钦杭—武夷山成矿带上地壳速度结构与基底特征:万载—惠安宽角反射/折射地震剖面约束

钦杭成矿带和武夷山成矿带是华南大陆两个重要的成矿带,成矿作用主要发生于中生代陆内造山时期.地质研究表明,基底和地表断裂的特征对成矿过程有重要的控制作用,研究上地壳结构特征对成矿差异性特征的认识有重要的参考价值.为此,本文基于跨越钦杭、武夷山成矿带江西万载至福建惠安的NW-SE向深地震测深剖面初至波数据,利用有限差分走时反演方法,获得了钦杭、武夷山成矿带8 km深度范围内的上地壳P波速度结构,其主要特征为：（1）钦杭、武夷山成矿带上地壳P波速度横向非均匀特征明显,以5.8 km·s^-1速度等值线作为基底参考面,发现剖面基底埋深较浅,约1.0~3.0 km;钦杭成矿带的基底埋深总体小于武夷山成矿带,分别为0.5~2.0 km和1.5~3.0 km;（2）P波高速区（速度正异常区）与地表出露的岩浆岩对应较一致,P波低速区（速度负异常区）与主要的断裂位置或沉积盆地对应较一致,绍兴—江山—萍乡断裂和政和—大浦断裂下方的低速特征显示两条断裂至少向深部延伸8 km以上,暗示两条断裂具备深大断裂的性质,推测绍兴—江山—萍乡断裂可能是扬子块体和华夏块体的边界;（3）综合已有的地质、地球物理资料,我们推测钦杭成矿带和武夷山成矿带上地壳P波速度的不同,反映了深部岩浆作用过程的差异,基底深度及断裂性质是造成两个成矿带成矿差异的重要因素.

     

双聚束噪声成像揭示钦杭与武夷山成矿带上地壳精细结构

华南地区是全球重要的钨锡等多金属矿集区之一,是我国东部中生代成矿最具代表性区域.然而该区主要成矿带的矿床类型和成矿特征却存在一定差异.为了加深对区域成矿背景的认识和厘清控制成矿差异的因素,我们基于主动源和被动源联合探测“万载—永春”剖面所记录的环境噪声数据,开展了双聚束噪声成像,获得了剖面下方的S波速度结构.主要认识如下：(1)S波速度模型异常特征刻画了研究区域内不同类型的断裂及其深部展布形态和速度特征.钦杭成矿带内的江山—绍兴断裂具有逆冲性质,西北倾向,深切地壳,控制中生代斑岩岩浆系统;武夷山成矿带内的走滑断裂几乎均以高角度切穿上地壳,与其相伴发育的铲式断层控制了大量的走滑拉分盆地和火山断陷盆地的发育.(2)剖面下方的速度结构在横向上具有强烈的速度异常变化,且武夷山成矿带内的平均S波速度略高于钦杭成矿带,反映了武夷山成矿带上地壳以壳源花岗岩和酸性火山岩为主体,而钦杭成矿带上地壳以巨厚的元古宙变质火山-沉积岩系为特征.(3)综合证据表明,中下地壳物质组成差异是导致两个成矿带具有不同成矿金属组合的根本原因.在钦杭成矿带,尽管浅部地壳平均S波速度低,但下地壳高速异常显著,反映其下部地壳偏镁铁质;武夷山成矿带浅部地壳平均S波速度高,但下地壳相对低速,反映下部地壳为偏长英质古老地壳.

     

