深地震测深和深地震反射走时联合反演地壳速度结构及其应用

Deep seismic sounding experiment (wide-angle seismic refraction and reflection) plays a crucial role in reconstructing the crustal velocity structure. The inversion precision is limited due to the sparse observation system. Deep seismic reflection intensively collected on the same line can obtain fine structures, which can provide fine interface constrains for deep seismic sounding; If the kinematic information (traveltime) of deep seismic reflection is fully used to make joint traveltime inversion with deep seismic sounding data, the model resolution can be improved and the non-uniqueness can be reduced. Joint traveltime inversion is commonly applied to the structure of continental margin, and less used in the continental crust due to the high cost of data acquisition and the thick and complex continental crust. On the basis of deep seismic sounding and deep seismic reflection data, this project intends to overcome technical difficulties such as phase identification, joint inversion of multi seismic phases, and improve the joint traveltime inversion on land. Then we would try to imply this method to the reconstruct of fine crustal structure beneath Longmenshan orogenic belt, and to provide deep constrains to the tectonic movement and lateral expansion of the eastern margin of the Tibet Plateau.

深地震测深（也称宽角反射/折射地震）方法是重建地壳速度结构的重要手段，但由于观测系统稀疏使反演精度受限。同测线密集采集的深地震反射剖面可获得精细的地壳构造形态，为深地震测深解释提供几何约束。故深地震反射与深地震测深走时联合反演，可提高解释模型分辨率，减少反演非唯一性。深地震反射与深地震测深走时联合反演技术在国际上已有发展，通常用于大陆边缘薄地壳结构研究。在大陆内部，受采集成本、陆内地壳厚且结构复杂等限制，大陆地壳研究中应用还较少。本项目拟在已有同测线采集的深地震测深和深地震反射数据支持下，克服震相识别、多震相联合反演等技术难点，发展大陆内部深地震测深和深地震反射走时联合反演技术，并尝试应用到青藏高原东缘龙门山造山带地壳精细结构成像，为探讨青藏高原隆升和扩展机制，以及地震活动背景，提供深部结构约束。

龙门山断裂带位于青藏高原东缘，在中生代和晚新生代经历强烈的构造变形，急剧抬升，是研究青藏高原隆升和扩展动力学过程的重要窗口。本项目利用“阿坝-龙门山-遂宁”宽角反射/折射地震数据，结合跨龙门山断裂带的深反射地震数据，两种人工源地震资料，联合走时反演，重建研究区地壳速度结构。.首先，针对该区地表强烈起伏变化的情况，本项目自主研发了起伏地形下高精度初至波和反射波联合走时反演方法。该方法采用数学变换手段将笛卡尔坐标系的不规则模型映射到曲线坐标系的规则模型，实现起伏地形下高精度的速度结构成像，从而为起伏地形下利用初至波和反射波数据高精度重建全地壳速度结构提供了一种全新方案。数值算例从正演计算精度、反演中初始模型依赖性、反演精度、纵横向分辨率以及抗噪性等方面验证了算法的正确性和可靠性。.再次，针对两条近似同测线采集的深地震测深和深地震反射剖面，本项目克服震相识别、多震相联合反演等技术难点，发展了大陆内部深地震测深和深地震反射走时联合反演技术，在藏东缘跨龙门山断裂带进行了尝试性应用，获得了初步成果。.最终，我们获得了藏东缘跨龙门山断裂带剖面下方速度结构。剖面自西向东跨越松潘-甘孜块体、龙门山断裂带和四川盆地，不同块体速度结构表现了显著的差异。松潘甘孜块体地表复理石沉积层内有高速岩体侵入，低速层底界面起伏不平反映了该区的逆冲推覆构造。中下地壳速度横向上连续变化，平均速度较低（~6.26 km/s）。四川盆地沉积层西厚东薄，并在西侧出现与挤压和剥蚀作用相关的压扭形态。中下地壳西薄东厚，平均速度较高（~ 6.39 km/s）。龙门山断裂带是地壳速度和厚度的陡变带，Moho面自西向东抬升约13 km。在整个剖面上Moho面表现为韧性挠曲，中下地壳横向上连续变化，推测古扬子块体已到达松潘甘孜块体下方。松潘甘孜块体下方中下地壳韧性变形，并在底部拖曳着被断裂切割的脆性上地壳，应力在不同断裂上积累和释放，诱发大量地震。