1986年从意大利Genova到德国Kiel的欧洲地学断面地震折射试验

在北德国到北意大利的一条测线上,首次取得了连续覆盖的现代地震折射资料.据此我们得到了一个囊括早先零星资料的详细的地壳模型.我们能够构制一幅包括德国的加里东造山带和华力西构造带以及瑞士和意大利北部年轻的阿尔卑斯式造山带的构造横剖面图. 作为EGT的一部分,于1986年9月,沿Genova(意大利)到Kiel(F.R.G.)1200km测线,用爆炸源做了地震折射实验,并在波平原和北亚平宁地区用扇形剖面取得了P’和枷p震相.本文描述了现场工作并提供关于南阿尔卑斯和北德国切w‘功ds间一些记录资料的初步解释.导出了阿尔卑斯北部地城的一个初步的二维速度一深度模型. 阿尔卑斯北部,s切lab加。Jura下方的壳一慢边界深约2场.离北部更远地区的地壳厚度为28kIn,几乎不变.阿尔卑斯北部的速度一深度模型的典型特征是中地壳存在着一条低速带.该低速带似乎在阿尔卑斯下方向南延伸,它显然在北德国LOwU川ds下方消失.在德国南部,深度由skm变化到llkm时速度由6.Zkm/s减小到5.skm/s.该低速带的厚度在3一skm之间变化.在同一地域,速度由6.Zkm/s增加到6.skm/s的间断面从阿尔卑斯山前地带的ZOkm深度上升到北部Rh6n下方的17km深度,并与Rh6n下方的低速带的下边界合一在主河流(州区加river)北部华力西山区下方该低速带变深、变得更厚(深度范围:10-17km)、更为明显.北阿尔卑斯山前地带和北德国Lowlands之间的下地壳以6.9km/s左右的速度为特征.     

欧洲地学断面(EGT)阿尔卑斯地区地壳和上地幔的三维模型

我们利用综合了重力和地震反射数据的三维地壳模型研究了欧洲地学断面(EGT)阿尔卑斯地区地壳和上地幔的结构.重力数据取自瑞士、意大利和德国的原始资料.研究区域包括了阿尔卑斯地区北部的瑞士磨拉石层盆地(Swiss Molasse Basin)和南部的波(Po)平原.为了提高对阿尔卑斯区的短波异常数据的分辨率,附设了550个测量点.这些测点分布在从C为拙切叮。e湖(位于瑞典和德意志联邦共和国交界处)到Be趁浓mo(意大利)的一10km宽的条形地带上.在三维模型中由于瑞士磨拉石盆地和波平原的沉积物以及其他一些产状已知的地质体.如:阿尔卑斯山谷的第四纪沉积物、IVrea体的镁铁质和超镁铁质岩石的影响,布格异常减小.这一结果在一幅条带状布格异常图中表示出来了.利用地震数据建立了一个地壳的三维模型,其密度是由最小二乘反演方法确定的.从条带布格异常中减去模型的影响后,我们发现超过400km长的剩余重力异常,这可以用上地怪的正密度异常来解释,这一点与地震学的结果一致.这些结果与欧洲板块和亚德里亚海角(非州板块)边界下,上地怪中具有较高密度和较高地震速度的俯冲物质的大地构造模型很吻合.     

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.     

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.     

