青藏高原東北緣基底結(jié)構(gòu)研究
——瑪多—共和—雅布賴(lài)剖面上地殼地震折射探測(cè)

郭文斌， 嘉世旭， 段永紅， 王夫運(yùn)

中國(guó)地震局地球物理勘探中心， 鄭州　450002

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青藏高原東北緣基底結(jié)構(gòu)研究
——瑪多—共和—雅布賴(lài)剖面上地殼地震折射探測(cè)

郭文斌， 嘉世旭*， 段永紅， 王夫運(yùn)

中國(guó)地震局地球物理勘探中心， 鄭州450002

利用青藏高原東北緣瑪多-共和-雅布賴(lài)人工地震測(cè)深剖面的沉積蓋層及上地殼折射波Psed、Pg走時(shí)，使用正則化方法反演該剖面基底速度結(jié)構(gòu)，并通過(guò)射線數(shù)分布、分辨率分析等手段分析反演結(jié)果的可靠程度，得到了沿剖面850 km近地表沉積蓋層及結(jié)晶基底結(jié)構(gòu)性質(zhì)及構(gòu)造變化特征,揭示了巴顏喀拉塊體中段、東昆侖—西秦嶺褶皺帶、祁連褶皺帶東側(cè)及阿拉善塊體等四個(gè)一級(jí)地質(zhì)構(gòu)造單元以及各塊體內(nèi)部若干次級(jí)構(gòu)造沉積蓋層介質(zhì)巖性及厚度，結(jié)晶基底性質(zhì)及被改造特征，在此基礎(chǔ)上分析了(沿測(cè)線)青藏高原東北緣與外圍阿拉善塊體、高原內(nèi)部塊體間上部地殼構(gòu)造耦合以及與地表構(gòu)造形態(tài)關(guān)系.

正則化反演； 基底結(jié)構(gòu)； 巴顏喀拉塊體； 東昆侖—西秦嶺褶皺帶； 祁連褶皺帶； 阿拉善陸塊

1　引言

青藏高原東北緣是在印度與歐亞兩大板塊碰撞的遠(yuǎn)程作用下側(cè)向生長(zhǎng)的重要場(chǎng)所(Tian and Zhang, 2013;Tian et al., 2014)，也是中國(guó)大陸東西及南北構(gòu)造結(jié)合部位和重要的構(gòu)造轉(zhuǎn)換域(張國(guó)偉等，2004).近年來(lái)，青藏高原東北緣地區(qū)進(jìn)行了一系列主動(dòng)源地震寬角反/折射測(cè)深，主要有瑪沁—蘭州—靖邊剖面(李松齡等，2003)，奔子欄—唐克剖面(王椿鏞等，2003)，馬爾康—碌曲—古浪剖面(嘉世旭和張先康, 2008; 嘉世旭等，2009)，囊謙—玉樹(shù)—瑪多剖面(張建獅等，2014)和合作—景泰剖面(Zhang et al.,2013)等，對(duì)該區(qū)域地殼上地幔結(jié)構(gòu)，殼內(nèi)巖性變化及地殼增厚改造，不同塊體間相互作用構(gòu)造耦合進(jìn)行了廣泛的探測(cè)研究.這些地震測(cè)深剖面多位于巴顏喀拉塊體東部松潘—甘孜微塊體及周緣，而巴顏喀拉塊體中西部、祁連山褶皺帶和阿拉善塊體附近地震測(cè)深剖面的缺失限制了對(duì)青藏高原東北緣不同地殼結(jié)構(gòu)及構(gòu)造關(guān)系的整體研究.

銜接囊謙—玉樹(shù)—瑪多—溫泉約500 km的地震寬角反/折射剖面探測(cè)(張建獅等，2014)，2014年中國(guó)地震局地球物理勘探中心又完成了瑪多—共和—雅布賴(lài)、約850 km的地震寬角反/折射剖面的觀測(cè).新剖面南起青海省瑪多縣，沿北東方向穿過(guò)巴顏喀拉塊體、東昆侖—西秦嶺褶皺帶、祁連山褶皺帶和阿拉善塊體(馬杏垣，1989；馬麗芳，2002)，終止于阿拉善右旗雅布賴(lài)鎮(zhèn)附近.本文利用囊謙—玉樹(shù)—瑪多剖面北側(cè)3炮點(diǎn)和瑪多—共和—雅布賴(lài)人工地震測(cè)深剖面11炮點(diǎn)，共14個(gè)炮點(diǎn)的沉積蓋層折射波Psed和結(jié)晶基底折射波Pg走時(shí)數(shù)據(jù)，使用正則化方法反演該剖面沉積蓋層及上部地殼巖性速度結(jié)構(gòu)，分析了(沿測(cè)線)青藏高原東北緣內(nèi)部塊體、高原與外圍阿拉善塊體沉積蓋層、結(jié)晶基底及上部地殼結(jié)構(gòu)、巖性特征，對(duì)區(qū)域內(nèi)構(gòu)造縫合帶、主要斷層分布、產(chǎn)狀形態(tài)及褶皺造山與高原東北緣不同塊體上部地殼的碰撞擠壓、接觸耦合關(guān)系進(jìn)行了初步研討.

