王帥軍,王夫運(yùn),張成科,黃 燦,楊雅瓊,齊 浪

(1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),合肥 230026;2.中國地震局地球物理勘探中心,鄭州 450002;

3.鄭州地震臺(tái),鄭州 450062;4.河北省地震局,石家莊 050022)

北京及附近地區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

王帥軍1,2,王夫運(yùn)2,張成科2,黃 燦3,楊雅瓊4,齊 浪1

(1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),合肥 230026;2.中國地震局地球物理勘探中心,鄭州 450002;

3.鄭州地震臺(tái),鄭州 450062;4.河北省地震局,石家莊 050022)

利用研究區(qū)多條地震測(cè)深剖面段觀測(cè)資料解釋及多條剖面段的模型數(shù)據(jù)計(jì)算出了研究區(qū)結(jié)晶基底及莫霍面深度等深線結(jié)果,對(duì)該地區(qū)地殼深部速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造進(jìn)行了較詳細(xì)研究。結(jié)果表明,地殼深部速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造在縱向和橫向上具有明顯的不均一性,淺部基底斷裂發(fā)育;研究區(qū)莫霍面等深線總體特征顯示出從東向西逐漸加深趨勢(shì),局部區(qū)域顯示異常變化,變化較大的區(qū)域在三河平谷和唐山附近,而在其深部,根據(jù)地震波動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和二維速度結(jié)構(gòu)中的地震界面與速度等值線起伏變化,推測(cè)有地殼深部斷裂帶存在,且在地殼內(nèi)部上、中、下地殼中均顯示有低速塊體的存在,而且低速塊體通常在深部斷裂帶一側(cè)或兩側(cè)上顯示。

地震測(cè)深;等深線;地殼;地震剖面;速度結(jié)構(gòu)

0 引言

研究區(qū)是華北地震活動(dòng)頻繁的地區(qū)之一,歷史上曾經(jīng)發(fā)生過一些大的地震,給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了重大的損失。據(jù)有歷史記載以來本區(qū)共發(fā)生8.0級(jí)地震1次,6.0～6.9級(jí)地震10次,5.0級(jí)左右地震在本區(qū)時(shí)有發(fā)生,對(duì)該地區(qū)造成了較大的影響。由于人類生產(chǎn)生活的發(fā)展需求以及該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景的特點(diǎn),使得該地區(qū)成為地球科學(xué)研究的熱點(diǎn)地區(qū)之一。與此同時(shí),板塊構(gòu)造學(xué)說的發(fā)展和地震成因的研究,使人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到研究地殼和上地幔橫向結(jié)構(gòu)的重要性。了解該區(qū)地殼深部結(jié)構(gòu)特征與介質(zhì)的橫向非均勻性特征,對(duì)研究地震的孕育環(huán)境、提高地震預(yù)測(cè)水平具有重要意義。

多年來,許多學(xué)者在研究地區(qū)開展了大量的研究[1-3]工作,獲得了該地區(qū)地殼上地幔的速度結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)該地區(qū)速度分布表現(xiàn)為強(qiáng)烈的橫向不均勻性,且淺部的速度分布同地表地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于地殼和上地幔速度結(jié)構(gòu),已利用人工地震測(cè)深[4-6]、地學(xué)大斷面探測(cè)、地震體波層析成像方法等作過很多研究,并取得了一系列有意義的結(jié)果。鑒于研究地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、地殼結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜性,為了提高從整體上認(rèn)識(shí)該地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)的可靠性,需要使用更多的分析方法和更豐富的人工地震記錄資料從不同方面對(duì)該區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究。隨著觀測(cè)條件的改善,其空間分辨率逐步提高,對(duì)該地區(qū)深部構(gòu)造背景及區(qū)內(nèi)大地震成因的認(rèn)識(shí)也在不斷深入。已有的研究經(jīng)驗(yàn)表明,高分辨率的三維地殼上地幔速度結(jié)構(gòu)研究[7-8]對(duì)于理解地震構(gòu)造成因至關(guān)重要。相信在今后大量的三維地殼結(jié)構(gòu)的研究過程中可以更加清楚地了解上地幔速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特征,為地震的成因、孕育、發(fā)生提供更加可靠的證據(jù)。

