大别造山带壳幔界面的断错结构和壳内低速体

2001年4月~2002年3月, 北起河南兰考附近的崔林(34°40′N, 114°49′E), 南到江西大冶附近的大箕铺(30°20′N, 115°03′E), 横跨大别造山带, 布设了总长度约500 km, 由34台宽频带流动地震仪组成的二维地震台阵观测剖面. 台站采用不等间距布设. 在大别造山带范围内, 台站间距为3~8 km, 其他地区为15~20 km. 利用台阵记录的远震P波波形数据和接收函数方法, 获得了横穿大别造山带的接收函数剖面和各台站下方100 km深度范围内地壳上地幔的Ｓ波速度结构. 研究结果表明: 大别造山带地壳在垂直山体走向的方向上具有明显的非对称分块结构; 地壳最大厚度为42 km; 壳幔界面具有与地壳分块结构相应的断错结构, 最大断距达到8 km; 在造山带核部, 存在壳内横波低速体; 壳内低速体分为两部分, 分别对应南大别和北大别; 在垂向上两者可能曾有差异运动; 其下方地壳速度具有随深度增加的梯度结构, 上地幔顶部直到70 km深度范围内速度异常偏低, 而其下方70~100 km的深度上有高速异常体.     

大别─苏鲁碰撞造山带的地震层析成像研究──岩石圈三维速度结构

对包含大别－苏鲁碰撞造山带在内的东经 １１２°－１２４°,北纬２８°－３９°区域进行地 震层析成像研究,重建其地壳及上部地幔的三维速度图像．结果表明：造山带岩石圈速度横 向不均匀性显著;大别造山带以商城－麻城断裂为界,东侧的大别地块与西侧红安地块在地 壳速度上是两个不同的速度块体;中地壳 １５-２５ｋｍ深度范围内存在低速带,与伸展滑脱构造 有关;南、北大别构造单元之下,莫霍面下凹,地壳内发育了速度为６．５－６．６ｋｍ／ｓ、向北倾斜的 相对高速体,与超高压变质岩体相对应;在大别－苏鲁造山带下方的上部地幔中存在向北倾 斜的板片状高速体,结合已有地质、地球化学证据推测,它是三叠纪俯冲的扬子地块的残留 体;俯冲板片在深部发生了断离．本文利用地震层析成像方法揭示的造山带岩石圈速度结构 细节,对研究与地表地质有关的地球动力学无疑是十分重要的．     

大别造山带东部地壳结构的层析成像及广角反射的地震学研究

从层析成像和广角反射的角度,对大别造山带东部地震波速度结构进行了研究．层析结果清楚地显示了大别超高压变质带下方,高速异常体顶界面的埋深在海平面下1.5 km左右;扇形剖面直观地显示了作为南北大别界限的水吼——五河断裂,以45的倾角在上地壳底界面附近向下及南西方向延伸的情况;广角反射结果中还给出了大别超高压变质岩区上地壳底界面和下地壳中界面的反射特征．      

大别─苏鲁碰撞造山带的地震层析成像研究──岩石圈三维速度结构

对包含大别－苏鲁碰撞造山带在内的东经 １１２°－１２４°,北纬２８°－３９°区域进行地 震层析成像研究,重建其地壳及上部地幔的三维速度图像．结果表明：造山带岩石圈速度横 向不均匀性显著;大别造山带以商城－麻城断裂为界,东侧的大别地块与西侧红安地块在地 壳速度上是两个不同的速度块体;中地壳 １５—２５ｋｍ深度范围内存在低速带,与伸展滑脱构造 有关;南、北大别构造单元之下,莫霍面下凹,地壳内发育了速度为６．５－６．６ｋｍ／ｓ、向北倾斜的 相对高速体,与超高压变质岩体相对应;在大别－苏鲁造山带下方的上部地幔中存在向北倾 斜的板片状高速体,结合已有地质、地球化学证据推测,它是三叠纪俯冲的扬子地块的残留 体;俯冲板片在深部发生了断离．本文利用地震层析成像方法揭示的造山带岩石圈速度结构 细节,对研究与地表地质有关的地球动力学无疑是十分重要的．     

