深地震反射剖面揭示的华北地块南缘地壳的精细结构

文中基于长100km的深地震反射剖面,揭示了秦岭造山带北缘和华北地块南缘交接部位的地壳精细结构和断裂的深、浅构造特征。结果显示,研究区地壳具有双层反射结构特征,莫霍面由一系列叠层状的弧形强反射构成,地壳厚约32～35km。上地壳内一系列方向不同、形态各异的反射波组分别对应秦岭北缘的逆冲推覆体及伸展构造环境下形成的沉积盆地。下地壳以错断莫霍面的地壳深断裂为界,具有南、北2段明显不同的反射结构。剖面南段以弧状强反射为主,北段由产状近水平或S倾的叠层状反射构成,暗示该区曾经历强烈、复杂的构造运动。剖面揭示的上地壳断裂控制了该区盆山构造的形成和地层沉积,错断莫霍面的地壳深断裂为深部物质的上涌和能量交换创造了条件,从而调节了地壳内部的物质构成和能量分配。     

深地震反射剖面揭示的天津地区张渤带地壳精细结构

穿过天津地区张渤带的长86 km、NE向深地震反射剖面揭示了该区清晰的地壳精细结构图像和断裂的深浅构造特征,为研究张渤地震构造带的深部孕震环境和构造模式提供了地震学证据,对探讨晚中生代以来华北裂陷盆地的深部动力学过程及演化具有重要意义.结果表明,天津地区张渤带地壳以结晶基底反射TG为界,分为上下两部分;上地壳反射波组丰富,分层特征明显,界面起伏形态清楚,清晰地刻画出冀中坳陷新生代沉积分层、箕状沉积凹陷的底界、潮白河断裂、蓟运河断裂及丰台—野鸡坨断裂的几何结构;地壳内部结晶基底（TG）至Moho之间,显示出近于"反射透明"的地震波场特征,无明显震相,这与华北其他地区的深地震反射剖面结果明显不同;地壳厚度为30.0~34.5 km,总体变化趋势为中段地壳厚而南北端相对较薄,Moho在横向上显示出明显的不均匀和横向间断特征,在Moho被错断处存在两个明显的反射事件RA和RC,RA可能是软流圈热物质上涌的侧向残留物,叠层状反射震相RC则表现出壳幔过渡带特征;剖面揭示了2条错断Moho的超壳深大断裂（FD1和FD2）和9条上地壳断裂,深大断裂应是软流圈热物质上涌,造成上地幔隆起而形成的,上地壳断裂与地壳垂直运动及侧向引张力有关;超壳深断裂（FD1和FD2）为本区深部热物质的上涌与能量交换提供了通道,而与之对应的地壳浅部断裂（F3和F9）,则为能量调整提供了可能的条件,断裂邻近区域可能是未来发生强震的地区,值得注意.     

深地震反射剖面揭示的天津地区张渤带地壳精细结构

穿过天津地区张渤带的长86 km、NE向深地震反射剖面揭示了该区清晰的地壳精细结构图像和断裂的深浅构造特征,为研究张渤地震构造带的深部孕震环境和构造模式提供了地震学证据,对探讨晚中生代以来华北裂陷盆地的深部动力学过程及演化具有重要意义.结果表明,天津地区张渤带地壳以结晶基底反射T_G为界,分为上下两部分;上地壳反射波组丰富,分层特征明显,界面起伏形态清楚,清晰地刻画出冀中坳陷新生代沉积分层、箕状沉积凹陷的底界、潮白河断裂、蓟运河断裂及丰台—野鸡坨断裂的几何结构;地壳内部结晶基底（T_G）至Moho之间,显示出近于"反射透明"的地震波场特征,无明显震相,这与华北其他地区的深地震反射剖面结果明显不同;地壳厚度为30.0~34.5 km,总体变化趋势为中段地壳厚而南北端相对较薄,Moho在横向上显示出明显的不均匀和横向间断特征,在Moho被错断处存在两个明显的反射事件R_A和R_C,R_A可能是软流圈热物质上涌的侧向残留物,叠层状反射震相R_C则表现出壳幔过渡带特征;剖面揭示了2条错断Moho的超壳深大断裂（F_D1和F_D2）和9条上地壳断裂,深大断裂应是软流圈热物质上涌,造成上地幔隆起而形成的,上地壳断裂与地壳垂直运动及侧向引张力有关;超壳深断裂（F_D1和F_D2）为本区深部热物质的上涌与能量交换提供了通道,而与之对应的地壳浅部断裂（F₃和F₉）,则为能量调整提供了可能的条件,断裂邻近区域可能是未来发生强震的地区,值得注意.     