2　觀測(cè)系統(tǒng)

瑪多—共和—雅布賴(lài)測(cè)線全長(zhǎng)約850 km，沿南西-北東方向展布，剖面南西段位于海拔4600 m左右的青藏高原，中段穿過(guò)海拔相對(duì)較低的共和、青海湖盆地(2900～3200 m)和海拔較高的祁連山冷龍嶺地區(qū)(4500 m)，北東段進(jìn)入海拔1400 m左右的阿拉善塊體，沿測(cè)線地形起伏強(qiáng)烈(圖1).該剖面共計(jì)布設(shè)11個(gè)藥量2～5t的爆炮點(diǎn)(紅色箭頭)、442個(gè)觀測(cè)點(diǎn)位(黑點(diǎn))，祁連山地區(qū)(樁號(hào)550～750 km)使用約50 km炮距以及1 km點(diǎn)距，剖面其他位置則使用100 km左右的炮距及2 km左右的點(diǎn)距.

圖1　瑪多—共和—雅布賴(lài)深地震測(cè)深測(cè)線觀測(cè)系統(tǒng)及區(qū)域高程圖Fig.1　DSS layout chart of Maduo-Gonghe-Yabrai line and regional elevation

剖面南段巴顏喀拉塊體內(nèi)部(100～240 km樁號(hào)段)僅有一炮，無(wú)法形成相遇觀測(cè)系統(tǒng).囊謙—玉樹(shù)—瑪多剖面東北段(藍(lán)色實(shí)線)與該剖面南西段完全重合，這里加入囊謙—玉樹(shù)—瑪多剖面三炮(藍(lán)色箭頭)觀測(cè)數(shù)據(jù)，從而在瑪多—共和—雅布賴(lài)剖面全線形成完善的追逐相遇觀測(cè)系統(tǒng)，見(jiàn)圖1.

3　基底結(jié)構(gòu)成像計(jì)算

3.1Psed、Pg震相分析

沉積蓋層折射Psed和結(jié)晶基底折射Pg震相為近炮點(diǎn)初至波，首尾相連，反映上部地殼沉積蓋層及結(jié)晶基底結(jié)構(gòu)與構(gòu)造性質(zhì).Psed、Pg震相到時(shí)的局部超前、滯后主要與地表巖性性質(zhì)、局部隆起、凹陷構(gòu)造及結(jié)晶基底結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)(嘉世旭和張先康，2008).圖2顯示了部分炮點(diǎn)記錄截面圖，圖中Psed和Pg震相清晰可見(jiàn)，可追蹤100～150 km.

sp11、sp10炮點(diǎn)位于阿拉善塊體內(nèi)部雅布賴(lài)山東側(cè).sp11炮點(diǎn)位于中生代K1地層，Psed波組追蹤距離約15 km，視速度范圍3.5～5.2 km·s-1.Pg波組可靠追蹤達(dá)150 km、視速度6.0～6.2 km·s-1，顯示了阿拉善塊體穩(wěn)定的上部地殼結(jié)構(gòu).sp10炮點(diǎn)位于元古代花崗巖基底露頭區(qū)，地表介質(zhì)速度約4.5 km·s-1，炮點(diǎn)北側(cè)炮間距20 km的Pg波折合到時(shí)1.2 s明顯滯后南側(cè)約0.4 s，顯示兩側(cè)沉積蓋層厚度的差異.