中國地震局地球物理勘探中心利用深地震測(cè)深寬角反射/折射技術(shù)在該地區(qū)開展了大量的人工地震探測(cè)工作,獲得了數(shù)十條剖面的解釋結(jié)果[9],并為深部礦物資源的開發(fā)利用提供了地殼深部信息。本文利用在該地區(qū)獲得的多條人工地震測(cè)深剖面結(jié)果(圖1)以及海量的模型數(shù)據(jù)對(duì)該地區(qū)的莫霍界面進(jìn)行了等深線的計(jì)算研究,由于莫霍面的深度等值線的精確程度受資料多寡精度的限制,為此,本文在以往資料的基礎(chǔ)上增加了最近幾年在該地區(qū)開展的人工地震測(cè)深剖面的數(shù)據(jù)資料,在解釋結(jié)果及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度上得到了有效地提高,可信度及精度得到了改善。莫霍界面深度是描述區(qū)域地殼結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境的一個(gè)重要參數(shù),表征地震波速、介質(zhì)化學(xué)成分和巖石性質(zhì)的變化,莫霍界面的橫向起伏對(duì)地震波的傳播也具有很強(qiáng)的控制作用,對(duì)地震發(fā)生時(shí)地表設(shè)施的破壞具有一定的影響,所以研究該地區(qū)莫霍界面的起伏特征對(duì)認(rèn)識(shí)該地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)、巖石性質(zhì)[10]和大陸構(gòu)造變動(dòng)具有十分重要的意義。

1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景

研究區(qū)位于華北活動(dòng)地塊的北部,包括燕山—陰山隆起區(qū)、太行—五臺(tái)隆起區(qū)和華北平原區(qū)3個(gè)不同的新構(gòu)造單元,屬于中國大陸構(gòu)造活動(dòng)比較活躍的地區(qū)之一。該區(qū)存在著許多全新世及晚更新世活動(dòng)斷裂,分別由北東或北東東向和北西西或北西向斷裂帶所組成。北東或北東東向斷裂較為均勻地散布于太行—五臺(tái)斷塊隆起區(qū)和華北平原區(qū)的構(gòu)造區(qū)域內(nèi),而一系列的北西西向斷裂較集中地構(gòu)成了張家口—蓬萊斷裂帶(或斷陷帶),成為燕山—陰山隆起區(qū)與太行—五臺(tái)斷塊隆起區(qū)以及燕山—陰山隆起區(qū)與華北平原區(qū)的分界線,形成了這一地區(qū)地表構(gòu)造背景的基本格局,研究區(qū)北部是沿東西走向的燕山隆起構(gòu)造帶,西側(cè)為北北東走向的太行山隆起構(gòu)造帶,東臨渤海,南部是華北盆地。太行山山前斷裂帶、山西斷裂帶、燕山南麓斷裂帶3條主要構(gòu)造帶在區(qū)內(nèi)通過或交匯,地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜[11]。

圖1給出了研究區(qū)測(cè)深剖面與地形及斷裂展布的概況,多數(shù)人工地震探測(cè)剖面穿過冀中坳陷、滄縣隆起、黃驊坳陷區(qū)。結(jié)晶基巖在燕山隆起區(qū)廣泛出露,研究區(qū)內(nèi)第四紀(jì)、新生代沉積變化巨大,沉積變化幅度在坳陷區(qū)達(dá)到5.0～6.0km,地殼深淺部的構(gòu)造環(huán)境較為復(fù)雜。根據(jù)結(jié)晶基底的差異和構(gòu)造特征可以將華北斷塊劃分為不同的區(qū)塊,各區(qū)塊具有不同的構(gòu)造特征。位于華北斷塊區(qū)西部的是鄂爾多斯區(qū)塊,該區(qū)發(fā)育北東向的大同—環(huán)縣基底斷裂。太行區(qū)塊與冀魯區(qū)塊位于華北斷塊區(qū)中部。