四川盆地深部地壳结构——深地震反射剖面探测

四川盆地位于扬子地块的西北部,被褶皱构造带所围绕,受周缘构造带的侧向挤压作用,盆地卷入了多期次和多边界的构造变形,为开展盆山耦合作用及多边界、多期次构造叠加与复合关系的研究提供了不可多得的理想野外实验室.为揭示四川盆地地壳结构,本文通过对3条不同时间采集的深地震反射剖面数据进行拼接联线处理,获得跨越四川盆地的330 km深地震反射偏移成果剖面,揭示了四川盆地地壳上地幔细结构：沉积层从西北向东南逐渐变薄,在龙门山前沉积层厚度超过15 km,在华蓥山下沉积层减薄到~8 km,且褶皱变形形成华蓥山薄皮褶皱冲断带;莫霍面出现在13~15 s（双程走时）,埋深约40~45 km;并发现从下地壳延伸至地幔的东南向的倾斜反射,从13 s向下延伸至18 s,结合四川盆地及其周边地区其他地球物理和地球化学花岗岩同位素年龄等资料,我们认为这些倾斜反射层是扬子克拉通地台西北缘发生的新元古代俯冲的遗迹.

     

用近垂直方法提取莫霍面——以六盘山深地震反射剖面为例

根据近垂直地震反射原理和Moho面上下深地震反射资料频率低的特征,运用深地震反射资料的近垂直反射数据,通过静校正、资料净化、共检波域叠加等叠前和叠后处理技术,对六盘山莫霍面结构进行成像.初步结果显示出横过六盘山莫霍面起伏、断错的结构特征.六盘山东侧的鄂尔多斯地块莫霍面东高西低、变化平缓、结构完整;靠近六盘山前缘莫霍面错断,可能与壳内走滑作用有关;西侧的青藏高原东北缘莫霍面西高东低,靠近六盘山呈现汇聚挤压、明显缩短的特征;六盘山复杂的莫霍面结构,揭示了六盘山地壳早期双向挤压、晚期山前侧向走滑的构造图像.     

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.     

北京地区地壳精细结构的深地震反射剖面探测研究

长度100 km、NW向穿过三河—平谷8.0级地震区和北京地区主要断裂构造的深地震反射剖面,揭示了该区地壳精细结构图像和断裂的深浅构造特征.结果表明,该区地壳以TWT6～7 s左右的强反射带为界分为上地壳和下地壳,上地壳厚约18～21 km,下地壳厚约13～15 km.剖面TWT3～4 s以上,反射层位丰富,构造形态清晰,且在剖面上具有明显不同的构造特征;在三河—平谷地震区以西,剖面揭示了2～3组反射能量较强的反射震相和一系列错断基底面的断裂,在三河—平谷地震区以东,为一套自东向西倾伏的密集强反射层,这套反射具有典型的沉积盆地特征,盆地最深处约为8～9 km.剖面揭示的地壳深断裂倾角陡直,该断裂切割、扰动了下地壳物质和壳幔过渡带,向上延伸至上地壳,将地壳深部构造与浅部断裂联系在一起,构成了该区最主要的深浅构造特征.     

深地震反射剖面探测西拉木伦缝合带地壳精细结构——数据处理

深地震反射法已经被公认为是探测岩石圈精细结构与构造的先进技术,是获得岩石圈内部构造边界几何以及地震波在深层岩石中传播的动力学信息的重要手段.索伦—西拉木伦—长春—延吉缝合带代表了古亚洲洋的最终闭合,同时还经历了蒙古鄂霍次克构造域与古太平洋构造域的叠加改造.但其缝合带的真实存在性、位置以及构造属性仍然不明确.为确定索伦—...     

临汾盆地地壳精细结构和构造——地震反射剖面结果

采用深、浅地震反射相结合的探测方法,对临汾盆地的地壳结构和隐伏活动断裂进行了研究.结果表明,研究区地壳具有清晰的上、中、下地壳结构特征,其地壳厚度约为38~42 km.临汾盆地为典型的半地堑沉积盆地,盆地沉积层最深处约为5~6 km.莫霍面在临汾盆地下方出现约3 km的上隆,其展布形态与盆地基底呈“镜像”对应关系,显示出临汾盆地为拉张作用下的纯剪切盆地模式.深地震反射剖面揭示的一系列铲状或面状正断层在剖面上表现为“负花状”构造特征,其中,罗云山山前断裂和浮山断裂为临汾盆地的东、西边界控制断裂,具有规模大、切割深度深和多期活动的特点,对临汾盆地的形成、地层沉积和褶皱以及地震活动都有重要的控制作用.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.     

