青藏高原东北缘岩石圈缩短变形——深地震反射剖面再处理提供的证据

青藏高原是由印度板块和亚洲板块于50～60 Ma碰撞而形成的全球最高最大的高原,已成为多数国内外学者的共识.然而,关于它的岩石圈变形机制却是长期争论的问题.深地震反射剖面是精细揭示岩石圈结构、分辨变形样式的有效技术.重新处理的松潘地块一西秦岭造山带深地震反射剖面揭示出岩石圈变形的细节,以地壳上部的双重逆冲构造、地壳中部...     

基于S变换的软阈值滤波在深地震反射数据处理中的应用

深地震反射原始单炮数据是非平稳的弱能量反射信号,信噪比较低.如何提高信噪比一直是深地震反射数据前处理中的一大难题.S变换是一种适用于分析非平稳信号的时频变换方法.同其他分析时变信号的方法相比,S变换的基本小波不必满足小波在时间域均值为零的容许性条件,它的时频分辨率与分析信号的频率有关,且其在时间域的积分可以得到傅里叶频谱,其反变换也简单.因此,S变换容易表示深地震反射信号复杂的时频特性.本文在S变换的基础上,利用软阈值滤波方法对深地震反射数据进行处理,实验结果表明,该方法有效地提高了信噪比,压制了有效频带范围内的混频干扰,突出了弱反射信号,使得波组信息更加丰富,有利于连续追踪有效反射波组和识别薄地层,特别是提高了深部Moho界面反射层位的分辨率,为深地震反射剖面后续处理和准确解释奠定了基础.     

大兴安岭造山带及两侧盆地的地壳速度结构

内蒙新巴尔虎左旗-黑龙江齐齐哈尔深地震测深剖面长630 km,跨越海拉尔盆地、大兴安岭造山带和松辽盆地.本文根据沿测线爆破地震的9炮记录截面图中,5个震相的到时资料,结合地震记录中的振幅信息,确定了沿剖面的二维纵波地壳速度结构,海拉尔盆地的地壳厚度为39.0~41.0 km,大兴安岭造山带西侧莫霍面深度为38.5~43.5 km.东侧的莫霍面深度为34.5~36.4 km.松辽盆地的莫霍面深度为32.4~36.2km.整个地壳形态东浅西深,松辽盆地最浅的莫霍面深度为32.4 km,大兴安岭西侧最深的莫霍面深度为43.5 km.最后讨论了本区的深部特征和盆山结构关系.     

深反射地震资料的偏移处理

本文在对偏移理论和相关算法进行概括性的梳理和总结之外,主要针对深反射地震资料叠前偏移方法进行介绍,对初始数据的规则化、偏移孔径、去假频因子以及速度模型等关键参数进行详细的测试和深入地探讨.适当的规则化处理能提高深反射地震资料中反射信号的连续性和剖面整体能量的均一性;合理的偏移孔径能让波场能量很好地收敛、陡倾角反射层能够准确归位以及岩石圈中、深部的精细结构能较好地成像,同时又不至于引入严重的偏移噪音;通过选择适当的去假频因子来减少剖面上的高频干扰,使得整个剖面的高、低频能量分布适中;精确的速度模型是影响偏移结果的关键性因素,通过对速度模型的不断迭代优化,能显著地提高深反射地震剖面的中、深部偏移成像的精度和准确性,为后续深反射地震资料的综合解释打下良好基础.     

华北克拉通北缘(怀来-苏尼特右旗)地壳结构

2009年,中国地质科学院地质研究所与美国俄克拉荷马大学合作实施了一条长453 km的深地震反射、宽角反射与折射、三分量反射地震联合探测剖面. 剖面南起怀来盆地,向北依次穿过燕山造山带西缘、内蒙地轴、白乃庙弧带、温都尔庙杂岩带,到达索伦缝合带. 其中,宽角反射与折射剖面采用8个0.5~1.5 t炸药震源激发,使用300套Texan单分量数字检波器接收,获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）、来自上地壳底界面的反射波（Pcp）,中地壳底界面的反射波（Plp）,莫霍界面的反射波（Pmp）及上地幔顶部的折射波（Pn）等5个震相. 分别采用Hole有限差分层析成像和Rayinvr算法对华北克拉通北缘及中亚造山带南部进行了上地壳P波速度结构成像和全地壳二维射线追踪反演成像. 结果显示：（1）中亚造山带地壳厚度~40 km,变化平缓,低于全球平均造山带地壳平均厚度,可能为造山后区域伸展的结果. 阴山-燕山带附近莫霍明显加深,推测其为燕山期造山过程形成的山根,但该山根很可能在后期被改造. （2）测线中部地壳上部速度较高,对应地表大面积花岗岩出露,而下地壳速度较低,速度梯度低,呈通道状,推测其可能曾为古亚洲洋向南俯冲消亡的主动陆缘,并在碰撞后演变为伸展环境下岩浆侵入的通道. （3）华北克拉通北缘与中亚造山带显示出不同速度变化特征,前者变化相对缓而后者则变化剧烈,二者的分界出现在赤峰-白云鄂博断裂附近.     