圖2　部分炮點(diǎn)記錄截面圖.負(fù)的距離表示炮點(diǎn)南支，正的距離表示炮點(diǎn)的北支Fig.2　Recording sections of some sources. The negative direction indicates the south of the shot, the positive direction indicates the north of the shot

sp7、sp6炮點(diǎn)介質(zhì)速度約4.5 km·s-1、5.0 km·s-1，顯示了祁連褶皺造山帶冷龍嶺區(qū)域基底隆起、地表介質(zhì)的高速巖性構(gòu)造特征.兩炮點(diǎn)在門(mén)源盆地出現(xiàn)了明顯的走時(shí)滯后.

sp3e、sp4、sp5w炮點(diǎn)記錄顯示了位于青海南山隆起兩側(cè)的青海湖及共和盆地Pg到時(shí)強(qiáng)烈滯后，圖中共和盆地Pg波最大折合到時(shí)1.7 s，顯示了該區(qū)域地表最大沉積厚度及結(jié)晶基底埋深.

sp2炮位于巴顏喀拉塊體和柴達(dá)木塊體邊界，炮點(diǎn)南側(cè)Pg一直到炮檢距150 km，其視速度也沒(méi)達(dá)到6.0 km·s-1，低速的上部地殼展示了地殼增厚的青藏高原結(jié)晶基底被改造、上地殼介質(zhì)速度降低的構(gòu)造特征.

3.2反演方法

通過(guò)對(duì)Psed和Pg波進(jìn)行走時(shí)反演，獲得基底的構(gòu)造形態(tài)及速度分布，可以對(duì)結(jié)晶基底結(jié)構(gòu)及演化性質(zhì)進(jìn)行深入研究(趙俊猛等，2004；徐朝繁等，2007；滕吉文等，2014).本文使用正則化方法(Zelt and Barton，1998；Zelt，1998)對(duì)Psed和Pg波數(shù)據(jù)進(jìn)行反演.該方法正演部分使用有限差分方法計(jì)算走時(shí)，具有速度快、計(jì)算精度高等優(yōu)點(diǎn)(段永紅等，2002；Rawlinson et al.，2006).其反演部分是目標(biāo)函數(shù)Ψ最小化的過(guò)程：

式中，m是模型參數(shù)矩陣，δt為數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣，Ch和Cv分別為橫向和垂向的光滑度矩陣，sz為模型橫向和垂向的相對(duì)平滑程度，λ為正則化系數(shù).反演過(guò)程中，使用共軛梯度法計(jì)算模型的更新向量，使目標(biāo)函數(shù)Ψ最小化.

3.3基底結(jié)構(gòu)反演結(jié)果

瑪多—共和—雅布賴(lài)基底結(jié)構(gòu)反演使用14個(gè)炮點(diǎn)Psed和Pg波數(shù)據(jù)1127個(gè)，其中瑪多—共和—雅布賴(lài)剖面(2014)數(shù)據(jù)889個(gè)，囊謙—玉樹(shù)—瑪多剖面(2010)北段數(shù)據(jù)220個(gè).使用正則化方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演：反演開(kāi)始時(shí)選用較大的正則化系數(shù)λ(400～600)，以獲得最光滑的模型，反演過(guò)程中逐步減小λ，獲得更精細(xì)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)數(shù)據(jù)擬合程度2降至1左右(越接近1表示擬合程度越好)，得出剖面的最小格點(diǎn)最平滑解(Zelt and Barton，1998；Zelt，1998).

剖面橫跨多個(gè)地質(zhì)構(gòu)造單元，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，本文分別使用三個(gè)不同的初始模型進(jìn)行反演，以驗(yàn)證復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下正則化反演的可靠程度.圖3a、3b、3c為三個(gè)不同初始模型，其中圖3c地表速度由近炮點(diǎn)視速度計(jì)算所得，基底附近等值線走勢(shì)大致依照地表高程走勢(shì)分布.若認(rèn)為5.2～6.0 km·s-1為結(jié)晶基底可能的變化范圍，圖3a和圖3b的主要區(qū)別為沉積蓋層的速度變化范圍及趨勢(shì)；圖3c在結(jié)晶基底附近的速度梯度變化與圖3a、3b有明顯不同.圖3a1、3b1、3c1為對(duì)應(yīng)反演結(jié)果，其2值比較接近，分別為0.8，1.1，1.2.

如圖3所示，三個(gè)初始模型的反演結(jié)果一致性較好，僅在剖面首尾段地表2～3 km范圍內(nèi)有較明顯差異，表明該反演方法穩(wěn)定可靠，能夠用于該剖面地質(zhì)條件下的速度結(jié)構(gòu)圖反演.圖中，5.5 km·s-1、5.6 km·s-1等值線附近是三個(gè)反演結(jié)果一致性的分界面，其上模型特征較為一致，其下差別相對(duì)較為明顯.而且，該等值線附近梯度變化明顯大于其他位置，可能是結(jié)晶基底所在位置.下文將結(jié)合多種反演結(jié)果評(píng)價(jià)方法對(duì)該結(jié)果做進(jìn)一步評(píng)價(jià).

3.4反演結(jié)果分析

三個(gè)初始模型的反演結(jié)果基本一致，僅首尾段近地表附近有所不同，圖3c初始模型包含了近炮點(diǎn)近地表視速度信息，因此將之(圖3c1)作為反演的最終結(jié)果進(jìn)行分析.