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.     

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91.8 km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45~48 km,岩石圈厚度约82~87 km.莫霍面在大青山之下出现约3.5 km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7~8 km.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.     

深地震测深揭示的华南地区地壳结构及其动力学意义

20世纪70年代以来,我国实施与华南地区有关的深地震测深剖面达57条.本文收集该区的深地震测深研究成果,利用保真能力强的三维克里金插值技术构建了100°E~125°E,18°N~34°N区域内的三维地壳速度模型.基于三维地壳结构模型,分别探讨了华南地区不同构造单元地壳厚度空间变化特征、地壳属性、上地幔顶部地震波速变化以及太平洋向欧亚板块的俯冲方向等.研究结果表明:(1)扬子地块平均地壳厚度为40 km左右,地壳平均速度为6.30 km/s;华夏地块平均地壳厚度32 km左右,地壳平均速度6.24 km/s.(2)扬子地块的四川盆地与全球地台区具有相似的地壳速度-深度变化特征,华夏地块与全球伸展区结构相似,台湾造山带具有较典型全球大陆弧的特点.(3)华夏地块上地幔顶部Pn波平均速度为8.02 km/s;台湾造山带Pn波平均速度为7.98 km/s;扬子地块的Pn波速度为7.94 km/s,包含四川盆地(Pn速度达8.02 km/s)和川滇地区(Pn速度最低为7.75 km/s).川滇地区和松潘—甘孜褶皱带东部构造活动性较强,四川盆地和华夏地块相对较稳定.(4)推测太平洋板块向欧亚板块俯冲的方向为NW-SE方向.     

伽师强震群区震源细结构的深地震反射探测研究

穿过伽师强震群的深地震反射剖面提供了研究区从地表直至莫霍界面的地壳细结构图像.探测结果表明：研究区上、下地壳分界面埋深约20～30 km,莫霍界面埋深约52～58 km.上地壳内部存在着两种截然不同的反射图像.上地壳上部为沉积盖层,厚度约8～9 km,盖层内部反射成层分布,显示了稳定而连续的沉积特点;上地壳下部则为“反射透明”背景下存在的叠层状反射带.下地壳内部呈现明显的反射性质,具体体现在上、下地壳分界面和莫霍间断面都表现为具有一定持续时间的多循环反射叠层结构特征.时间剖面上所有反射事件由北东向南西下倾的整体图像直观地反映了塔里木盆地地壳变形而向西昆仑下插入的事实.剖面47km桩号附近,上地壳下部至壳幔过渡带以上地壳范围内存在一条高倾角的深断裂,具有走滑性质,本研究认为该深断裂与1997年伽师强震群的发生密切相关,推断它为伽师强震群的发震构造.而时间剖面上壳幔过渡带反射的连续性则说明该断裂没有向下穿过莫霍面.存在于上地壳上部的两条高倾角的浅部断层可能对应于地质推测的麦盖提—下苏洪断裂带,它们与位于其下方的地壳深断裂构成了伽师强震群可能的深、浅构造关系.     

利用深地震反射剖面揭示峨眉山大火成岩省下地壳结构

峨眉山大火成岩省位于扬子板块西缘,紧邻三江构造带,其复杂的地质背景使得该火成岩省的内带受到强烈改造和变形.由于缺少高精度的地球物理探测,导致对该地区地壳的精细结构了解不够,很大程度上影响了对大火成岩省形成机制的认识.我们在大姚—元谋段实施了一条深地震反射剖面,试验了一种基于节点地震仪的深地震反射数据采集方法,得到了峨眉山大火成岩省内带的高分辨率结构图像.从两种仪器采集的深地震反射资料显示,节点地震仪采集的资料能够达到目前常用的有缆式地震仪428XL采集的深反射资料效果,甚至在局部特征上表现更好,从而有利于这种低成本、高效率、多种数据的采集方式的发展.叠加剖面结果显示,沿剖面下地壳自西向东呈现逐渐隆升特征,在剖面西部双程走时13 s（约40 km深度）处,出现一段约17.5 km厚的密集反射带,至剖面东部,密集反射带顶端双层走时为11 s,底部为16 s.结合早期地质和地球物理研究结果,本文推测这种密集反射特征是由峨眉山大火成岩省形成时内带侵入地壳的铁镁质物质造成的结果,对应于二叠纪地幔柱活动遗迹.

