上海地区地壳精细结构的综合地球物理探测研究

通过在上海地区开展深、浅地震反射、地震宽角反射/折射、高分辨地震折射和大地电磁测深等联合剖面探测, 获得了该地区近地表至Moho面的精细速度结构、电性结构和深浅构造关系.结果表明, 该地区地壳可划分为上、中、下三个组成部分.其中,上地壳厚为12～14 km,波速为5.7～5.9 km/s;中地壳厚度约为10 km,波速为5.9～6.2 km/s;下地壳厚为10～11 km, 波速为6.2～6.3 km/s,Moho面深度约为32 km.剖面浅部地质构造复杂,共解释出12条特征明显的断裂.其中,除3条断裂错断结晶基底（G界面）并向下延伸至上地壳底界面外,其他断裂均在深度3～5 km以上终止或收敛于G界面之上.此外,仅在剖面西侧基底下部约13～15 km埋深处发现一厚度在2 km左右的壳内高导层.所以,在综合各方面资料后分析认为,在剖面经过地区不存在发生大地震的深部构造条件,近地表所存在的活动断层是未来产生对该区有影响地震的震源区.     

长江断裂带安徽段上地壳速度结构及基底特征

长江断裂带是中国东部构造体制转换的典型地区,具有断隆相间、"一盖多底"的构造特征,发育了大量金属矿区,精细的上地壳速度结构和基底图像对该区的成矿作用和构造演化研究具有较为重要的意义。文中以在长江航道内激发的大容量气枪作为震源获得的密集观测数据为基础,综合利用初至波走时成像、时间项和射线反演等方法,构建了长江断裂带安庆—马鞍山段的上地壳精细速度结构和基底结构。综合分析研究结果可知,长江断裂带的上地壳精细速度结构和结晶基底特征显示该区具有断隆相间的构造特征。怀宁盆地是该段上地壳最厚的区域,其基底埋深约4.5km。庐枞盆地的结晶基底埋深约为4.1km,沉积盖层呈明显的坳陷盆地形态,结晶基底及其下方存在相对高速的速度特征。长江断裂带在跨江处的上地壳存在明显的速度横向变化,显示了长江断裂带切断基底的断裂特征。长江断裂带安徽段基底最浅的区域为铜陵隆起区,埋深仅为2.2km,表明铜陵隆起区新生代以来经历了强烈的挤压作用。     

南北地震带滇西南地区地壳速度结构与构造研究:勐海-耿马-泸水深地震探测剖面结果

位于南北地震带南段的滇西南地区是中国地质构造运动和地震活动较为强烈的地区之一.该区的地质构造背景和深部物理场特征研究是重要的基础科学问题.2013年,在滇西南地区完成了一条长600 km的勐海-耿马-泸水深地震宽角反射/折射和高分辨地震折射联合探测剖面,利用获得11次爆破地震记录截面上6组清楚的壳内P波震相,采用有限差分反演和射线走时正演拟合技术构建了该区的基底速度结构和地壳二维P波速度结构模型.结果显示:沿剖面地壳厚度由南向北逐渐加厚,基底形态呈现出明显的横向起伏变化,在南汀河断裂带附近,基底结构呈现出凹、隆相间的变化形态,基底埋深最浅处约为1.0 km,在腾冲与澜沧附近,基底埋深约为5.0 km.该区中、下地壳速度总体呈现出随深度的增加而增大的变化特征,在块体边界和断裂构造带的下方,速度等值线出现明显紊乱和P波速度的突变.本区莫霍面深度由南向北逐渐加深,且横向起伏变化较大,莫霍面最浅处位于勐海附近,其深度约为32.0 km,最深处位于腾冲附近,深约40.5 km.在耿马与永德之间,莫霍面出现快速上隆和下凹的明显变化,其变化幅度约为4.0 km.在南汀河断裂带、龙陵-瑞丽断裂、大盈江断裂和腾冲火山区的下方,基底速度结构、地壳二维P速度结构、剖面平均速度分布和壳内界面展布还出现从基底至莫霍面顶部的明显变化,显示出断裂构造带下方的地壳速度和介质物性与其两侧的地壳物质具有明显的差异,暗示这些断裂不但具有一定的规模,而且可能延伸至下地壳或上地幔顶部.该区地震主要发生在10~20 km的深度范围内,且地震活动呈现出与壳内介质速度差异、断裂带分布的相关性.研究结果可为分析研究滇西南地区地震活动的深部构造背景、地震精确定位、构建发震构造模型等提供重要的壳幔结构数据,为评价该区的地震危险性和防震减灾规划的制定提供重要参考.     

