唐山地震区地壳结构和构造:深地震反射剖面结果

1976年7月28日,在唐山地区发生了7.8级大地震.为了研究该区的地壳结构和断裂的深浅构造关系,2009年,我们在唐山市南部的丰南地区,跨唐山断裂带完成了1条道间距40m、炮间距200m、50次覆盖的深地震反射探测剖面.结果表明:研究区的地壳厚度为32 ～ 34km,莫霍面自东向西逐渐加深,在丰南县和宣庄镇之间,中-...     

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应关系,其中,陡倾角的深断裂切割了下地壳和壳幔过渡带,向上延伸至上地壳,将地壳深部构造与浅部活动断裂联系在一起,这种深、浅共存的断裂构造体系是控制该区地震孕育和发生的重要因素,也是三河—平谷8.0级地震的深、浅构造背景.     

利用宽角反射/折射和深反射探测剖面揭示三河-平谷大震区深部结构特征

利用三河—平谷8.0级大震区实施的深地震反射剖面与宽角反射剖面探测方法获得的结果进行了综合研究和解释. 结果表明：两种探测方法给出的地壳基本分层是一致的,在三河—平谷大震区上地壳的埋深为21～23km,莫霍界面的深度为36～37km;该地区基底结构起伏变化较大,浅部断裂发育,在确定的数条断裂构造带中夏垫断裂是一条特征明显、深浅共存的断裂构造带;震源区周围差异明显的速度异常结构和特殊而复杂的地质构造环境意味着这些部位是发生大地震的有利部位;该地区莫霍界面起伏变化和较厚的反射叠层以及局部复杂的楔形反射带的存在等现象表明,该地区地壳结构发生过强烈的挤压、变形,同时也反映出岩浆活动对下地壳结构进行了物质的和结构的强烈改造,从而构成了该地区复杂的地壳深部结构,可将其视为三河—平谷8.0级大地震孕育和发生的深部要素.     

深地震反射剖面揭示的天山北缘乌鲁木齐坳陷地壳结构和构造

已有活动构造研究结果表明,天山北缘具有典型的大陆内部活动构造特征,表现为多排平行山体的背斜和逆断裂.为了研究乌鲁木齐坳陷区的地壳细结构、主要断裂展布和深、浅构造关系,2004年底,在乌鲁木齐西部的天山与准噶尔盆地之间的过渡带上,完成了一条近SN向的长度为78 km的深地震反射探测剖面.结果表明,该区地壳以双程走时9～10.5 s左右的强反射带为界分为上地壳和下地壳,上地壳厚约26～28 km,下地壳厚约23～25 km.双程走时5 s以上,反射层位丰富,构造形态清晰,且在剖面横向上具有明显不同的构造特征;在西山以南的区域,为一系列近东西向展布、南北向排列的逆冲背斜构造和一组自南向北逆冲的断裂,它们在深部均受到滑脱带的控制;在西山和王家沟一带,为一套向北陡倾的反射层系和一组沿层间滑动的断裂;剖面北部显示出了典型的沉积盆地图像,沉积盆地最深处约为10～12 km.双程走时6～9 s之间,为一些延续长度较短、反射能量较弱、且无规律可寻的凌乱反射,表明这部分地壳结构具有明显的“反射透明”性.Moho过渡带出现的时间位于双程走时14～17 s,对应壳幔过渡带厚度约为9～10 km.本区Moho面自北向南逐渐加深,剖面北部其深度约为50～52 km,在靠近北天山附近,其深度约为54～55 km.在剖面中部的西山附近,上、下地壳分界面反射和Moho过渡带反射变得模糊,且浅部地层还出现隆起和褶皱,推测与准噶尔盆地和天山的挤压过程有关.     

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.     

从反射地震剖面中认识芦山地区的地壳精细结构和构造

采用深地震反射剖面探测,结合地表地质信息,本文对芦山地区的地壳结构、深浅构造和隐伏活动断裂进行了分析.研究结果表明：该区上地壳结构特征清晰,深度约为15 km左右;区内断裂由于受青藏高原向东南方向的推挤和坚硬的四川盆地阻挡的联合作用均属逆冲断裂,其中双石-大川断裂以低角度向深部延伸,主要表现为纯逆冲的运动学性质,并与周边小断裂共同组成叠瓦状断层构造.而广元-大邑断裂为上陡下缓式逆冲断裂,与其六条分支断裂共同组成了“正花状”构造,断裂活动是以逆冲为主,并伴随着小的水平滑动,是一条斜向逆冲的断裂.在芦山地震发震断裂的2 km范围内推测存在一陡一缓两条断裂,并根据三者形态推测其在18 km或以上收敛到一起并向深部延伸,从而使它们在芦山地震中被同时激活.研究结果揭示了研究区近地表活动断裂和地壳深部构造之间的关系,为进一步研究龙门山断裂带的深部构造环境、深浅构造关系以及断裂的活动性提供了有利的依据.     

三河-平谷8.0级大震区震源细结构的深地震反射探测研究

在1679年三河-平谷8.0级大震的震源区布置了两条总长140km，24次覆盖的近垂直深地震反射剖面，剖面穿过夏垫断裂及二十里长山断裂，结果表明，该区以双程走时7.0s(21km)左右和11.0-12.5s(33-37km)左右的两个强反射叠层把地壳分为上地壳，下地壳和壳幔过渡带；地壳结构在纵向上差异较大，浅部成层性较好，层组较多，结构复杂；上地壳总体呈反射“透明”性质，下部地壳表现为明显的反射性质；在横向上也具有明显的差异；深部断裂主要有夏垫断裂下方的地壳深断裂，断层面较陡，近下直立，该断裂可能为三河-平谷8.0级大地震的发震断裂；分别在两条剖面下地壳和上地壳下部存在局部强反射能量团，应为上地幔物质上涌冷却形成的岩墙或岩体；由于该处的岩浆活动造成了局部应力分布的差异。导致了地壳深断裂的形成，这可能是三河8.0级大震的深部构造背景。     

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.     

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.     

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.     

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.

     

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.     

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.