潘素珍， 王夫運(yùn)， 段永紅， 鄧曉果， 宋向輝， 段玉玲，孫一男， 張彩軍， 楊宇東， 臧怡然

中國(guó)地震局地球物理勘探中心， 鄭州 450002

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滇南及臨近地區(qū)基底結(jié)構(gòu)
——鎮(zhèn)康—瀘西深地震測(cè)深剖面結(jié)果

潘素珍， 王夫運(yùn)*， 段永紅， 鄧曉果， 宋向輝， 段玉玲，孫一男， 張彩軍， 楊宇東， 臧怡然

中國(guó)地震局地球物理勘探中心， 鄭州 450002

位于南北地震帶南段的云南地區(qū)是中國(guó)大陸內(nèi)部地震活動(dòng)最強(qiáng)的地區(qū)之一，近年來(lái)該區(qū)地震活動(dòng)頻繁，展開(kāi)對(duì)該區(qū)的探測(cè)與研究對(duì)人們認(rèn)識(shí)地震孕震背景及板塊相互運(yùn)動(dòng)具有重要意義.在中國(guó)地震局“中國(guó)地震科學(xué)臺(tái)陣探測(cè)——南北地震帶南段”行業(yè)專項(xiàng)的支持下，2011年底中國(guó)地震局地球物理勘探中心在滇南沿鎮(zhèn)康—瀘西一線布設(shè)一條近東西向的深地震寬角反射/折射探測(cè)剖面.該探測(cè)剖面跨越三江褶皺系、揚(yáng)子地臺(tái)、華南地塊等多個(gè)地質(zhì)構(gòu)造單元，同時(shí)穿越南汀河斷裂、瀾滄江斷裂、紅河斷裂帶、小江斷裂帶等多個(gè)重要斷裂帶.探測(cè)剖面長(zhǎng)600 km，沿線共布設(shè)11個(gè)炮點(diǎn)和400余臺(tái)三分量地震數(shù)字儀進(jìn)行爆破和接收.本文利用有限差分和時(shí)間項(xiàng)方法對(duì)沿線11炮初至波資料進(jìn)行了計(jì)算處理，獲取了探測(cè)剖面的基底速度結(jié)構(gòu).研究結(jié)果表明：沿線不同地質(zhì)構(gòu)造單元基底界面形態(tài)起伏變化劇烈，其深度在1.0～7.0 km范圍內(nèi)變化，速度橫向不均勻性明顯.在測(cè)線西端地表速度約4.6 km·s-1，基底深度較淺，起伏變化不大；地表速度在三江褶皺系下降至4.3 km·s-1，而基底埋深達(dá)7.0 km左右.在揚(yáng)子地臺(tái)基底埋深有一個(gè)緩慢的變淺，基底深度約5.0 km，地表速度約4.5 km·s-1.測(cè)線在東端進(jìn)入華南塊體，基底深度迅速變淺，甚至出露于地表，地表速度增至約5.2 km·s-1.在速度等值線變化劇烈的地方與該區(qū)分布的斷裂帶有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，尤其是在紅河斷裂帶兩側(cè)速度等值線及界面形態(tài)變化劇烈，該特征在首波的記錄截面圖上也能清晰的體現(xiàn).本結(jié)果為進(jìn)一步研究該區(qū)強(qiáng)震發(fā)生背景及深部動(dòng)力學(xué)意義提供了重要的科學(xué)依據(jù).

南北地震帶南段； 有限差分方法； 時(shí)間項(xiàng)方法； 紅河斷裂帶

1 引言

云南省位于我國(guó)南北地震帶的南段，處于印度板塊和歐亞板塊匯聚和相互作用的邊緣地帶，特殊的構(gòu)造部位和強(qiáng)烈的地殼運(yùn)動(dòng)，使得該區(qū)地殼構(gòu)造異常復(fù)雜.云南土地面積僅占我國(guó)大陸的4%，而地震釋放的能量卻高達(dá)全國(guó)地震釋放能量的20%(皇甫崗等，2000；蘇有錦等，1999)，成為中國(guó)大陸內(nèi)部地震活動(dòng)最強(qiáng)烈的區(qū)域之一.20世紀(jì)70年代以來(lái)云南地區(qū)相繼發(fā)生了一系列大于7.0級(jí)強(qiáng)震，如1970年通海地震、1973年?duì)t霍地震、1974年昭通地震、1976年龍陵地震、1976年松潘地震，1988年瀾滄—耿馬地震、1995年孟連西南的中緬邊境地震和1996年麗江地震等，2014年8月3日在云南省昭通市魯?shù)橛职l(fā)生了6.5級(jí)強(qiáng)震，致使600余人死亡.大多數(shù)地震的發(fā)生與穿越地表的斷裂帶有著密切的關(guān)聯(lián)，頻繁的地震活動(dòng)使得該區(qū)成為地學(xué)家廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)地區(qū),同時(shí)云南地區(qū)也是青藏高原東南緣的重要邊界，是物質(zhì)向南東方向流動(dòng)的重要通道，展開(kāi)對(duì)該區(qū)的研究對(duì)青藏高原的隆升機(jī)制及其與演化背景具有重要的研究意義.

