從反射地震剖面中認(rèn)識(shí)蘆山地區(qū)的地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

馮楊洋， 于常青， 范柱國(guó)， 宋麗蓉， 梁姍姍， 何俊杰， 梅中鋒

1 昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院， 昆明 650093 2 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所， 北京 100037 3 內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局赤峰地震臺(tái)， 赤峰 024000 4 山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院， 青島 266510 5 中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心， 北京 100045 6 中國(guó)石油東方地球物理公司吐哈物探處， 哈密 839009

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從反射地震剖面中認(rèn)識(shí)蘆山地區(qū)的地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

馮楊洋1,2,3， 于常青2*， 范柱國(guó)1， 宋麗蓉2,4， 梁姍姍5， 何俊杰6， 梅中鋒6

1 昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院， 昆明 650093 2 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所， 北京 100037 3 內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局赤峰地震臺(tái)， 赤峰 024000 4 山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院， 青島 266510 5 中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心， 北京 100045 6 中國(guó)石油東方地球物理公司吐哈物探處， 哈密 839009

采用深地震反射剖面探測(cè)，結(jié)合地表地質(zhì)信息，本文對(duì)蘆山地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)、深淺構(gòu)造和隱伏活動(dòng)斷裂進(jìn)行了分析.研究結(jié)果表明：該區(qū)上地殼結(jié)構(gòu)特征清晰，深度約為15 km左右；區(qū)內(nèi)斷裂由于受青藏高原向東南方向的推擠和堅(jiān)硬的四川盆地阻擋的聯(lián)合作用均屬逆沖斷裂，其中雙石—大川斷裂以低角度向深部延伸，主要表現(xiàn)為純逆沖的運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)，并與周邊小斷裂共同組成疊瓦狀斷層構(gòu)造.而廣元—大邑?cái)嗔褳樯隙赶戮徥侥鏇_斷裂，與其六條分支斷裂共同組成了“正花狀”構(gòu)造，斷裂活動(dòng)是以逆沖為主，并伴隨著小的水平滑動(dòng)，是一條斜向逆沖的斷裂.在蘆山地震發(fā)震斷裂的2 km范圍內(nèi)推測(cè)存在一陡一緩兩條斷裂，并根據(jù)三者形態(tài)推測(cè)其在18 km或以上收斂到一起并向深部延伸，從而使它們?cè)谔J山地震中被同時(shí)激活.研究結(jié)果揭示了研究區(qū)近地表活動(dòng)斷裂和地殼深部構(gòu)造之間的關(guān)系，為進(jìn)一步研究龍門(mén)山斷裂帶的深部構(gòu)造環(huán)境、深淺構(gòu)造關(guān)系以及斷裂的活動(dòng)性提供了有利的依據(jù).

龍門(mén)山斷裂帶南段；深地震反射剖面；地殼結(jié)構(gòu)和構(gòu)造；蘆山地震

1 引言

龍門(mén)山位于我國(guó)南北地震帶的中段，龍門(mén)山斷裂帶南起瀘定，向北東延伸經(jīng)寶興、映秀、汶川、北川，至南壩、茶壩插入陜西境內(nèi)，縱貫整個(gè)龍門(mén)山，長(zhǎng)約560 km，寬約30～50 km，呈北東向展布.龍門(mén)山地區(qū)的強(qiáng)烈褶皺現(xiàn)象和地形地貌特征表明這里曾經(jīng)是一條規(guī)模巨大的地震活動(dòng)帶.該斷裂帶具有典型的逆沖推覆構(gòu)造特征，自西向東分別發(fā)育有茂縣—汶川斷裂(龍門(mén)山后山斷裂)、北川—映秀斷裂(龍門(mén)山中央斷裂)和安縣—灌縣斷裂(龍門(mén)山前山斷裂)，又以安縣和都江堰為界分為北、中、南三段(圖1).自1657年(清順治十四年)爆發(fā)有記錄以來(lái)最大的6.2級(jí)地震，此后的300年間龍門(mén)山斷裂帶再未發(fā)生過(guò)6.0級(jí)以上的地震，這說(shuō)明了龍門(mén)山斷裂帶的地震活動(dòng)頻率低且強(qiáng)度不大.然而，隨著2008年汶川8.0級(jí)地震的發(fā)生，說(shuō)明了地震活動(dòng)頻率低、強(qiáng)度小的斷裂也具有孕育大地震的能力(李勇等，2009).近年來(lái)，龍門(mén)山斷裂帶一直被國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家和地球物理學(xué)家們所關(guān)注(李智武等，2008；雷建設(shè)等，2009；Zhang et al.,2010； Cui et al.,2014).由于地震的發(fā)生與地殼深部的構(gòu)造活動(dòng)有著密不可分的關(guān)系(張培震等，2013)，所以對(duì)活動(dòng)斷裂與地下結(jié)構(gòu)的研究也日益受到重視.

