華北克拉通、秦嶺造山帶與揚(yáng)子克拉通的殼、幔精細(xì)速度結(jié)構(gòu)

華北克拉通、秦嶺造山帶與揚(yáng)子克拉通的殼、幔精細(xì)速度結(jié)構(gòu)

1淺層石油勘探工作秦嶺-達(dá)巴造山帶位于中國大陸的腹地，是中央造山帶的重要組成部分。華北克拉通與揚(yáng)子克拉通的聯(lián)系是古代亞洲構(gòu)造區(qū)與特提斯構(gòu)造區(qū)的轉(zhuǎn)換帶。由于華北克拉通與揚(yáng)子克拉通沿南、北運(yùn)動(dòng)、碰撞和壓縮，不僅結(jié)晶基底高度增加，而且造山帶的形成，也受到華北克拉通、秦嶺-達(dá)巴造山帶和揚(yáng)子克拉通的影響。南北力系統(tǒng)的作用下，該地區(qū)的深部物質(zhì)被再次分為不同的高度調(diào)整，深部物質(zhì)和能量之間的強(qiáng)烈交換，形成了極其復(fù)雜的物質(zhì)組成和獨(dú)特的深度-淺層錯(cuò)誤組構(gòu)。揚(yáng)子和華北克拉通最初屬于兩個(gè)獨(dú)立的陸地區(qū)域，在三疊紀(jì)之前，它們屬于三個(gè)獨(dú)立的陸地區(qū)域。自20世紀(jì)80年代以來,在秦嶺—大巴造山帶及其相鄰地域進(jìn)行了大量的、多期次的地質(zhì)構(gòu)造(MengandZhang,2000;張國偉等,2001,2003,2004)、巖漿巖與深部殼、幔物質(zhì)交換(張本仁等,2002;王宗起等,2009)和找礦勘探(陳毓川等,1994;朱賴民等,2008;毛景文等,2012)等方面的工作,取得了重大進(jìn)展.但這一系列的工作卻主要是依據(jù)地貌景觀及可見淺表層過程的分析、研究及推斷,均未涉及深層過程與塊體之間的耦合響應(yīng)以及災(zāi)害事件和第二深度空間(500~2000m)的金屬礦產(chǎn)資源探查等研究(劉少峰和張國偉,2005;滕吉文等,2009).在該地區(qū)前、后也進(jìn)行了少量的地球物理探測(cè),如地震速度結(jié)構(gòu)(曹家敏等,1994;袁學(xué)誠等,1994;何建坤等,1998;Schmidetal.,2001;高銳等,2004;李秋生等,2011)、電性結(jié)構(gòu)(程順有等,2003)和航磁分析(胡國澤等,2014),而淺層石油勘探剖面則主要分布在盆地及邊緣地帶.已有的深部探測(cè)工作一方面多集中在秦嶺—大巴造山帶的東部和西部及盆地邊緣,且其剖面均未穿過三大塊體和整個(gè)造山帶及其南、北兩側(cè)的前陸盆地和沉積盆地.另一方面又受到對(duì)地表已有構(gòu)造格局認(rèn)識(shí)的制約,僅限于輪廓性的推斷及解釋,當(dāng)必難以理解其深層過程和塊體之間的耦合響應(yīng).顯見,依據(jù)上述局部的、零散的及較粗疏的資料所做推斷不可避免的會(huì)帶來局限性和基于地質(zhì)構(gòu)造已有結(jié)論在解釋上的先驗(yàn)性及附和性.因此大大限制了對(duì)秦嶺—大巴造山帶、前陸盆地與南北沉積盆地及其相鄰地域相互制約的理解,特別是秦嶺—大巴造山帶中部淺、深層物質(zhì)屬性與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造格局和其縱、橫向耦合響應(yīng)與深層動(dòng)力過程的深化理解(滕吉文,2005;滕吉文等,2010).為了深入認(rèn)識(shí)秦嶺—大巴造山帶和其相鄰各盆地的屬性、結(jié)構(gòu)與形成的深層過程及其耦合響應(yīng),必須研究其殼、幔介質(zhì)的屬性和層序的異常變化;精細(xì)刻劃其層、塊速度結(jié)構(gòu)與空間展布,進(jìn)而厘定華北克拉通、秦嶺—大巴造山帶、揚(yáng)子克拉通這陸內(nèi)三大塊體的相互作用,碰撞、擠壓和南北兩側(cè)的俯沖邊界場(chǎng)響應(yīng)及陸內(nèi)深部物質(zhì)與能量的交換(滕吉文,2001;滕吉文等,2006;肖安成等,2011).量化或半量化認(rèn)識(shí)和理解各塊體之間相互作用的運(yùn)動(dòng)行為與軌跡和其形成的動(dòng)力機(jī)制,必然要建立在深化認(rèn)識(shí)研究區(qū)(帶)的殼、幔精細(xì)結(jié)構(gòu)及其變異和其深層動(dòng)力過程的基點(diǎn)上.