摘要
国内首次利用超长观测距地震宽角反射/折射剖面探测技术,获得东西向横穿华北克拉通反映地壳—上地幔岩石圈结构的不同深度、不同属性的地震观测数据。采取大当量长观测距的的技术措施;利用贯通华北克拉通东西的长观测距地震测深剖面的探测研究,有利于统一认识华北克拉通各块体的结构,比较各块体结构的差异,以及与其他类似克拉通和盆地结构进行对比,长观测距地震测深剖面,能够采集到来自上地幔的地震波;又能对不同块体的地壳上地幔波组进行追踪、相遇对比识别,确认不同块体波组是否来自同一界面,为华北克拉通结构研究提供了很好的方法和数据。对华北克拉通破坏的分布给出解释。 华北克拉通是世界上最著名的古老陆块,与全球其他克拉通相比来说,更为复杂、演化也是多阶段,几乎记录了所有地球早期发展的重大构造过程,且在中生代发生了改造与减薄。华北克拉通的破坏与减薄是继青藏高原后又一个热点研究区,华北克拉通破坏作为一个重大研究项目,目的是通过对华北克拉通破坏认识来揭示克拉通破坏对大陆形成演化和地球圈层相互作用,通过主动源勘探手段认识华北克拉通破坏的时间空间分布范围,克拉通破坏时地球内部不同圈层物质的性状、结构与相互作用,提升人类对大陆形成与演化的认知水平。 本文利用华北克拉通超长观测距宽角发射/折射剖面资料及结合地质构造、地球化学、地球动力学和已有的地震测深资料等学科的结果,对华北克拉通的构造特征和深部过程进行深入的研究和探讨,阐释了沿东营、忻州、乌海一线的岩石圈结构特征;剖面呈近东西向横穿华北克拉通北部主要构造走向,探测剖面长1550km,5次吨级爆破的超长观测距地震宽角反射/折射剖面,重点采集穿过岩石圈地幔的地震宽角反射/折射数据,结合以往华北克拉通的地震宽角反射/折射观测数据和天然地震的观测数据,研究现今岩石圈的地震结构和性质,推测岩石圈的物质组成和岩性,建立华北克拉通岩石圈地震模型。据此研究华北克拉通不同构造块体岩石圈结构构造差异,获得克拉通破坏的深部和平面分布图像。从更深层次上理解克拉通破坏的深层过程、机制、空间分布、驱动力和动力学等基本问题。利用基于波动方程高频近似的二维动力学射线追踪算法对地震宽角反射/折射观测数据进行正演拟合,可以有效获得岩石圈的结构图像。尽管该算法不能提供结构分辨和误差的信息,但能在视觉上同时拟合好走时和波形振幅,对岩石圈基本结构的识别却是最有效的。 根据长观测距地震测深资料获得了华北克拉通岩石圈的结构特征。沿测线计算出了华北克拉通上、中、下地壳、莫霍界面及上地幔速度深度结构特征,获得了各个不同块体如山东半岛、华北盆地、山西高原、鄂尔多斯、阿拉善等速度结构特征,结果表明,地壳深部速度结构与构造在纵向和横向上具有明显的不均一性.浅部基底断裂发育;研究区莫霍面等深线总体特征显示出从东向西逐渐加深趋势,局部区域显示异常变化。本研究区的西部鄂尔多斯块体下方PL1界面有一局部隆起的特征,本区及邻近区域研究表明总体为东部减薄,西部增厚,西部增厚部分与新生代印度和欧亚大陆碰撞变形有密切的关系,通过获得的两个岩石圈的PL1和PL2两个界面为进一步研究该区域的上地幔结构特征提供了重要的参考依据,根据其动力学和运动学特征为研究华北克拉通破坏提供了重要的深部信息,华北平原区块体内部结构复杂,变化剧烈,界面不连续,主要表现在壳内大规模的韧性变形和岩浆成矿活动、岩石圈减薄,或者岩石圈结构的破坏,这与前辈们的研究结论华北克拉通破坏发生在东部相一致。而鄂尔多斯北缘地震学分层清晰、横向变化小、无低速结构,依然保留了克拉通的稳定性。同时在二维速度结构图中的地震界面与速度等值线起伏变化,推测有地壳深部断裂带存在,且在地壳内部上、中、下地壳内部均显示有低速块体的存在,而且低速块体通常在深部断裂带一侧或两侧上显示。