從20世紀(jì)80年代以來(lái)，眾多學(xué)者利用各種手段，如區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、衛(wèi)星遙感、航磁、物理模擬、數(shù)值模擬和地震勘探、重、磁、電法勘探等對(duì)龍門(mén)山斷裂帶及其鄰區(qū)的地質(zhì)地貌(張培震等，2008)、活動(dòng)構(gòu)造(鄧起東等，1994；陳浩和李勇，2013)、上地殼結(jié)構(gòu)構(gòu)造(Lu et al.,2012)、殼幔結(jié)構(gòu)(王椿鏞等，2008；王緒本等，2008)等方面開(kāi)展了大量研究，結(jié)果顯示：川西高原的平均地殼厚度為60～65 km，地殼的平均P波速度為6.25～6.3 km·s-1，并且在10～20 km深度范圍內(nèi)發(fā)育P波低速層；四川盆地的平均地殼厚度為45～50 km，P波速速為6.45～6.5 km·s-1，地殼范圍內(nèi)不發(fā)育P波低速層(王椿鏞等，2003).另外該區(qū)的布格重力異常和密度剖面顯示(樓海等，2008)：在上地殼、中地殼、下地殼和地幔頂部，四川盆地均為高密度區(qū)，盆地下方存在高密度物質(zhì)，表明四川盆地是一個(gè)堅(jiān)硬的塊體；松潘—甘孜地塊均為低密度區(qū)，表明下方物質(zhì)相對(duì)較軟，容易發(fā)生流動(dòng)，龍門(mén)山斷裂帶則位于密度較高的一側(cè).上述研究結(jié)果為分析研究該區(qū)的深部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造提供了重要信息，但這些成果主要揭示了龍門(mén)山斷裂帶及其鄰區(qū)的宏觀特征，缺乏對(duì)龍門(mén)山斷裂帶深部結(jié)構(gòu)的精細(xì)刻畫(huà)，另外，對(duì)龍門(mén)山斷裂帶南段活動(dòng)斷裂的研究也相對(duì)較少，如有地表地質(zhì)(李智武等，2008)、速度結(jié)構(gòu)(雷建設(shè)等，2009)、人工地震剖面解譯(Jia et al.,2010)等少量文章和蘆山地震后學(xué)者們對(duì)此次地震發(fā)震斷層的研究(曾祥方等，2013；徐錫偉等，2013).為了研究龍門(mén)山斷裂帶南段(特別是蘆山地區(qū))的上地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，本文通過(guò)震后過(guò)震中位置布設(shè)的深反射地震剖面，結(jié)合地質(zhì)剖面和震源機(jī)制解等信息，討論該區(qū)的近地表活動(dòng)斷裂和上地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)，為認(rèn)識(shí)龍門(mén)山斷裂帶南段的構(gòu)造形態(tài)提供有利的證據(jù).

圖1 龍門(mén)山斷裂帶展布及其鄰區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐致詧D(改自 陳國(guó)光等，2007)F1.龍門(mén)山后山斷裂：1-1.耿達(dá)—隴東斷裂、1-2.茂縣—汶川斷裂； F2.平武—青川斷裂； F3.龍門(mén)山中央斷裂：3-1.鹽井—五龍斷裂、3-2.北川—映秀斷裂、3-3.北川—臨庵寺斷裂； F4.龍門(mén)山前山斷裂：4-1.大川—雙石斷裂、4-2.安縣—灌縣斷裂、4-3.江油斷裂； F5.山前隱伏斷裂； F6.虎牙斷裂； F7.岷江斷裂； F8. 擂東斷裂.Fig.1 Faults and tectonic units around Longmensgan fault zone (modified from Chen at al., 2007)F1. Back-range fault of Longmenshan, 1-1 Gengda-Longdong fault, 1-2 Maoxian-Wenchuan fault； F2. Pingwu-Qingchuan fault； F3. The mid-range of Longmenshan Fault Zone, 3-1 Yanjing-Wulong fault, 3-2 Beichuan-Yingxiu fault, 3-3 Beichuan-Linansi fault; F4. The front-range of Longmenshan Fault Zone, 4-1 Dachuan-Shuangshi fault, 4-2 Anxian-Guanxian fault, 4-3 Jiangyou fault; F5. Potential faults of front maintain; F6. Huya fault; F7. Minjiang fault; F8. Longdong fault.