近年來(lái)在云南地區(qū)展開(kāi)了一系列的探測(cè)研究工作(胡鴻翔等,1986；胡鴻翔和高世玉，1993;闞榮舉和林中洋,1986;林中洋等,1993；韓鍵等,1990；虢順民等，1996；王琪等，1998；劉福田等,2000；劉建華等，2000；吳建平等,2001；王椿鏞等，2002；胥頤等，2003；白志明和王椿鏞，2004；張中杰等，2005；邵德晟等，2005；張清志等，2006；張建國(guó)等,2009；王夫運(yùn)等，2014).以往開(kāi)展的工作對(duì)云南地區(qū)上地殼結(jié)構(gòu)有了初步的認(rèn)識(shí),但由于受到方法技術(shù)和數(shù)據(jù)的限制，以上探測(cè)對(duì)研究區(qū)上地殼結(jié)構(gòu)的解釋和研究不免粗糙，對(duì)研究區(qū)異常結(jié)構(gòu)和構(gòu)造細(xì)節(jié)的分辨不夠，從而影響了對(duì)云南地區(qū)活動(dòng)構(gòu)造演化背景的整體認(rèn)識(shí)，因此研究區(qū)上地殼結(jié)構(gòu)變化細(xì)節(jié)仍有待進(jìn)一步研究.

為了得到上地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)，近年來(lái)高分辨地震折射方法得到了廣泛應(yīng)用(Vidale,1990；Hole,1992；段永紅等，2002；徐朝繁等，2006；王夫運(yùn)等，2008；楊卓欣等，2011).2010年中國(guó)地震局啟動(dòng)了喜馬拉雅計(jì)劃，該計(jì)劃一期探測(cè)計(jì)劃在南北地震帶南段開(kāi)展綜合地球物理探測(cè).在本行業(yè)專項(xiàng)的資助下，2011年底中國(guó)地震局地球物理勘探中心在滇南中部布設(shè)了一條深地震寬角反射/折射高分辨探測(cè)剖面.本次探測(cè)采用的觀測(cè)系統(tǒng)相對(duì)較為完善，采取密集炮距、觀測(cè)點(diǎn)距和多次相遇追蹤的觀測(cè)系統(tǒng)，對(duì)來(lái)自地下介質(zhì)的地震波進(jìn)行多次采樣，獲得了相對(duì)較為完備的數(shù)據(jù)集.本文利用該主動(dòng)源探測(cè)剖面獲取的初至波資料，通過(guò)走時(shí)特征分析，利用有限差分成像(Vidale,1990；Hole,1992)和時(shí)間項(xiàng)(Scheidegger and Willmore,1957)等方法，獲取了沿剖面的基底精細(xì)結(jié)構(gòu)特征.該結(jié)果為研究該區(qū)地震活動(dòng)背景提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為進(jìn)一步研究該區(qū)邊界帶深淺構(gòu)造關(guān)系、強(qiáng)震孕震過(guò)程及動(dòng)力學(xué)意義提供了新的科學(xué)依據(jù).

2 區(qū)域地質(zhì)概況與數(shù)據(jù)采集

2.1 區(qū)域地質(zhì)概況

云南地區(qū)跨越多個(gè)地質(zhì)構(gòu)造單元，自西向東分別是：波密—騰沖褶皺系；左貢—耿馬褶皺系、三江褶皺系、松潘—甘孜褶皺系、揚(yáng)子地臺(tái)和華南褶皺系，如圖1所示.其中揚(yáng)子地臺(tái)自晚古生代以來(lái)沉積環(huán)境一直比較穩(wěn)定，具有較厚的未變質(zhì)的沉積蓋層，在燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)期間，才出現(xiàn)程度不同的褶皺運(yùn)動(dòng).而滇西南地區(qū)的三江褶皺系，該區(qū)段斷裂異常發(fā)育，介質(zhì)破碎程度相對(duì)較高.云南地區(qū)深大斷裂發(fā)育，多條斷裂帶在該區(qū)縱橫交錯(cuò)，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，而強(qiáng)震發(fā)生通常又受控于規(guī)模較大的斷裂帶.分布在滇南的主要斷裂帶有：龍陵斷裂帶、元謀斷裂帶、普渡河斷裂帶、南汀河斷裂帶、瀾滄江斷裂帶、無(wú)量山斷裂帶、哀牢山斷裂帶、紅河斷裂帶、楚雄—通海斷裂帶、小江斷裂帶及彌勒—師宗斷裂帶等.其中小江斷裂帶是云南地區(qū)較為重要的活動(dòng)斷裂帶，位于康滇菱形塊體南半部的東邊界，該斷裂帶由多條次級(jí)斷層組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，呈南北走向，現(xiàn)代活動(dòng)方式主要以左旋走滑為主.而紅河斷裂帶是一條規(guī)模很大的斷裂帶，作為我國(guó)西南地區(qū)主要的活動(dòng)構(gòu)造帶之一，它在構(gòu)造演化史上與青藏高原的隆升及向南東向的側(cè)向擠壓有著直接的聯(lián)系(劉寶明等，2006)，該斷裂帶位于印支地塊與揚(yáng)子地塊之間，呈北西—南東走向，現(xiàn)代活動(dòng)方式主要以左旋走滑為主，迄今為止，關(guān)于青藏高原的發(fā)育演化及其對(duì)川滇乃至整個(gè)東南亞地區(qū)的構(gòu)造變形影響，幾乎所有研究都與紅河斷裂帶有著密切的關(guān)聯(lián)(Tapponnier and Molnar，1976；Leloup et al.，1995).