龙门山断裂带中段深地震宽角反射/折射剖面研究

射线追踪方法是研究地震波在横向非均匀地壳介质中传播的重要方法.本文推导了理论走时对网格化节点速度的偏导数公式,提出了针对深地震宽角反射/折射剖面数据反演的联合迭代法,并使用该方法对横跨龙门山断裂带中段的一条深地震宽角反射/折射剖面进行了反演和解释.首先,对每一炮的观测数据进行一维反演,在此基础上插值出一个粗略的二维速度模型;然后,使用射线追踪方法计算理论走时,再根据理论走时与观测走时的拟合程度对二维模型进行调整,以获得更加接近实际的二维速度模型;最后,利用联合迭代法对观测走时进行反演,经反复迭代使所有接收点理论走时与实测走时的残差平方和最小,最终获取该剖面的二维地壳速度结构.反演结果表明:测线东段的沉积盖层明显厚于中段褶皱带和西部高原,中部褶皱带部分地区出现基岩裸露;构造转换带两侧的地层分界面近于水平层状分布,其西侧的中、下地壳内各存在一个层间速度间断面;构造转换带内存在薄厚不等的低速层,自西向东有增厚趋势.此外,龙门山断裂带的3条主断裂向下深切结晶基底,这是由于西部松潘—甘孜地块自西向东运动,受到刚性扬子地块的阻挡,沿铲式断裂向上爬升所致;而在断层上盘距地表约15 km深处出现的最大剪应力极值区,正是发生汶川M_S8.0地震的震源位置.      

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。     

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.     

川西盐源-马边地震带上地壳速度结构和活动断裂研究——高分辨率地震折射实验结果

2005年沿盐源-西昌-马湖一线实施了地震测深和高分辨地震折射观测实验．利用有限差分地震走时层析成像算法处理了其中的高分辨地震折射Pg波走时数据,获得了川西地区活动地块边界带上地壳的P波速度精细结构和活动断裂深部形态,分析了上地壳的变形特征,讨论了断裂与地震活动的关系．结果如下：盐源盆地、后龙山地区的上地壳为表层低速和深部均匀高速的双层结构,两层之间存在明显向西缓倾的结构面;模型坐标180～240km范围内,P波速度分布表现为陡倾的高低速条带相间结构：模型坐标240～300km之间的西昌中生代盆地具有较厚的浅部低速和深部高速双层结构,层间的纵向及横向速度变化强烈,其分界面起伏较大：模型坐标300km以东的大凉山地区为不均匀高速区,地表速度接近5km／s．此外,模型坐标130,150和280～310km之下,存在显著的深部不规则异常高速体,可能与二叠纪岩浆活动有关．盐源推覆构造由表层低速推覆体,向西缓倾的构造拆离面和深部高速基底构成的薄皮构造,金河-箐河断裂是其推覆前缘;磨盘山断裂为一西倾的低速带,延伸至基底顶面;安宁河断裂和则木河断裂为东倾的舌状低速带,延伸到了基底内;在深处,大凉山断裂分为两支,表现为狭窄条带内速度结构的强烈变化,西支西倾,东支东倾,两支断裂均延伸至基底内;西昌中生代盆地东缘断裂为强速度梯度带,倾向南西,延伸至基底顶面;剖面最东端向西倾斜的舌状低速带可能是马边断裂的一个分支,其可靠性有待进一步证实;安宁河、则木河、大凉山断裂均是规模较大的基底断裂,其活动性较强,该区的强震活动主要受其控制;速度图像表明研究区的上地壳变形强烈,盐源盆地至金河盆地主要表现为盖层的挤压推覆逆冲变形,基底呈刚性;磨盘     

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.     

京津地区顺义—塘沽高分辨地震折射剖面的走时成像结果及其揭示的上地壳断裂构造特征

在大中型城市汇集的城市群及其邻近区域,利用高分辨地震折射探测方法开展城市活断层探测,对于开发利用城市地下空间、提升城市韧性、构建城市减灾参考模型和防范地震及地质灾害具有重要的科学和现实意义。文中运用正则化层析反演方法,对穿越京津地区的高分辨折射地震剖面进行走时成像,构建了控制京津地区的上地壳精细速度结构模型。结果显示,京津地区存在巨厚的沉积盖层,近地表速度低至1. 6km/s,结晶基底最浅埋深位于北京凹陷(约2km),最深位于武清凹陷(约8km),研究区不同构造单元的结晶基底埋深与结构性质主要受新生代期间的断陷沉降作用影响。文中还利用成像结果的速度差和地震记录的横向变化,对速度差异较大的断裂构造特征进行了分析研究,获得了研究区主要构造单元主控断裂的成像结果及其在上地壳的展布特征,为活断层探测中利用地震折射成像方法判定断层形态提供了参考。     

