侧的深部地壳结构变化特征,在南海北部进行了一系列的海陆地震联测的实验,根据海陆联合深地震探测的结果,南海北部以滨海断裂带为界,断裂带西北部为华南亚板块的典型陆壳,地壳厚30km,上地壳下部存在一层速度为5.5～5.9km.s-1、厚度为3.0～4.0km的低速层,埋深约10～18km;断裂带东南部为南海亚板块减薄型陆壳,厚25～28km,上地壳下部的低速层逐渐减薄并最后尖灭。滨海断裂带为一个上下连续倾向SE的低速破碎带,宽度6～10km。滨海断裂带与上地壳下部的低速层的交接构造部位形成南海北部的重要应力集中带和应变能积聚带,是地震孕育、发生的深部动力学条件。滨海断裂带的发震构造属NEE向与NW向相交切的断裂构造型式,以NEE向的滨海断裂带为主,NW向断裂带为辅。     

南海东南部陆缘地壳结构特征及其构造意义

南海东南部海域沉积厚度较大,礁体发育,构造演化复杂,导致深部结构探测不清楚,制约了对南部陆缘地壳结构的认识.本文通过对新采集和重新处理的多道地震剖面解释,结合钻井、拖网资料,对浅部地层和构造进行约束,同时利用附近海底地震(OBS)测线的速度结构,对深部结构和界面解释约束;在此基础上,开展了重震联合反演,分析地壳密度空间分布特征,结合重力梯度特征对构造单元进行识别.通过对东西两条测线的上下和全地壳厚度、拉伸因子比较,发现南海东南部的东西部深部结构存在差异性;礼乐断裂可能是礼乐和郑和地块的分界,并控制了两个地块在南海扩张时期的相对运动.     

南海地区地震背景噪声成像与壳幔深部结构

利用南海地区28个陆地地震台站和2个布设于太平岛和东沙岛的新增海岛地震台站2011—2016年间的连续地震背景噪声波形数据,使用互相关方法计算得到了台站间的互相关函数,并提取出Rayleigh面波群速度和相速度频散曲线.采用快速行进和子空间方法反演获得了南海及周边地区12～40s周期的Rayleigh面波群速度和相速度图像,并联合反演得到了研究区深至60km的三维S波速度结构.考虑到南海数千米厚海水层对于面波频散反演的严重影响,本文在反演模型中加入了水层,显著提高了反演结果的可靠性.成像结果表明:南海及周边地区地壳上地幔顶部S波速度结构存在显著的横向不均匀性,并与这一区域的主要构造单元具有较好的空间对应关系.在5～10km深度,莺歌海—宋红盆地区的低速异常特征可能与盆地较厚的沉积层有关.在5～15km深度,海域高速异常区与海盆空间位置具有高度一致性,推测与海盆区地壳厚度相对陆缘区明显偏薄有关.当深度从20km增加至30km,海盆区的高速特征扩展至了陆缘地区,反映了地壳厚度从海盆至陆缘逐渐增厚的趋势,与OBS(海底地震仪)深地震剖面给出的地壳精细结构结果一致.至35～60km深度,海盆的高速异常特征依然明显,且速度值随深度增加整体呈现上升的趋势,推测南海海盆区的岩石圈厚度应该大于60km.     

利用气枪地震资料对福建及台湾海峡南部地壳三维P波速度结构研究

根据福建及台湾海峡南部海陆联测试验记录到的Pg和Pm震相走时数据,利用速度与界面联合成像方法构建地壳三维P波速度结构,揭示了该区地壳深部构造特征.结果表明：福建和台湾海峡海陆过渡带以及海峡南部地壳速度结构存在明显的不均匀性,滨海断裂两侧速度结构复杂,随深度呈现明显的分段特征,其上地壳海陆过渡带呈高速特性,台湾海峡呈低速特性;下地壳海陆过渡带呈低速特性,台湾海峡呈高速特性;研究区莫霍面的深度约为28~33 km,存在较明显差异,闽粤交接部位存在明显的地壳厚度减薄,莫霍面深度接近28 km,这与正常型华南活动地块与减薄型南海活动地块交汇致使地壳厚度减薄有关,体现了活动块体边界构造特征.历史大震主要发生在高低速异常过渡带且有深大断裂穿过的区域,现今中小震主要分布于闽粤海陆过渡带,这一特征可能与此地广泛发育的断层和华南与南海活动地块相互作用有关.     