本探測(cè)剖面穿過(guò)云南中南部，如圖1所示，研究區(qū)由左貢—耿馬褶皺系、三江褶皺系、揚(yáng)子地臺(tái)和華南褶皺系四大地質(zhì)構(gòu)造塊體構(gòu)成.由于該區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化，地質(zhì)構(gòu)造異常復(fù)雜，長(zhǎng)期以來(lái)該區(qū)地震活動(dòng)具有頻度高、強(qiáng)度大、震源淺和分布廣等特點(diǎn)，是中國(guó)大陸內(nèi)部地震活動(dòng)最強(qiáng)的地區(qū)之一.大多數(shù)地震都是沿著第三紀(jì)以來(lái)一直活動(dòng)的斷裂帶分布.圖1中地震為自1970年以來(lái)監(jiān)測(cè)到的4.0級(jí)以上該區(qū)地震活動(dòng)的分布情況.圖中顯示該區(qū)強(qiáng)震大多發(fā)生在川滇菱形塊體邊界和內(nèi)部一些地區(qū)，而塊體外圍的地震活動(dòng)水平相對(duì)較低，可以說(shuō)研究區(qū)地震的頻發(fā)與該區(qū)分布的活動(dòng)斷裂帶有著密切的關(guān)聯(lián).2.2 觀測(cè)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集

鎮(zhèn)康—瀘西地震寬角反射/折射探測(cè)剖面西起中緬邊界的鎮(zhèn)康附近(98°42′00″E，23°52′10″N)，自西向東經(jīng)永德、臨滄、鎮(zhèn)沅、新平、通海等地，終止于瀘西丘北縣東北(104°34′40″E，24°20′38″N).該地震測(cè)深剖面長(zhǎng)約600 km，沿線共實(shí)施11次井下組合的地震波激發(fā)爆破，炸藥量800～2800 kg,炮間距平均約55 km.鎮(zhèn)康—瀘西探測(cè)剖面將研究區(qū)南汀河斷裂、紅河斷裂、楚雄—通海斷裂及小江斷裂帶等主要斷裂構(gòu)造帶控制在剖面的中部.該剖面近東西走向基本垂直于構(gòu)造方向，沿線布設(shè)400余臺(tái)三分量數(shù)字地震儀進(jìn)行地震信號(hào)的采集與接收.同時(shí)采取在不同區(qū)段觀測(cè)點(diǎn)距稀疏不等的布設(shè)方式，在測(cè)線中段為了提高對(duì)紅河斷裂帶的成像分辨，我們對(duì)炮點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了適當(dāng)加密，而在剖面西段和東段由于地形險(xiǎn)要，基本位于山區(qū)，觀測(cè)點(diǎn)距相對(duì)稀疏，平均約2.0 km，構(gòu)成了寬角地震反射/折射和高分辨地震折射的聯(lián)合觀測(cè)剖面.如圖2所示為此次采用的多重追蹤和相遇的觀測(cè)系統(tǒng)，可以構(gòu)成對(duì)研究區(qū)地震首波的多次覆蓋和交叉，在沿線11炮的爆破激發(fā)中共獲取Pg首波走時(shí)數(shù)據(jù)1000余個(gè)，如圖3所示為沿線多炮Pg波數(shù)據(jù)記錄截面圖，從圖中可以清晰地讀取初至波震相，可以說(shuō)完善的觀測(cè)系統(tǒng)及豐富可靠的初至波波形數(shù)據(jù)為我們提供了獲取該區(qū)精細(xì)上地殼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)資源.

圖1 研究區(qū)剖面位置與地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Location of the seismic sounding profile and main geological structure

圖2 鎮(zhèn)康—瀘西深地震測(cè)深剖面觀測(cè)系統(tǒng)圖Fig.2 Layout of Zhenkang-Luxi wide angle reflection/refraction profile

圖3 鎮(zhèn)康—瀘西剖面Pg波記錄截面圖

3 Pg波震相特征

Pg波是來(lái)自地殼上部的回折波或是來(lái)自結(jié)晶基底頂部的首波，該波組一般能量較強(qiáng)，震相清晰可靠，能連續(xù)對(duì)比追蹤，屬于優(yōu)勢(shì)波組.一般來(lái)說(shuō)，Pg波走時(shí)曲線的形態(tài)變化直觀反映了基底速度和界面特征的變化，在速度和界面發(fā)生橫向變化時(shí)，該波組到時(shí)將出現(xiàn)超前或滯后.在沉積盆地內(nèi)該波組走時(shí)曲線相對(duì)滯后，視速度較低，埋深較大；而在隆起區(qū)其走時(shí)曲線相對(duì)超前，視速度高，埋深較淺，甚至出露地表；在斷層附近該波組走時(shí)曲線會(huì)出現(xiàn)突變，呈現(xiàn)明顯的錯(cuò)斷特征.我們選取鎮(zhèn)康—瀘西探測(cè)剖面中的5炮Pg波記錄震相作為代表進(jìn)行分析，圖3所示分別為SP2、SP4、SP7、SP8、SP10的Pg波走時(shí)震相曲線，由于探測(cè)剖面穿越多個(gè)地質(zhì)構(gòu)造單元和多條活動(dòng)大斷裂，受到環(huán)境條件、表層地質(zhì)條件、地形條件以及深部構(gòu)造條件等因素的影響，地震記錄的有效波震相的波形、到時(shí)、振幅等都有很大變化，該測(cè)線不同區(qū)段Pg波展示出不同的構(gòu)造特征差異，因此通過(guò)對(duì)Pg波走時(shí)特征的分析，我們可以獲得對(duì)研究區(qū)基底結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的進(jìn)一步認(rèn)識(shí).