秦岭─大别造山带及其南北缘地震层析成像

利用秦岭─大别造山带及其毗邻地区３１０个地震台站记录到的区域地震２３６００条Ｐ波到时数据，重建了该区地壳和上地幔三维速度图像。结果表明：１．秦岭─大别造山带及其毗邻地区地壳和上地幔存在显著的横向不均匀性，直至１１０ｋｍ深度处依然明显。２．地壳上部的速度图像与地表地质构造密切相关：造山带隆起区显著高速；盆地及坳陷区明显低速。由速度鲜明对比勾勒出的秦岭─大别造山带南界基本上位于扬子北缘主边断裂带上。３．中地壳的速度图像表明，造山带内部的一些低速区对应于一些大型推覆构造。４．４０＋０ｋｍ深度处的速度图像反映了该区莫霍界面深度的起伏。大致以１０７°Ｅ为界，以东地区地壳厚度小于４０ｋｍ，以西地区大于４０ｋｍ，且呈现出往西地壳逐渐加厚的趋势。５．位于滦川、商县、丹凤的北秦岭构造带，上地幔顶部出现低速异常，异常速度值约为７．３９—７．５５ｋｍ／ｓ。结合地球物理测深的结果，可能是由下地壳、上地幔顶部的热过程所致。     

东大别超高压变质带的深部构造

在大别山东段进行的综合地球物理调查的资料不仅提供了较精细的地壳构造信息, 而且不同方法取得的资料有很好的相关性. 根据这些资料作综合研究可以编制出较为可靠和精细的地壳构造剖面图(图版II). 东大别造山带的地壳可分为北淮阳、北大别、南大别与宿松4个构造单元. 其中宿松高压变质带的中下地壳为扬子俯冲地壳, 而北淮阳下方的中下地壳为中朝克拉通的地壳, 合肥盆地下方亦为中朝克拉通的基底. 南、北大别的中下地壳结构具有明显差别, 反映了它们在印支期之后有过不同的演化轨迹, 不应把它们合并为同一个地壳单元. 现今大别造山带的结构主要反映了早-中侏罗世扬子克拉通的向北陆-陆俯冲, 而且华北基底同时向南俯冲, 和晚侏罗世以来以北大别为中心的地壳伸展和上隆揭顶. 在三叠纪南北碰撞时晓天-磨子潭断裂带处于缝合带南沿部位, 从它往北上地壳构造从北倾低角度正断层很快转变成向南陡倾的逆冲褶断, 这种强烈的地壳变形反映了碰撞缝合带的典型特征. 北淮阳中上地壳与华北基底相连, 反映了后碰撞期南北板块继续处于挤压环境的会聚态势, 而这一会聚事件向北一直影响到处于合肥盆地北缘的淮南. 在双程走时22s出现反映岩石圈底界的强反射体, 估计岩石圈厚度约78 km. 由地球物理资料可推断大别UHPM岩片的厚度不超过8 km. 这一结果不支持“陆壳先俯冲到地幔然后整体折返回地壳而形成UHPM带”的假说.     

秦岭─大别造山带及其南北缘地震层析成像

利用秦岭─大别造山带及其毗邻地区３１０个地震台站记录到的区域地震２３６００条Ｐ波到时数据，重建了该区地壳和上地幔三维速度图像。结果表明：１．秦岭─大别造山带及其毗邻地区地壳和上地幔存在显著的横向不均匀性，直至１１０ｋｍ深度处依然明显。２．地壳上部的速度图像与地表地质构造密切相关：造山带隆起区显著高速；盆地及坳陷区明显低速。由速度鲜明对比勾勒出的秦岭─大别造山带南界基本上位于扬子北缘主边断裂带上。３．中地壳的速度图像表明，造山带内部的一些低速区对应于一些大型推覆构造。４．４０＋０ｋｍ深度处的速度图像反映了该区莫霍界面深度的起伏。大致以１０７°Ｅ为界，以东地区地壳厚度小于４０ｋｍ，以西地区大于４０ｋｍ，且呈现出往西地壳逐渐加厚的趋势。５．位于滦川、商县、丹凤的北秦岭构造带，上地幔顶部出现低速异常，异常速度值约为７．３９-７．５５ｋｍ／ｓ。结合地球物理测深的结果，可能是由下地壳、上地幔顶部的热过程所致。     