1) 數(shù)據(jù)擬合及射線分布

圖3　初始模型及反演結(jié)果(a)、(b)、(c)為不同初始模型，圖中數(shù)字為速度，單位km·s-1； (a1)、(b1)、(c1)為相應(yīng)反演結(jié)果，圖中數(shù)字為速度，單位km·s-1.Fig.3　The initial models and their inversion results(a),(b),(c) represent the different initial models; (a1),(b1),(c1) are corresponding inversion results.

圖4　反演走時(shí)擬合結(jié)果(a)及射線數(shù)分布(b)Fig.4　The result of travel-time fitting (a) and the distribution of the shot rays (b)

圖5　檢測(cè)板恢復(fù)測(cè)試(a)、(b)、(c)、(d)分別表示2 km×2 km、5 km×2 km、5 km×4 km、10 km×5 km檢測(cè)板測(cè)試；(a1)、(b1)、(c1)、(d1)分別表示2 km×2 km、5 km×2 km、5 km×4 km、10 km×5 km的檢測(cè)板恢復(fù)結(jié)果.Fig.5　Theresults of checkboard test(a),(b),(c),(d) are the checkerboard models with 2 km×2 km、5 km×2 km、5 km×4 km、10 km×5 km cell sizes; (a1),(b1),(c1),(d1) are the recovered checkboard models.

圖6　模型分辨率Fig.6　The resolvability of the inversion result

圖7　瑪多—共和—雅布賴(lài)剖面上地殼結(jié)構(gòu)與構(gòu)造(a) 沿測(cè)線高程，綠色是測(cè)線高程，黑線是測(cè)點(diǎn)高程； (b) 沿測(cè)線構(gòu)造分區(qū)及地表巖性； (c) 瑪多—共和—雅布賴(lài)剖面上地殼折射成像.Fig.7　The upper crust structure and tectonic of Maduo-Gonghe-Yabrai profile(a) Altitude along the survey line, the green indicates the altitude of the survey line; the black line indicates the altitude of observation points; (b) Structural division and surface lithology along the survey line; (c) Refraction image of the upper crust along Maduo-Gonghe-Yabrai profile.

2) 檢測(cè)版及分辨率分析

在地震反演成像中，通常使用檢測(cè)板恢復(fù)測(cè)試來(lái)評(píng)價(jià)模型的分辨能力，Zelt(1998)等使用相似度分析的方法綜合評(píng)價(jià)不同尺度的檢測(cè)板恢復(fù)測(cè)試，從而進(jìn)行更直觀的模型分辨率評(píng)價(jià).本文對(duì)反演結(jié)果添加擾動(dòng)值為5%、正弦半波長(zhǎng)分別為2 km×2 km、5 km×2 km、5 km×4 km、10 km×5 km的檢測(cè)板，進(jìn)行檢測(cè)板恢復(fù)測(cè)試(圖5)，并對(duì)其結(jié)果做相似度分析，得到模型的分辨率分布(圖6).

模型分辨(圖6)直觀地反映了不同檢測(cè)板的恢復(fù)能力：在現(xiàn)有觀測(cè)系統(tǒng)模型下，剖面全段無(wú)法準(zhǔn)確地恢復(fù)2 km×2 km檢測(cè)板；5 km×2 km和5 km×4 km檢測(cè)板恢復(fù)結(jié)果幾乎一致，10 km×5 km檢測(cè)板的恢復(fù)區(qū)域明顯大于5 km×4 km檢測(cè)板，表明橫向分辨率受反演方法的影響大于縱向分辨率受反演方法的影響.總體來(lái)講：剖面最小分辨率只能達(dá)到5 km×2 km的尺度，這也是不同初始模型反演結(jié)果在首尾段埋深2～3 km范圍內(nèi)有所不同的原因之一.對(duì)比速度結(jié)構(gòu)圖(圖3)，模型在速度等值線5.5～5.6 km·s-1以上大部分區(qū)域能達(dá)到5 km×2 km分辨，該速度等值線以下部分區(qū)域只能達(dá)到10 km×5 km分辨.樁號(hào)420～490 km范圍除個(gè)別區(qū)域能達(dá)到5 km×4 km和5 km×2 km分辨，其余部分僅能到達(dá)10 km×5 km分辨，這可能是由于該區(qū)域位于共和盆地位置，沉積層厚度大幅增加，地震折射射線向下穿透擴(kuò)展所致.