基于以上的認(rèn)識(shí)和理解,本文在分析與研究該地域已有地質(zhì)構(gòu)造和有關(guān)地球物理資料的基礎(chǔ)上,依據(jù)所要研究和探索的科學(xué)問題沿南北方向布署了一條穿越華北克拉通、秦嶺—大巴造山帶和揚(yáng)子克拉通陸內(nèi)三大構(gòu)造單元(塊體),即北起鄂爾多斯盆地的榆林,向南穿越秦嶺—大巴造山帶的咸陽、寧陜,南抵四川盆地北緣的涪陵,長達(dá)1000km的高精度以人工源深部地震探測(cè)為主體的地球物理大剖面(圖1),研究與探討了其形成與演化的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)過程(Cloetinghetal.,1997),以達(dá)取得新的認(rèn)識(shí),為此提出應(yīng)予以研究和探索的科學(xué)問題為:(1)秦嶺—大巴造山帶與相鄰地域高精度人工源地震探測(cè)、高分辨率數(shù)據(jù)采集和反演求取該地域殼、幔精細(xì)結(jié)構(gòu)與其異常特征;(2)華北克拉通,秦嶺—大巴造山帶和揚(yáng)子克拉通三大陸塊的深部與淺部,縱向與橫向耦合響應(yīng)和南、北克拉通的受力作用運(yùn)移軌跡與深層動(dòng)力過程;(3)秦嶺—大巴造山帶與前陸盆地形成的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)基本模型.2北起陜西缺乏完整剖面的設(shè)計(jì)為研究秦嶺—大巴造山帶與其鄰域的殼、幔精細(xì)結(jié)構(gòu)和大陸內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的深層動(dòng)力過程,設(shè)計(jì)了一條北起陜西省榆林市,向南經(jīng)延安、銅川、咸陽、寧陜,進(jìn)入四川省后由萬源向南經(jīng)達(dá)縣抵涪陵,全長達(dá)1000km的大剖面(圖1).該剖面北起榆林(樁號(hào)1100km),向南至涪陵區(qū)永森林場(chǎng)(樁號(hào)100km).2.1塊體間相互作用動(dòng)力機(jī)制的確定該長剖面穿越三大構(gòu)造單元,即華北克拉通南部、秦嶺—大巴造山帶(穿越大巴山的西緣)和揚(yáng)子克拉通北緣.該剖面轄區(qū)地貌、巖相、構(gòu)造均十分復(fù)雜,具有多重逆沖推覆構(gòu)造展布,要厘定其塊體之間的邊界場(chǎng)響應(yīng)以對(duì)區(qū)域構(gòu)造演化、多元疊復(fù)構(gòu)造體系的轉(zhuǎn)化以及成山、成盆、成巖、成礦、成災(zāi)和深化認(rèn)識(shí)該區(qū)域構(gòu)造本體的表征(圖2).造山帶與前陸盆地的形成和相鄰盆地沉積建造的聚集不僅呈現(xiàn)著三大塊體的相互作用與變形,更為重要的是其深部物質(zhì)與能量的交換和秦嶺—大巴造山帶形成的深部物質(zhì)分異、調(diào)整與運(yùn)動(dòng)學(xué)軌跡.三大塊體縱向和橫向變異、分區(qū)與深、淺層耦合過程與北部華北克拉通和南部揚(yáng)子克拉通的俯沖界帶和樣式,確為研究和探索大陸內(nèi)部各塊體間相互作用動(dòng)力機(jī)制的典型地域,并有著示范和導(dǎo)向作用.2.2觀測(cè)系統(tǒng)的配置2.2.1地震地質(zhì)條件在野外探測(cè)資料采集中必須取得反映地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)的深、淺層地震信息,同時(shí)要盡可能獲得反映巖石圈結(jié)構(gòu)的更深層上地幔的信息.為的是揭示沿剖面沉積建造—結(jié)晶基底—地殼內(nèi)部—?dú)?、幔邊?Moho)和上地幔頂部的地震波場(chǎng)特征.2.2.2多重追蹤相結(jié)合的深部地震波場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)沿剖面布署和實(shí)施了9次井中組合爆破、投入492臺(tái)地震儀同步觀測(cè)記錄所激發(fā)的地震波場(chǎng)信息、并構(gòu)成了具有多重追逐相遇較完善的觀測(cè)系統(tǒng)(圖3),以獲得來自地殼與上地幔不同深度、多重不同介質(zhì)屬性的深部地震波場(chǎng)信息.2.3剖面位置和觀測(cè)目標(biāo)的把握結(jié)果針對(duì)本長剖面探測(cè)研究的目的和任務(wù)要求,在不同的區(qū)段采取密疏不同的觀測(cè)點(diǎn)距布置方案.