2 研究區(qū)地質(zhì)概況和勘探測(cè)線位置

四川盆地西北緣的龍門(mén)山山脈，橫恒于青藏高原和四川盆地之間，是四川盆地與川西高原的分界帶.從東到西分別是山前沖擊平原(海拔約500 m)、高山地貌(海拔2000～5000 m)和高原地貌(海拔4000～5000 m)，為當(dāng)今世界上坡度最陡的高原邊界.本次實(shí)施測(cè)線工區(qū)地表海拔高程在575～1645 m之間，總體地勢(shì)西北高東南低.

龍門(mén)山斷裂帶及其鄰區(qū)的構(gòu)造單元可劃分為四個(gè)部分(見(jiàn)圖1)：(1)松潘—甘孜褶皺帶，由晚三疊世復(fù)理石淺變質(zhì)砂板巖和千枚巖組成，構(gòu)造線方向?yàn)楸蔽鳎谄轿洹啻ㄐ纬赏聘矘?gòu)造；(2)龍門(mén)山逆沖推覆構(gòu)造帶，位于茂縣—汶川—隴東斷裂和北川—映秀—小關(guān)子斷裂之間，中三疊世前為揚(yáng)子古板塊的被動(dòng)大陸邊緣，印支運(yùn)動(dòng)期后才發(fā)育成逆沖推覆構(gòu)造；(3)龍門(mén)山前緣滑脫拆離帶，位于北川—映秀—小關(guān)子斷裂和安縣—都江堰—雙石斷裂之間，也稱龍門(mén)山前山帶，該帶滑覆體構(gòu)造發(fā)育，北段有唐王寨滑覆體，中段有彭灌飛來(lái)峰，南段有金臺(tái)山等滑覆體；(4)川西前陸盆地，由中—新元古界的花崗質(zhì)雜巖和褶皺帶組成硬性基底，沉積蓋層厚7～11 km，斷裂和褶皺不發(fā)育(孫瑋等，2009).龍門(mén)山地區(qū)構(gòu)造埋深較深，地層發(fā)育較齊全，自下而上分別為三疊系、石炭系和第四系，斷裂發(fā)育，受三條大斷裂的影響，地層破碎嚴(yán)重.工區(qū)西北部群山起伏，地形切割嚴(yán)重，屬盆周高山區(qū)，受大地震影響，山區(qū)地表垮塌、疏松、破碎現(xiàn)象嚴(yán)重.

本文實(shí)施的深地震反射剖面位于龍門(mén)山斷裂帶的南段(見(jiàn)圖2中AB)，測(cè)線距雅安最近距離約16 km，主要涉及名山縣、蘆山縣、寶興縣3個(gè)縣，7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn).剖面方向?yàn)镹W—SE向，其長(zhǎng)度為42 km.測(cè)線從南往北依次穿過(guò)前進(jìn)鄉(xiāng)、城東鄉(xiāng)、碧峰峽鎮(zhèn)、中里鎮(zhèn)、上里鎮(zhèn)、龍門(mén)鄉(xiāng)和雙石鎮(zhèn)等，其中雙石鎮(zhèn)為2013年4月20日蘆山地震的震中位置.剖面自西向東跨過(guò)的斷裂主要有雙石—大川斷裂、廣元—大邑?cái)嗔训?

圖2 研究區(qū)地質(zhì)概況及勘探測(cè)線位置F1.雙石—大川斷裂；F2.關(guān)口隱伏斷裂；AB為地質(zhì)剖面和深反射地震剖面位置.Fig.2 Geology and location of deep seismic profile in research regionF1. Shuangshi-Dachuan fault; F2. Guankou fault, AB is location of geological and deep seismic profiles.

3 數(shù)據(jù)采集和資料處理

3.1 數(shù)據(jù)采集

根據(jù)對(duì)以往資料的分析研究，結(jié)合工區(qū)地表、地下深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并考慮到復(fù)雜的地形條件等因素對(duì)資料品質(zhì)的影響，我們確定了道間距20 m、炮間距100 m、1000道接收、覆蓋次數(shù)在60～100次的觀測(cè)系統(tǒng).激發(fā)參數(shù)經(jīng)試驗(yàn)后，在平原區(qū)，采用2口組合井，激發(fā)孔深8 m，激發(fā)藥量8 kg；山體區(qū)的雙井激發(fā)效果整體好于單井激發(fā)，采用2口組合井，激發(fā)孔深15 m，激發(fā)藥量8 kg；每隔500 m布設(shè)一個(gè)中炮，采用2口組合井，激發(fā)孔深15 m，激發(fā)藥量20 kg.沿溝礫石區(qū)由于成井困難，根據(jù)具體地形情況選用3口組合井孔深6 m、4口組合井孔深6 m或5口組合井孔深6 m，總藥量16 kg激發(fā).地震波接收使用了30DX-10Hz型檢波器，采用圓形面積組合，組合半徑1 m，組合高差在平原地區(qū)為ΔH≤1 m、山區(qū)為ΔH≤3 m.野外采集使用428XL數(shù)字地震儀和FDU-428采集站，儀器前放增益12 dB，采樣間隔2 ms，記錄長(zhǎng)度30 s.采用上述工作方法和技術(shù)措施，保證了采集質(zhì)量，獲得了高質(zhì)量的原始資料，為后續(xù)處理解釋打下了良好基礎(chǔ).