4　主要結(jié)果及分析

結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料和速度結(jié)構(gòu)圖，可對(duì)該剖面進(jìn)行如下剖分：分別以庫(kù)賽湖—瑪沁斷裂、青海南山斷裂、北祁連山斷裂為界，自南西向北東剖面可劃分巴顏喀拉塊體、東昆侖—西秦嶺褶皺帶、祁連褶皺帶、阿拉善塊體等四個(gè)一級(jí)地質(zhì)構(gòu)造單元(馬麗芳，2002).沿剖面該地區(qū)主要地質(zhì)構(gòu)造(馬杏垣，1989；馬麗芳，2002)(斷裂、凹陷、隆起)性質(zhì)及規(guī)模均在基底速度結(jié)構(gòu)圖上有了較為準(zhǔn)確的反映.為了便于解釋?zhuān)@里把地表出露巖性(馬麗芳，2002)沿測(cè)線標(biāo)出，見(jiàn)圖7.

結(jié)晶基底為地表沉積蓋層與結(jié)晶地殼頂部分界面，為一級(jí)速度間斷面，上下界面存在顯著速度躍變.上界面沉積巖層性質(zhì)(介質(zhì)速度)變化較大、一般約2.0～5.0 km·s-1(Psed折射震相)，下界面結(jié)晶巖性性質(zhì)(介質(zhì)速度)穩(wěn)定，通常為約6.0 km·s-1(趙俊猛等，2004；嘉世旭和張先康，2008；滕吉文等，2014)，但由于結(jié)晶基底接近地表或直接出露，風(fēng)化或微裂隙侵入使基底介質(zhì)速度有所降低，一般將5.6～6.0 km·s-1速度界面定義為結(jié)晶基底頂界面.結(jié)合前文的反演結(jié)果分析，將密集速度等值線5.5～5.6 km·s-1定義為結(jié)晶基底界面所在位置.

圖7所示，瑪多—共和—雅布賴(lài)剖面基底埋深為1～8 km，構(gòu)造變化強(qiáng)烈，與地表起伏形態(tài)具有一定相關(guān)性：共和盆地(400～480 km樁號(hào)段)基底呈現(xiàn)巨型凹陷形態(tài)，埋深最深達(dá)8 km；祁連山褶皺帶(480～680 km)基底隆起明顯，埋深最小僅不到1 km；巴顏喀拉塊體和阿拉善塊體基底相對(duì)平緩，埋深約4 km左右.各塊體單元內(nèi)部次級(jí)斷裂、近地表結(jié)構(gòu)顯示的進(jìn)一步細(xì)節(jié)構(gòu)造均在圖中有所反映.

4.1巴顏喀拉塊體中段沉積蓋層及結(jié)晶基底結(jié)構(gòu)

剖面100～310 km樁號(hào)段為巴顏喀拉塊體中段，北緣以阿尼瑪卿燕山期縫合帶、庫(kù)賽湖—瑪沁斷裂為界.瑪多南側(cè)210～100 km樁號(hào)段、巴顏喀拉塊體內(nèi)部地表為三疊系中期(T2)巖層覆蓋(馬麗芳，2002)，地表介質(zhì)速度約3.5～4.0 km·s-1、蓋層厚約3 km，顯示了橫向較為均勻的盆地沉積構(gòu)造特征.瑪多以北至巴顏喀拉塊體北緣、約220～310 km樁號(hào)段，地表主要為三疊系早期(T1)及二疊系巖層覆蓋，地表介質(zhì)速度明顯提高，約4.0～4.6 km·s-1，沉積蓋層減薄且起伏較大，約1.0～3.0 km.在210～220 km樁號(hào)段兩側(cè)蓋層介質(zhì)速度及巖性差異明顯，約200 km樁號(hào)結(jié)晶基底埋深(約3 km)向西南強(qiáng)烈下陷至190 km樁號(hào)處的6 km，顯示了昆侖山口—達(dá)日斷裂(約200 km樁號(hào))向西南傾斜(梁明劍等，2014)、切穿結(jié)晶基底的斷裂構(gòu)造.

結(jié)晶基底結(jié)構(gòu)在巴顏喀拉塊體內(nèi)部等值線密集，界面清晰，在塊體北端結(jié)晶基底等值線稀疏、5.8 km·s-1等值線向下延伸至10 km處，顯示巴顏喀拉塊體北緣上部地殼、結(jié)晶基底在高原塊體間碰撞擠壓，地殼增厚過(guò)程中改造作用更為明顯.巴顏喀拉北緣庫(kù)賽湖—瑪沁斷裂、塊體內(nèi)部昆侖山口—達(dá)日斷裂對(duì)應(yīng)結(jié)晶基底顯著下陷，巖性破碎，低速，向南傾斜，顯示了巴顏喀拉塊體的北移、逆沖抬升的構(gòu)造特征.