觀測(cè)點(diǎn)距一般控制在1.6~2.5km之間,在重點(diǎn)地段(如秦嶺造山帶地域)采用加密觀測(cè)點(diǎn)的方案.總體上觀測(cè)點(diǎn)平均距離保持在2.0km左右,沿剖面觀測(cè)點(diǎn)的具體布置方案如下:(1)剖面南段:涪陵—達(dá)縣—鎮(zhèn)巴南(樁號(hào)100~400km)區(qū)段,此區(qū)段長300km,觀測(cè)點(diǎn)距按2.2~2.6km布設(shè),布設(shè)了126臺(tái)儀器.主體目標(biāo)是取得秦嶺—大巴造山帶南部和前陸盆地,即四川盆地東北緣深層的高分辨率信息.(2)剖面中段:鎮(zhèn)巴—寧陜—咸陽—黃陵(樁號(hào)400~800km)區(qū)段,此區(qū)段長400km,跨越秦嶺造山帶、渭河盆地(前陸),觀測(cè)點(diǎn)距按1.7km布設(shè),布設(shè)了234臺(tái)儀器.主體觀測(cè)目標(biāo)是取得構(gòu)造極為復(fù)雜的秦嶺—大巴造山帶及其相鄰地域的高分辨率信息.(3)剖面北段:黃陵—富縣—延安—榆林(樁號(hào)800~1110km)區(qū)段,此區(qū)段長310km,觀測(cè)點(diǎn)距按2.2~2.5km布設(shè),布設(shè)了132臺(tái)儀器.主體目標(biāo)是取得鄂爾多斯盆地南部和其相鄰地域的高分辨率信息.整個(gè)剖面全長達(dá)1000km以上,總共布設(shè)了492臺(tái)儀器,平均點(diǎn)距為2.05km.2.4激發(fā)地震波場(chǎng)的爆炸點(diǎn)位置在根據(jù)深部地震探測(cè)研究進(jìn)行觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與爆炸激發(fā)波場(chǎng)點(diǎn)位置的確定時(shí),必須考慮地震波場(chǎng)信息對(duì)地殼、上地幔深、淺層結(jié)構(gòu)的有效反響和對(duì)主要斷裂構(gòu)造帶和塊體界帶的控制.基于沿剖面的地質(zhì)構(gòu)造、地形條件,經(jīng)實(shí)地踏勘和比較后沿剖面布置了9個(gè)爆炸點(diǎn),這些爆炸點(diǎn)在剖面上的樁號(hào)分別為:120.946km(SP1)、261.55km(SP2)、440.165km(SP3)、558.373km(SP4)、647.417km(SP5)、733.195km(SP6)、817.229km(SP7)、968.789km(SP8)、1098.041km(SP9).每次爆炸激發(fā)地震波場(chǎng)的炸藥量為根據(jù)所要記錄地段波組類型的觀測(cè)系統(tǒng)需求、爆炸點(diǎn)所在位置及周圍地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境、不同介質(zhì)的激發(fā)效應(yīng)和觀測(cè)區(qū)間的距離而定.對(duì)于剖面南、北兩端的爆炸點(diǎn),考慮到其觀測(cè)距離長達(dá)1000km左右,其炸藥量應(yīng)給予適量增大(附表1).以取得反映深層結(jié)構(gòu)的清晰信息.2.5野外數(shù)據(jù)的質(zhì)量評(píng)價(jià)沿該長1000km的剖面進(jìn)行9次井中組合爆炸、布設(shè)495臺(tái)儀器同步記錄觀測(cè)中,總共取得了4428個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的地震波場(chǎng)記錄.根據(jù)中國地震局地震探測(cè)工作規(guī)范的規(guī)定,對(duì)野外獲得的地震記錄按照“優(yōu)秀、合格、廢品”四級(jí)進(jìn)行了評(píng)價(jià).