SP2炮Pg波組震相(圖3a)左支可追蹤至70 km左右,折合到時(shí)在0.5 s附近變化.走時(shí)曲線平滑連續(xù)，基底速度大埋深相對(duì)較淺；SP2炮右支可追蹤至120 km左右，折合到時(shí)在1.1 s左右變化,到時(shí)出現(xiàn)明顯滯后，表明該炮點(diǎn)以東區(qū)段基底埋深明顯加深，由于該區(qū)跨越兩個(gè)不同構(gòu)造塊體，體現(xiàn)出從東端的左貢—耿馬褶皺系到三江褶皺系基底呈現(xiàn)由淺變深的趨勢(shì)特征.SP4炮Pg波組震相(圖3b)左支可追蹤至100 km左右,走時(shí)折合到時(shí)約1.2 s左右，走時(shí)滯后明顯且走時(shí)曲線平滑連續(xù)，顯示基底埋深較深；SP4炮右支可追蹤至120 km左右，折合走時(shí)較左支滯后且突變明顯，最大達(dá)1.4 s，該區(qū)段Pg波走時(shí)曲線的突變與該部位穿過(guò)的紅河斷裂帶有關(guān)，SP4炮左右兩支到時(shí)的滯后差異及變化進(jìn)一步表明兩側(cè)基底埋深不同，同時(shí)也預(yù)示該區(qū)存在高低速相間結(jié)構(gòu).SP7炮(圖3c)左右兩支均追蹤至90 km左右，同時(shí)在該炮左支表現(xiàn)的震相特征與SP4炮相近，亦呈現(xiàn)走時(shí)曲線的上下突變特征，折合到時(shí)在0.5～1.3 s之間變化，近炮點(diǎn)速度與遠(yuǎn)炮點(diǎn)速度差異明顯.其右支走時(shí)特征變化較平穩(wěn)，折合到時(shí)出現(xiàn)明顯的超前特征.SP7炮左右兩支走時(shí)曲線變化較大，體現(xiàn)出兩側(cè)迥異的基底形態(tài)和速度特征.SP8炮(圖3d)左右兩支均追蹤至85 km左右，兩支走時(shí)曲線變化不大，趨勢(shì)特征相近，折合到時(shí)約1.0 s,到時(shí)滯后與SP4炮和SP7炮左支相比有所減少，進(jìn)一步說(shuō)明該區(qū)段基底埋深變淺，兩側(cè)基底形態(tài)和速度特征變化不大.SP10炮(圖3e)位于該測(cè)線的最東端，Pg波走時(shí)滯后不明顯，折合到時(shí)0.1 s左右，左右兩支的視速度差異很小.

沿線多炮Pg波地震記錄截面圖所呈現(xiàn)的測(cè)線東西兩側(cè)震相的差異特征，亦進(jìn)一步表明沿線不同區(qū)段上地殼結(jié)構(gòu)的差異性.由于該區(qū)經(jīng)過(guò)多個(gè)地質(zhì)構(gòu)造單元和多條重要的斷裂帶，Pg波復(fù)雜的到時(shí)震相特征與該區(qū)地殼結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性密不可分.Pg波清晰的震相特征為我們下一步構(gòu)建研究區(qū)上地殼結(jié)構(gòu)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

4 反演結(jié)果分析與討論

4.1 基底速度結(jié)構(gòu)特征

為獲取滇南鎮(zhèn)康—瀘西剖面的基底速度結(jié)構(gòu)，我們采用了Pg波走時(shí)的有限差分成像方法(Vidale,1990；Hole,1992).該方法采用反投影算法，反復(fù)將走時(shí)殘差沿射線進(jìn)行分配并進(jìn)一步修正相應(yīng)的模型參數(shù)，直至在不斷的迭代過(guò)程中走時(shí)殘差不再下降而終止迭代的計(jì)算，它是利用正方形網(wǎng)格將速度模型進(jìn)行離散化，并且每個(gè)網(wǎng)格用慢度值來(lái)進(jìn)行描述，適用于小尺度復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精細(xì)研究.通過(guò)利用沿線所有炮的初至波走時(shí)數(shù)據(jù)，來(lái)重建沿線從地表至基底的速度圖像.