4.2東昆侖—西秦嶺接觸帶沉積蓋層及結(jié)晶基底結(jié)構(gòu)

剖面310～490 km樁號(hào)段位于東昆侖—西秦嶺褶皺接觸帶，該區(qū)域受南側(cè)巴顏喀拉塊體、西側(cè)柴達(dá)木塊體及北側(cè)祁連構(gòu)造控制，構(gòu)成南部褶皺隆起與北部共和凹陷盆地截然不同構(gòu)造特征(圖1).

北部河卡山口—共和390～480 km樁號(hào)段位于共和盆地，海拔2900～3200 m.地表被第四系戈壁類(lèi)沉積覆蓋，第四紀(jì)(Q)盆地內(nèi)最厚沉積達(dá)1200 m(馬杏垣，1989).共和盆地沉積層內(nèi)部介質(zhì)速度等值線稀疏，盆地中心最大沉積厚度約8 km.盆地內(nèi)部介質(zhì)速度約4.0～5.4 km·s-1，主要為相對(duì)高速的三疊系-古生代沉積巖層構(gòu)成.結(jié)晶基底速度梯度平緩，顯示了盆地上地殼低速破碎巖性結(jié)構(gòu)向地殼深部延伸.共和盆地沉積蓋層的高速度結(jié)構(gòu)(平均速度4.4～4.6 km·s-1)與中國(guó)東部華北新生代張裂構(gòu)造環(huán)境下的裂陷盆地沉積蓋層低速度(平均速度3.0～3.4 km·s-1)(嘉世旭和張先康，2005)結(jié)構(gòu)性質(zhì)截然不同，體現(xiàn)了高原沉積蓋層這種“對(duì)沖擠壓斷陷盆地”(常宏等，2009；袁道陽(yáng)，2013)的特殊構(gòu)造特征.

東昆侖—西秦嶺褶皺接觸帶受控于南北兩側(cè)庫(kù)賽湖斷裂、青海南山斷裂及中部鄂拉山北斷裂，形成了北部凹陷成盆南部抬升造山、地表海拔高差達(dá)800～1500 m兩類(lèi)截然不同的構(gòu)造單元.鄂拉山北斷裂和青海南山斷裂控制了共和盆地構(gòu)造規(guī)模，盆地南、北邊緣結(jié)晶基底的強(qiáng)烈抬升清晰展示了南側(cè)斷距約4 km、北側(cè)斷距約6 km，切穿基底深大斷裂構(gòu)造特征.庫(kù)賽湖斷裂與鄂拉山之間的地表形態(tài)、蓋層巖性、結(jié)晶基底結(jié)構(gòu)及埋深展示了該區(qū)域上部地殼中新世以來(lái)經(jīng)歷了強(qiáng)烈的隆起造山作用.

4.3祁連褶皺帶東段沉積蓋層及結(jié)晶基底結(jié)構(gòu)

祁連山褶皺帶北西西延伸約1200 km，南北寬約200～300 km，規(guī)模宏大，不同時(shí)期的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、特別是新生代以來(lái)青藏高原地殼增厚、祁連山褶皺帶再次被激活，形成青藏高原東北緣地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地表隆起造山最為強(qiáng)烈復(fù)雜區(qū)域.這也是該剖面炮點(diǎn)、測(cè)點(diǎn)最密集的重點(diǎn)探測(cè)區(qū)域.

剖面位于祁連褶皺帶東段，沿青海湖東緣—門(mén)源穿越祁連冷龍嶺.地表、上地殼結(jié)構(gòu)顯示了南凹北隆構(gòu)造特征.

北祁連(630～680 km樁號(hào)段)段地形起伏劇烈，北部山峰海拔最高達(dá)4500 m，南部門(mén)源盆地海拔最低，僅3000 m.冷龍嶺地表以古生界(C-O)巖層覆蓋為主，地表速度約5.0 km·s-1，表明地表古生代沉積巖層較薄、結(jié)晶基底抬升近地表.門(mén)源盆地是北祁連與中祁連間一個(gè)北西向狹小山間盆地，盆地內(nèi)部地表為第四系(Q)沉積覆蓋，盆地邊緣有少量的第三系(N)及三疊系(T)巖層出露，外圍主要為志留系(S)、奧陶系(O)巖層，盆地內(nèi)部沉積層厚度約3 km，介質(zhì)速度約為4.5～5.4 km·s-1.