在所取得的地震記錄中優(yōu)秀1336張,占30.2%,合格2906張,占65.6%,廢品186張,占4.2%,有效率為95.8%,記錄質(zhì)量達(dá)到一類資料標(biāo)準(zhǔn).3精細(xì)速度結(jié)構(gòu)的研究路徑分析高精度高分辨率數(shù)據(jù)采集和殼、幔介質(zhì)內(nèi)部可靠震相的識(shí)別并有效進(jìn)行反演,乃是能否刻劃出研究區(qū)精細(xì)速度結(jié)構(gòu)及這項(xiàng)研究能否取得成效的關(guān)鍵所在.3.1爆炸點(diǎn)波場(chǎng)記錄該剖面北段的地震波場(chǎng)記錄,包括爆炸點(diǎn)SP9、SP8和SP7,主要是研究鄂爾多斯盆地南部的層、塊殼、幔速度結(jié)構(gòu),以研究其深層過程.SP9(陜西省橫山縣白界鄉(xiāng))激發(fā)的地震波場(chǎng)記錄(圖4),這是自爆炸點(diǎn)向南觀測(cè)的單向接收記錄,接收距離達(dá)400km.從T-X/6(s)走時(shí)圖上可清晰地分辨出PSP8(陜西延川縣高家屯鄉(xiāng)佘家塌村)激發(fā)的地震波場(chǎng)記錄(圖5).爆炸點(diǎn)位于中心,接收距離可達(dá)400km.在爆炸點(diǎn)南(正樁號(hào))、爆炸點(diǎn)北(負(fù)樁號(hào))兩側(cè)接收波場(chǎng)記錄,其北支與SP9構(gòu)成相遇觀測(cè)系統(tǒng),南支與SP7的北支構(gòu)成相遇觀測(cè)系統(tǒng),又與SP9構(gòu)成一重追逐系統(tǒng),追蹤范圍為向南130km,向北為400km.在地震記錄圖上可清晰分辨出PSP7(陜西省黃陵縣隆坊鎮(zhèn)房河溝村)激發(fā)的地震波場(chǎng)記錄(圖6).在爆炸點(diǎn)的南、北兩側(cè)接收,接收距離可達(dá)360km;其北支與SP8構(gòu)成一相遇觀測(cè)系統(tǒng),其南支與SP6構(gòu)成一相遇觀測(cè)系統(tǒng),且與SP9、SP8構(gòu)成兩重追逐觀測(cè)系統(tǒng),與SP6構(gòu)成一重追逐觀測(cè)系統(tǒng).在T-X/6(s)記錄圖上可清晰的追蹤P以上SP9、SP8、SP7三個(gè)爆炸點(diǎn)激發(fā)的地震波場(chǎng)表明,鄂爾多斯盆地內(nèi)的沉積進(jìn)程平穩(wěn)有序,基本上為近水平狀的沉積建造展布.3.2爆炸點(diǎn)激發(fā)地震波場(chǎng)記錄該剖面中段的地震波場(chǎng)記錄,包括爆炸點(diǎn)SP4、SP5和SP6,主要是探索秦嶺—大巴造山帶地帶的復(fù)雜殼、幔結(jié)構(gòu)與其形成的深層動(dòng)力過程.這里深部物質(zhì)與能量在進(jìn)行著強(qiáng)烈交換,故波場(chǎng)特征十分復(fù)雜.SP6(陜西省耀州縣小丘鄉(xiāng)獨(dú)石村)激發(fā)的地震波場(chǎng)記錄圖(圖7),接收距離可達(dá)360km.在爆炸點(diǎn)南(正樁號(hào))、北(負(fù)樁號(hào))兩側(cè)接收地震波場(chǎng)記錄,其北支與SP7構(gòu)成相遇觀測(cè)系統(tǒng),南支與SP5構(gòu)成相遇觀測(cè)系統(tǒng),且與北部的SP7、SP8和南部的SP5、SP4、SP3構(gòu)成南、北兩側(cè)多重反向追逐觀測(cè)系統(tǒng).(1)南部(樁號(hào)0~360km),可清晰追蹤P(1)陜寧—白沙地帶恰處在秦嶺—大巴造山帶南部的前陸盆地(B(2)震相P(3)震相P(4)震相P(5)P(2)北支(樁號(hào)0~-340km),在寧陜—咸陽地帶可清晰追蹤P(1)P(2)P(3)P(4)PSP5(陜西咸陽市興平縣莊頭鎮(zhèn)儀空村)即在渭河盆地激發(fā)的地震波場(chǎng)記錄(圖8),接收距離可達(dá)450km.在爆炸點(diǎn)南、北兩側(cè)接收記錄地震波場(chǎng).SP5與南部的SP4、北部的SP6構(gòu)成相遇觀測(cè)系統(tǒng),與南北兩側(cè)的SP6、SP7和SP4、SP3等構(gòu)成一重和二重追逐觀測(cè)系統(tǒng).在T-X/6(s)記錄圖上可清晰的追蹤P在爆炸點(diǎn)以南(正樁號(hào)),即咸陽—寧陜—白沙地帶,P在爆炸點(diǎn)以北,即咸陽—銅川—洛川地帶,P這一地段恰處于華北克拉通與秦嶺造山帶北部深大斷裂及前陸盆地的耦合地帶,波場(chǎng)和構(gòu)造均十分復(fù)雜.SP4(陜西省寧陜縣上壩河公園),即在銅川附近地帶激發(fā)地震波場(chǎng)(圖9),接收距離為350km,在爆炸點(diǎn)南、北兩側(cè)進(jìn)行觀測(cè)記錄.