3.2 數(shù)據(jù)處理

為研究中上地殼結(jié)構(gòu)特征，我們對(duì)所采集的數(shù)據(jù)前8 s進(jìn)行了處理，處理流程包括數(shù)據(jù)輸入、格式解編、原始單炮品質(zhì)分析、觀測(cè)系統(tǒng)定義、靜校正、地表一致性振幅補(bǔ)償、地表一致性反褶積、精細(xì)速度分析、動(dòng)校正、剩余靜校正、疊加、疊后去噪、疊后時(shí)間偏移.地震資料的常規(guī)處理流程如圖3所示.

圖3 地震資料處理常規(guī)流程Fig.3 Flow chart of seismic data processing

由于本區(qū)地表高程變化劇烈，地表相對(duì)高差變化大，表層結(jié)構(gòu)和出露巖性多變，導(dǎo)致本區(qū)資料反射較弱，信噪比整體偏低，因此本次處理將重點(diǎn)放在靜校正和疊前去噪方面.靜校正技術(shù)是資料處理尤其是復(fù)雜山地資料處理當(dāng)中非常關(guān)鍵的一步，因此做好靜校正尤為重要.在本區(qū)的靜校正工作上，分別對(duì)高程、層析、折射這三種靜校正方法進(jìn)行了對(duì)比，層析靜校正量效果明顯，所以本區(qū)基準(zhǔn)面靜校正方法采用了層析靜校正方法.采用非地表一致性剩余靜校正的方法，資料品質(zhì)得到了明顯的改善，在很大程度上解決了剩余靜校正問(wèn)題.針對(duì)本區(qū)噪聲的發(fā)育特點(diǎn)，利用疊前多域去噪技術(shù)提高資料的信噪比，在壓制方法上，采用組合去噪技術(shù)(分頻壓制去噪、線性去噪、疊后隨機(jī)去噪).由于本區(qū)的地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、構(gòu)造起伏較大，而速度對(duì)于成像的好壞有著很大的影響，此次處理我們對(duì)疊加速度進(jìn)行了反復(fù)分析，發(fā)現(xiàn)工區(qū)南部的速度變化趨勢(shì)較緩，地震資料品質(zhì)較好，變化比較緩慢，速度易于解釋.但在北部，速度變化較為劇烈，相對(duì)工區(qū)南部來(lái)說(shuō)，反射比較雜亂，速度多解性很大.采用了常速掃描來(lái)提高速度分析精度.通過(guò)地表一致性反褶積和預(yù)測(cè)反褶積，使噪聲得到了進(jìn)一步的壓制，子波一致性更好.最后，針對(duì)本區(qū)資料信噪比較低、構(gòu)造較為復(fù)雜的特點(diǎn)，此次處理中，在偏移成像方面采用了疊后時(shí)間偏移技術(shù).通過(guò)常速掃描掌握全區(qū)速度變化規(guī)律，變速掃描微調(diào)改善成像精度；最終道集及疊加通過(guò)RNA進(jìn)一步壓制隨機(jī)噪聲；疊后偏移保證斷裂空間歸位.經(jīng)過(guò)偏移后，繞射波收斂效果較好、成像更加準(zhǔn)確.

在處理的過(guò)程中充分發(fā)揮人機(jī)交互處理的便捷、靈活、有效的試驗(yàn)和質(zhì)量控制手段，與地質(zhì)解釋人員緊密結(jié)合，通過(guò)各種處理方法對(duì)比試驗(yàn)，合理搭配，優(yōu)選參數(shù)，取得波組特征清晰、信噪比較高、分辨率較好、構(gòu)造合理的二維處理水平疊加、疊后時(shí)間偏移成果.本項(xiàng)研究獲得的深反射地震疊加時(shí)間剖面如圖4所示.