中祁連隆起段(540～630 km樁號(hào)段)海拔3000～4300 m，地表主要以元古代巖層覆蓋為主，并有元古期花崗巖(γ2)出露，南部(海晏北)局部有第四系及三疊系巖層出露，介質(zhì)速度4.4～5.4 km·s-1，埋深約1～3 km，南深北淺，顯示了中祁連結(jié)晶巖層出露地表的風(fēng)化、微裂隙浸入，巖性改變速度降低結(jié)構(gòu)特征.

剖面沿南祁連段青海湖盆地南緣穿過(guò)(480～540 km樁號(hào)段)，海拔3100～3500m.青海湖盆地被南北兩側(cè)青海南山和日月山—拉脊山斷裂控制，盆地地表為第四系覆蓋，盆地東側(cè)主要地表出露了印支期(γ5)、華力西期(γ4)花崗巖和元古代(Pt)、志留系(S)巖層.沿剖面沉積層介質(zhì)速度約4.0～5.4 km·s-1，埋深約3.5～4.5 km，顯示了青海湖盆地沉積層主要由高速巖性的古生代地層構(gòu)成.青海湖盆地南側(cè)青海南山強(qiáng)烈隆起，蓋層僅約1.5 km.青海湖盆地與共和盆地相隔青海南山，地表巖性及基底結(jié)構(gòu)相似，可能是青海南山于上新世隆起，將“青東古湖”盆地分割為共和盆地和青海湖盆地兩個(gè)獨(dú)立盆地(常宏等，2009；袁道陽(yáng)，2013)的體現(xiàn).

沿剖面祁連褶皺帶結(jié)晶基底構(gòu)造形態(tài)控制了地表沉積及造山形態(tài).南祁連青海湖基底埋深約4.5 km，向北逐級(jí)抬升至中祁連達(dá)板山、北祁連冷龍嶺約1 km，門(mén)源基底局部下陷，展示出祁連褶皺帶南、中、北分區(qū)的結(jié)晶基底起伏、斷裂切割分段構(gòu)造特征.4.4阿拉善塊體沉積蓋層及結(jié)晶基底結(jié)構(gòu)

剖面680～950 km段位于阿拉善陸塊南緣，以龍首山為界，南側(cè)(680～760 km)為河西走廊，海拔1500～2900 m，由南向北介質(zhì)速度迅速降低，地表巖性從元古代、古生代、中生代都有出露，加里東期(γ3)、印支期(γ5)花崗巖也廣泛分布，在走廊北緣龍首山金昌附近還出現(xiàn)元古期超鎂鐵質(zhì)(Σ2)巖類(lèi).沿剖面河西走廊沉積蓋層厚度約2～5 km，介質(zhì)速度4.5～5.4 km·s-1，結(jié)晶基底自龍首山向南西快速抬升，與北祁連相接.該段基底及沉積蓋層結(jié)構(gòu)、地表巖性具有明顯的過(guò)渡帶特征，同時(shí)其變化特征也表明該段受祁連山活動(dòng)影響明顯(Zhenget al.，2013).

龍首山北側(cè)至剖面末端地勢(shì)平坦，海拔1400～1500 m，地表以第四紀(jì)沉積覆蓋為主，在北大山、雅布賴(lài)山附近存在元古代(Pt)、白堊紀(jì)(K)以及元古期花崗巖(γ2)出露.龍首山至北大山段(樁號(hào)750～850 km)地表巖性速度約4.6 km·s-1，沉積蓋層厚約4～5 km基底自南西向北東緩慢抬升，至北大山斷裂處局部下陷1 km左右.北大山斷裂以北進(jìn)入雅布賴(lài)盆地，地表速度3.5～4.2 km·s-1，沉積蓋層厚約5 km，速度等值線變化均勻，尤其結(jié)晶基底附近速度等值線走勢(shì)平穩(wěn)，顯示出阿拉善塊體內(nèi)部較穩(wěn)定的沉積構(gòu)造環(huán)境.

5　討論與結(jié)論

本文以沉積蓋層、結(jié)晶基底速度成像結(jié)果為主，結(jié)合地表巖性出露、地質(zhì)及大地構(gòu)造環(huán)境，分析了沿剖面青藏高原東北緣巴顏喀拉塊體、東昆侖—西秦嶺褶皺帶、祁連褶皺帶以及高原外圍阿拉善塊體等不同構(gòu)造單元上地殼結(jié)構(gòu)、塊體間斷層分布及構(gòu)造形變.