參與反演的Pg波走時(shí)數(shù)據(jù)有1000余個(gè)，在計(jì)算中我們采用的網(wǎng)格大小為0.5 km×0.5 km.由于該反演不能給出模型參數(shù)的分辨率.為此，根據(jù)射線對(duì)地下介質(zhì)的覆蓋和交叉程度，定性估計(jì)反演最終模型的有效范圍.圖4給出了鎮(zhèn)康—瀘西剖面最終模型的射線分布圖.從圖4可見(jiàn)，速度模型在100～330 km之間，射線覆蓋模型深度達(dá)2～4 km；在330～430 km之間，射線覆蓋深度達(dá)到最深7.5 km左右；在470～580 km之間，射線覆蓋深度4～6 km；在430～480 km及580～650 km之間，射線覆蓋達(dá)深度2～4 km,在測(cè)線最東端射線覆蓋深度最淺.在模型深度7.5 km之上的區(qū)域，射線分布相對(duì)密集，交叉程度高，模型參數(shù)的分辨和精度能滿足反演需要，結(jié)果較為可靠.射線密集覆蓋之下的區(qū)域以及射線分布非常稀疏的區(qū)段，反演結(jié)果僅供參考.

圖5為初至波有限差分方法反演得到的基底速度等值線分布圖，5.6～6.0 km·s-1是一個(gè)速度等值線疏密程度變化帶，5.6 km·s-1以上，速度等值線較密，而6.0 km·s-1以下速度等值線明顯變稀，說(shuō)明基底界面速度應(yīng)在5.6～6.0 km·s-1之間.從圖中可以看到，沿測(cè)線地表速度橫向變化較大，不均勻性特征明顯.測(cè)線西端位于左貢—耿馬褶皺系，基底深度較淺，地表速度相對(duì)較高，約4.6 km·s-1；

圖4 鎮(zhèn)康—瀘西剖面初至Pg波射線分布圖Fig.4 Pg ray tracing of first arrival for Zhenkang-Luxi profile

圖5 鎮(zhèn)康—瀘西剖面基底有限差分反演結(jié)果圖Fig.5 Basement inverse result for Zhenkang-Luxi profile using finite difference method

在樁號(hào)200～400 km之間速度等值線呈現(xiàn)明顯的下凹加深的趨勢(shì)，地表速度減小至4.3 km·s-1，該部位的速度結(jié)構(gòu)與兩側(cè)速度結(jié)構(gòu)差異明顯，這一凹陷結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于三江褶皺系，由于三江褶皺系地處歐亞板塊與印度板塊的拼合地帶，在空間上它是兼具南、北兩大板塊的沉積類型及過(guò)渡特征的地層，同時(shí)該地區(qū)具有豐富的礦產(chǎn)資源，該區(qū)域內(nèi)分布有多條斷裂帶，因此基底形態(tài)在有斷裂穿過(guò)的部位起伏明顯，三江褶皺系沉積層較厚，基底埋深達(dá)到最大；測(cè)線向東進(jìn)入揚(yáng)子地臺(tái)，地表速度約4.5 km·s-1左右，在兩個(gè)不同地質(zhì)構(gòu)造單元的交界部位基底呈現(xiàn)明顯上隆的趨勢(shì)，而后又逐漸加深；在樁號(hào)570 km左右進(jìn)入華南地塊，地表速度有明顯加大的變化趨勢(shì)，同時(shí)基底深度迅速變淺，地表層速度約5.2 km·s-1.4.2 基底界面構(gòu)造形態(tài)

時(shí)間項(xiàng)方法是通過(guò)利用初至波走時(shí)資料來(lái)反演炮點(diǎn)、觀測(cè)點(diǎn)的時(shí)間項(xiàng)和首波沿界面的滑行速度(Scheidegger and Willmore,1957).它不要求爆破點(diǎn)與觀測(cè)點(diǎn)成規(guī)則分布，并可利用多次爆破的數(shù)據(jù)資料，因而，特別適合于大量爆破數(shù)據(jù)的分析處理.當(dāng)已知上覆介質(zhì)平均速度時(shí)，可由時(shí)間項(xiàng)轉(zhuǎn)換各點(diǎn)的深度值，從而得到界面的深度.

我們對(duì)鎮(zhèn)康—瀘西地震測(cè)深剖面11個(gè)炮點(diǎn)爆破激發(fā)所獲取的約1000余個(gè)初至Pg波走時(shí)數(shù)據(jù)，采用時(shí)間項(xiàng)方法進(jìn)行了反演計(jì)算.上覆介質(zhì)平均速度參考有限差分反演結(jié)果和各炮一維速度深度函數(shù)反演結(jié)果分段而確定，利用該方法得到了鎮(zhèn)康—瀘西深地震探測(cè)剖面的基底界面形態(tài)特征，如圖6所示.基底界面的滑行速度也同時(shí)由時(shí)間項(xiàng)反演得到，約為5.86 km·s-1.沿剖面基底形態(tài)起伏變化明顯.在測(cè)線西端的左貢—耿馬褶皺系基底埋深約在1.5 km左右，而進(jìn)入三江褶皺系基底埋深迅速加大，最深處達(dá)7.0 km左右.反映了左貢—耿馬褶皺系相對(duì)隆起而其西側(cè)三江褶皺系基底下陷的構(gòu)造特征.沿測(cè)線逐漸東移，在400 km樁號(hào)附近進(jìn)入相對(duì)較為穩(wěn)定的揚(yáng)子地臺(tái)，基底埋深約5.0 km，而在三江褶皺系和揚(yáng)子地臺(tái)的交界部位基底界面迅速變淺.沿測(cè)線繼續(xù)向東進(jìn)入華南地塊，呈現(xiàn)迅速上隆的界面形態(tài)，基底深度淺達(dá)1.0 km左右，甚至在部分區(qū)域出露于地表，在基底形態(tài)變化劇烈的地方與地表穿過(guò)的斷裂帶吻合較好，如圖6中F1—F7所示.