4 蘆山地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

圖5是將時(shí)間疊加剖面通過(guò)深地震反射特殊處理(陳志德等，2003)后得到的能量剖面及對(duì)剖面進(jìn)行初步解釋的結(jié)果，剖面中包含了殼內(nèi)不同深度的豐富反射信息，揭示了研究區(qū)內(nèi)上地殼結(jié)構(gòu)的基本輪廓.下面根據(jù)剖面中反射波組的特征對(duì)研究區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)和構(gòu)造情況進(jìn)行詳細(xì)分析解釋.

4.1 地殼結(jié)構(gòu)特征

由圖5的深地震反射能量剖面可以看出，本區(qū)地下結(jié)構(gòu)大約以雙程到時(shí)5.0～6.0 s的反射帶Rc1為界，具有上下明顯不同的反射結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，表明在不同深度范圍內(nèi)物質(zhì)的構(gòu)成有所不同.在反射界面Rc1之上，剖面中包含了一系列反射結(jié)構(gòu)，其反射能量的強(qiáng)弱變化較大、地層產(chǎn)狀清晰、界面起伏變化明顯、凹陷和隆起相間，這種現(xiàn)象表明龍門(mén)山斷裂帶及其附近的各沉積層界面之間的地殼物質(zhì)具有明顯的地震波速度差異.而在反射界面Rc1之下，剖面反射圖像總體表現(xiàn)為能量較弱的反射組構(gòu)，說(shuō)明物質(zhì)的密度差異和地震波速度差異較小.根據(jù)剖面揭示的地下反射結(jié)構(gòu)特征，可把該區(qū)地殼分為上地殼和中地殼兩個(gè)部分.其中，反射帶Rc1以上的部分為上地殼，其厚度約15 km，這種地殼厚度及分布特征與前人得到的結(jié)果一致(劉啟元等，2009；范軍等，2015)；反射帶Rc1以下的部分屬中地殼.

在大地構(gòu)造上，龍門(mén)山位于華北地塊、華南地塊和羌塘地塊的結(jié)合部位，揚(yáng)子板塊的北西部，西側(cè)是松潘—甘孜古殘留洋盆，東側(cè)則是穩(wěn)定的揚(yáng)子克拉通，北東為秦嶺板塊俯沖碰撞造山帶的米倉(cāng)地體和大巴山逆掩構(gòu)造體，南西為康滇古陸(許志琴等，1992； Jia et al., 2006).印度—亞洲板塊碰撞之后的持續(xù)匯聚作用，造成地殼南北向縮短1500 km，青藏高原的平均地殼厚度增厚到70 km，兩倍于正常地殼厚度(許志琴等，2011).同時(shí)大量物質(zhì)向北東、東及南東方向逃逸(Yin and Harrison,2000；Tapponnier et al.,2001)，形成一系列大型走滑斷裂(如阿爾金斷裂、海原斷裂、東昆侖斷裂、鮮水河斷裂、哀牢山—紅河斷裂等)、逆沖推覆斷裂(如汶川—茂縣斷裂、映秀—北川斷裂、安縣—灌縣斷裂、廣元—大邑?cái)嗔训?以及斷裂相關(guān)褶皺等構(gòu)造樣式.

深地震反射剖面位于龍門(mén)山斷裂帶的南段，測(cè)線自西向東分別穿過(guò)蘆山地震的震中位置、雙石—大川斷裂、廣元—大邑?cái)嗔押团枭竭^(guò)渡帶.從圖5可以看出，四川盆地下方有較好的反射波組特征，地層較穩(wěn)定，盆地內(nèi)界面的橫向起伏和地層厚度變化不大，反映出盆地內(nèi)部具有約為11 km的沉積層厚度，該結(jié)果也與前人研究得到的川西前陸盆地沉積蓋層厚度取得一致(孫瑋等，2009).在盆地方向的2～11 km之間能夠看出清晰的反射層，包含了多套地層，上覆于“楔形”嵌入體的上方.該區(qū)域內(nèi)的地層巖層呈薄層狀，產(chǎn)狀近水平.而在盆山過(guò)渡帶的區(qū)域內(nèi)，地層界面反射在剖面上有明顯的起伏變化，為一些能量強(qiáng)弱變化較大和一些無(wú)規(guī)律可循的短小反射，可能代表了強(qiáng)烈變形作用的結(jié)果，顯示了該區(qū)地殼深部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性.從剖面中，可以明顯看出在山體方向的6～15 km之間具有平均6 km厚的相似的反射性質(zhì)，其特征總體表現(xiàn)為中等能量的反射條帶，并整體呈現(xiàn)出“楔形”嵌入到四川盆地下方并覆于上地殼與中地殼的分界面之上(如圖5中的黃色陰影區(qū)域)；這種現(xiàn)象與前人研究的結(jié)果相符，即由于印度板塊向青藏高原下方俯沖，導(dǎo)致青藏高原受力的影響向東運(yùn)動(dòng)，并推動(dòng)松潘—甘孜地塊向東運(yùn)動(dòng)的同時(shí)受到堅(jiān)硬的四川盆地阻擋，物質(zhì)則向四川盆地薄弱的地方流動(dòng)，四川盆地下方15 km左右正好是上地殼與中地殼的分界面，易于物質(zhì)流動(dòng)，所以才出現(xiàn)了“楔形”嵌入的情況.

