用超长观测距地震宽角反射/折射剖面研究华北克拉通北部岩石圈结构和性质

东起黄河入海口附近沿东营、忻州、乌海一线，近东西向布设横穿华北克拉通北部主要构造走向长1200km、实施5次吨级（其中3次3-8吨）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测深数据，重要构造部位布设适量宽频带地震仪。结合华北地区以往取得的地震测深资料和天然地震的观测数据，采用多种先进的数据处理解释方法，研究现今华北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的地震模型。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。

本项目利用长观测距地震测深剖面技术，完成了从山东半岛文登至内蒙古阿拉善左旗长1650km、11炮的人工地震测深数据采集，获得了来自地壳上地幔地震波资料，通过震相识别和二维理论地震图正演拟合，得到了华北克拉通东西向的二维岩石圈P、S波速度结构，以及由速度结构和实验岩石学研究结果联合推测的二维岩石圈岩性结构。结果表明，山东半岛新生界薄，地壳分4层，莫霍平坦，层间速度均匀，地壳平均厚度约32km，平均P波速度6.29km/s，上地幔顶部P波速度约8.05km/s；华北盆地盖层厚5~8km，地壳分3层，莫霍界面起伏大，约在3~4km之间，层间速度纵横向变化较大，中上地壳存在低速体，地壳平均厚度在29~30km之间，平均P波速度6.11km/s，上地幔顶部P波速度7.90~7.95km/s；山西高原盖层厚度在0.5~2.0km之间，盖层外，地壳分4层，莫霍界面至东向西迅速加深，由华北盆地的30km加深到39km，地壳平均厚度约37km，平均P波速度6.18km，上地幔顶部P波速度8.03km；鄂尔多斯盖层东浅西深，厚度2~5km，结晶地壳分4层，莫霍较平坦，层间速度很均匀，地壳平均厚度约40km，平均P波速度6.22km/s，上地幔顶部P波速度8.30km/s。S波也有类似的结构。根据南北向穿过鄂尔多斯块体地震测深结果，发现南北向和东西向上地幔顶部P速度存在0.20km/s的差值，南北向为8.00~8.10km/s，这个差值绝非计算误差所造成。据此，鄂尔多斯上地幔顶部可能存在地震各向异性，快波方向近东西向。与用SKS波组得到的快波方向有夹角。这种现象可能是鄂尔多斯内部下岩石圈保留了其古老克拉通形成时的岩石各向异性，即下岩石圈是由方辉橄榄岩组成。鄂尔多斯地壳上部可能为花岗质岩石类型，中下地壳闪岩+花岗质岩石类型。山西高原岩石圈地幔可能由辉石橄榄岩组成，中下地壳可能是石榴石粒变岩成分。华北盆地岩石圈地幔可能由二辉橄榄岩组成，下地壳上部为中性麻粒岩组分，下部为辉长岩组分间或有榴辉岩组分。据以上分析，认为华北克拉通的鄂尔多斯现今仍处于较为稳定的状态，其周缘已被周边活动地块深部过程影响。山西高原受太平洋俯冲板块前缘影响，仍处于活动状态，华北东部处在俯冲板块影响的后期。