在T-X/6(s)記錄圖上可分辨出P爆炸點(diǎn)以南(正樁號(hào)),P爆炸點(diǎn)以北(負(fù)樁號(hào)),P由以上SP6、SP5、SP4各爆炸點(diǎn)多重相遇和多重追蹤觀測(cè)系統(tǒng)所記錄的波場(chǎng)特征表明,在秦嶺—大巴造山帶地域確有著與南部揚(yáng)子克拉通(SP1、SP2、SP3)和北部華北克拉通(SP7、SP8、SP9)波場(chǎng)與震相、走時(shí)與形態(tài)完全不同的特征.它們的展布和變化不穩(wěn)定,多處出現(xiàn)異?，F(xiàn)象.這不僅表明秦嶺—大巴造山帶在南、北力系作用下的強(qiáng)烈變形及殼、幔介質(zhì)的物理屬性與空間幾何狀態(tài)的異常性,而且揭示出在這一地域沉積建造極薄,結(jié)晶基底幾乎出露地表,深部物質(zhì)與能量發(fā)生強(qiáng)烈的交換.這種深層動(dòng)力過程厘定了大陸內(nèi)部造山作用的過程、機(jī)理及與海洋“剛性”板塊及造山作用不同的深層動(dòng)力過程.該剖面南段的地震波場(chǎng)記錄,包括爆炸點(diǎn)SP3、SP2和SP1,主要是研究揚(yáng)子克拉通北部地帶的殼、幔結(jié)構(gòu)與深層過程.SP3(陜西省鎮(zhèn)巴縣小洋河鎮(zhèn)兩河口村),即位于洛川附近地帶爆炸點(diǎn)激發(fā)的地震波場(chǎng)(圖10),接收距離為280km左右,在南、北兩側(cè)接收.它與南北兩側(cè)的SP2、SP1和SP4與SP5構(gòu)成雙重相遇觀測(cè)系統(tǒng).在T-X/6(s)記錄圖上可分辨出P爆炸點(diǎn)以南(正樁號(hào)),P爆炸點(diǎn)以北(負(fù)樁號(hào)),PSP2(陜西省大竹縣朝陽鎮(zhèn)指揮村),即在子長附近激發(fā)的地震波場(chǎng),接收距離為370km(南側(cè))與165km(北側(cè))(圖11).在爆炸點(diǎn)南、北兩側(cè)接收,它與南、北兩側(cè)的SP1、SP3、SP4構(gòu)成多重相遇觀測(cè)系統(tǒng),與SP1、SP3、SP4等構(gòu)成多重追逐觀測(cè)系統(tǒng).在T-X/6(s)記錄圖上可分辨出P在爆炸點(diǎn)以南(正樁號(hào)),P在爆炸點(diǎn)以北(負(fù)樁號(hào)),PSP1(重慶市涪陵區(qū)梓里鎮(zhèn)永森林場(chǎng)),即在榆林附近地帶激發(fā)地震波場(chǎng)(圖12),接收范圍為350km左右.在爆炸點(diǎn)南、北兩側(cè)接收,它是一支由北向南的單支走時(shí)曲線,并與北部的SP2、SP3構(gòu)成多重相遇和多重追逐觀測(cè)系統(tǒng).在地震記錄圖上可分辨出P4地震波震相特征與結(jié)構(gòu)特征沿1000km長剖面地震波場(chǎng)與其數(shù)據(jù)采集后反演所得分層速度結(jié)構(gòu)在不同地帶存在著顯著差異.這是由于榆林—咸陽—涪陵長剖面穿越了不同的大地構(gòu)造單元和多類型及產(chǎn)狀各異的斷裂帶,且還受到地勢(shì)、地貌與環(huán)境條件的限定,各種干擾源的疊加等因素的影響,故相鄰觀測(cè)點(diǎn)所得地震記錄中的有效波震相特征,如波形、到時(shí)、振幅、頻率、視速度等均存在不同程度的變化.這便使得人們?cè)谟^測(cè)地震記錄上對(duì)初至波和續(xù)至波中的有效信息分辨和進(jìn)行地震波相位連續(xù)對(duì)比時(shí)非常困難,特別是一些來自地殼深部的反射波往往是以復(fù)雜的或能量較弱的續(xù)至波組形式出現(xiàn).在構(gòu)造極為復(fù)雜的特異地帶,如秦嶺—大巴造山帶北部、華北克拉通南部和揚(yáng)子克拉通北部的耦合地帶則更顯艱難.