圖4 研究區(qū)深地震反射疊加時(shí)間剖面Fig.4 Stacked time section of deep seismic reflection profile in study area

圖5 研究區(qū)深地震反射能量剖面及初步解釋Fig.5 Preliminary interpretation of deep seismic reflection profile

4.2 地震反射剖面揭示的斷裂特征

從深地震反射剖面CDP號(hào)3446附近(如圖6所示)，可以看到一個(gè)明顯的斷裂分界線，其東、西兩側(cè)的地層產(chǎn)狀和剖面反射波組特征明顯不同，斷裂F1的下盤(pán)，地層產(chǎn)狀是向SE方向傾斜，界面起伏較緩，局部地段上界面出現(xiàn)上??；斷裂F1的上盤(pán)，地層產(chǎn)狀總體向NW方向傾斜，同相軸扭曲錯(cuò)斷明顯，局部地段上界面出現(xiàn)下凹.根據(jù)位置信息，認(rèn)定F1為安縣—灌縣斷裂帶南段的雙石—大川斷裂.剖面揭示了雙石—大川斷裂在11 km深度以上產(chǎn)狀為NW傾、傾角約25°，顯示出雙石—大川斷裂是一條產(chǎn)狀較緩逆沖斷裂.根據(jù)F1的形態(tài)，推測(cè)F1向深部是低角度延伸的，這種低角度的幾何學(xué)特征制約著地表破裂帶，主要表現(xiàn)為純逆沖的運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)，而且還制約著地表破裂帶隨地形變化而變化的非線性展布，以及只有斷裂上盤(pán)出現(xiàn)強(qiáng)烈破碎的不對(duì)稱變形結(jié)構(gòu).其次，在F1的西側(cè)還分別標(biāo)注了F2、F3、F4三條小斷裂，在F1的東側(cè)標(biāo)注了F5和F6兩條隱伏斷裂，這5條斷裂的產(chǎn)狀和運(yùn)動(dòng)方式與F1基本一致，都屬于逆沖斷裂.整個(gè)這6條斷裂共同組成了疊瓦狀斷層構(gòu)造，它是一種典型的逆斷層組合形式.

圖6 深地震反射剖面斷層解釋結(jié)果Fig.6 Fault interpretation of partial deep seismic reflection profile

根據(jù)地震測(cè)線在地質(zhì)圖上的位置(見(jiàn)圖2中AB)，繪制了相應(yīng)的地質(zhì)剖面.通過(guò)地質(zhì)剖面和能量剖面提供的更詳細(xì)的信息，能夠幫助我們更好地解譯地震剖面.

4.3 蘆山地震及其發(fā)震斷裂

2013年4月20日發(fā)生的蘆山地震的震中位于雅安市蘆山縣雙石鎮(zhèn)(北緯30.30°，東經(jīng)102.97°)，震源深度14 km，震源機(jī)制解揭示的斷層信息為走向209°，傾角46°，滑動(dòng)角94°，矩震級(jí)MW為6.6級(jí)(呂堅(jiān)等，2013).大多數(shù)的余震分布在主震的西南側(cè)區(qū)域，長(zhǎng)軸沿北東向約45 km，短軸沿北西向約20 km(劉杰等，2013).