4.3 基底斷裂帶的構(gòu)造特征探討

從獲取的上地殼精細(xì)速度成像圖5及基底界面圖6中，可以發(fā)現(xiàn)沿剖面速度橫向變化很大，在基底速度等值線變化劇烈的部位往往是不同地質(zhì)構(gòu)造單元的接觸地帶，兩種方法的反演結(jié)果有很好的一致性.在剖面西端200 km、270 km及320 km樁號(hào)附近，基底速度結(jié)構(gòu)橫向變化明顯，分別對(duì)應(yīng)于南汀河斷裂，瀾滄江斷裂和無(wú)量山斷裂，如圖5、圖6中F1、F2及F3所示，南汀河斷裂西側(cè)為左貢—耿馬褶皺系，東側(cè)是三江褶皺系，由于跨越不同的地質(zhì)構(gòu)造單元，其異常特征不僅體現(xiàn)在速度結(jié)構(gòu)的變化，同時(shí)又體現(xiàn)在基底深度的突變，而瀾滄江斷裂和無(wú)量山斷裂均位于三江褶皺系，速度變化相對(duì)較小.在樁號(hào)400 km附近，速度結(jié)構(gòu)東西兩側(cè)變化明顯，呈現(xiàn)一強(qiáng)烈的橫向擾動(dòng)，因此我們推測(cè)該位置存在一強(qiáng)斷裂帶，如圖5、圖6上F4斷裂所示.而從該區(qū)地表穿過(guò)的斷裂來(lái)看，該部位對(duì)應(yīng)于紅河斷裂帶，它是橫貫云南地區(qū)的一條巨型走滑斷裂帶.在紅河斷裂帶的東西兩側(cè)速度和深度變化特別明顯，由于該斷裂帶跨越兩個(gè)不同的地質(zhì)構(gòu)造單元，西側(cè)屬于三江褶皺系，東側(cè)屬于揚(yáng)子地臺(tái)，多項(xiàng)研究(王椿鏞等，2002；周光全等，2003；施發(fā)奇等，2012)表明紅河斷裂帶為一超殼大斷裂，因此該斷裂穿過(guò)基底界面繼續(xù)向下延伸.紅河斷裂帶以東的揚(yáng)子地塊內(nèi)存在多條深大斷裂，如楚雄—通海斷裂以及小江斷裂帶，如圖5、圖6中F5和F6所示，揚(yáng)子地臺(tái)自晚古生代以來(lái)沉積環(huán)境一直比較穩(wěn)定，該區(qū)域范圍內(nèi)具有較厚的未變質(zhì)的沉積蓋層.其中楚雄—通海斷裂帶與20世紀(jì)70年代通海7.8級(jí)大地震的發(fā)生有著密切的關(guān)聯(lián).而530 km樁號(hào)附近的小江斷裂帶為云南地區(qū)的主要活動(dòng)斷裂帶，該斷裂帶在我們的成像結(jié)果中表現(xiàn)的并非為單一斷裂，而是由兩組次級(jí)斷裂構(gòu)成并呈雁形排列.跨過(guò)揚(yáng)子地臺(tái)后進(jìn)入華南褶皺系，其控制性斷裂是彌勒—師宗斷裂，位于測(cè)線東端600 km樁號(hào)附近，如圖5、圖6中F7所示，該斷裂兩側(cè)基底速度和深度變化劇烈，基底深度迅速變淺，在華南地塊內(nèi)沒(méi)有明顯的斷裂顯示.本研究獲取的速度變化特征及深度異常為研究和劃分不同地質(zhì)構(gòu)造單元，以及相互之間的構(gòu)造特征和接觸關(guān)系提供了可靠的保證.