基于在整個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)中構(gòu)成了多重相遇和多重追逐觀測(cè)系統(tǒng),可利用走時(shí)相互性、頻率相互性、能量相互性、波形相互性的準(zhǔn)則,為進(jìn)行波組的連續(xù)對(duì)比和分析提供了充分條件.4.1滕吉文、臺(tái)氏的cerveny和全幼黎地震波在深部殼、幔介質(zhì)中的傳播過程,均以射線路徑進(jìn)行追蹤(不論是均勻介質(zhì)或非均勻介質(zhì)),它是地震波場(chǎng)研究和正、反演計(jì)算的基本方法,所以在地震學(xué)界一直沿用并發(fā)展著(ТэнЦзивэнь,идр,1961;滕吉文,1963;Cervenyetal.,1977;CervenyandHron,1980;Cerveny,1983;全幼黎和滕吉文,1988;滕吉文等,2004).本文為研究沿榆林—咸陽—涪陵剖面共進(jìn)行9次爆炸激發(fā)地震波場(chǎng),并通過射線追蹤各震相,以求得波在相應(yīng)介質(zhì)中傳播的速度和各層的深度及界面速度.根據(jù)不同屬性的地震波組響應(yīng)綜合考慮其運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的特征并結(jié)合射線所經(jīng)路徑的巖相和構(gòu)造進(jìn)行震相(波組)的識(shí)別與對(duì)比.在以上9次爆炸激發(fā)的地震波場(chǎng)中可識(shí)別出的主要P波震相有:P為了求得每次爆炸激發(fā)地震波場(chǎng)所得多元追逐和多元相遇觀測(cè)系統(tǒng)記錄各波組震相,在不同距離,不同深度波阻抗界面地震波的速度結(jié)構(gòu),可采用X4.1.1地震波組的跟蹤范圍、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征(1)P(2)P(3)P(4)P(5)P(6)P(7)P4.1.2沿該段各波組的一維速度結(jié)構(gòu)和深度分布(1)剖面位置的變化依沿榆林—咸陽—涪陵長剖面各爆炸點(diǎn)激發(fā)的波場(chǎng)和其兩側(cè)地震波走時(shí),并以X這種平均速度和相應(yīng)深度的強(qiáng)烈變化表明,該剖面的北區(qū)、南區(qū)相應(yīng)變化平緩,而中區(qū)變化強(qiáng)烈,它們反映著沿剖面不同地區(qū)的深部介質(zhì)屬性和結(jié)構(gòu)均存在明顯變化,特別是中段地區(qū),即同一爆炸點(diǎn)的北支與南支亦差異明顯.(2)地殼表層速度結(jié)構(gòu)沿長剖面的一維地殼基本結(jié)構(gòu)給出了該區(qū)地殼結(jié)構(gòu)的框架,即在總體上可分為4層:深度0.0~3.0km范圍內(nèi)的地殼表層是一個(gè)速度隨深度加深而增大的梯度層,其速度一般為2.00~5.00km·s4.2地震數(shù)據(jù)處理和波場(chǎng)估計(jì):地震圖的自然追蹤一波多步推進(jìn)由以上一維速度結(jié)構(gòu)模型所得各波速度與深度變化可見,鄂爾多斯盆地、秦嶺—大巴造山帶和揚(yáng)子克拉通之間存在著明顯差異,但這仍然是輪廓性的,不能全面地反映出波場(chǎng)、構(gòu)造和屬性的差異.為此必須進(jìn)行二維速度結(jié)構(gòu)的正、反演計(jì)算,以求得其量化的變異.為此采用地震波場(chǎng)的漸近射線理論方法(Cervenyetal.,1977),對(duì)該剖面9次爆炸所采集的高分辨率數(shù)據(jù)做進(jìn)一步擬合,以達(dá)逐步改進(jìn)二維速度結(jié)構(gòu)的目的.對(duì)上地殼介質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限差分走時(shí)反演(Vidale,1988;Hole,1992),然后用射線追蹤方法做初至波和續(xù)至波震相進(jìn)行擬合,并用射線合成地震圖方法約束振幅(FuchsandMuller,1970;Cerveny,1984;CervenyandKlimes,1984;Cervenyetal.,1984;CervenyandPsencik,1984),以達(dá)改進(jìn)二維速度模型(王椿鏞等,2003).4.2.1波組正演擬合在一維地殼結(jié)構(gòu)模型的基點(diǎn)上,建立二維地殼速度結(jié)構(gòu)的初始模型,并利用二維非均勻介質(zhì)中的射線追蹤、走時(shí)擬合、理論地震圖對(duì)比和對(duì)地震觀測(cè)記錄截面上的P波波組進(jìn)行正演擬合.