根據(jù)上述震源機(jī)制解信息，在剖面中標(biāo)注了蘆山地震的震源位置，結(jié)合剖面中反射波組的形態(tài)大致勾畫(huà)出了蘆山地震的發(fā)震斷層，即F9(如圖8).斷裂F9位于蘆山向斜下方，斷裂兩側(cè)地層的起伏變化不明顯，在18 km深度以上產(chǎn)狀NW傾、傾角約46°，顯示出其是一條產(chǎn)狀較陡的逆沖斷裂.此外，由于地震定位結(jié)果一般存在幾公里的水平定位誤差，所以我們以震源機(jī)制解中的斷層傾角作為約束條件，結(jié)合剖面中展現(xiàn)出來(lái)的波組特征，在已知震源的西側(cè)2 km附近又找出了一條斷裂，即F10(如圖8).該條斷裂在剖面中顯示出來(lái)的斷裂特征比斷裂F9更加明顯，故推測(cè)F10才是蘆山地震真正的發(fā)震斷層.斷裂F10在18 km深度上產(chǎn)狀NW傾、傾角約為45°，依然是一條產(chǎn)狀較陡的逆沖斷裂.該結(jié)果驗(yàn)證了中國(guó)地震局的學(xué)者們?cè)谔J山地震的研究中提出的關(guān)于斷裂特征的說(shuō)法(曾祥方等，2013；張勇等，2013).其次，在震源東側(cè)2 km范圍內(nèi)又推測(cè)了一條特征明顯的斷裂F11(如圖8)，在18 km深度以上為NW傾，傾角約為25°.根據(jù)F9、F10、F11三條斷裂的位置和形態(tài)，推測(cè)三條斷裂在18 km深度或以上可能會(huì)收斂到一起并向深部延伸，從而使它們?cè)谔J山地震中同時(shí)被激活.通過(guò)分析剖面上斷層F10的特征，再綜合震源機(jī)制解中揭示的斷層走向、斷層性質(zhì)的結(jié)果，推測(cè)蘆山地震可能是發(fā)生在前山斷裂上，該結(jié)果與前人研究的結(jié)果一致(呂堅(jiān)等，2013).由于震源附近三條斷裂與該剖面上的兩條主要斷裂F1和F7的形態(tài)和運(yùn)動(dòng)方式大致相似，故該地震孕震的主要因素依然是龍門(mén)山斷裂帶西側(cè)的松潘—甘孜地塊向東南方向運(yùn)動(dòng)，和受到堅(jiān)硬的四川盆地阻擋的聯(lián)合作用.

圖7 深地震反射剖面斷層解釋結(jié)果Fig.7 Fault interpretation of partial deep seismic reflection profile

圖8 地質(zhì)剖面與地震剖面綜合解釋(為蘆山地震震源機(jī)制解,數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家數(shù)字臺(tái)網(wǎng)中心)Fig.8 Comprehensive interpretation of geological sections and seismic profile( is focal mechanism solution of Lushan earthquake, data from the CENC)

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

本項(xiàng)研究采用了深地震反射探測(cè)方法用于探測(cè)地下結(jié)構(gòu)，獲得了高分辨率的深地震反射剖面.通過(guò)與地表地質(zhì)剖面進(jìn)行聯(lián)合對(duì)比分析，展現(xiàn)出了地殼的近地表結(jié)構(gòu)特征和斷裂的深、淺部構(gòu)造特征，為今后對(duì)龍門(mén)山斷裂帶南段深部構(gòu)造環(huán)境和深、淺構(gòu)造關(guān)系以及斷裂活動(dòng)性的分析和研究提供了有利的依據(jù).

(2) 研究區(qū)地下以反射波組Rc1為界，顯示出清晰的上地殼與中地殼分界面，上地殼厚度約為15 km.研究區(qū)的地殼地震波組在四川盆地下方有較好的反射性質(zhì)，反映了該區(qū)地層較穩(wěn)定，盆地內(nèi)界面的橫向起伏和地層厚度變化不大，能較好分辨出地層的分層.而在盆山過(guò)渡帶至龍門(mén)山方向的一段，地層界面反射在剖面上有明顯的起伏變化，盆山結(jié)合帶處多為一些能量強(qiáng)弱變化較大、且分布散亂的短小反射，可能代表了強(qiáng)烈變形作用的結(jié)果，顯示了該區(qū)地殼深部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性.

(3) 在深地震反射剖面中可以明顯看出，山體方向的6～15 km之間具有平均6 km厚的相似的反射性質(zhì)，其特征總體表現(xiàn)為中等能量的反射條帶，并整體呈現(xiàn)出“楔形”嵌入到四川盆地下方并覆于上地殼與中地殼的分界面之上.15 km深度為上地殼與中地殼的分界面，印度板塊向青藏高原下方俯沖，導(dǎo)致青藏高原受力的影響向東運(yùn)動(dòng)，并推動(dòng)松潘—甘孜地塊向東運(yùn)動(dòng)的同時(shí)受到堅(jiān)硬的四川盆地阻擋.一方面使脆性的上地殼向東南推移，使得松潘—甘孜地塊對(duì)穩(wěn)定的四川盆地產(chǎn)生逆沖推覆，形成龍門(mén)山斷裂帶上有明顯地表破裂的逆沖斷層F1、F2、F3、F4；另一方面松潘—甘孜地塊的深部物質(zhì)則向四川盆地方向較薄弱的地方流動(dòng)，即如圖5中所示物質(zhì)沿著上地殼與中地殼的分界面發(fā)生運(yùn)移.

