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地质资料DSS 资料获取北京圈地区的地壳结构

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关键词：地壳结构 一维反演 界面特征 低速体 DSS 北京论文 职称论文

地质资料DSS 资料获取北京圈地区的地壳结构

摘要：利用几种不同的一维反演方法对天津—北京—赤城剖面的DSS (deep seismic sounding)数据进行了处理，结果显示：沿剖面基底面北浅南深，但C 界面和M界面北深南浅，存在镜像关系；地壳平均速度华北盆地较低，燕山下方较高；燕土木建筑论文山隆起和华北盆地的交界处曾多次发生过5.0 级以上地震，且在该过渡带上，多条深大断裂成北北东、北东向穿过该剖面，推断首都圈地区地震的发生与莫霍面的局部隆起、速度结构的急剧变化以及深大断裂的存在具有密切关系。

关键词：地壳结构；一维反演； 界面特征； 低速体； DSS

    以北京市为中心的首都圈是华北北部地震十分活跃的地区之一，曾多次发生6 级以上大地震（如1679 年三河—平谷8 级地震、1976 年唐山7.8 级地震和1998 年张北6.2 级地震等）。据河北地震局报道，近几年在首都圈内小震频频发生，因此，研究该地区的基底和地壳结构，对于阐明本区强震活动成因和预测未来强震区都具有重要的科学意义和社会意义。本文利用天津—北京—赤城宽角反射/折射深地震测深和高分辨折射综合探测剖面各炮的P 波走时资料，采用W—H 方法、T2—X2 方法和TF 方法分别求取了研究剖面的基底深度、平均速度以及地下介质各层的深度等，从而确定了该地区的一维地壳结构模型。1 研究区构造概况、地震活动特点及测线简介天津- 北京- 赤城剖面北依近东西向的阴山燕山隆起，西临北北东向的太行山隆起，大致表现为自西向东倾斜。剖面横跨冀中平原拗陷，沧县隆起，黄骅拗陷区，其中又包含双窑凸起、小韩庄凸起、大东庄凸起和白塘口拗陷等次一级的构造，地质构造极其复杂。剖面地区主要属于新生代的巨大拗陷，由海河、滦河等河流冲积而成，沉积厚度达1 500～5000 m左右。结晶基岩埋深深浅不一，在燕山隆起区可见基岩广泛出露，而在武清拗陷区埋研究区地壳浅部的构造环境复杂，多组断裂在研究区内交汇或相切，历史上地震活动比较频繁，特别是在河北平原地震带交汇区附近，是破坏性地震多发地区，也是遭受地震灾害较严重的地区。据资料记载在研究区多次发生6.0 级以上强地震，如发生在研究区北部的地震有：1337 年怀来6.5 级地震、1484 年延庆6.7 级地震、1720 年怀来6.7 级地震、1998 年张北与尚义交界处发生的6.2 级强震等；发生在研究区中部的地震有：1536 年西集6.0 级地震、1665 年通县6.5 级地震和1679 年三河—平谷8.0 级地震；发生在研究区南部的地震有：1966 年邢台6.8 级地震、1667 年河间6.3 级地震和1976 年唐山7.8 级地震等[1～2]。

    图1 中的黑点显示了1990 年前后地震震中分布情况，这些地震具有以下特点：

   （1） 震中呈带状分布。历史上5.0 级以上地震和现今的小震活动基本上沿着北北东向和北北西向密集成带，与华北地区的应力场方向关系密切[3]。
   （2）地震活动与断裂构造、介质性质、上地壳速度结构三者密切相关。震中位置最密集的地方是三河- 夏垫断裂附近和黄庄- 高丽营断裂附近，同时小震活动也比较密集[4]。
   （3） 震源深度比较浅。4.0 级以上的地震大都发生在盆地差异运动强烈的地段和新活动断裂交汇处，震源深度浅，多位于5.0~15.0 km “易震层”范围内。华北地震层析成像结果显示，三河平谷8.0 级地震，震源区位于13~15 km范围内[5]。近几年来，首都圈周围小震频繁，据统计，2003 年河北省及京津地区共发生地震1377次[6]， 2004 年共发生1053 次[7]， 2005 年共发生926 次[8～9]。为了查明北京及其周边地区的地壳精细结构，中国地震局地球物理勘探中心于2005 年12 月份布设了一条天津—北京—赤城宽角反射/折射深地震测深和高分辨折射探测相结合的剖面（图1），剖面南起河北省黄骅县东约8 km，经天津的津南区、河北省香河县、北京的顺义区至河北省赤城县，剖面全长约300 km，布设的观测点为340 个，炮点21 个，剖面穿越区域大部分地段为华北平原区。

    2 震相识别对比和波组特征震相的识别对比是在物探中心建立的人工地震测深数据库DSS 资料解释工作站—人机联作解释系统所显示的记录截面上进行的，对P 波用6.00 km/s 的折合速度并选择适当的频率范围（本剖面采用4~12 Hz）进行滤波，根据不同属性的波组综合考虑其动力学与运动学的不同特征和因构造上的差异致使波组发生变化的因素进行震相（波组）的识别对比。按照对比原则[10] ，经过反复仔细的识别、对比，得到了5 组震相：基底面上部的回折波Pg、上地壳中C1 界面的反射波Pc1、中地壳底界面的反射波Pc2、莫霍界面的反射波Pm 和穿透到上地幔顶部的首波Pn，这5 个波组及其特征为（见图2）

    （1）Pg 波。它是来自基底面的回折波，震相清晰，能量较强，以初至波的形式出现，在激发条件和接收条件较好的地段可以追踪到距炮点较远处，如天津东丽区军粮城炮（SP140.43）北支可以追踪到距炮点130 km 左右。Pg 波折合到时的超前与滞后由基底以上的沉积层厚度所决定，折合到时越大沉积盖层越厚，各炮走时之间的起伏变化越大，反映了地下界面深浅变化越复杂。因此，沿剖面Pg 波折合到时的超前与滞后显示了沿剖面基底的起伏变化和构造特征。
    （2）Pc1 波。是Pg 波之后被记录到的在上地壳内的C1 界面的反射波，一般可在距炮点40~110 km 区间内进行对比追踪。它的能量在不同构造单元上变化比较大，波组在有些地段显示出了较强的振幅，并且可以连续可靠的对比追踪，而在有些地段连续性较差，且能量相对较弱。
    （3）Pc2 波。是来自中地壳底界面的反射波，一般出现在距炮点90~180 km 区间内。平均速度在5.50~6.10 km/s 之间；它的特征与Pc1 波的特征基本类似，局部观测段显示出了较强的振幅特性，可以连续可靠的对比追踪，有时可以对比追踪至200 km以外。
    （4）Pm波。是来自莫霍界面的反射波，研究剖面在距炮点70 km左右可以辨认，平均速度一般为5.90~6.20 km/s，从剖面的各炮记录截面上均可分辨出该波组是一组振幅能量强、震相清晰、连续性好、对比追踪的距离远的优势波组。
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