4.4 基底結(jié)構(gòu)與強(qiáng)震關(guān)系

云南地區(qū)位于南北地震帶南段，處于歐亞板塊和印度板塊相互作用的邊緣地帶，20世紀(jì)70年代以來(lái)該區(qū)相繼發(fā)生了一系列大于7.0級(jí)強(qiáng)震，造成人力和物力的巨大損失.該區(qū)發(fā)生的地震一般都是淺源地震，震源深度在10～25 km之間(徐彥等，2005)，就是說(shuō)地震發(fā)生在基底以下的中地殼內(nèi).蘇有棉等(1999)研究發(fā)現(xiàn)許多強(qiáng)震區(qū)都有莫霍界面局部上隆的現(xiàn)象，一般情況下莫霍界面的上隆和基底的下凹有很好的耦合對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合我們的研究結(jié)果在三江褶皺系基底界面呈現(xiàn)明顯的下凹特征，而在揚(yáng)子地臺(tái)的小江斷裂帶附近基底界面也呈現(xiàn)較明顯的下凹特征.而從圖1中的地震分布可以發(fā)現(xiàn)，滇南地區(qū)地震主要集中于小江斷裂帶和三江褶皺系上，所以說(shuō)強(qiáng)震的發(fā)生和我們的速度成像結(jié)果有著很好的關(guān)聯(lián).應(yīng)力積累是在大范圍內(nèi)進(jìn)行的，而應(yīng)力的快速釋放只集中在一些薄弱地帶中的可鎖住地段發(fā)生.就受力角度來(lái)看，構(gòu)造塊體邊界及其邊緣斷裂為構(gòu)造上的薄弱環(huán)節(jié)，是構(gòu)造應(yīng)力的集中處，地震易于孕育(周光全等，2003).而紅河斷裂帶地震卻鮮有發(fā)生，可能是由于本研究區(qū)域的紅河斷裂帶處于印支地塊和揚(yáng)子地塊剛?cè)岵煌膬蓚€(gè)塊體之間，具備了利于發(fā)生蠕滑的環(huán)境介質(zhì)條件，無(wú)法進(jìn)行應(yīng)力的積累而導(dǎo)致該區(qū)段的紅河斷裂帶附近地震發(fā)生較少.而小江斷裂帶和三江褶皺系各自均位于同一屬性的塊體，易于能量的積累和釋放進(jìn)而容易導(dǎo)致地震的發(fā)生.當(dāng)然，基底的界面形態(tài)及速度變化和地震發(fā)生的關(guān)系，尚需我們進(jìn)行更進(jìn)一步的研究.

圖6 鎮(zhèn)康—瀘西剖面Pg波時(shí)間項(xiàng)反演結(jié)果Fig.6 Basement depth obtained by inverting Pg wave time-terms for Zhenkang-Luxi profile

5 結(jié)論

本研究基于“中國(guó)地震科學(xué)臺(tái)陣探測(cè)——南北地震帶南段”行業(yè)專項(xiàng)的高密度主動(dòng)源數(shù)據(jù)，對(duì)該測(cè)線的初至波資料利用有限差分和時(shí)間項(xiàng)兩種反演方法進(jìn)行了計(jì)算處理，獲取了該研究區(qū)域基底的精細(xì)結(jié)構(gòu)特征，結(jié)果表明：

(1)沿線不同地質(zhì)構(gòu)造單元基底界面形態(tài)起伏變化明顯，深度變化范圍在1.0～7.0 km之間.基底最深處位于三江褶皺系，深達(dá)7.0 km；測(cè)線西端的左貢—耿馬褶皺系基底較淺約1.0 km，在揚(yáng)子地臺(tái)基底界面較深約5.0 km左右，在測(cè)線東端的華南地塊基底較淺，部分基底甚至出露地表；沿剖面速度橫向不均勻性特征明顯，速度等值線變化劇烈的地方與地表斷裂有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系.地表速度在華南地塊較高，約5.2 km·s-1，在三江褶皺系和揚(yáng)子地臺(tái)地表速度相對(duì)較低分別為4.3 km·s-1和4.5 km·s-1,在左貢—耿馬褶皺系地表速度約4.6 km·s-1.

(2)沿線速度橫向不均勻性明顯，尤其是在斷裂帶兩側(cè)不論是基底界面還是速度均呈現(xiàn)明顯的差異.在基底界面和速度等值線變化劇烈的地方一般易于應(yīng)力積累和釋放，而多條活動(dòng)斷裂帶在云南地區(qū)縱橫交錯(cuò)，因此該區(qū)地震的頻發(fā)與斷裂帶的分布有著密切的關(guān)聯(lián).詳細(xì)的上部地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)為該區(qū)進(jìn)一步研究地震孕震背景及深部動(dòng)力學(xué)意義及地震定位具有重要的研究?jī)r(jià)值.

(3)本研究與該區(qū)以往所開(kāi)展的地震測(cè)深工作相比(胡鴻翔等,1986; 胡鴻翔和高世玉，1993)，獲取的基底界面相對(duì)較深，主要是由于測(cè)線的展布方向不同(本測(cè)線為東西向展布，而胡鴻翔等布設(shè)的剖面為南北向展布)，而在兩測(cè)線靠近的部位基底界面深度吻合較好，進(jìn)一步說(shuō)明云南地區(qū)在南北和東西向基底深度呈現(xiàn)明顯的差異.與白志明和王椿鏞(2004)的研究結(jié)果相比，速度結(jié)構(gòu)在整體上變化不大，只是在局部區(qū)域稍有差異，推測(cè)這種差異可能是由對(duì)地震資料解釋方法的不同產(chǎn)生的.因此本研究不僅與其他研究結(jié)果具有很好的一致性，同時(shí)更呈現(xiàn)了紅河斷裂帶兩側(cè)清晰的速度結(jié)構(gòu)差異，這種精細(xì)成像在其他研究結(jié)果中無(wú)法整體清楚的體現(xiàn).本文的研究結(jié)果不僅在很大程度上提高了研究區(qū)基底結(jié)構(gòu)的成像分辨，同時(shí)為進(jìn)一步了解云南地區(qū)斷裂帶的深部縱向展布特征及地震孕震模式提供了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)依據(jù).