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。     

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.     

基于时间项反演的芦山震区基底结构研究

四川省芦山县境内发生地震以后,中国地震局部署芦山地震科考,沿宜宾―芦山―金川线布设一条长400 km的人工地震宽角反射/折射和高分辨地震折射综合探测剖面,沿剖面进行了8次吨级以上人工爆破激发。根据获得的Pg波数据资料,利用时间项方法对沿线8炮Pg波走时进行反演,沿线不同区段取地壳顶部上覆介质相应的平均速度值,经反演得到了沿剖面各点深度值,给出了震区两侧下方沿剖面结晶基底起伏变化特征。研究结果表明:剖面东南段的盆地地区(50~250 km桩号)基底埋藏较深(地表以下约3~5 km),覆盖层较厚;进入隆起区(250~450 km桩号)结晶基底埋深逐渐减小,变化在0~3 km,沿剖面的多个位置基底埋深都出现了不同程度突然抬升或下降,基底界面变化与已知断裂位置相互对应。     

天津—北京高分辨地震折射剖面初至波走时成像

利用走时成像中的正则化反演方法对天津—北京的高分辨地震折射剖面获得的初至波资料进行成像.分析了不同的初始模型和参数变化对反演结果的影响,并采用检测板方法对最终模型的分辨进行评估,得到了天津—北京剖面的上地壳精细速度结构,给出了该地区的隐伏断层.结果显示,最终模型分辨达到5 km×1 km,部分地区更加细致;研究区域坳陷区与隆起区相间,大坳陷内部有小坳陷;结晶基底的深度变化约2～8 km,其起伏形态符合地质构造情况;断裂活动和第三系以来的壳内运动对速度结构影响较大.     

鄂尔多斯盆地上地壳速度分布与沉积建造和结晶基底起伏的构造研究

基于在鄂尔多斯盆地与其北部造山带地域,即沿延川—包头—满都拉地带进行的地震宽角反射和折射波场探测,取得了高分辨率的Pg波震相.通过走时差分层析成像方法进行Pg波波场走时反演,给出了沿剖面辖区的上地壳速度分布,求得了沉积建造和结晶基底折射界面的起伏变化,并给予了解释.研究结果表明,鄂尔多斯盆地上地壳为双层结构,上下层之间存在明显的折射界面,上层速度低,纵向变化梯度大;下层速度高,变化较为均匀.基于沿剖面辖区上地壳的速度分布特征提出自南向北应分为：榆林南凹陷、榆林—刀兔隆起、刀兔北至鄂尔多斯北缘断裂为箕形凹陷及其内部的次级构造、呼包凹陷以及伴随的断裂等沉积建造和结晶基底的起伏变化.阴山造山带上地壳速度明显比两侧地区高,速度呈纵向条带状展布,故呈现出结晶基底结构的分布特征和乌拉山、色尔腾山、和教岩体及白云鄂博群陆壳拼合及增生现象.内蒙造山带上地壳亦为双层结构,但基底折射界面不如鄂尔多斯块体明显.本文基于对该区沉积建造和结晶基底的起伏,讨论了沿剖面各有关凹陷的沉积特征与油气前景.     

银川盆地深地震断层的三维透射成像

为了获得三维地震透射成像技术在活断层探测中的有效性和应用价值的评价,在银川盆地中北部布设了一个三维地震透射台阵,利用该台阵获得的基底初至折射波和莫霍界面反射波资料,采用有限差分反演、时间项反演和连续速度模型反演方法,对台阵区域基底及上地壳结构进行了分析.结果表明：研究区基底呈东西浅、中部深的界面形态,且西陡东缓,最深处大致位于芦花台至西大滩一带,埋深达7 km.芦花台断层、银川—平罗断层、黄河断层在研究区内均表现为北北东走向的速度差异条带,且断层两侧基底及沉积界面埋深存在显著变化.芦花台断层东倾,倾角较陡,延伸至研究区基底之下;银川—平罗断层倾向西,是一条超基底的隐伏断层;黄河断层西倾,延伸深度超过研究区基底.本探测结果证明,初至折射波与莫霍面反射波探测相结合的三维地震透射台阵技术能够给出研究区上地壳三维细结构图像,不仅可以揭示主要断裂的展布位置、浅部空间形态和特征,而且可以揭示断裂向基底之下的延伸状况.     