丽江-清镇剖面上地壳速度结构及其与鲁甸MS6.5级地震孕震环境的关系

2014年8月3日,云南省昭通-鲁甸地区发生M_S6.5级地震,造成了重大的人员伤亡和财产损失.鲁甸震区位于扬子块体的西缘,小江断裂带的东侧北东向的昭通-莲峰断裂带内.由于至今没有穿越该断裂带的人工源深地震测深剖面,而丽江-攀枝花-清镇650 km长深地震测深剖面距离鲁甸主震区不超过50 km,利用宽角地震资料的初至波震相,通过有限差分反演揭示该地区上地壳速度结构,可以为鲁甸震区的地震定位、地震孕育机制等提供深部速度模型.速度剖面显示：剖面结晶基底厚度平均为2 km左右;小江断裂带速度较低,东西两侧的速度较高;因此小江断裂带区域地壳强度比较低,加上断裂两侧的应变速率很高,所以小江断裂带和旁边的鲁甸-昭通断裂带,未来具有发生较大地震的可能,值得关注.     

西秦岭—东昆仑及邻近地区地壳结构——深地震宽角反射/折射剖面结果

在青藏高原东北缘,穿过阿尼玛卿缝合带东端完成了一条637 km的近南北向深地震宽角反射/折射剖面.获得的地壳结构剖面表明,该地区Moho界面埋深48～51 km,北浅南深,横向变化不大,而地壳内部构造在不同的地质构造块体差异明显.在下地壳内出现的两组能量较强的P₃、P₄波组,反映了研究区下地壳的反射性质和多层结构特征.阿坝弧形断裂以南和阿尼玛卿缝合带附近壳内界面变形强烈,壳内低速异常结构明显,特别是在缝合带下方20 km以下的中下地壳异常的低速结构可以解释为存在延伸至中下地壳的破碎带构造特征.在剖面南段反映西秦岭褶皱带至松甘块体相应的地震记录出现复杂、强烈的中下地壳反射和相对较弱的Moho反射震相是该地区地壳结构的明显特征.     

利用气枪地震资料对福建及台湾海峡南部地壳三维P波速度结构研究

根据福建及台湾海峡南部海陆联测试验记录到的Pg和Pm震相走时数据,利用速度与界面联合成像方法构建地壳三维P波速度结构,揭示了该区地壳深部构造特征.结果表明：福建和台湾海峡海陆过渡带以及海峡南部地壳速度结构存在明显的不均匀性,滨海断裂两侧速度结构复杂,随深度呈现明显的分段特征,其上地壳海陆过渡带呈高速特性,台湾海峡呈低速特性;下地壳海陆过渡带呈低速特性,台湾海峡呈高速特性;研究区莫霍面的深度约为28~33 km,存在较明显差异,闽粤交接部位存在明显的地壳厚度减薄,莫霍面深度接近28 km,这与正常型华南活动地块与减薄型南海活动地块交汇致使地壳厚度减薄有关,体现了活动块体边界构造特征.历史大震主要发生在高低速异常过渡带且有深大断裂穿过的区域,现今中小震主要分布于闽粤海陆过渡带,这一特征可能与此地广泛发育的断层和华南与南海活动地块相互作用有关.     

Crustal structure of seismic velocity in southern Tibet and east-westward escape of the crustal material--An example by wide-angle seismic profile from Peigu Tso to Pumoyong Tso

The reflecting events from Moho and other interfaces within the crust are recognized from the wavefield characteristics of P- and S-wave for the 480km long wide-angle seismic profile between Peigu Tso and Pumoyong Tso. Then, seismic crustal structures of P- and S-wave velocities and Poisson ratio under the nearly east-west profile in southern Tibet are interpreted by fitting the observed traveltimes with the calculated ones by forward modelling. Our interpreting results demonstrate that the crustal thickness varies remarkably in the east-west direction, showing a pattern that the crust could be divided into three parts bounded by the west of Dingri and the east of Dinggyê, respectively, where the depth of Moho is about 71km for the western part, about 76km for the middle and about 74km for the eastern. There is one lower velocity layer (LVL) at the bottom of the upper crust with depth of 20-30 km. One of the distinct features is that the thickness of LVL abruptly thins from 24km on the west to 6km on the east. The other is that the velocity variation in the crust along east-west direction for both P- and S-wave displays a feature as quasi-periodic variation. The lower velocity (compared to the average value for the continent of the globe) in the lower crust and three sets of north-southward active normal faults are probably attributed to the coupling process of material delamination in the lower crust, crustal thicking and east-westward escape of the crustal material accompanied with the continental collision between India and Eurasia Plate.     

