银川断陷盆地地壳结构与构造的地震学证据

通过跨银川断陷盆地,完成了一条长68.9 km的高分辨深地震反射探测剖面,首次获得了银川盆地地壳精细结构、地堑型断陷盆地深部断裂系（黄河断裂、银川断裂、贺兰山东麓断裂）特征及深浅构造关系.结果表明：银川断陷盆地上地壳为双程走时8 s（深度约20 km）反射面以上的区域,上地壳上部地层层位丰富,地层分段连续性较好,上地壳下部地层分层特征不明显,地质构造简单;下地壳(8～13 s)反射能量较弱,反射同相轴不明显;下地壳下部壳幔过渡带（13 s附近）由一组能量较强、持续时间较长（1.5 s）的反射波组组成,厚度约4.5 km.芦花台断裂、银川断裂分别于12～12.5 km、18～19 km深处交汇于贺兰山东麓断裂,贺兰山东麓断裂于28～29 km深处交汇于黄河断裂,黄河断裂为错断Moho面的深大断裂,银川地堑为以黄河断裂为主,其他断裂为辅组合而成的负花状构造.根据贺兰山东麓断裂和银川断裂的相互关系,认为贺兰山东麓断裂对1739年平罗—银川8级地震起主要控制作用.     

海原、六盘山断裂带至银川断陷第四纪构造应力场分析

利用断层滑动资料反演构造应力张量从而确定出海原、六盘山断裂带至银川断陷的第四纪两期构造应力场 :早更新世末期以前 ,为北东—南西挤压型构造应力场 ,由此造成该地区断裂活动主要以逆断为主 ;早更新世末期至中更新世以后 ,构造应力场发生了调整 ,主压应力方向由早期的北东—南西改变为北东东—南西西 ,应力结构由挤压型转变为走滑型 ,并导致断裂活动由早期的逆断为主变为走滑为主 ,这种应力场格局一直持续至今。研究区现代构造应力场可划分为 :海原断裂带走滑应力区、六盘山逆断 -走滑混合应力区和银川断陷拉张应力区     

太行山东缘汤阴地堑地壳结构和活动断裂探测

采用深、浅地震反射和钻孔地质剖面相结合的探测方法,对太行山东缘汤阴地堑的地壳结构和隐伏活动断裂进行了研究.结果表明,该区地壳厚度约36~42 km,莫霍面从华北平原区向太行山下倾伏.汤阴地堑是一个受汤东断裂控制的半地堑构造,其基底面形态与莫霍面展布呈"镜像"关系.汤东断裂是1条继承性的隐伏活动断裂,该断裂向上错断了埋深约20 m的中更新世晚期地层,向下延伸至上地壳底部.综合分析深地震反射和已有深地震宽角反射/折射剖面结果,发现深地震反射剖面上的中-下地壳强反射层和壳幔过渡带反射,与深地震宽角反射/折射剖面上出现的中-下地壳正负速度梯度变化层有着较好的对应关系,这表明本区中-下地壳和壳幔过渡带可能为一系列速度递变层或高低速物质的互变层,埋深约15~16 km的强反射带为上地壳与中-下地壳的转换带,壳幔过渡带的底界为地壳与地幔的分界.研究结果为深入理解该区的深部动力学过程、分析研究深浅构造关系、评价断裂的活动性提供了依据.     

西藏中部申扎—定结地堑系北段中新世以来构造地貌学研究

利用ETM遥感影像与30 m分辨率的ASTER DEM数据, 构建申扎—定结地堑系北段遥感影像三维数字高程模型, 结合野外地质地貌调查结果, 对地堑系地貌特征进行总体分析。并根据对主要断裂的产状和活动性野外调查与活动断裂展布的遥感解译结果, 认为地堑系由一条东倾的铲式主要断裂和一系列同倾向和反倾向的次级断裂组成的半地堑构造。基于半地堑系模式, 将地堑系简化成书斜式模型, 根据地堑的沉降量和地堑宽度值, 计算地堑系的滑脱面深度在3.6～9.7 km之间, 因此地堑中地震震源深度也多集中于滑脱面附近。最后探讨地堑的形成机制, 表明在印度板块的挤压作用下, 高原上地壳与下地壳发生应力解耦, 上地壳在重力作用下, 向南向东发生滑脱, 形成东倾的半地堑构造。     