松潘-甘孜造山带地壳速度结构

位于川西地区的奔子栏——唐克深地震测深剖面以NNE走向穿越松潘——甘孜造山带．根据人工地震记录分析得到的震相走时和相关的振幅信息，确定了该剖面二维P波地壳速度结构．剖面的地壳结构可分为5层，其中第1，2，3层为上地壳；第4，5层为下地壳．上地壳中部普遍存在低速异常带，但龙日坝以北，这一低速带与其上覆的低速基底合为一体．同时，沿剖面的地壳速度结构具有较强的横向变化．据此，可将剖面分为4段，即甘孜——理塘断裂以南、甘孜——理塘断裂至鲜水河断裂、鲜水河断裂至龙日坝断裂和龙日坝断裂以北. 这与区域构造划分基本一致． 地壳厚度沿测线从南西向北东逐渐减薄，即从金沙江畔的62 km减小到黄河附近的52 km． 根据PmP震相分析，莫霍界面深度在鲜水河断裂两侧没有明显变化．全剖面的地壳平均速度较低，为6.30 km/s．奔子栏——唐克剖面揭示了该地区的造山带型地壳上地幔结构特征．鲜水河断裂带位于剖面的中部，该地区的上地壳速度为正异常，而下地壳和上地幔顶部存在负异常．笔者认为，这是一类有利于强震孕育和发生的深部构造环境．      

大别山超高压变质带地壳结构及其构造意义

根据大别山深地震测深剖面的资料,取得了大别山地区的地壳结构模型．二维地壳结构显示了碰撞造山带的特征和超高压变质带的深部地球物理证据．地壳上部的三维速度结构表明:在2 km深度上速度分布与地表的地质构造明显相关,在5～10 km深度上超高压变质带显示相对高速．布格重力异常的观测资料显示大别山地区有较大范围的负异常．在由上部地壳引起的布格重力异常中,超高压变质带则为正异常区．由于在地震剖面的二维地壳模型中,造山带的山根仅有4～5 km厚,且上地幔顶部的速度横向变化不明显,因此可以认为,观测与计算的布格重力异常不一致的原因主要来自地壳,至少在中上地壳内应产生负布格重力异常．超高压变质带中地壳内的物质密度应比周围地区低．这一较低密度的物质与扬子地壳向北俯冲到100 km以下的深度,然后返回地壳的碰撞过程有关．      

大别造山带的地壳结构研究

介绍横穿大别造山带的深地震测深剖面的地壳P波速度结构和密度结构.地表高程最大的岳西至晓天之间存在约5km厚的山根,在晓天-磨子潭断裂下方莫霍界面达4.5km垂直错断表征三叠纪碰撞的古缝合线,在超高压带3km深度以下的相对高速异常区,可能与含量较高的超高压变质岩有关.     

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.     