芦山震区地壳三维P波速度精细结构及地震重定位研究

联合芦山地震序列5285个地震的50711条P波初至绝对到时数据及7294691条高质量的相对到时数据,利用双差地震层析成像方法联合反演了芦山震源区高分辨率的三维P波速度精细结构及5115个地震震源参数.反演结果表明,芦山主震震中为30.28°N,103.98°E,震源深度为16.38 km,主震南西段余震扩展长度约23 km,余震前缘倾角较和缓,主震北东段余震扩展长度约12 km,余震前缘呈铲形,倾角较陡.芦山震源区P波三维速度结构表现出明显的横向不均匀性,近地表处的P波速度异常与地形起伏及地质构造密切相关:宝兴杂岩对应明显的高速异常,此异常由地表延伸到地下15 km深度附近,而中新生代岩石表现为低速异常;大兴附近区域亦显示出小范围的大幅度高速异常,宝兴高速异常与大兴高速异常在10 km深度附近相连,进而增加了芦山震源区的高低速异常对比幅度.在芦山主震的南西、北东两段速度结构存在着较大差异,芦山主震在水平向位于宝兴及大兴高速异常所包围的低速异常的前缘.主震南西段余震主要发生在倾向北西的高低速异常转换带上并靠近低速一侧,其下盘为低速异常,上盘为高速异常.而芦山主震北东段的余震主要分布在宝兴高速体与大兴高速体之间,主发震层向北西倾斜,主发震层上方的宝兴高速异常下边界出现一条南东倾向的反冲地震带,两地震带呈"y"型分布.     

根据接收函数反演得到的首都圈地壳上地幔三维S波速度结构

利用2002~2003年中国地震局地质研究所台阵实验室以唐山大震区为中心布设的40个流动宽频带地震台站和首都圈数字台网的33个宽频带台站的远震数据,采用接收函数非线性反演方法得到其中72个宽频带台站下方60 km深度范围内的S波速度结构.根据得到的各台站下方地壳上地幔的S波速度结构,并综合刘启元等（1997）用接收函数非线性反演方法得到的延怀盆地15个宽频带流动台站下方的地壳上地幔S波速度结构模型,给出了39°N～41°N,114°E~119.5°E区域内沿不同走向、不同深度S波速度分布.由于综合了利用首都圈数字地震台网的宽频带台站以及流动地震台阵的观测数据,本文给出了较前人同类研究空间分辨率更好的结果.结果表明: (1)研究区的速度结构,特别是怀来以东的速度结构十分复杂.在10~20 km深度范围内,研究区地壳具有高速和低速异常块体的交错结构.研究区中上地壳速度结构主要被与张渤地震带大体重合的NW向高速条带和穿越唐山大震区的NE向高速条带所控制,而其中下地壳的速度结构主要为延怀—三河—唐山地区上地幔隆起所控制.(2)研究区内存在若干壳内S波低速体,它们主要分布在唐山,三河及延怀盆地等地区.在这些地区,壳内低速体伴随着壳幔界面的隆起和上地幔顶部速度结构的横向变化.(3)地表断层分布与地壳速度结构分区有较好的相关性,表明断层对不同块体有明显的控制作用.其中,宝坻断裂,香河断裂和唐山断裂均为超壳断裂.(4)首都圈内大地震的分布与壳内低速体及上地幔顶部的速度结构有密切关系.对于唐山大地震的成因,仅考虑板块作用引起的水平应力场是不够的,有必要充分重视由于上地幔变形引起的地壳垂直变形和上地幔物质侵入造成的热效应.     