圖1 剖面位置與地質(zhì)構(gòu)造圖

研究區(qū)是我國東部重要的地震活動(dòng)地區(qū)之一,穿過北京及鄰近地區(qū)北西西向的張家口—渤海地震帶是研究區(qū)內(nèi)主要的地震活動(dòng)帶[12]。在河北平原地震帶交匯區(qū)附近,有多組斷裂在研究區(qū)內(nèi)交匯或相切(圖1),歷史上該區(qū)是多震區(qū),且是破壞性地震多發(fā)地區(qū),也是遭受地震災(zāi)害較多、較嚴(yán)重地區(qū),1679年三河—平谷8.0級(jí)地震就發(fā)生在研究區(qū)的中部。該研究區(qū)中小地震概括起來有以下特點(diǎn):震中分布呈帶狀;地震活動(dòng)受斷裂構(gòu)造控制;震源深度淺。4.0級(jí)以上的地震大都發(fā)生在盆地差異運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的地段和新活動(dòng)斷裂交匯處,震源深度較淺,多位于5.0～15.0km范圍內(nèi),華北地震層析成像的結(jié)果顯示,三河平谷8.0級(jí)地震,震源區(qū)位于13.0～15.0km范圍內(nèi)[13]。

2 地殼基本速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造及斷裂特征

利用研究區(qū)內(nèi)海興—陽原—豐鎮(zhèn)剖面二維速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造研究、塘沽—三河—密云剖面解釋結(jié)果、大興—延慶剖面段數(shù)據(jù)解釋結(jié)果、樂亭—張家口剖面數(shù)據(jù)資料解釋結(jié)果、寧河—北京—逐鹿剖面二維速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造研究結(jié)果、北京—張家口—化德剖面二維速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造研究成果、石家莊—喀喇沁旗剖面段二維數(shù)據(jù)處理解釋結(jié)果、北京—懷來—豐鎮(zhèn)剖面地殼上地幔構(gòu)造與速度的研究[14]、文安—蔚縣—察右中旗剖面地殼上地幔構(gòu)造與速度的研究[15]、天津—北京—赤城剖面二維地殼速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造和黃驊—玉田剖面二維速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造研究、華北地殼上地幔探測(cè)與研究[16]等結(jié)果,并參照通過該研究區(qū)的地學(xué)大斷面地殼結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果[17],獲得了該區(qū)的二維地殼速度結(jié)構(gòu)整體特征,從縱向上看該區(qū)地殼大致可劃分為3層:上地殼、中地殼和下地殼。通過研究地區(qū)且具有該區(qū)典型地殼結(jié)構(gòu)與地質(zhì)構(gòu)造特征的人工地震寬角反射/折射剖面如下:

2.1 天津—北京—赤城剖面

剖面位置:武清—北京—赤城高分辨深地震測(cè)深剖面[18]為北西南東方向穿過研究區(qū)的中部(圖1),由武清穿過香河、北京、順義、延慶,止于河北省赤城縣,全長220余km。布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)205個(gè),觀測(cè)點(diǎn)距為0.5～2.5km。根據(jù)地區(qū)和地理環(huán)境要求,單炮藥量在0.5～1.6t之間。

通過常規(guī)的資料處理、建模、計(jì)算,獲得了圖2的解釋結(jié)果,揭示了本剖面北西段的地殼二維速度結(jié)構(gòu)特征。該研究段的地殼二維速度結(jié)構(gòu)分上、中、下地殼:

2.1.1 上地殼結(jié)構(gòu)

以P1波組確定的C1界面以上為上地殼,C1界面的形態(tài)基本上是一個(gè)比較平坦的界面,從華北平原區(qū)向西北部的燕山山區(qū)逐漸加深。其深度為13.0～16.5km。該層有2個(gè)速度間斷面和1組強(qiáng)弱梯度層組成,沿剖面結(jié)晶基底起伏較大,在300km樁號(hào)以北蓋層相對(duì)較薄,平均厚度為2.5km左右,基底速度較高,為5.60km/s左右,在240～280km樁號(hào)之間 G界面呈現(xiàn)隆起形態(tài),在190～220km樁號(hào)之間 G界面較深,呈凹陷狀。在剖面的東南冀中坳陷區(qū)沉積厚度達(dá)7.3km。新生代蓋層較厚,在300km樁號(hào)、270km樁號(hào)下方速度等值線密集,反映了該區(qū)為強(qiáng)速度梯度層的復(fù)雜結(jié)構(gòu),橫向變化強(qiáng)烈等。