利用地震折射和反射波资料研究银川盆地浅部结构和隐伏断裂

银川盆地是华北克拉通西部构造活动较为强烈的一个新生代断陷盆地.为了研究银川盆地的地壳浅部结构和活动断裂特征,我们利用2014年在银川盆地完成的深地震反射剖面数据,采用初至波层析成像方法得到了银川盆地高精度的基底P波速度结构和构造形态;考虑到仅根据速度结构剖面还难以确定断裂的准确位置、断层上断点埋深、断层的近地表构造组合样式等特征,研究中还采用浅层地震反射波勘探方法对银川盆地内的隐伏断裂和1739年平罗8.0级地震的地表破裂带浅部结构进行了高分辨率成像.研究结果表明:银川盆地与两侧地块的浅层P波速度结构和沉积盖层厚度差异较大,银川盆地总体呈现出明显的低速结构特征,盆地基底面起伏变化较大,基底最深处位于芦花台断裂和银川断裂之间的银川市下方,其深度约为7000~7200 m;贺兰山隆起区显示为明显的高速特征,地表出露中-古生代基岩地层,缺失新生代地层;鄂尔多斯地块西缘的浅层P波速度明显高于银川盆地,基底埋深相对较浅,推测其新生界地层厚度小于2500 m.浅层地震反射剖面揭示的地层反射界面形态和断裂的浅部构造特征非常清楚,黄河断裂、贺兰山东麓断裂、银川断裂和芦花台断裂不仅是错断盆地基底的断裂,而且还是第四纪以来的隐伏活动断裂,这些断裂的交替活动形成了"堑中堑"的盆地结构,并对银川盆地的形成、盆地内的新生代地层厚度和第四纪沉降中心具有重要的控制作用;在近地表这些断裂表现为由2~3条断层组成的"Y字形"断裂构造,且主断裂的最新活动可追踪至晚更新世末期或全新世,是构造继承性活动的结果.本文的研究结果不仅可为进一步分析银川盆地的基底结构、隐伏断裂特征和活动构造研究等提供新的地震学证据,而且还可为该区城市规划中避让活动断层提供科学依据.     

华北渤海湾盆地大震的构造特征

渤海湾盆地是地震活动强烈的地区，记载有7级以上大地震6次。前人对几次大震的具体构造条件已做过大量研究。笔者基于已有的工作，通过对盆地构造发育早第三纪断陷和晚第三纪以来拗陷两个阶段的不同构造后性和区域地震构造格局的分析，以及大震区构造的剖析，综合研究了大震的构造特征。其中最根本的是，盆地发育的断陷阶段因北西—南东向水平拉张作用，于地壳上部形成了由北北东—北东向太行山山前断裂带等大型拆离断裂拉张滑脱控制的伸展断裂系统；拗陷阶段受北东东—南西西向水平挤压，正发育着一套地壳共轭剪切破裂系统。前者与地震关系不大，后者对地震孕育和发生有着重要的控制作用。     

龙门山中段后山断裂带晚第四纪运动特征

本文通过对龙门山断裂带中段后山断裂带主要断裂的研究,认识到从茂汶断裂往西北到挂思岭断裂,断裂最新活动时代有逐渐变老的趋势,反映了龙门山后山断裂在晚新生代同样具有前展式(背驮式)逆冲推覆特征,主断裂茂汶断裂的最新活动时代为晚更新世晚期;后山断裂带除逆冲挤压构造变形外,还存在拉张变形,这为研究青藏高原的运动学及动力学等问题提供了重要信息.     