阿尔卑斯山南部与欧洲地学断面交会地区的地壳结构

根据1977年阿尔卑斯山南部的一系列折射试验资料,最近重新绘制了可控振幅的数字化记录剖面。这使我们可以对伦巴第(Lombardy)西部与Giudicaria断层之间地区的地壳结构重新进行解释。所得到的模型表明有相当大的横向不均匀性:在西部,7.5km厚的伦巴第盆地沉积层之下,地壳厚度只有31km;而向东部的多山地区,地壳增厚,在Adamello地块之下,达到46km.尽管相应的反射波信号特征稍微有些不稳定,但这些资料足以确定上地壳中的一个低速区,在大约20km深处的中地壳内还发现一个小的速度间断面,其速度值从6.2变为6.4km/s.过去只根据走时资料解释,认为在这个深度上有一个速度大约为7km/s的层。这个高速层曾被解释为是阿尔卑斯造山运动时期逆冲到欧洲板块之上的亚得里亚—非洲板块的下地壳物质,以此来解释阿尔卑斯山南部地区的隆起。然而,这种双重地壳的模型是有问题的,因为这样一个中地壳内的高速层与振幅资料不符。根据地质方面的证据,伦巴第盆地下方地壳中较薄的结晶部分被解释为是晚海西期一个裂谷事件的遗迹。     

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.     

构造物理学《欧洲地学断面》专刊简介

欧洲一个古老的大陆地壳位于芬诺斯堪的亚(Fennoscandian)地盾的北部,这本专刊是欧洲断面计划(EGT)系列文章的第五集,主要研究古地壳和下伏上地幔的结构及演化。这些文章来自第二地球科学研究中心,集中讨论了芬兰和挪威一个100×400km地区POLAR剖面的研究结果,POLAR剖面的主要目标是一个440km长的深地震折射测量。1985年8月,由赫尔辛基大学地震研究所与国际组织合作完成。一种小型反射法测量覆盖了折射测线的一部分,是同时进行测量的。     

巴拿马盆地深海钻井区的速度结构——薄洋壳的证据

我们对巴拿马盆地深海钻井计划504B场区广角反射/折射数据进行了分析.目前,最深的钻孔已钻入大洋地壳1.288 km.数据用一个1785立方英寸的气枪台阵和固定增益的声纳浮标接收器采集,资料包括沿三个不同方位放炮的四条相交的地震剖面,同时采集的垂直入射和多道地震反射数据.最大距离远达30km内的观测P波、S波为中地壳、下地壳的速度结构以及总的地壳厚度提供了约束.比较所有四个剖面上P、S波走时与振幅,揭示了用反射合成地震图方法进行模拟的重要的相似性.正演结果表明,与标准的大洋速度模型相反,一个能较好地解释观测数据的速度深度剖面的特征是,中地壳具有高速度梯度(达0.6 km/s/km);近莫霍面上方有一个1.8km厚的低速带(V_r=7.1—6.7km/s);总地壳厚度只有5 km.中地壳高速度梯度的解释受到16—19 km内P波振幅聚焦的约束.虽然S波波至不如P波波至发育得那么好,但它也表现出相似的聚焦性.总的地壳厚度要受到有关P波、16—28 km内观测到的广角反射以及地壳走时为1.4—1.5 s的MCS反射信号综合解释的约束.虽然这些信号之间没有直接的关系,但其走时与两者具有共同的起因的假设是一致的.广角反射的振幅模拟表明:这些信号都在莫霍面产生.     

沿欧洲地学断面的深部温度和岩石层的厚度

沿欧洲地学断面(EGT)24个地域的地壳、土地慢的一维德态热传导模型揭示出年轻的地质区下方,其温度较高,在Moho面为450°一825℃.地慢热流值的范围为18一72mw/m~(2),根据地震波速度和放射性元素的相关性估算,地壳热流密度的基值占地表热流密度的48%左右.Moho以下的温度梯度(约5-23mK/m)低,相应的地表热流密度达到最小值.地温达到地慢熔融温度的0.85的深度在前寒武纪和加里东期区域较大,在早元古代斯堪的纳维亚地盾下为最大,约195 km.在海西期和阿尔卑斯期的地域,该深度普通较浅,较深的值(最大150km)与sardinia和Corsica的造山带和大陆块一致,在Ligurian海和Sardinian海峡下方,岩石层厚度明显地减少到约50km.全世界的岩石层厚度都受热流密度控制,随着岩石层一软流层深度的增加而热流密度按幕定律减小.     