圖2 武清—北京—赤城剖面二維速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造圖

2.1.2中地殼結(jié)構(gòu)

P2波組確定的C2界面與C1界面之間的部分為中地殼,這一界面深度及形態(tài)與由P2波到時(shí)求得的單點(diǎn)反射深度及形態(tài)是基本一致的。從二維速度結(jié)構(gòu)圖上可以明顯地看出C2界面與C1界面呈很好的鏡像關(guān)系,沿剖面具有一定的起伏變化,該層有一個(gè)速度間斷面C2,界面的速度跳躍為0.05～0.10km/s,在通縣下方中地殼的厚度較薄為4.5km,從通縣以西呈逐漸加厚的趨勢(shì),在390km樁號(hào)附近中地殼的厚度為8.0km,其深度變化較大的地段可能與該區(qū)段復(fù)雜的殼幔構(gòu)造特征有關(guān)。

2.1.3 下地殼結(jié)構(gòu)及莫霍面

C2界面與Pm波組確定的M界面之間地層為下地殼。它由2個(gè)速度間斷面組成,除了在通縣下方有局部的低速度體外,其速度為6.4km/s,其它地段均為較弱的梯度層。M界面的速度為6.75～7.00km/s,這相當(dāng)于中性麻粒巖至基性麻粒組成,與燕山—大興—延慶剖面段的二維資料解釋基本一致。下地殼厚度為13.0～17.0km,其厚度變化較大,北京下方下地殼的厚度為13.0km,285km樁號(hào)附近下地殼的厚度為14.0km,總體上顯示該層?xùn)|部坳陷區(qū)較薄,西部隆起區(qū)較厚。

研究區(qū)上地幔頂部莫霍界面基本形態(tài)變化的總趨勢(shì)是由武清至赤城方向逐漸加深,北京至300km樁號(hào)之間為莫霍界面斜坡帶,M界面在285km樁號(hào)附近的深度為36km,在300km樁號(hào)附近的深度為39.0km,這與前人給出的工作區(qū)M界面等深線的結(jié)果是一致的,在約20km的段內(nèi)深度起伏變化達(dá)5.0km,該區(qū)段正好位于華北平原與燕山褶斷帶的過渡帶附近,顯示出了深部地殼結(jié)構(gòu)變化,這可能與該區(qū)段復(fù)雜的殼幔構(gòu)造特征有關(guān)。

2.1.4 地殼斷裂帶

參照測(cè)區(qū)內(nèi)已有解釋結(jié)果,對(duì)本剖面的二維速度模型的建立計(jì)算處理,獲得了以下認(rèn)識(shí):該區(qū)深部地殼結(jié)構(gòu)復(fù)雜,從深部構(gòu)造形態(tài)來看,殼內(nèi)介質(zhì)在縱向和橫向上存在著明顯的不均勻性。地殼厚度變化較大。由冀中坳陷區(qū)的31.5km向西部燕山山區(qū)逐漸加厚至40.0km。二維速度等值線圖上存在著明顯的不均勻性,在武清凹陷區(qū)、通縣、北京、懷柔下方速度等值線密集,記錄截面上也顯示出了震相到時(shí)滯后、波形紊亂等,依據(jù)觀測(cè)資料及二維速度等值線和界面起伏變化,沿剖面推測(cè)了寶坻—桐柏?cái)嗔?夏墊—風(fēng)河營斷裂;順義斷裂;黃莊—高麗營斷裂和紫荊關(guān)斷裂的存在。

2.2 黃驊—玉田剖面

剖面位置:黃驊—玉田寬角反射/折射剖面[19](圖1)是一條近南北向的人工地震探測(cè)剖面,該剖面南起河北省黃驊縣,由南向北依次穿過天津市的塘沽區(qū)、漢沽區(qū)、寧河,終止于河北省的玉田附近,全長約170km,布設(shè)觀測(cè)儀器113臺(tái)。