Crustal structure beneath the Dabie orogenic belt from ambient noise tomography

The Qinling–Dabie–Sulu orogenic belt in east-central China is the largest high and ultrahigh pressure (HP and UHP) metamorphic zone in the world. The Dabie Mountains are the central segment of this orogenic belt between the North China and Yangtze cratons. This work studies the nature of the crustal structure beneath the Dabie orogenic belt to better understand the orogeny. To do that, we apply ambient noise tomography to the Dabie orogenic belt using ambient noise data from 40 stations of the China National Seismic Network (CNSN) between January 2008 and December 2009. We retrieve high signal noise ratio (SNR) Rayleigh waves by cross-correlating ambient noise data between most of the station pairs and then extract phase velocity dispersion measurements from those cross-correlations using a spectral method. Taking those dispersion measurements, we obtain high-resolution phase velocity maps at 8–35 second periods. By inverting Rayleigh wave phase velocity maps, we construct a high-resolution 3D shear velocity model of the crust in the Dabie orogenic belt.The resulting 3D model reveals interesting crustal features related to the orogeny. High shear wave velocities are imaged beneath the HP/UHP metaphoric zones at depths shallower than 9 km, suggesting that HP/UHP metaphoric rocks are primarily concentrated in the upper crust. Underlying the high velocity HP/UHP metamorphic zones, low shear velocities are observed in the middle crust, probably representing ductile shear zones and/or brittle fracture zones developed during the exhumation of the HP/UHP metamorphic rocks. Strong high velocities are present beneath the Northern Dabie complex unit in the middle crust, possibly related to cooling and crystallization of intrusive igneous rocks in the middle crust resulting from the post-collisional lithosphere delamination and subsequent magmatism. A north-dipping Moho is revealed in the eastern Dabie with the deepest Moho appearing beneath the Northern Dabie complex unit, consistent with the model of Triassic northward subduction of the Yangtze Craton beneath the North China Craton.     

大别造山带与郯庐断裂带壳、幔结构和陆内“俯冲”的耦合效应

地质学家基于岩石年代学、峰期变质的压力差和阿尔卑斯变质沉积岩中柯石英的发现，推断在大别造山带地区发现的柯石英和榴辉岩乃是地幔深处120km左右折返至地壳浅部的结果.为了提供大别造山带与郯庐断裂带地域的壳、幔深部结构与深层动力过程的定量判据，本文利用瑞利（Rayleigh）波的频散效应反演该区S波的三维群速度结构分布.研究结果表明：（1）该区存在一由东向西陆内俯冲的高速板舌，其下插深度仅达160 km.在秦岭—大别造山带地域上地幔70km深处存在一顶部宽约500km的低速地幔热点.（2）出露的含柯石英榴辉岩是大别造山带深部物质和能量的交换，郯庐断裂带强烈平移错动及板内俯冲效应共同作用导致的深部物质(上地幔)运移和动力学效应的综合产物.     

华北克拉通北缘—西伯利亚板块南缘的地壳速度结构特征

华北克拉通北缘—西伯利亚板块南缘（张家口—中蒙边界）的深地震测深剖面长600 km,跨越华北板块、内蒙造山带和西伯利亚板块.沿测线采用8个1.5t的爆炸震源激发地震波,使用300套数字地震仪接收,取得了高质量的地震资料.通过资料分析和处理,识别出沉积层及结晶基底的折射波（Pg）、上地壳底面的反射波（P2）、中地壳内的反射波（P3）、中地壳底面的反射波（P4）、下地壳内的反射波（P5,仅在镶黄旗—苏尼特右旗下方出现）和莫霍面的反射波（Pm）等6个震相.采用地震动力学射线方法（seis88）得到的地壳速度结构表明：（1）在华北板块与内蒙造山带之间,内蒙造山带与西伯利亚板块之间,上地壳中存在明显的高速度局部变化,在地表发育大量的古生代花岗岩体、超基性岩体.（2）在中下地壳华北板块南缘的地震波速度大,为6.3~6.7 km/s,西伯利亚板块北缘的速度小,为6.1~6.7 km/s,且界面比较平缓.原因是在内蒙造山带内地壳的缩短和隆升造山引起了中下地壳界面的剧烈起伏,不同海陆块的拼合和物质交换导致了不同区域速度的不均匀性.（3）莫霍面在赤峰断裂带（F₂）以南和索伦敖包—阿鲁科尔沁旗断裂带（F₄）以北较为平缓,平均深度为40~42 km.在F₂—F₄之间呈双莫霍面,莫霍面1明显上隆,深度为33.5 km,层速度为6.6~6.7 km/s.莫霍面2明显下凹,在西拉木伦河断裂带（F₃）下方,最深达到47 km,速度达到最大为6.8~6.9 km/s,这可能是由壳幔物质混合引起的.依据莫霍面的特点,本文认为双莫霍面以南为华北板块北缘,以北为西伯利亚板块南缘,拼合位置在赤峰断裂带（F₂）与索伦敖包—阿鲁科尔沁旗断裂带（F₄）之间的区域.     

