伽师-阿图什震区地壳深部结构

[文章编号]100124683(2002)0420317209

[收稿日期]2001209203;[修定日期]2002209228

①　本研究为国家重点基础研究发展规划项目《大陆强震机理与预测》(G 1998040702)和国家科技部、中国地震局联

合主持的国家重点科技攻关计划课题(9691307)共同资助项目。中国地震局地球物理勘探中心论著编号RCEG 200131。

伽师-阿图什震区地壳深部结构

特征的探测与研究①

赵金仁　张先康　张成科　任青芳

成双喜　张建狮　聂文英　潘素珍

(中国郑州　450002　中国地震局地球物理勘探中心)摘要　通过对两条测深剖面资料的处理计算和综合研究后发现,研究区壳幔结构具有明显

的分层性,不同的地质构造块体在速度结构、构造特征上显示出较大差异。上、下地壳的分界C 界面和M 界面是具有较大起伏变化的界面,由伽师下方最浅的3010km (C 界面)、4515km (M 界面)向西昆仑山区急剧加深至4410km 和7010km ;塔里木块体较高的速度结构意味着地壳结构相对“稳定”的特性;根据伽师地区震源深度大多分布在20～40km 这一现象,可以认为,C 、M 界面的局部隆起、低速异常体和深大断裂的存在对于伽师强震群的孕育和发生具有一定的控制作用。

关键词:　伽师震区　壳幔结构　发震背景

[中图分类号]315 [文献标识码]A

引言

新疆的伽师-阿图什地区位于塔里木地块的西北缘,该区是我国大陆受印度板块动力作用最强烈的地区,也是地震活动最强烈的地区之一。1997年1～4月间,在约20×40km 2的较小范围内先后发生了7次610～619级地震,这种在同一地区如此短的时间内发生一系列强震的强震群,在我国大陆地区是未曾有过的。长期以来,由于该区缺乏较详细的深部地球物理探测资料,因而无法深入地认识和了解该区强震发生的深部构造背景,并合理地解释地震的孕育和发生过程。因此,在伽师-阿图什震区利用深地震测深方法进行地壳深部结构的探测研究是十分必要的。中国地震局地球物理勘探中心于1998年在国家科技部、中国地震局的联合主持下,在塔里木西北缘地区分别沿塔什库尔干-伽师-阿合奇方向和麦盖提-阿图什-托云方向实施了深地震宽角反射Π折射剖面地壳深部结构的探测和研究,对该区的地壳基本结构和伽师强震群区的地壳深部构造背景进行了综合研究和探讨。

第18卷　第4期(317～325)

2002年12月中国地震E ARTH QUAKE RESE ARCH I N CHI NA V ol.18　N o.4Dec.2002

1　野外资料采集

野外探测资料的采集是由两条测深剖面组成的观测系统完成的(图1)。为了获得研究区丰富的地壳深部探测资料,

以充分揭示不同地质构造块体地壳深部速度结构及其构造上的差异,北东向的塔什库尔干-伽师-阿合奇剖面(JA1)南段进入了西昆仑山区,北段穿过了塔里木地块以及伽师强震群区后逐渐进入天山山区的南缘;北西向的麦盖提-阿图什-托云剖面(JA2)大部分区段位于塔里木地块,向北西方向穿过乌恰断裂之后进入了天山山区图1　剖面位置与地震活动分布图

(地震资料取自中国地震局地震数据库;截止时间为1998年12月)

Fig.1　Profile location and seismic activity distribution

(图1)。两条剖面穿过的主要断裂有:柯坪断裂、托特拱拜孜断裂、普昌断裂和西昆仑北缘断裂。JA1剖面长53510km ,观测点距210～310km ,分别在桩号3011743km 、3671746km 、4101792km 、5031267km 、6251852km 等5个炮点进行了5次爆破观测;JA2剖面长295km ,观测

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点距210～310km,分别在桩号801736km、1191939km、188135km、3551827km等4个炮点进行

了4次爆破观测,在两条剖面上获得了来自不同深度、不同属性特征的地壳深部信息资料

。

图2　JA1剖面英吉沙炮(SP301km)记录截面图(a)与JA2剖面莎车炮(SP119km)记录截面图(b) Fig.2　JA1observed profile records at the shot point,Y ingjisha(a)and

JA2observed profile records at the shot point,Shache(b)913

4期赵金仁等:伽师-阿图什震区地壳深部结构特征的探测与研究

2　资料的处理计算

211震相的分析对震相的分析识别是根据反映不同地质构造块体不同深度、不同属性的波组,并综合考虑其动力学与运动学的不同特征,同时以波组对比为主而进行的。在JA1、JA2两条剖面各炮获得的记录截面上识别对比的主要震相有:基底回折波(或首波)Pg ,上地壳内反射波P 1,上地壳底界面反射波Pc ,莫霍界面反射波Pm 以及上地幔顶部折射波Pn 。总体上,Pg 、Pm 波组在两条剖面各炮的观测记录中均可以进行连续的对比追踪,且震相比较明显、稳定、可靠、连续性较好;地壳中间层的P 1、Pc 震相连续性较差或能量较弱,仅在部分地段显示出较强的振幅,反映了地壳结构的局部区域性特征。两条剖面各炮记录面貌所显示出的复杂特征表征了该区地壳结构的复杂性,图2(a )是JA1剖面英吉沙炮的记录截面,010～20010km 是自英吉沙向南西方向进入西昆仑山区的记录截面,010～30010km 是自英吉沙向北东方向进入塔里木盆地而获得的记录截面,Pg 、Pm 波震相在炮点两侧折合到时存在的较大差别,充分反映出西昆仑山区与塔里木盆地基底埋深和壳幔结构的巨大差异。图2(b )是在塔里木盆地内部JA2剖面莎车炮获得的记录截面,可靠的Pg 、Pm 波震相反映出巨厚的基底结构和良好的莫霍反射界面以及较高的地壳速度结构特征。

212　壳幔结构模型的建立和计算

图3　剖面一维地壳结构Fig.3　12D profile crust structure 探测剖面穿越了不同的地质构造

单元,地形的起伏、沉积层厚度的不同

和一系列基底断裂的存在,表明沿剖面

的表层介质存在着明显的非均匀性,这

种非均匀性在西昆仑、天山山区的山前

与塔里木盆地的过渡带表现的尤为强

烈。这就导致了一系列壳幔波组在相

应地段上走时的系统超前或滞后,振幅

的突变和波形的复杂化,致使假设在地

壳中速度仅随深度而变化的一维垂向

非均匀介质模型中,亦难实现理论与实

测资料的最佳拟合,对这些一维的初步

计算结果和复杂的地质条件,在二维模

型的设计中进行了综合的考虑。

对壳幔各波组的走时计算了反射

波的平均速度、反射深度(G iese ,et al ,

1973;Michel ,et al ,1980)和折射波(首

波)的视速度等。对Pg 波资料利用时

间项反演方法、三维有限差分方法等进

行了处理计算,得到了两条剖面的基底

结构和有关地壳结构参数,根据这些参

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