钦杭—武夷山成矿带上地壳速度结构与基底特征:万载—惠安宽角反射/折射地震剖面约束

钦杭成矿带和武夷山成矿带是华南大陆两个重要的成矿带,成矿作用主要发生于中生代陆内造山时期.地质研究表明,基底和地表断裂的特征对成矿过程有重要的控制作用,研究上地壳结构特征对成矿差异性特征的认识有重要的参考价值.为此,本文基于跨越钦杭、武夷山成矿带江西万载至福建惠安的NW-SE向深地震测深剖面初至波数据,利用有限差分走时反演方法,获得了钦杭、武夷山成矿带8 km深度范围内的上地壳P波速度结构,其主要特征为：（1）钦杭、武夷山成矿带上地壳P波速度横向非均匀特征明显,以5.8 km·s^-1速度等值线作为基底参考面,发现剖面基底埋深较浅,约1.0~3.0 km;钦杭成矿带的基底埋深总体小于武夷山成矿带,分别为0.5~2.0 km和1.5~3.0 km;（2）P波高速区（速度正异常区）与地表出露的岩浆岩对应较一致,P波低速区（速度负异常区）与主要的断裂位置或沉积盆地对应较一致,绍兴—江山—萍乡断裂和政和—大浦断裂下方的低速特征显示两条断裂至少向深部延伸8 km以上,暗示两条断裂具备深大断裂的性质,推测绍兴—江山—萍乡断裂可能是扬子块体和华夏块体的边界;（3）综合已有的地质、地球物理资料,我们推测钦杭成矿带和武夷山成矿带上地壳P波速度的不同,反映了深部岩浆作用过程的差异,基底深度及断裂性质是造成两个成矿带成矿差异的重要因素.     

南海北部珠江口—琼东南盆地地壳速度结构与几何分层

基于南海北部大陆边缘珠江口—琼东南盆地深水区实施的14条近垂直深反射地震探测叠加速度谱,利用Dix公式将叠加速度剖面转换为地壳层速度剖面,并利用时深转换方法构建了深度域地壳层速度模型,综合各地壳速度剖面分析了南海北部大陆边缘珠江口与琼东南盆地不同深度层次的P波速度变化趋势以及地壳几何分层特征.结果表明,琼东南盆地区可分为4～8 km沉积层（V_P为1.7～4.7 km/s）、4～10 km厚的上地壳层（V_P为5.2～6.3 km/s）、5 km〗左右的下地壳层（V_P为6.4～7.0 km/s）以及2～6 km厚的高速下地壳底层（V_P＞7.0 km/s）.V_P＞7.0 km/s下地壳高速层的存在被认为是岩石圈伸展、下地壳底部底辟构造或者是残存的原始华夏下地壳基性层的地震学指示;综合研究区地球物理探测成果构建了跨越华南大陆与南海北部陆坡区剖面莫霍和岩石圈底界图像,揭示出岩石圈上地幔在华南大陆与南海北部大陆边缘的减薄特征.     