贺兰山和银川盆地的岩石圈结构和断裂特征——深地震反射剖面结果

位于南北构造带北段的贺兰山和银川盆地是华北克拉通西部的一个板内构造变形带和活动构造带,有着复杂的形成和演化历史,对该区复杂的地质构造和现代地震活动有着重要的控制作用.2014年初,跨银川盆地和贺兰山完成的长度135km的深地震反射剖面揭示了该区的岩石圈层结构和断裂的深浅构造特征.研究结果表明,沿剖面莫霍面埋深自东向西逐渐加深,地壳厚度40~48km,且不同构造部位的地壳反射结构图像、速度分布、壳内界面形态和莫霍面起伏存在着明显差异.深地震反射剖面揭示,贺兰山两侧有着不同的断裂构造特征,在贺兰山东侧,黄河断裂、贺兰山东麓断裂以及银川盆地内的多条隐伏断裂均为第四纪以来仍在活动的正断层,控制了银川盆地的新生代沉积,在剖面上呈"负花状"构造展布;在贺兰山西侧,巴彦浩特断裂和贺兰山西麓断裂在剖面上表现为东倾的逆冲断层,使得贺兰山隆起区的中生代地层发生褶皱、冲断和结构变形;地壳深断裂位于银川盆地的西侧,该断裂倾角陡直,向下错断中-下地壳和莫霍面,向上可能与两组上地壳断裂相联系;这套不同时期形成的走滑、逆冲和正断并存的深浅断裂系统是该区盆山耦合、地壳结构变形和壳幔结构变化的构造条件.深地震反射剖面揭示的另外一个重要现象是,在贺兰山和银川盆地之下还存在有一组强能量的上地幔反射波组(UMR),其界面深度约为82~92km,暗示该区上地幔中存在有速度跃变层或速度间断面,反映了该区上地幔结构的纵向不均匀性.探测结果为进一步分析研究华北克拉通西部复杂的深部结构、不同地块的结构差异和深浅构造关系等提供了地震学证据.     

太行山东缘石家庄南部地壳结构及断裂活动性探测

采用深、浅地震反射和钻孔地质剖面相结合的方法,对太行山东缘石家庄南部的地壳结构和隐伏断裂的活动性进行了研究.深地震反射探测结果表明,该区地壳厚度33~38km,莫霍面从华北平原向太行山下倾伏.石家庄—晋县凹陷是受拆离断层控制的盆岭构造,太行山山前断裂为凹陷的西边界断裂,表现为上陡下缓的铲形断裂.石家庄—晋县凹陷中还发育北席断裂和栾城断裂,它们与太行山山前断裂一样受拆离断层的控制,未错断早更新世晚期以来沉积的地层不属于活动断裂.深地震反射剖面的中部还揭示了一个近垂直的穹窿状反射异常体,它可能起源于莫霍面,向上,穿过上、下地壳分界面,并延伸至上地壳.穹窿状反射异常体内部反射波视频率随深度增加而降低,在莫霍面附近的壳幔过渡带也出现明显的频率降低、界面扭曲和变形现象,推断它可能是上地幔岩浆上涌到地壳内部的侵入体.结合电磁测深结果可以发现,上地幔热物质的上涌和东、西向拉张可能是形成石家庄—晋县凹陷的动力学机制.探测结果为深入理解石家庄地区的深部地球动力学过程、华北克拉通破坏机制、深浅构造关系和地震构造提供了依据.     

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.     

钻探揭示的黄河断裂北段活动性和滑动速率

黄河断裂是银川盆地内展布最长、切割最深的一条深大断裂,也是银川盆地的东边界。由于其北段呈隐伏状,因此,该段的活动性和滑动速率长期未知,影响了对盆地演化和地震危险性的认识。文中选择具有石油地震勘探基础的陶乐镇为研究场点,以人工浅层地震勘探结果为依据,在黄河断裂北段布设了一排钻孔联合剖面,并对标志层进行年代测试,获得了断裂的活动时代和滑动速率。结果表明,黄河断裂北段在晚更新世末期或全新世有过活动,在（28.16±0.12）ka BP 以来的累积位移为0.96m,晚第四纪以来的平均滑动速率为0.04mm/a,该值明显低于南段灵武断层（0.24mm/a）;尽管向下切割了莫霍面,黄河断裂晚第四纪活动强度和发震能力均要低于切割相对浅的贺兰山东麓断裂;黄河断裂可能在新生代之前已经强烈活动并深切莫霍面,新生代以来,银川盆地的构造活动迁移分解到以贺兰山东麓断裂为主的多条断裂之上,地壳双层伸展模型可解释银川盆地现今深浅部构造活动间的联系。     

Lithospheric structure and faulting characteristics of the Helan Mountains and Yinchuan Basin:Results of deep seismic reflection profiling