中国东北地区地壳、上地幔速度结构及其对矿产能源形成的控制作用

中国东北地区处于古亚洲洋和滨太平洋构造域叠合部位, 地质构造极其复杂. 利用东北及华北地区部分台网所接收的近震及远震走时资料获得东北地区地壳与上地幔三维P波速度结构, 成像分辨率在80 km左右. 成像结果表明东北地区地壳与上地幔具有较强的横向不均匀性. P波速度异常走向大体呈北东向, 与该区地表构造走向一致. 5 km深度的速度异常与地表起伏形态有很好的对应关系: 阴山、燕山与大兴安岭造山带表现为高速异常; 渤海湾盆地, 松辽盆地表现为低速异常, 渤海湾低速异常一直延伸至 >200 km深度. 东北地区呈现两个明显的低速异常条带, 分别是沿着长白山一线与松辽盆地地区, 其中长白山低速异常延伸至400 km深度附近. 地幔转换带 (410~660 km)表现为显著高速异常体, 这与西向俯冲的高速太平洋板块在地幔转换带中的滞留相对应. 较高分辨率的三维速度成像结果表明东北地区构造演化 (如岩浆活动、岩石圈演化、深震与火山活动等) 与东北亚地区大地幔楔内软流圈上涌与西太平洋板块在地幔转换带中的滞留密切相关. 东北地区的岩浆活动在矿产与油气资源的形成过程中起着提供物源和深层控制作用.     

Tomography and velocity structure of the crust and uppermost mantle in southeastern Europe obtained from surface wave analysis

A set of two hundred shear-wave velocity models of the crust and uppermost mantle in southeast Europe is determined by application of a sequence of methods for surface-waves analysis. Group velocities for about 350 paths have been obtained after analysis of more than 600 broadband waveform records. Two-dimensional surface-wave tomography is applied to the group-velocity measurements at selected periods and after regionalisation, two sets of local dispersion curves (for Rayleigh and Love waves) are constructed in the period range 8–40 s. The shear-wave velocity models are derived by applying non-linear iterative inversion of local dispersion curves for grid cells predetermined by the resolving power of data. The period range of observations limits the velocity models to depths of 70 km in accordance to the penetration of the surface waves with a maximum period of 40 s. Maps of the Moho boundary depth, velocity distribution above and below Moho boundary, as well as velocity distribution at different depths are constructed. Well-known geomorphologic units (e.g. the Pannonian basin, southeastern Carpathians, Dinarides, Hellenides, Rodophean massif, Aegean Sea, western Turkey) are delineated in the obtained models. Specific patterns in the velocity models characterise the southeast Carpathians and adjacent areas, coast of Albania, Adriatic coast of southern Italy and the southern coast of the Black Sea. The models obtained in this study for the western Black Sea basin shows the presence of layers with shear-wave velocities of 3.5 km/s–3.7 km/s in the crust and thus do not support the hypothesis of existence of oceanic structure in this region.     

The velocity structure of crust and uppermantle in the Wudalianchi volcano area in—ferred from the receiver function

The Wudalianchi volcano is a modern volcano erupted since the Holocene.Its frequent occurrence of the small earthquake is considered to be indicator of active dormancy volcano.The S wave velocity structure is inferred from the receiver function for the crust and upper mantle of the Wudalianchi volcano area.The results show that the low velocity structure of Swave is widely distributed undemeath the volcano area and part of the low-velocity-zone located at shallow depth in the Wudalianchi volcano area.The low velocity structure is related to the seismicity.The Moho interface is not clear undemeath the volcano area,which may be regard to be an nec-essary condition for the lava upwelling.Therefore,we infer that the Wudalianchi volcano has the deep structural condition for the volcano activity and may be alive again.     

晋冀蒙交界地区地壳三维P波速度结构及地震活动性研究

2014年9月晋冀蒙临时地震台网正式运行,为晋冀蒙交界地区的地震研究提供了丰富的资料。结合临时台与固定台记录的P波走时资料,采用双差层析成像方法对该区进行地震重定位和三维P波速度结构联合反演,分析该区3个典型盆地的速度扰动结果,结果表明,地震重定位残差显著降低,震源深度分布更加合理;P波速度浅层基本符合平原地区低速、山区高速的特点,深层则有相反表现,典型盆地P波速度在浅层较为复杂,高低速相间,深层表现为低速;研究时段内忻定盆地和延怀盆地地震活动密集,大同盆地地震活动较弱,低速体及边缘地震活动强度高于高速体及边缘。