3D P-WAVE VELOCITY STRUCTURE AT THE NORTHEASTERN MARGIN OF ORDOS BLOCK

Using the 7 100 absolute first arrivals of P waves and 91 513 relative P arrival times of 726 events at the northeastern margin of the Ordos block since 2009, the 3D fine structure of P wave velocity within the depth of 15km in the crust was inverted by the double difference seismic tomography method. The results show that there exist obvious high-speed continuous bodies in the northwest of the study area, and their lateral areas increase gradually with depth, while the velocity of east and south is relatively low. The velocity inhomogeneity exists and differs at different depths. The lateral differences of velocity are related to seismicity and faults. The 5~15km depth profile shows that earthquakes tend to occur in the area with relatively high velocity or high speed transition zones, which to some extent reflects the fragility of regional crustal media and the strong differential movement of faults in vertical and horizontal directions where the crust body is easy to absorb and store strain energy and generate major earthquakes. A "Y"-shape low-velocity channel is present in the lower crust around Liangcheng, corresponding to the NW-trending Heilaoyao-Shahukou fault set, which may reveal the migration path of the Late Tertiary-Quaternary basalt eruption. The Helingeer M6.2 earthquake in 1976 was related to the formation of the locking section of the thermal welding in this area. The three-dimensional fine structure of P wave velocity presented in this paper provides intuitive seismological evidence for physical and chemical properties of crustal media and the deep tectonic environment of earthquake preparation.     

松辽盆地北缘的上地幔速度结构及该区火山成因探讨

中国东北是研究板内新生代火山活动及其成因的天然场所.以往的研究根据不同的壳幔速度结构,提出多种模型用以解释中国东北地区的火山活动.由于松辽盆地北缘的观测台站相对较少,导致这些模型对盆地北缘的约束较弱.我们利用近年来覆盖松辽盆地北缘的流动宽频带观测台站数据开展远震体波走时层析成像研究,获得了深达800 km的深部速度结构,在盆地北缘的火山群区域内得到如下认识：诺敏河和五大连池火山群共用一个200~300 km深处的地幔岩浆房.该地幔岩浆房内的低速异常为水平展布,未下延至地幔转换带内,并仅在该区域上地幔的局部范围内有所体现.结合前人的研究结果分析,我们认为该水平的局部低速异常可能是中生代晚期岩石圈拆沉导致的软流圈上涌热物质.     

长白山火山区地壳S波速度结构的背景噪声成像

利用探测深俯冲的中国东北地震台阵NECsaids的60个流动台与固定地震台2010年7月至2014年12月的垂向连续波形数据,采用地震背景噪声成像方法获得了研究区6~40 s周期的瑞雷波相速度分布,并通过相速度频散反演得到了研究区下方0~50 km的三维S波速度结构.结果表明:研究区下方地壳S波速度结构存在明显的横向和纵向不均匀性,浅部速度结构与浅表地质构造单元有较好的对应,深部速度结构较好地反映了区域火山活动及深部热物质作用的结构特征;在长白山火山下方9~30 km深度范围内存在明显低速区并有向下延伸的趋势,推测可能为长白山火山地壳岩浆囊;在龙岗火山下方12~30 km深度范围内发现较弱的低速区,可能代表火山喷发后的残留物,而在镜泊湖火山下方没有明显的低速异常,说明镜泊湖火山地壳内可能不存在部分熔融的岩浆物质.     

Correction to the crustal thickness of the northwestern China using the data of seis-mic tomography

Introduction The gravity anomaly is an indicator of the density distribution of the underground material. Therefore the gravity anomalies have been important data used for studying the deep crustal struc-ture for a long time. Many people have made detailed researches on the regional crustal structure inverted by Bouguer anomalies. In particular some empirical formulae and practical algorithms about the crustal thickness were brought forward, and a series of results were obtained (MENG, 1996)…     

南海海盆三维重力约束反演莫霍面深度及其特征

利用南海海盆及周边最新的重力,经过海底地形、沉积层的重力效应改正,并采用岩石圈减薄模型的温度场公式,校正了从张裂边缘到扩张海盆的热扰动重力效应.通过研究区的地震剖面和少量声呐数据得到的莫霍面深度点作为约束,采用基于"起伏界面初始模型"的深度修正量反演迭代公式,反演、计算了研究区的莫霍面深度及地壳厚度.结果表明,海盆区莫霍面深度在8~14 km之间,地壳厚度在3~9 km之间;东部海盆和西南海盆残留扩张中心沿NNE向展布向西南延伸至112°E,莫霍面深度超过12 km,地壳厚度在6 km以上,而西北海盆没有明显的增厚扩张中心;在西南海盆北缘的中沙地块南侧,存在一个近EW向地壳减薄带,地壳厚度在9~10 km;莫霍面深度14 km的等深线和地壳厚度9 km的等值线可指示洋陆边界位置.