滇南及临近地区基底结构--镇康-泸西深地震测深剖面结果

位于南北地震带南段的云南地区是中国大陆内部地震活动最强的地区之一,近年来该区地震活动频繁,展开对该区的探测与研究对人们认识地震孕震背景及板块相互运动具有重要意义.在中国地震局"中国地震科学台阵探测--南北地震带南段"行业专项的支持下,2011年底中国地震局地球物理勘探中心在滇南沿镇康-泸西一线布设一条近东西向的深地震宽角反射/折射探测剖面.该探测剖面跨越三江褶皱系、扬子地台、华南地块等多个地质构造单元,同时穿越南汀河断裂、澜沧江断裂、红河断裂带、小江断裂带等多个重要断裂带.探测剖面长600 km,沿线共布设11个炮点和400余台三分量地震数字仪进行爆破和接收.本文利用有限差分和时间项方法对沿线11炮初至波资料进行了计算处理,获取了探测剖面的基底速度结构.研究结果表明:沿线不同地质构造单元基底界面形态起伏变化剧烈,其深度在1.0~7.0 km范围内变化,速度横向不均匀性明显.在测线西端地表速度约4.6 km·s-1,基底深度较浅,起伏变化不大;地表速度在三江褶皱系下降至4.3 km·s-1,而基底埋深达7.0 km左右.在扬子地台基底埋深有一个缓慢的变浅,基底深度约5.0 km,地表速度约4.5 km·s-1.测线在东端进入华南块体,基底深度迅速变浅,甚至出露于地表,地表速度增至约5.2 km·s-1.在速度等值线变化剧烈的地方与该区分布的断裂带有很好的对应关系,尤其是在红河断裂带两侧速度等值线及界面形态变化剧烈,该特征在首波的记录截面图上也能清晰的体现.本结果为进一步研究该区强震发生背景及深部动力学意义提供了重要的科学依据.     

高分辨折射和浅层反射地震方法在活断层探测中的联合应用

浅层反射地震方法是城市活断层探测常用的技术,但在基岩埋深比较浅的地区,往往只能识别出基岩顶面的反射波,而仅根据反射地震剖面上单个同相轴的变化很难准确判定断层是否存在.浅层地层的错断往往会引起速度的横向变化,利用高分辨折射地震方法采集的数据,应用层析成像方法获得的速度剖面,能够反映地下速度结构的变化,可以从另一方面揭示浅层断层存在的可能性.在四川某地,将这两种方法同时应用于活断层浅层地震勘探中.结果表明,两种方法联合应用可在一定程度上弥补浅层反射地震勘探方法在基岩埋深较浅地区的不足.     

利用密集台阵背景噪声研究通州—三河地区高分辨率三维S波速度结构

北京通州—河北三河地区中存在几条大型隐伏断裂,地质构造复杂.为研究该区隐伏断裂的空间展布、断裂与隆起和凹陷的构造关系,本文利用布设在该区的914个短周期地震仪组成的密集台阵,获得了45天的连续波形记录,通过噪声互相关方法获得台站之间的面波经验格林函数,提取2~8 s基阶勒夫波群速度频散曲线,反演获得该区深度7.5 km以内的三维精细S波速度结构.结果表明,研究区的断裂展布影响了地质构造单元的速度异常分布,其中夏垫断裂、南苑—通州断裂和李桥断裂是高低速区的分界带,南苑—通州断裂附近的高速体大致沿NE向展布,南口—孙河断裂附近的高速体大致沿NW向展布,高速体的展布方向与断裂的走向有相关性.研究区的S波速度分布有明显的非均匀性,高速区主要分布在大兴隆起上,而在大兴隆起的中部还存在一个明显的低速体,大厂凹陷和俸伯凹陷主要表现为低速特征,断裂两侧的较大地层密度横向差异可能是地质构造单元呈现出高低速异常的原因之一.研究区的结晶基底埋深差异较大,大兴隆起的结晶基底埋深约为2 km,大厂凹陷的结晶基底埋深约为4~7 km,断裂影响了结晶基底的埋深状态.本文获得的通州—三河地区三维精细S波速度结构,为认识该区的隐伏断裂、隐伏隆起和凹陷的物性结构提供了更多的地球物理学依据,对城市的地质灾害风险评估、安全建设等有重要意义.