沿剖面各一級(jí)塊體接觸邊緣都主要顯示了向南西傾斜、產(chǎn)狀較陡峭、切穿結(jié)晶基底向深部延伸的斷裂規(guī)模，展示了青藏高原東北緣地殼的NE、NEE推覆的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征(張培震等，2002).塊體內(nèi)部的次級(jí)構(gòu)造，特別是共和盆地、青海湖盆地、門(mén)源盆地南側(cè)斷裂，高原外圍阿拉善盆地內(nèi)部北大山斷裂在近地表顯示了與局部構(gòu)造相關(guān)的NE向傾斜特征.

沿剖面共和盆地沉積構(gòu)造規(guī)模最大、總厚達(dá)8 km，僅地表上第四系(Q)的沉積厚度約1200 m.北側(cè)青海湖盆地地表形態(tài)相似，但構(gòu)造規(guī)模明顯小于共和盆地，提示了該區(qū)域在高原塊體匯聚，塊體間耦合、相互作用，地殼增厚、深部構(gòu)造特殊變形對(duì)上地殼及沉積構(gòu)造的控制作用.

中祁連、北祁連上地殼顯示了明顯的擠壓隆升，夾于其間的門(mén)源盆地雖然規(guī)模小、也展示了厚約3 km沉積或破碎低速帶，清晰地分割了中、北祁連構(gòu)造.

阿拉善塊體北緣、龍首山至祁連山北緣斷裂段河西走廊，結(jié)晶基底埋深由金昌向祁連北緣快速抬升了4 km，在龍首山形成了強(qiáng)烈的折曲基底斷裂形態(tài).金昌還是我國(guó)重要鎳礦產(chǎn)地、被譽(yù)為“中國(guó)的鎳都”，這種以鎳為主的多金屬稀有深源礦藏的形成暗示了龍首山斷裂的深部延伸.

深地震測(cè)深上地殼折射(Psed、Pg震相)數(shù)據(jù)不包含深部信息，但剖面上地殼結(jié)構(gòu)、結(jié)晶基底及地表形變起伏及巖性出露受控于地殼上地幔更大范圍及深度的構(gòu)造作用.青藏高原北緣與外圍塊體碰撞擠壓、地殼的增厚形變對(duì)外圍阿拉善塊體的構(gòu)造影響，高原北緣祁連山褶皺造山與外圍阿拉善塊體南緣構(gòu)造耦合需要在全面的地殼上地幔資料處理解釋及構(gòu)造模型基礎(chǔ)上進(jìn)行.

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(本文編輯胡素芳)

A study on the basement tectonic units in the northeast margin of Tibetan plateau—the result of Maduo-Gonghe-Yabrai refraction profile

GUO Wen-Bin， JIA Shi-Xu*， DUAN Yong-Hong， WANG Fu-Yun

GeophysicalExplorationCenter,ChinaEarthquakeAdministration，Zhengzhou450002,China

The regularization inversion is used to get the basement structure of Maduo-Gonghe-Yabrai profile with the travel time data of refraction wave Pg and Psed. The checkerboard test, resolvability method and travel-time fitting are used to prove the reliability of the inversion. We got the features of the sedimentary cover and crystalline basement along the 850 km profile. The result shows the lithology and the depth of the four first-order tectonic units (Bayan Har Block, Eastern Kunlun-Western Qinling fold belt, the east side of Qilianshan fold belt and Alxa Block) and the secondary structure inside them. The properties and transformations of the crystalline basement are revealed too.On this basis, the upper crust structure coupling among blocks is analyzed. The relationships between the upper structures and the surface are also analyzed.KeywordsRegularization inversion； Basement structure； Bayan Har Block； Eastern Kunlun-Western Qinling Fold Belt； Qilianshan Fold Belt； Alxa Block

10.6038/cjg20161010.

中國(guó)地震局行業(yè)專(zhuān)項(xiàng)(201308011)，國(guó)家自然科學(xué)基金(41474075)，國(guó)家自然科學(xué)基金(41174052)，中國(guó)地震局星火計(jì)劃(XH16050Y)資助.

郭文斌，男，工程師，研究方向?yàn)榈厍蛭锢矸囱?E-mail：gwb4133@163.com

嘉世旭，男，1956年生，1982年畢業(yè)于成都地質(zhì)學(xué)院物探系,主要從事地震波傳播、地震資料解釋、地殼上地幔結(jié)構(gòu)和大地構(gòu)造研究.E-mail:jiasx111@sohu.com

10.6038/cjg20161010

P315

2015-12-02，2016-07-05收修定稿

郭文斌， 嘉世旭， 段永紅等. 2016. 青藏高原東北緣基底結(jié)構(gòu)研究——瑪多—共和—雅布賴(lài)剖面上地殼地震折射探測(cè). 地球物理學(xué)報(bào)，59(10):3627-3636,

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