The Helan Mountains and Yinchuan Basin(HM-YB) are located at the northern end of the North-South tectonic belt,and form an intraplate tectonic deformation zone in the western margin of the North China Craton(NCC).The HM-YB has a complicated history of formation and evolution,and is tectonically active at the present day.It has played a dominant role in the complex geological structure and modern earthquake activities of the region.A 135-km-long deep seismic reflection profile across the HM-YB was acquired in early 2014,which provides detailed information of the lithospheric structure and faulting characteristics from near-surface to various depths in the region.The results show that the Moho gradually deepens from east to west in the depth range of 40-48 km along the profile.Significant differences are present in the crustal structure of different tectonic units,including in the distribution of seismic velocities,depths of intra-crustal discontinuities and undulation pattern of the Moho.The deep seismic reflection profile further reveals distinct structural characteristics on the opposite sides of the Helan Mountains.To the east,The Yellow River fault,the eastern piedmont fault of the Helan Mountains,as well as multiple buried faults within the Yinchuan Basin are all normal faults and still active since the Quaternary.These faults have controlled the Cenozoic sedimentation of the basin,and display a "negative-flower" structure in the profile.To the west,the Bayanhaote fault and the western piedmont fault of the Helan Mountains are east-dipping thrust faults,which caused folding,thrusting,and structural deformation in the Mesozoic stratum of the Helan Mountains uplift zone.A deep-penetrating fault is identified in the western side of the Yinchuan Basin.It has a steep inclination cutting through the middle-lower crust and the Moho,and may be connected to the two groups of faults in the upper crust.This set of deep and shallow fault system consists of both strike-slip,thrust,and normal faults formed over different eras,and provides the key tectonic conditions for the basin-mountains coupling,crustal deformation and crust-mantle interactions in the region.The other important phenomenon revealed from the results of deep seismic reflection profiling is the presence of a strong upper mantle reflection(UMR) at a depth of 82-92 km beneath the HM-YB,indicating the existence of a rapid velocity variation or a velocity discontinuity in that depth range.This is possibly a sign of vertical structural inhomogeneity in the upper mantle of the region.The seismic results presented here provide new clues and observational bases for further study of the deep structure,structural differences among various blocks and the tectonic relationship between deep and shallow processes in the western NCC.     

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,69 km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0.5 s的反射带,最深处位于桩号30 km,底界约6.5 s,向西北缓慢抬升至5.5 s,向南东迅速抬升至5.5 s.下地壳有两个明显的反射事件RA、RB: RB是位于桩号40~47 km之间的局部反射团, 而RA为宽度约2 s、向坳陷倾斜的反射带.以桩号38 km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11~14 s水平的反射分段连续的过渡带,宽度约3 s;小桩号方向,反射Moho为一宽度约2 s、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:10.5~13.5 km(反射带C)、20.3~21.5 km(反射带RB)、16.8~34.3 km(反射带RA)和32~36.7 km(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.     

鄂尔多斯地块西缘莫霍面起伏及泊松比分布

收集了鄂尔多斯地块西缘的21个宁夏区域地震台网台站和183个中国地震科学探测台阵台站记录到的2015年1月至2016年1月期间的远震P波资料,通过对其进行反褶积提取接收函数,并利用H-Kappa叠加方法计算了研究区内的莫霍面深度和泊松比。结果表明:研究区的莫霍面深度在36—58 km范围内变化,大体呈南厚北薄、西厚东薄的特点,且具有明显的分区特征,即以香山—天景山断裂为界,莫霍面在南北向呈现明显的起伏变化,该断裂以南的地壳增厚方式可能与青藏高原的水平挤压力所导致的上地壳重叠有关;贺兰山东麓断裂两侧的莫霍面深度落差明显,这可能是由于青藏高原东北缘NE向的挤压力以及阿拉善地块与鄂尔多斯地块之间NW?SE向的拉张力共同作用所致。研究区的泊松比整体较高,其中鄂尔多斯地块的平均泊松比要高于青藏高原东北缘的平均泊松比,银川地堑内的高泊松比现象可能与黄河—灵武断裂为超壳断裂有关;研究区内的莫霍面深度与地表高程具有较好的正相关性,说明其地壳均衡效应较好,而整个研究区内泊松比与莫霍面深度的线性关系并不明显。此外,本研究还进一步揭示了研究区内莫霍面深度与泊松比反相关最明显的两个区域,这种明显的反相关关系也表明,构造上的挤压力或拉张力更容易集中在长英质的弱岩层而使地壳增厚或减薄。综上进一步认为,从海原断裂至香山—天景山断裂这一区域及贺兰山东麓断裂两侧区域下方的地壳成分以长英质岩石为主。      

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.     