(4) 在蘆山地震震源機(jī)制解中斷層傾角的約束下，結(jié)合深地震反射剖面中反射波的特征勾畫(huà)出蘆山地震的發(fā)震斷裂F10，它比震源機(jī)制解中給出的震源位置向西偏離了大約2 km，也是一條產(chǎn)狀較陡的逆沖斷裂.根據(jù)震源附近三條斷裂的形態(tài)推測(cè)三者是由蘆山地震同時(shí)被激活的.綜合以上信息，判斷蘆山地震發(fā)生在龍門(mén)山前山斷裂上，且發(fā)震斷裂在地表上無(wú)明顯出露，與相關(guān)學(xué)者在蘆山地震后進(jìn)行的研究結(jié)果一致(韓竹軍等，2013；雷生學(xué)等，2014).

致謝 感謝本文編輯和審稿專(zhuān)家針對(duì)本文提出的建設(shè)性意見(jiàn)和建議，感謝中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院李海兵研究員、中國(guó)地震局地球物理研究所李麗研究員及東方地球物理公司吐哈物探處王琪處長(zhǎng)在本文研究過(guò)程中給與的指導(dǎo)和幫助，特此致謝！

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(本文編輯 張正峰)

Fine crustal structure of the Lushan area derived from seismic reflection profiling

FENG Yang-Yang1,2,3, YU Chang-Qing2*, FAN Zhu-Guo1, SONG Li-Rong2,4, LIANG Shan-Shan5, HE Jun-Jie6, MEI Zhong-Feng6

1FacultyofLandResourceEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,China2InstituteofGeology,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China3Chifengseismicstation,SeismologicalBureauofInnerMongoliaAutonomousRegion,Chifeng024000,China4CollegeofEarthscienceandEngineering,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Shandong266510,China5Chinaearthquakesnetworkscenter,Beijing100045,China6TuhaDivision,BGPInc.,CNPC,Hami839009,China

A deep seismic reflection profiling was collected to probe the fine crustal structure of the Lushan area, Sichuan Province. The purpose is to reveal the relationship between the shallow and deep structures, and the geometry and kinetics of the blind active faults using the seismic profiling and surface geology. The results show that the crust of the study area is characterized by a distinct structure of upper crust with thickness about 15 km. The nature of the faults is inferred to be thrusting in the region due to the pushing of the crustal material of the Tibetan plateau into the southeast part of the rigid Sichuan basin. The Shuangshi-Dachuan fault stretches from the surface to the deep crust at a low angle, and is dominated by thrusting in a form of imbricate structure with small-scale faults nearby. Whereas the Guangyuan-Dayi fault is of a positive flower structure with a listric shape, consisting of six branches. Its movement is dominated by thrusting with gentle horizontal slip. We also speculated there are two faults, one is with steep dip and another is with gentle dip, 2 km to near the seismogenic fault of the Lushan earthquake. According to the forms of the three faults, we suggested that they convergence at the depth of 18 km and extend downward, and were activated during the occurrence of the Lushan earthquake. The results reveal the relationship between the subsurface active faults and the deep crustal structure, which would shed a light on the further research of the deep structure, the relationship between shallow and deep structures, and the fault activity of the whole Longmenshan fault zone.

South segment of Longmenshan fault zone; Deep seismic reflection profile; Crustal structure; Lushan earthquake

10.6038/cjg20160910.

國(guó)家科技專(zhuān)項(xiàng)《汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探項(xiàng)目》(WFSD)和中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目《龍門(mén)山構(gòu)造帶三維地質(zhì)填圖》(1212011220265)聯(lián)合資助.

馮楊洋，女，1987年生，內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局助理工程師，昆明理工大學(xué)在讀研究生，研究方向?yàn)榛顒?dòng)斷裂與地震觀測(cè).

E-mail：fyy5352088@sina.com

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P315，P542

2015-10-28；2016-06-03收修定稿

馮楊洋， 于常青， 范柱國(guó)等. 2016. 從反射地震剖面中認(rèn)識(shí)蘆山地區(qū)的地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造. 地球物理學(xué)報(bào)，59(9):3248-3259,

Feng Y Y, Yu C Q, Fan Z G, et al. 2016. Fine crustal structure of the Lushan area derived from seismic reflection profiling.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),59(9):3248-3259,doi:10.6038/cjg20160910.

*通訊作者 于常青，男，1962年生，研究員，長(zhǎng)期從事地球物理勘探的研究工作，主要從事地震資料處理解釋、地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及綜合評(píng)價(jià)和深部地球物理研究.E-mail：yucq@tom.com