     

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.     

郯庐断裂带中南段的岩石圈精细结构

郯庐断裂带是中国东部规模最大的构造活动带,有着复杂的形成演化历史,对中国东部的区域构造、岩浆活动、矿产资源的形成和分布以及现代地震活动都有重要控制作用.2010年在郯庐断裂带中南段的江苏宿迁市附近,采用深地震反射探测方法对郯庐断裂带及其两侧地块的岩石圈结构进行了解剖.结果表明,该区莫霍面和岩石圈底界均向西倾,其中,地壳厚度约为31~36 km,岩石圈厚度约为75~86 km,且岩石圈厚度在郯庐断裂带下方出现突变.郯庐断裂带在剖面上表现为由多条主干断裂组成的花状构造,其内部发育有断陷盆地和挤压褶皱,具有伸展、挤压和走滑并存的构造形迹,暗示郯庐断裂带的形成和演化经历了多期复杂的构造活动.这一断裂带错断了近地表沉积层,向下切割莫霍面和岩石圈地幔,属岩石圈尺度的深大断裂构造系统.软流圈高温高压热物质沿断裂带的上涌、岩浆底侵或热侵蚀作用造成岩石圈出现拉张伸展和岩石圈减薄,并可能使岩石圈组构及其物质成分发生改变.本项研究结果不但可进一步加深对郯庐断裂带深、浅部结构的认识,而且还可为分析研究华北克拉通东部的深部过程和浅部构造响应提供资料约束.     

Using large dynamite shots to image the structure of the Moho from deep seismic reflection experiment between the Sichuan basin and Qinling orogen

The Qinling orogen was formed as a result of the collision between the North and South China blocks. The Qinling orogen represents the location at which the southern and northern parts of the Chinese mainland collided, and it's also the intersection of the Central China orogen and the north-south tectonic belt. There is evidence of strong deformation in this orogen, and it has had a long and complex geological history. We investigated the structure of the Moho in the southern Qinling orogen using large dynamite shot imaging techniques. By integrating the analysis of the single-shot and the move-out corrections profile, we determined the structure of the Moho beneath the northern Dabashan thrust belt and the southern Qinling orogen, including the mantle suture beneath Fenghuang mountain. The Moho is divided into two parts by the mantle suture zone beneath Fenghuang mountain:(1) from Ziyang to Hanyin, the north-dipping Moho is at about45–55 km depth and the depth increases rapidly; and(2)from Hanyin to Ningshan, the south-dipping Moho is at about 40–45 km depth and shallows slowly. The mantle suture is located beneath Fenghuang mountain, and the Moho overlaps at this location: the shallower Moho is connected to the northern part of China, and the deeper Moho is connected to the southern part. This may indicate that the lithosphere in the Sichuan basin subducts to the Qinling block and that the subduction frontier reaches at least as far as Fenghuang mountain.     

根据深反射地震资料识别南海北部洋陆过渡带

洋陆过渡带是被动大陆边缘的重要特征,对于理解大陆岩石圈破裂,随后的海底扩张及被动大陆边缘的形成与演化至关重要.前人通过重磁、地震等地球物理资料对南海北部洋陆过渡带进行过一些研究,但不同学者利用不同资料所确定的洋陆过渡带位置存在较大差异.本文基于高品质深反射地震剖面对南海北部洋陆过渡带进行重新解释,根据莫霍面快速抬升、地壳急剧减薄特征确定洋陆过渡带的分布范围.结果表明,南海北部洋陆过渡带位于大陆边缘减薄陆壳与正常洋壳之间,是受岩浆活动改造了的厚度急剧减薄的地壳,洋陆过渡带地壳深部发生岩浆侵入.减薄陆壳莫霍面平均埋深为21.9 km,地壳平均厚度约20.2 km;正常洋壳莫霍面平均埋深为12.0 km,地壳平均厚度为8.1 km,洋陆过渡带莫霍面埋深和地壳厚度急剧变化,其宽度大致介于46~99 km之间.南海北部磁异常条带和自由空间重力异常分布,验证了本文确定的洋陆过渡带范围的合理性.综合分析认为,南海北部洋陆过渡带的特征介于典型火山型与非火山型之间.