冈瓦纳型和扬子型地块地壳结构: 以滇西孟连-马龙宽角反射剖面为例

滇西孟连-马龙宽角反射地震剖面切过保山地块(冈瓦纳型), 思茅地块和扬子地块(扬子型)西南部. 通过解释宽角反射地震资料, 获得了这3个地块与昌宁-孟连和墨江缝合带的壳/幔纵波速度结构及相应的地壳和上地幔反射结构图像. 结果表明:思茅地块的地壳P波速度较之保山和扬子地块西南部低, 地壳厚度由保山地块、思茅和扬子地块西南部逐渐增厚. 这三个地块的地壳反射图像也具有明显的差异. 冈瓦纳型地块内上地壳反射发育, 而中下地壳反射很弱. 扬子型地块内地壳反射发育. 思茅与扬子地块西南部反射图案有明显的特殊性. 研究区地壳厚度为 40 km左右. 最后对滇西三个地块的地壳增厚的方式、地震孕育的构造环境冈瓦纳型和扬子型地块的相互作用进行了讨论.     

三江地区地壳结构及动力学意义:云南遮放-宾川地震反射/折射剖面的启示

位于中国云南省的三江地区的断裂主要包括金沙江-红河断裂、澜沧江断裂和怒江断裂(三江断裂带). 通过解释跨过滇西构造域中腾冲与保山地块的遮放-宾川宽角反射/折射地震剖面, 文中以地震波旅行时层析成像方法获得了地壳纵波速度结构, 以地震散射成像方法获得地壳反射结构, 从而重建了研究地区的地壳、上地幔反射结构. 给出的研究区地震P波速度和反射结构图像表明:该剖面的地壳结构可以划分为3个块体, 各块体间地壳速度与反射图像具有明显差异, 保山段地壳速度较东西两段为低, 莫霍界面反射强. 该地区地壳厚度为40 km左右, 并具有从西向东增厚的趋势. 腾冲南, 即剖面上80~115 km地段, 在8~10 km深处存在一组亮点形式的强反射带, 莫霍界面反射波场在横向变化明显. 对三江断裂地带地壳增厚的方式, 地震孕育的构造环境及腾冲、保山地块、潞西海槽之间的接触关系等问题进行了讨论.     

中国中部的地壳及上地幔构造

本文利用中国数字地震台网的资料,对昆仑山—柴达木盆地—秦岭—大别山纬向构造带的地壳及上地幔构造进行了研究。沿这一构造带沉积层平均厚度为8km,剪切波速度β=2.62km/s,壳内平均速度较低,为3.5km/s左右,在下地壳还存在低速层。地壳平均厚度为48km,自东而西相差不很大。上地慢低速层在70—90km深处开始出现。这种构造特征有别于地台和高原,具有块体间的过渡性质,表明这是中国地壳块体中的一个独立构造单元。     

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.     

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.     

三河-平谷8.0级地震区地壳结构和活动断裂研究——利用单次覆盖深反射和浅层地震剖面

跨1679年三河-平谷8.0级地震区完成的单次覆盖深地震反射剖面和浅层地震反射剖面,揭示了三河-平谷地震区的地壳结构和断裂的深、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.剖面揭示的地壳深断裂和浅部活动断裂具有上下一致的对...     

长白山天池火山区及邻近地区壳幔结构探测研究

对长白-敦化深地震测深剖面资料利用二维射线追踪程序包进行走时拟合及地震图计算,得到了长白山天池火山区及邻近地区地壳上地幔速度结构和深部构造. 结果表明,以C2界面为标志,研究区地壳可分为上部地壳和下部地壳. 上部地壳厚1-23km,P波速度为6.00-6.25km/s;下部地壳厚12-17km,它是由一个较均匀的速度层和一个厚6-km的壳幔过渡层构成. 地壳厚度由敦化一带31-33km向东南逐渐增厚,至天池火山区最深达3km. 在天池火山区地壳存在低速体,其速度较周围介质低约为0.15km/s. 利用地震剖面探测、地震CT和大地电磁测深等结果显示,在天池火山区地壳内存在低速、低密度及低阻异常体,该异常体可能表明壳内岩浆囊的存在.     