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.     

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.     

影响松潘地区深反射地震数据品质的几种因素

深反射地震剖面技术是揭示岩石圈精细结构的有效手段,获得高质量的原始资料是揭示岩石圈精细结构探讨地球动力学过程的前提和基础.松潘地块地表条件和地下地质构造复杂,资料信噪比低.本文针对松潘地区地表地质条件、激发接收条件及环境等因素,通过实例数据对比分析影响该工区原始单炮记录品质的主要原因,为反射地震勘探数据采集工作提供几点参考和建议.     

六盘山断裂带及其邻区地壳结构

新生代期间,中国大陆西部受印度一欧亚板块碰撞和青藏高原隆升影响,以地壳缩短、增厚、陆内造山和强烈地震活动等为主要特征.在青藏高原东北边缘,高原物质侧向移动被鄂尔多斯地块所阻,在六盘山地区发育了一系列左旋斜冲断裂.断裂带周缘构造变形强烈,地震活动频繁,是研究青藏高原横向扩展控制大陆内部弥散变形的理想场所.本文对穿越青藏高原东北缘一六盘山断裂带一鄂尔多斯地块的宽角反射与折射地震资料使用层析成像和射线反演算法进行成像,获得了研究区地壳速度结构模型,其结果反映出六盘山断裂带两侧地壳结构、构造特征差异显著:1)上地壳层析成像结果显示鄂尔多斯盆地一侧地壳上部速度较低,等值线呈近水平状,具有典型的沉积盆地特征,而青藏高原东北缘一侧上地壳速度相对较高,横向变化剧烈,呈褶皱状,二者的分界为海原一六盘山逆冲走滑断裂;2)全地壳射线反演结果显示鄂尔多斯地块地壳速度梯度大,下地壳底部速度高由铁镁质物质组成,具有典型稳定古老克拉通的特征,青藏高原东北缘地壳速度总体较低,主要由长英质及长英-铁镁质过渡物质组成,具有典型造山带的特征,而六盘山断裂带下方地壳速度结构复杂,层面呈拱形,部分层出现速度逆转,为两个构造单元的接触过渡带;3)青藏高原东北缘一侧地壳厚度~50 km,鄂尔多斯地块地壳厚度~42 km,六盘山断裂带下方莫霍面发生叠置,揭示出青藏高原东北缘、鄂尔多斯地壳在六盘山下汇聚,较薄且刚性的鄂尔多斯地壳挤入较厚且塑性的青藏高原东北缘地壳中的构造模式.     

综合数据分析青藏高原东北缘六盘山地区构造形变及其构造成因独特性探讨

青藏高原边缘是研究青藏高原构造生长的重要场所.然而,青臧高原各边界却呈现出不同的地貌形态响应.尤其是青藏高原东北缘的六盘山地区,与青藏高原东缘相比,它与邻近稳定鄂尔多斯地台之间表现出了截然不同的地形变化.青藏高原东边界所对应的龙门山构造带呈现出高陡的地貌形态:在100 km范围内,海拔高程从四川盆地的500 m陡升至临近的龙门山构造带的3500 m.而青藏高原东北边界所对应的六盘山构造带则与邻近的鄂尔多斯盆地表现为宽缓的地形变化.之前由于缺少高精度的数据资料,对造成这一地表形态差异所对应的地壳结构缺少必要的了解.在本次研究中,将着重利用前期在青藏高原东北缘六盘山地区所获得的165 km长高分辨率深反射地震数据,并结合在此区域所获得的航磁数据资料进行该地区地壳结构的综合解释,得出青藏高原东北缘一鄂尔多斯地块构造转换带的地壳结构变形模型.研究表明六盘山地区主要物质组成为构造增生楔,其两侧分别存在陇西火山岛弧和鄂尔多斯结晶基底.高原生长所产生的构造应力并不能使相对松散的构造增生楔无限制的抬高而是容易发生重力坍塌,从而造成六盘山地区比较宽缓的地形结构.同时本文还将此地壳结构研究结果与前人在青藏高原东缘所获得的地壳结构及变形机制进行对比分析,探讨这两个地区的构造变形模式,并找出两个地区的构造变形共性和差异.研究结果也将为了解青藏高原侧向构造生长过程提供理论和数据支持.