由圖14可見,計(jì)算的各波理論走時(shí)與觀測(cè)走時(shí)的主要變化特征在時(shí)間域是相當(dāng)一致的.依據(jù)走時(shí)曲線的初至P基于沿剖面各爆炸點(diǎn)激發(fā)的地震波場(chǎng)與非均勻介質(zhì)中各震相的射線特征和理論地震圖的對(duì)比分析,給出了理論走時(shí),各波組的振幅特征與實(shí)際觀測(cè)所采集數(shù)據(jù)的最佳擬合(圖15—18).(1)爆炸點(diǎn)sp2和moho界面爆炸點(diǎn)SP1激發(fā)的地震波場(chǎng)在北側(cè)為單支接收,追蹤距離可達(dá)320km左右,地殼中各層起伏平緩.爆炸點(diǎn)SP2激發(fā)的波場(chǎng)則為南、北兩側(cè)同步接收,Moho界面變化強(qiáng)烈,其幅度為5km左右.爆炸點(diǎn)SP3激發(fā)的地震波場(chǎng)亦為南、北雙向接收.在這三張記錄圖中,不論是結(jié)晶基底,還是地殼中各層以及Moho界面的起伏變化均較平緩.(2)地區(qū)間相互作用爆炸點(diǎn)SP4、SP5、SP6激發(fā)的地震波場(chǎng)表明,其射線所經(jīng)深部層序變化明顯,結(jié)晶基底埋藏深度已很淺,即幾乎出露地表,而深部Moho界面卻變化十分強(qiáng)烈,其變化幅度可達(dá)10km以上.這不僅揭示出在這一地域深部物質(zhì)與能量在進(jìn)行著強(qiáng)烈的交換,而且在南、北克拉通相向運(yùn)動(dòng)作用下,形成了秦嶺—大巴造山帶南、北不協(xié)調(diào)的邊界形態(tài).顯然,這些特征表明:大陸內(nèi)部造山作用和盆、山耦合的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)及特征,難以用海洋“剛性”板塊的遠(yuǎn)程效應(yīng)給予完全解釋.(3)南—北部地區(qū)———鄂爾多斯盆地南部(圖17)除爆炸點(diǎn)SP9為向南單支接收外,SP7、SP8均為南、北雙向接收.在這一地帶各波組的變化均較穩(wěn)定,結(jié)晶基底和殼、幔邊界(Moho)的起伏亦均平緩,故表明這里是一個(gè)沉積巖相穩(wěn)定、構(gòu)造亦不甚活動(dòng)的地域.4.2.2地震波場(chǎng)特征由SP1—SP9九個(gè)爆炸點(diǎn)激發(fā)的地震波場(chǎng)和射線路徑與理論地震圖的對(duì)比分析表明:它們確具有很強(qiáng)的分段性,即所記錄的P綜合9個(gè)爆炸點(diǎn)的射線路徑和理論地震圖的正、反演結(jié)果表明:沿該剖面不論是淺層,還是深層射線所覆蓋的路徑是十分密集的,理論與觀測(cè)走時(shí)是相符合的(圖18),所分辨的震相和反演結(jié)果是可靠的.5殼、潭二維速度結(jié)構(gòu)的反演在對(duì)該剖面的資料進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與反演計(jì)算過程中,常常需要調(diào)整初始模型所給定的界面深度和速度結(jié)構(gòu)以使理論走時(shí)與實(shí)測(cè)走時(shí)之間達(dá)到較小差異的最佳狀態(tài).由該剖面9個(gè)爆炸點(diǎn)各自激發(fā)的地震波場(chǎng)和射線路徑可見,殼、幔介質(zhì)中來自深、淺各層的地震波射線的覆蓋十分密集,故才能得到各波震相的連續(xù)追蹤和可靠的分辨.多重相遇和多重追蹤觀測(cè)系統(tǒng)的布設(shè)(圖18),保證了各震相的連續(xù)對(duì)比和沿整個(gè)剖面反演的可靠性.當(dāng)必還需對(duì)一維速度結(jié)構(gòu)的基本特征一并考慮,使一維和二維模型求得的主要速度特征基本相吻,以得到本剖面殼、幔二維速度結(jié)構(gòu)和構(gòu)造表征(圖14—18).沿榆林—寧陜—涪陵地震剖面高精度的數(shù)據(jù)采集和通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的反演求得了該剖面轄區(qū)的二維殼、幔速度結(jié)構(gòu)(圖19和圖20),由P5.1上地殼結(jié)構(gòu)上地殼是指自地表向下至C5.1.1深度基巖界面第1層是由折射波Pg所確定的沉積建造和結(jié)晶基底.