     

新疆伽师强震群区基底界面结构特征

用射线分布分析法对伽师强震群区的高分辨折射地震剖面资料进行了更进一步的分析处理， 得到了伽师强震群区更完整的基底界面结构特征. 结果表明，在伽师强震群区地壳上部存在两个明显的结构界面:第一个界面的结构连续、完整，其埋深变化不大， 在2.6～3.3 km之间，为一向天山方向逐渐抬升、 近平直的倾斜界面；第二个界面的埋深变化较大， 在8.5～11.8 km之间，为古老的塔里木盆地结晶基底. 在约37 km桩号附近结晶基底有近2.5 km的深度突变， 推断可能是伽师强震群区超基底断裂所致. 以该断裂为界，结晶基底分为西南、东北两段. 每段内界面的埋深变化不大， 西南段的埋深约11.5 km， 东北段的埋深约为8.5～9.0 km，该段在从西南向东北整体抬升的背景上略有上隆，反映出在塔里木地块西北缘特殊的构造环境下上部地壳的变形特征.      

福州盆地及邻区地壳精细结构的深地震反射与高分辨率折射及宽角反射/折射联合探测研究

福州盆地及其邻区地处中国大陆东南沿海地震带北端. 通过在该地区开展了中国第一条高分辨率地震折射、宽角反射/折射和深地震反射联合剖面探测, 获得了该地区近地表至Moho面的精细速度结构和几何结构及其深浅构造关系图像. 结果表明, 该地区地壳厚约32 km, 具有明显的分层结构特征, 可分为上地壳和下地壳2个组成部分. 上地壳介质速度为5.9～6.2 km/s, 在埋深10～15 km之间存在厚3～4 km的弱低速层(体); 下地壳介质速度介于6.3～7.2 7 km/s之间, Moho面上部厚约3 km范围内为一个强速度梯度层, 速度从6.5 km/s增加到Moho面上界面的7.27 km/s; 福州盆地及其邻区近地表至浅部高角度正断层发育, 但规模较小, 延深浅, 是缓倾正断层上盘发育的次级反向正断层, 发震能力有限; 而长乐—诏安断裂带至滨海断裂带下部存在着切割上、下地壳分界面和Moho面的高倾角深断裂, 具有发生中强以上地震的深部构造环境, 是未来产生对福州市有影响地震的震源区. 这一成果大大提高了中国东南沿海地震带深部构造的探测精度, 在东南沿海地区首次发现上地壳的张性构造及铲式正断层组合特征, 并在深浅部构造组合方面首次取得了统一的解释结果, 深化了东南沿海地震带的深部动力学过程的认识, 同时在深部地震探测方法综合应用方面对其他地区具有借鉴意义.     

高分辨折射勘探技术在浅层反射勘探失效地区的应用——兰州市活断层浅层地震探测实例

浅层反射波法地震勘探是城市活断层探测通常采用的方法,然而特殊的地质构造条件常会使反射波法勘探失效,此时可尝试利用高分辨折射波地震勘探方法。在兰州市活断层浅层高分辨折射地震资料的解释中,笔者以初至时有限差分层析成像方法为主,结合常规折射波资料解释方法,并综合初至折射波走时特征获得了各测线的速度结构和界面构造特征。文中选取SS04-1和SS11-2测线,对其探测结果进行了详细的介绍,由这2条测线各自确定的主要地层界面和构造特征都与测线上的钻探资料具有较好的一致性。文中的探测结果表明:在城市活断层的探测研究中,对于反射波法勘探难以开展的地区,高分辨折射波法勘探技术不失为一种有效的替代方法     