在本剖面的資料解釋中利用了以往通過測(cè)區(qū)的多條地震測(cè)深剖面的資料解釋結(jié)果。并利用與本剖面相交或者重合的剖面段資料獲得了二維速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造(圖3),結(jié)果表明,從縱向看研究區(qū)地殼同樣可分為3層結(jié)構(gòu):上地殼、中地殼、下地殼。

圖3 黃驊—玉田剖面二維速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造圖

2.2.1 上地殼結(jié)構(gòu)

回折波Pg穿透的地層以及之后出現(xiàn)的反射波組P1所確定的C1界面之間為上地殼,C1界面的形態(tài)基本上是一個(gè)比較平坦的界面,其深度在13.0～14.5km范圍之內(nèi)變化,在渤海灣附近塘沽下方C1界面較淺,向北C1界面有略微加深的趨勢(shì)。該層有2個(gè)速度間斷面和1組強(qiáng)弱梯度層組成,結(jié)晶基底起伏較大,在170km樁號(hào)以南蓋層較厚,在渤海灣附近蓋層厚達(dá)6.5km,這與天津—北京—赤城剖面的解釋結(jié)果基本是一致的。

2.2.2 中地殼結(jié)構(gòu)

P2波組確定的C2界面與C1界面之間的部分為中地殼,C2界面是一相對(duì)起伏變化較小的界面,其變化幅度在1.0km左右,C2界面在寧河以北最深處,為21.5km,該層由1個(gè)速度間斷面C2組成,界面的速度跳躍為0.05～0.10km/s,其跳躍差變化范圍之大,同時(shí)也表明了該研究區(qū)中地殼南北介質(zhì)變化劇烈,橫向地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特征。

2.2.3 下地殼結(jié)構(gòu)及莫霍面

由C2界面與Pm波組確定的M界面之間的地層為下地殼。它由1個(gè)強(qiáng)的梯度層組成,下地殼的速度為6.40～7.00km/s,在120km樁號(hào)M界面的深度為28km,在140km樁號(hào)以后M界面的起伏變化情況與本剖面相交的樂亭—張家口(H-05)剖面、寧河—北京—涿鹿(H-06)剖面的結(jié)果基本一致[20]。M界面在140km樁號(hào)至160km樁號(hào)之間有一斜坡帶,由28.0km加深至31.0km,20km范圍內(nèi)加深了約3.0km,在160km樁號(hào)以后M界面的變化較平緩,M界面的深度為32.0km左右。在120～160km樁號(hào)之間為渤海灣的波及地帶,M界面的形態(tài)有一隆起的結(jié)構(gòu)特征。從二維速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造圖上看該樁號(hào)之間其速度結(jié)構(gòu)變化較大,大致呈現(xiàn)以渤海灣為中心速度成層向兩側(cè)逐漸加大的特征。

2.2.4 地殼斷裂帶特征

經(jīng)過震相對(duì)比、建模及數(shù)據(jù)計(jì)算處理,并參考測(cè)區(qū)內(nèi)已有的成果,認(rèn)為:在渤海灣下方深部地殼結(jié)構(gòu)復(fù)雜,從深部構(gòu)造形態(tài)來看,M界面的形態(tài)有一隆起的結(jié)構(gòu)特征。其中下地殼速度相對(duì)較低,介質(zhì)在縱向和橫向上存在著明顯的不均勻性。二維速度等值線圖上也顯示了明顯的不均勻性,同時(shí)在記錄截面上顯示出了震相到時(shí)滯后、波形紊亂等特征,這可能表明地殼深、淺部斷裂的存在,依據(jù)觀測(cè)資料及二維速度等值線和界面起伏變化,沿剖面推測(cè)了滄東斷裂和薊運(yùn)河斷裂的存在。