中国中南地区综合地质地球物理研究

利用重、磁和天然地震资料对中南地区进行了综合地质地球物理研究.根据研究区的重、磁异常的分布特征,可将其分为4个重力异常区、3个航磁异常区.根据重力资料反演计算得到的研究区的地壳厚度在295～41 km之间,总的趋势为西厚东薄,地壳厚度与地形起伏基本上呈镜像关系.根据磁力资料计算得到的研究区居里界面在12～40 km之间变化.地震层析成像结果表明研究区内的速度分布总体上体现了纵横交错的断块特征.在纵向尺度上,江汉－洞庭盆地以及周缘造山带的上地壳结构变化不大,中地壳和下地壳则普遍受到现今构造活动的改造,以致岩石的结构发生了一定的变化.它们主要表现为低速区域的扩大,尤其是在地壳下部尤为突出,这与断陷盆地的拉张以及造山带岩石层的底侵和拆沉作用密切相关.通过对研究区地球物理场的分析计算,在研究区共提取主要断裂带34条.根据岩石层板块大地构造理论,依据岩石层结构、地壳结构和结晶基底等深部结构的不同,将研究区中板内不同构造单元——块体作为一级构造单元,块体之间的深大断裂带作为块体的边界——块体结合带,据此原则在研究区中划分出两个一级构造单元,五个二级构造单元.     

Dislocation structure of the crust-mantle boundary and low-velocity body within the crust beneath the Dabie Shan collision orogen

The Dabie Shan is located on the eastern side of the Qinling-Dabie orogenic belt, which marks a geological boundary between the Sino-Korean and Yangtze cra- ton. Since the 1980s, the discovery of coesite and mi- crodiamond in the Dabie Shan orogen motivates an extensive interest to the ultra-high pressure (UHP)metamorphism and its exhumation[1,2]. Many results about them were published, which deal with different disciplines, including tectonics, petrology and chro- nology[3?8]. Up to now,…     

Crustal structure in Dabieshan UHP metamorphic belt and its tectonic implication

IntroductionGeologistsfirstlyfoundcoesite-bearingecologitesattheendof1980'sandthenthemicrodiamond(Xu,elal,1992)inDabieshanarea.Theultra-highpressure(UHP)metamorphismandthegeodynamicprocessesofDabieorogenhaveattractedmanygeoscientists(Wang,etal,1989,O...     

Crustal structure beneath the Songpan——Garze orogenic belt

AbstractThe Benzilan-Tangke deep seismic sounding profile in the western Sichuan region passes through the Song-pan-Garze orogenic belt with trend of NNE.Based on the travel times and the related amplitudes of phases in therecord sections,the 2-D P-wave crustal structure was ascertained in this paper. The velocity structure has quitestrong lateral variation along the profile.The crust is divided into 5 layers,where the first,second and third layerbelong to the upper crust,the forth and fifth layer belong to the lower crust.The low velocity anomaly zone gener-ally exists in the central part of the upper crust on the profile,and it integrates into the overlying low velocitybasement in the area to the north of Ma’erkang.The crustal structure in the section can be divided into 4 parts:inthe south of Garze-Litang fault,between Garze-Litang fault and Xiashuihe fault,between Xianshuihe fault andLongriba fault and in the north of Longriba fault,which are basically coincided with the regional tectonics division