首都圈上地壳高精度三维P波速度模型——基于石油地震叠加速度和人工地震测深剖面

本文收集了首都圈地区40个测点的石油地震叠加速度资料,经常规处理后得到各测点下方速度随深度变化的曲线;对9条人工地震测深剖面的解释结果进行数字化处理获得各剖面下方离散的速度数据;应用上述资料和专业地质建模软件构建了首都圈地区(115.50°E—117.60°E,38.40°N—40.75°N)范围内上地壳高精度三维P波速度模型.结果表明:华北盆地为隆坳相间区,从东至西依次是黄骅坳陷、沧县隆起和冀中坳陷,上地壳速度结构十分复杂;结晶基底的埋深变化剧烈,冀中坳陷下最深处可达10 km,沿构造走向整体呈西南深、东北浅的趋势,沧县隆起下埋深约2～4 km,黄骅坳陷下最深处则达9 km,剧烈的基底起伏反映出盆地内部不同次级构造单元的差异沉降和中、新生代以来强烈的拉张构造运动.太行山、燕山隆起下的基底埋深较盆地区浅,体现出隆起区新生代以来的抬升构造运动.本文首次将石油地震叠加速度资料用于首都圈地壳速度模型的构建,与以往用人工地震测深资料得到的模型相比,本文结果对华北盆地复杂的上地壳结构刻画得更为细致.     

大同 阳高震区及其邻区壳幔速度结构与深部构造

利用通过本区６条宽角反射／折射剖面资料对大同 阳高震区及邻区地壳上地幔速度结构与构造进行了详细的研究。结果表明,地壳上地幔速度结构与构造在纵向和横向上具有明显的不均一性。浅部基底断裂发育,而在其深部,根据波组特征、壳内界面及速度等值线起伏变化和低速异常体的边界等推测有３处地壳深断裂带。本区最明显的上地壳低速体位于大同—阳原附近,其南界存在地壳深断裂,大同 阳高地震群与该低速异常体和深断裂有关     

大同—阳高震区深部构造背景

利用通过本区的宽角反射／折射剖面资料对大同－阳高震区及邻区地壳上地幔速度结构与构造进行了详细的研究,结果表明,地壳上地幔速度结构与构造在纵向和横向上具有明显的不均一性,浅部基底断裂发育,对应其深部,根据波组特征,壳内界面及速度等值线起伏变化和低速异常体的边界等推测了地壳深断裂带,区内最明显的上地壳低速体位于大同－阳原附近,其南界存在地壳断裂,大同－阳高地震群与该低速异常体和深断裂有关。     

大同阳高震区及其邻区壳幔速度结构与深部构造

利用通过本区６条宽角反射／折射剖面资料对大同阳高震区及邻区地壳上地幔速度结构与构造进行了详细的研究。结果表明,地壳上地幔速度结构与构造在纵向和横向上具有明显的不均一性。浅部基底断裂发育,而在其深部,根据波组特征、壳内界面及速度等值线起伏变化和低速异常体的边界等推测有３处地壳深断裂带。本区最明显的上地壳低速体位于大同—阳原附近,其南界存在地壳深断裂,大同阳高地震群与该低速异常体和深断裂有关。     

云南思茅—中甸地震剖面的地壳结构

云南思茅—中甸宽角反射/折射地震剖面切割松潘—甘孜、扬子和华南三个构造单元的部分区域. 我们利用初至波和壳内反射波走时层析成像获得地壳纵波速度结构. 在获得新的地壳速度结构模型基础上,利用地震散射成像思想和低叠加次数的叠前深度偏移方法重建了研究区的地壳、上地幔反射结构. 综合分析研究区地壳P波速度模型和壳内地震反射剖面发现：沿测线从北至南地壳厚度从约50 km减薄至35 km左右,地壳厚度的减薄量主要体现在下地壳,剖面北段下地壳厚度约为30 km,剖面南段下地壳厚度仅为15 km左右;上地幔顶部局部位置P波速度值偏低,一般为7.6～7.8 km/s,反映出云南地区是典型的构造活动区的特点.剖面沿线地壳内地震反射发育,其中莫霍强反射出现在景云桥下方;在景云桥弧形断裂带8～10 km深处出现宽约50 km的强反射带.