3 地殼結(jié)構(gòu)特征

3.1 結(jié)晶基底特征

根據(jù)研究區(qū)人工地震剖面基底數(shù)據(jù),利用surfer8.0軟件克里格方法計(jì)算了研究區(qū)結(jié)晶基底的等深線,從圖4中可以看出結(jié)晶基巖在山區(qū)廣泛出露,總的來說從北西向南東逐漸加深的趨勢(shì),局部區(qū)域也有凹陷形態(tài),可以看出在2個(gè)大的低速坳陷帶冀中坳陷和黃驊坳陷區(qū)結(jié)晶基底較厚,研究區(qū)結(jié)晶基底淺,基巖出露地表最深的達(dá)到7.0km左右,一般來說斷陷盆地中央結(jié)晶基底較深,北京地區(qū)深2.0km左右,結(jié)晶基底深度在天津東南區(qū)域范圍內(nèi)有逐漸加深的趨勢(shì),在圖示區(qū)域里等深線最深處為7.0km。結(jié)晶基底起伏比較明顯,從結(jié)晶基底形態(tài)可以清楚地看出研究區(qū)域內(nèi)速度結(jié)構(gòu)與地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜,地殼淺部斷裂的發(fā)育情況與結(jié)晶基底的構(gòu)造特征有密切的關(guān)系,研究表明結(jié)晶基底的陡變帶、斜坡帶及急劇扭轉(zhuǎn)帶是地震易發(fā)區(qū)域。

圖4 研究區(qū)基底等深線圖

3.2 莫霍面結(jié)構(gòu)特征

綜合研究區(qū)人工地震二維速度模型解釋結(jié)果[21]的莫霍面深度數(shù)據(jù),利用surfer8.0軟件徑向基函數(shù)方法構(gòu)建了研究區(qū)莫霍界面深度圖(圖5),從莫霍界面等深線圖可以看出M界面的起伏非常明顯。莫霍面的構(gòu)造形態(tài)顯示出如下的特征:地殼厚度總的趨勢(shì)由華北平原區(qū)的32.0km左右分別向燕山山區(qū)和太行山區(qū)加厚至41.0km,在這個(gè)背景上有2個(gè)明顯的地殼厚度變異帶。沿太行山隆起走向的M界面厚度變異帶在以延慶、北京、涿州為弧形邊界的等深線比弧形周圍的懷柔、徐水有明顯變化,弧形內(nèi)部區(qū)域有一迅速加深趨勢(shì)和周邊區(qū)域發(fā)生較為明顯扭曲,在涿鹿以后深度變化趨緩,但仍以北西方向逐漸加深;另一厚度變異帶在三河—寶坻—唐山沿線厚度異常變化也很明顯,等深線的形狀像一“鍥形”緩慢向南東方向減薄。周圍地區(qū)與“鍥形”區(qū)域形成扭轉(zhuǎn)變化,大地震發(fā)生常與深部斷裂及異常變化帶有密切聯(lián)系,圖5中的莫霍面異常變化正好與三河平谷8.0級(jí)和唐山7.8級(jí)2次大地震相吻合。

圖5 M界面等深線圖

4 結(jié)論與討論

對(duì)于所做過的人工地震剖面進(jìn)行不同方法、不同角度的重新認(rèn)識(shí)或者是結(jié)合其他資料進(jìn)行聯(lián)合解釋得到更加豐富、更加合理的解釋也是我們地學(xué)工作者所要考慮的一個(gè)問題。我們從經(jīng)濟(jì)角度考慮對(duì)已做過的剖面進(jìn)行重新利用和資源整合,既能節(jié)約成本又能提高效率,對(duì)于以往的解釋及結(jié)果也是一個(gè)很好的補(bǔ)充和完善。

本文對(duì)研究區(qū)反射/折射地震剖面進(jìn)行了多次解釋以及綜合了每條地震剖面的模型數(shù)據(jù),利用surfer8.0軟件提供的各種方法進(jìn)行了計(jì)算,優(yōu)選了較為理想的克里格方法和徑向基函數(shù)算法得到了圖4與圖5的計(jì)算結(jié)果,根據(jù)二維速度結(jié)構(gòu)解釋及等深線計(jì)算結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合分析得到了一些共同認(rèn)識(shí),也對(duì)研究區(qū)的解釋做了有意義的補(bǔ)充和完善,豐富了研究區(qū)的解釋結(jié)果,得到的認(rèn)識(shí)和結(jié)論主要有:

(1)從人工地震測(cè)深二維速度結(jié)構(gòu)與構(gòu)造解釋結(jié)果來看,研究區(qū)內(nèi)地殼上地幔結(jié)構(gòu)具有明顯的分層特征,劃分為上、中、下地殼,上地殼深度為12～20km;中地殼深度為22～28km;下地殼深度為30～40km。上、中、下地殼內(nèi)均有低速層存在,在涿鹿、懷來、張北下方,上、中地殼內(nèi)有低速層出現(xiàn);而在天鎮(zhèn)下方下地殼內(nèi)有低速層出現(xiàn)。該區(qū)地殼厚度整體趨勢(shì)由東向西逐漸加深,但是局部有異常現(xiàn)象,從莫霍面等深線圖上可以清楚地看出異常出現(xiàn)的地區(qū)如唐山、北京西部等,北京地區(qū)位于莫霍面的斜坡帶上。

(2)從結(jié)晶基底等深線圖及人工地震二維測(cè)深寬角反射/折射剖面圖上可以看出,該區(qū)結(jié)晶基底的厚度變化幅度較大,在研究區(qū)的西部山區(qū)蓋層較薄,有的出露地表,而在天津、塘沽下方結(jié)晶基底厚度達(dá)7km左右。

(3)研究區(qū)內(nèi)的斷陷盆地殼幔速度結(jié)構(gòu)的縱向與橫向的非均勻性十分明顯,地殼呈高低速相間的結(jié)構(gòu),上部地殼常常發(fā)生速度逆轉(zhuǎn),并存在著高傾角延伸至莫霍面的斷裂帶,這可以認(rèn)為是控制該區(qū)現(xiàn)代地震活動(dòng)的主要因素。

(4)從研究區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造背景來看,研究區(qū)內(nèi)存在多組深、淺層斷裂,地質(zhì)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜,通過分析該地區(qū)地震的分布特征,發(fā)現(xiàn)地震一般發(fā)生在莫霍面隆起的兩側(cè)邊緣,及地殼厚度急劇變化的部位,以及中地殼頂部低速層與上地殼高速過渡層的交接部位。據(jù)有歷史記載以來,該研究區(qū)內(nèi)就是地震多發(fā)地區(qū),如唐山7.8級(jí)、平谷8.0級(jí)及最近發(fā)生的張北6.2級(jí)地震都發(fā)生在該研究區(qū)內(nèi)。這些大地震的發(fā)生均與深部構(gòu)造背景有密切聯(lián)系,從圖5可以看出唐山、平谷下方莫霍面起伏異常明顯。

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Study on Upper Mantle Velocity Structure and Tectonic of the Capital Area

WANG Shuai-jun1,2,WANG Fu-yun2,ZHANG Cheng-ke2,HUANG Can3,YANG Ya-qiong4,QI Lang1
(1.University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China;
2.Research Center of Exploration Geophysics,CEA,Zhengzhou 450002,China;
3.Zhengzhou seismic station,Zhengzhou 450062,China;
4.Earthquake Administration of Hebei Province,Shijiazhuang 050022China)

On the basis of observation data of several seismic sounding profiles and model data of multiple profiles section,this paper presents depth contour of the crystalline basement and that of Moho discontinuity of the Capital area,studies the deep crust velocity structure and the tectonic of this area.The deep crust velocity structure and tectonic show strong lateral heterogeneity,shallow basement faults develops well.The Moho surface contour shows the general characteristics of gradual deepening trend from east to west.The highest gradient zone is near Pinggu and Tangshan area in where deep crustal fault zone may exist with low velocity body along the fault zone.

seismic sounding;contour;crust;seismic interface;velocity structure

P315.2

A

1003-1375(2011)02-0006-07

2011-02-25

國家發(fā)展與改革委員會(huì)“城市活斷層試驗(yàn)探測(cè)”項(xiàng)目(2004—1138)與2004—2010年國家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目共同資助,中國地震局地球物理勘探中心科技論著RCEG201107。

王帥軍(1978-),男(漢族),在讀碩士研究生,主要從事地震測(cè)深資料處理與解釋等研究.E-mail:wsjdzj@126.com