贺兰山—银川地堑及邻区重力异常特征及构造意义

贺兰山—银川地堑及邻区地质结构复杂,对该区域深浅结构特征的研究具有重要意义.本文采用重力归一化总梯度成像和二维小波多尺度分解方法对研究区内重力异常进行了垂向和横向构造分析.重力归一化总梯度成像结果显示高低转换带的倾角、倾向与地质上的贺兰山东麓断裂、银川断裂和黄河断裂分布吻合较好,贺兰山西麓断裂与贺兰山东麓断裂汇交深度约18 km,银川断裂与黄河断裂汇交深度约25 km;二维小波多尺度分解成像结果表明正谊关断裂、贺兰山西麓断裂、芦花台断裂和银川断裂为上地壳断裂,贺兰山东麓断裂、青铜峡—固原断裂以及黄河断裂为下地壳断裂,且这三大断裂可能分别是阿拉善地块东南边界和鄂尔多斯地块西南边界;1739年平罗M 8.0古地震震中与银川断裂在重力剖面深度约15 km汇交,其垂向高低梯度为强变形带,同时古地震震中位于重力正负异常转换部位的低值区,据此可推断此次古地震的发震构造是银川断裂.这些结论可提高对贺兰山—银川地堑及邻区地质结构的认识,为该区地壳动力学过程及强震的孕震机理研究提供一定的科学依据.     

北京南部地壳精细结构深地震反射探测研究

为了研究北京平原区的地壳结构特征、断裂的空间展布、断裂活动性以及深浅构造关系,在北京平原区的南部完成了1条长90 km的深地震反射剖面.探测结果表明,该区地壳以双程反射时间(TWT)6～7 s的强反射带Tc为界分为上地壳和下地壳,上地壳厚约18～19 km,下地壳厚约16～17 km,Moho界面深度约为34～35 km.该区结晶基底起伏变化较大,上、下地壳分界面和Moho界面都是一个具有一定厚度的过渡带.上地壳反射层位丰富,断裂构造发育,构造形态清晰.在夏垫断裂西北,剖面揭示了4～5组能量较强的反射震相,表现为典型的隆起区特征;在夏垫断裂东南,上部为一套向东南倾伏的密集强反射层,下部为一套形态各异、结构复杂的强反射层,这些反射具有典型的沉积盆地特征,盆地最深处约为11 km.剖面揭示的地壳深断裂倾角较陡,向上切穿了上、下地壳分界面,延伸到上地壳沉积盆地的底部,向下切穿了壳幔过渡带,与上部断裂和沉积盆地构成了独特的组合关系.     

High-resolution crustal structure of the Yinchuan basin revealed by deep seismic reflection profiling: implications for deep processes of basin

The Yinchuan basin, located on the western margin of the Ordos block, has the characteristics of an active continental rift. A NW-striking deep seismic reflection profile across the center of Yinchuan basin precisely revealed the fine structure of the crust. The images showed that the crust in the Yinchuan basin was characterized by vertical stratifications along a detachment located at a two-way travel time(TWT) of 8.0 s.The most outstanding feature of this seismic profile was the almost flat Mohorovicˇic′ discontinuity(Moho) and a high-reflection zone in the lower crust. This sub-horizontal Moho conflicts with the general assumption of an uplifted Moho under sedimentary basins and continental rifts, and may indicate the action of different processes at depth during the evolution of sedimentary basins or rifts.We present a possible interpretation of these deep processes and the sub-horizontal Moho. The high-reflection zone, which consists of sheets of high-density, mantlederived materials, may have compensated for crustal thinning in the Yinchuan basin, leading to the formation of a sub-horizontal Moho. These high-density materials may have been emplaced by underplating with mantlesourced magma.