致謝 感謝中國(guó)地震局地球物理勘探中心所有參與該項(xiàng)目野外數(shù)據(jù)采集的各位同事，同時(shí)感謝中國(guó)地震局地球物理研究所及其他協(xié)作單位各位同仁對(duì)本研究結(jié)果的討論，還要感謝兩位匿名審稿專家對(duì)本文提出的中肯建議，正是由于他們才使得本文質(zhì)量得到進(jìn)一步提升.謹(jǐn)以此文向中國(guó)地震局地球物理勘探中心成立60周年獻(xiàn)禮！

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(本文編輯 何燕)

Basement structure of southern Yunnan and adjacent areas: The Zhenkang-Luxi deep seismic sounding profile

PAN Su-Zhen, WANG Fu-Yun*, DUAN Yong-Hong, DENG Xiao-Guo, SONG Xiang-Hui, DUAN Yu-Ling, SUN Yi-Nan, ZHANG Cai-Jun, YANG Yu-Dong, ZANG Yi-Ran

GeophysicalExplorationCenter，ChinaEarthquakeAdministration,Zhengzhou450002,China

Yunnan province, located in the southern section of the North-South seismic (SSNSS) belt, is one of the areas with most active seismicity in China mainland, where frequent earthquakes have occurred in recent years. Observations and research in this region are of important significance to understand interaction of plates and geodynamic background. Under the support of the seismic industry special project of China Earthquake Administration (CEA) “China Earthquake Scientific Array Detection-SSNSS”, a nearly EW-trending deep seismic wide-angle reflection/refraction profile was deployed along Zhenkang-Luxi by Geophysical Exploration Center of CEA at the end of 2011. This profile crosses through a number of major tectonic units (such as the Sanjiang fold system, Yangzi platform and South China block) and a series of seismic belts (e.g., the Nanting river fault, Lancangjiang fault, Red River fault and Xiaojiang fault etc.). The length of this profile is 600 km, and the numbers of shots and three-component seismometers are 11 and 400, respectively. In this paper, the finite difference and time-terms methods are used to process the first arrival times for 11 shots of this profile, and the basement velocity structure in this area is obtained. The results show that the shape of basement interface of different tectonic units changes dramatically, with depths ranging from 1.0 km to 7.0 km. The deepest point of the basement is about 7.0 km in the Sanjiang fold system, while the basement is as shallow as about 1.0 km in the Zuogong-Gengma fold system. In the Yangzi block, the basement depth becomes shallow slowly, which is about 5.0 km on average. The eastern segment of this profile is the South China block, where the basement depth shallows rapidly, even exposes on the surface. The lateral velocity heterogeneity is obvious along this profile, and the location of velocity contours with drastic change is consistent with the fault distribution in this area. The surface velocity is relatively high, about 5.2 km·s-1, in the South China block, and down to 4.3 km·s-1and 4.5 km·s-1in the Sanjiang fold system and Yangzi platform, respectively, while increasing to 4.6 km·s-1in the Zuogong-Gengma fold system. Normally, the velocity change is obvious in the vicinity of fault zones, especially showing obvious differences on the basement interfere and both sides of the Red River fault zone, which is clear in the record section of Pg waves. Generally, the stress is easy to accumulate and release at the place where basement interfere and velocity contours change dramatically, and active faults cross each other. Therefore, the frequent earthquakes in this area are closely related to the distribution of these faults. These results are consistent with previous work, and provide a scientific basis for the further research on the background of strong earthquakes and its deep dynamic significance in this region.Keywords Southern section of North-South seismic belt； Finite difference method； Time-terms method； Red River fault zone

10.6038/cjg20151103.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41404049;41474077)，地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目(XH13035)，中國(guó)地震科學(xué)臺(tái)陣探測(cè)——南北地震帶南段(201008001)及中國(guó)地震局地球物理勘探中心青年優(yōu)秀科技人才項(xiàng)目(SFGEC2014004)聯(lián)合資助. 中國(guó)地震局地球物理勘探中心論著號(hào)RCEG201409.

潘素珍，女，1975年生，副研究員，碩士研究生，固體地球物理專業(yè)，主要從事深地震測(cè)深數(shù)據(jù)處理及解釋工作.E-mail:panszh@126.com*通訊作者 王夫運(yùn)，男，1962年生，研究員，博士，固體地球物理專業(yè)，長(zhǎng)期從事深地震測(cè)深綜合研究工作. E-mail:fuyunwang@x263.net

10.6038/cjg20151103

P315

2015-01-04，2015-11-08收修定稿

潘素珍， 王夫運(yùn)， 段永紅等. 2015. 滇南及臨近地區(qū)基底結(jié)構(gòu)——鎮(zhèn)康—瀘西深地震測(cè)深剖面結(jié)果.地球物理學(xué)報(bào)，58(11):3917-3927,

Pan S Z, Wang F Y, Duan Y H, et al. 2015. Basement structure of southern Yunnan and adjacent areas: The Zhenkang-Luxi deep seismic sounding profile.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),58(11):3917-3927,doi:10.6038/cjg20151103.