該界面的空間形態(tài)通過有限差分和時(shí)間項(xiàng)反演等多種方法共同求取.沿該剖面結(jié)晶基底起伏變化明顯,深度變化范圍基本上在2.0~7.0km之間,分別在300km、420km、550km、720km和900km樁號(hào)附近基底界面明顯呈現(xiàn)隆起形態(tài),埋深約為1.8~3.0km;在350km、480km、660km、780km和870km樁號(hào)附近下方基底界面下凹,埋藏較深,約為4.0~7.0km.結(jié)晶基底界面以上介質(zhì)的速度結(jié)構(gòu)為由一個(gè)強(qiáng)速度梯度層組成,從近地表的2.60~5.50km·s第2層為基底頂面向下至C5.1.2上地殼速度的結(jié)構(gòu)特征沿該剖面的速度結(jié)構(gòu)在總體上為:C5.2下地殼的動(dòng)態(tài)沿剖面下地殼的起伏變化和速度結(jié)構(gòu)在華北克拉通,秦嶺—大巴造山帶和揚(yáng)子克拉通均存在明顯差異,且在分層結(jié)構(gòu)上亦不盡一致.下地殼是C在900km樁號(hào)以南地區(qū)下地殼呈現(xiàn)單層結(jié)構(gòu),而沿整個(gè)剖面Moho界面起伏變化強(qiáng)烈,在剖面南端Moho界面埋深約為43.0km,自南向北Moho界面在起伏變化呈逐漸加深的趨勢(shì),至490km樁號(hào)附近達(dá)到最深的49.5km,呈一向下的凹槽,而后急劇抬升,在咸陽(樁號(hào)660km)附近Moho界面上升至約35.0km深度,呈現(xiàn)出明顯的局部凸起狀.再向北該界面急劇變深,在720km樁號(hào)附近加深為約45.0km,隨后向北進(jìn)入鄂爾多斯盆地則趨于平緩,在樁號(hào)820km附近略微上隆至42.0km,而后緩慢加深至910km樁號(hào)附近的45.0km.隨著Moho界面的起伏,該層深度變化較大,約為10.0±5km(圖20).下地殼在樁號(hào)900km以南地帶在不同區(qū)段的速度結(jié)構(gòu)卻呈現(xiàn)出明顯的差異性.四川盆地下方,C5.3德-巖石圈界面特征上地幔蓋層不論在縱向還是橫向均呈現(xiàn)出不均勻性的變化,特別是秦嶺—大巴造山帶其兩側(cè)克拉通存在顯著差異.初步認(rèn)為由上地幔頂部折射波Pn之后的一組反射波P沿剖面轄區(qū)該界面總體特征顯示自南向北有逐漸加深趨勢(shì),界面最深處在英旺下方為68km,在銅川下方較淺為65km,但在清澗以北卻又略抬升,L界面形態(tài)與Moho面形態(tài)基本一致.通常大陸地殼較厚區(qū)域的巖石圈一般也較厚,但二者關(guān)系復(fù)雜,而二者是否正相關(guān)尚有待進(jìn)一步研究.在本研究區(qū)中總體上在鄂爾多斯塊體巖石圈結(jié)構(gòu)增厚,其增厚的原因可能與新生代以來印度和歐亞板塊陸-陸碰撞變形密切相關(guān).基于沿該長剖面高精度探測(cè),高分辨率數(shù)據(jù)采集和反演求得的基本圖像,初步獲得的上地幔蓋層內(nèi)的L界面,對(duì)進(jìn)一步研究該區(qū)的上地幔結(jié)構(gòu)特征提供了重要的參考,即其動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征對(duì)該區(qū)上地幔結(jié)構(gòu)與深部物質(zhì)與能量的交換提供了重要的深部信息.5.4殼、實(shí)行構(gòu)造組合的構(gòu)造屬性基于以上“華北克拉通—秦嶺—大巴造山帶—揚(yáng)子克拉通”剖面轄區(qū)的沉積建造、結(jié)晶基底、上地殼、下地殼和上地幔頂部蓋層分層、分塊的速度結(jié)構(gòu)展布特征(圖14—18),得到了如圖19和圖20所示的特異構(gòu)造格局.大陸內(nèi)部造山帶的形成與海、陸板塊深俯沖的造山過程并不等同,它會(huì)受到遠(yuǎn)程效應(yīng)的影響,但主要的卻是大陸內(nèi)部各塊體在深部力系作用下所導(dǎo)致的深層動(dòng)力過程.(1)華北克拉通—秦嶺—大巴造山帶—揚(yáng)子克拉通上地殼沉積建造與結(jié)晶基底差異顯著,不僅沉積厚度不一、沉積速率各異,而且華北克拉通結(jié)晶基底向南傾落,而揚(yáng)子克拉通的結(jié)晶基底卻向北抬升,形成了一個(gè)向南擠壓和向北推覆的“剪切”格局.(2)華北克