帕米尔东北侧地壳结构研究

1998年在帕米尔东北侧伽师及其周边地区完成了两条深地震宽角反射/折射剖面. 结果表明,西昆仑、塔里木和天山在地壳速度结构、构造特征上显示出较大差异. 塔里木块体具有稳定地块的地壳结构特征,地壳平均速度较高(6.5km/s). 向南进入西昆仑,地壳明显增厚,厚度可达0km左右,且地壳平均速度偏低(6.0-6.2km/s),偏低的地壳平均速度主要来源于相对低速度的下地壳结构,反映了西昆仑褶皱系下地壳介质的特征. 向北进入天山后,地壳同样明显增厚,但增厚的程度低于西昆仑下,约为50-55km. 天山地壳同样具有明显低的平均速度(6.2km/s),显示了天山地壳相对"软"的特征,但天山地壳偏低的平均速度来源于广泛分布于中地壳的低速度层和速度偏低的下地壳. 在印度块体向北强烈推挤的作用下,该区地壳遭受强烈的不均匀变形,塔里木块体向南插入西昆仑下,向北插入天山下,形成了该区强烈地震频繁发生的深部构造环境.     

北京－怀来－丰镇剖面地壳上地幔构造与速度结构研究

近期完成的近东西向的北京——怀来——丰镇宽角反射/折射剖面斜穿北西向的张家口——渤海地震带，并在延怀盆地与一条深反射剖面重合，其目的是探测研究延怀盆地及外围地区的地壳上地幔构造、速度分布及其与地震活动的关系．结果表明:地壳呈层状结构，地壳厚度由顺义的35.0 km向西逐渐加厚至42.0 km；壳内界面近于水平或由东向西缓倾；在延怀盆地地壳呈高低速相间的特征．上地壳的下部存在明显的低速体，并有两条地壳深断裂带延伸至莫霍面，这与延怀地区地震活动密切相关．      

利用宽角反射/折射地震剖面揭示芦山M_S7.0地震震区深部孕震环境

2013年4月芦山地震发生后,中国地震局迅速成立了芦山地震科学考察指挥部,要求查明芦山地震的深部构造环境和孕震背景.为此,中国地震局地球物理勘探中心于2013年9月至11月在芦山震源区布设了一条长约410km的人工地震高分辨宽角反射/折射探测剖面,获得了信噪比较高的人工地震探测数据,采用地震射线走时正演拟合构建了该区的地壳及上地幔二维P波速度结构模型,结果显示:扬子块体和松潘—甘孜块体显示出迥异的速度结构特征,地壳厚度由南向北逐渐加厚.沉积盖层在四川盆地厚达7.8km,而进入松潘—甘孜块体沉积层最薄处只有几百米厚,几乎出露地表;在中上地壳,扬子块体平均速度比松潘—甘孜块体高0.2km·s-1,在盆地与高原耦合部位(构造转换带)以北深度大约20km左右有一厚度为8.0km的软弱层(低速层),该层内的速度为5.80km·s-1,明显低于周围介质的平均速度6.00~6.10km·s-1;构造转换带内,震相显示紊乱、不清晰、不能连续对比,由地表至上地幔顶部壳内界面不连续、速度结构异常紊乱且呈现低速异常特征;在中下地壳,沿剖面速度呈现正梯度垂向增大变化;壳内界面在扬子块体内部起伏变化不大,但在构造转换带以北呈现急速加深的趋势,特别是Moho界面起伏变化较为明显,界面深度在距离50km范围内由扬子块体的36.2km迅速变化至松潘—甘孜块体下方的45.8km,形成一陡变带.芦山MS7.0级地震震源位置位于二维速度结构异常紊乱和界面起伏变化的地带,研究表明,壳内界面及速度结构差异、起伏变化的特征与该区域的地震活动性关系密切.     

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.