利用气枪震源测深台阵观测资料建立长江中下游区域尺度三维地壳结构模型

Deep seismic sounding and reflection profile has been used as the main technology to study the deep crustal structure of the Middle and Lower Reaches of Yangtze River for years. We can not get the overall comprehensive understanding of the whole regional crust structure due to the limited amount of the profiles as well as the lop-sided profile result in a particular direction, especially for the regions with more complicated tectonic structure we are apt to obtain the biased understanding of the whole crustal structure just based on one profile. Consequently, it is absolutely necessary to establish a regional scale 3-D fine crustal structure model comprehensively reflecting the deep tectonic background for the research area. In this study, we plan to build the regional scale 3-D crustal structure of the Middle and Lower reaches of Yangtze River using seismic sounding array data generated by air-gun source, to investigate the deep structural framework, the spatial distribution characteristics of fault and magma system. The main contents of this study are as follows: (1) Method developing to extract air-gun weak signal from seismic sounding records with strong ambient noise. (2) Establishing 3-D crustal velocity structure model using multi-phase travel-time joint inversion and evaluating its Resolution and reliability. (3) Discussing deep tectonic setting, dynamic process and generation mechanism of mineralization. The applicant is experienced in studying on deep seismic sounding data and has he ability to complete these research tasks listed as above. Successfully establishing 3-D fine crustal structure model plays an important role in understanding of the deep dynamic process and magmatism mechanism of the Middle and Lower Yangtze metallogenic belt.

多年来，长江中下游地区深部地壳结构研究主要采用地震深反射剖面和深地震测深剖面技术。由于剖面数量十分有限，且剖面结果难以脱离特定方向的“一面之见”，无法形成对地壳结构区域整体的全面认识，尤其对于构造较复杂地区，剖面结果会带来认识上的较大偏差。因此，迫切需要建立能够全方位反映深部构造背景的区域尺度三维地壳精细结构模型。本项目拟利用气枪震源测深台阵观测资料构建长江中下游地区三维地壳结构模型，查明研究区深部结构框架、断裂系统及岩浆空间展布特征。研究内容主要包括：①强噪声下气枪弱信号提取方法研究；②多类震相走时联合反演，建立研究区三维地壳结构模型，并进行模型分辨和可靠性评价；③结合已有地学成果，探讨研究区深部构造背景、成矿动力学过程和机制。申请人在深地震测深资料研究方面具有丰富经验，成功建立三维地壳精细结构模型，对于正确认识长江中下游成矿带深部动力学过程和岩浆活动机制等科学问题具有重要意义。

利用“地学长江计划”陆内大容量气枪测深试验数据进行了气枪弱信号提取方法研究和三维地壳P波模型构建工作。研究结果表明：采用传统的带通滤波方法去噪后，再经过S变换阈值滤波处理，对于炮检距50km以内台站接收到的气枪信号，可较明显地改善信噪比，提高走时读取精度；而对于炮检距50km以远的气枪信号，进一步提高信噪比存在一定困难。时频域相位加权叠加（tf-pws）与直接线性叠加相比，信噪比改善效果可达炮检距150km左右，炮检距50km以内的台站的气枪记录信噪比提高尤其明显。tf-pws基本不会造成波形失真，对震相走时影响很小。研究区地壳速度结构大约在7km深度以上呈现与区域构造线走向一致的NE-SW向的高低速异常条带相间分布特征，可能是燕山期NW-SE向挤压变形的陆内造山残留痕迹。沿长江分布的金属矿集区下方上地壳呈现P波高速异常，高速异常分布范围反映了岩浆在上地壳的作用范围，可能意味着成矿的物质来源。研究区7km深度左右存在速度跃变面或地壳变形不连续面，与反射地震揭示的盖层与基底之间的滑脱面可能为同一构造。安徽沿江地区莫霍面为沿NE-SW走向、平面似喇叭状展布的隆起带，与长江中下游成矿带呈南西狭窄、北东宽阔的“V”字型地带特征吻合，且莫霍隆起带内部结构简单。这些特征表明软流圈上隆和地壳减薄过程集中发生在长江中下游成矿带之下，反映了安徽沿江地区曾发生过壳幔物质的强烈交换和幔源岩浆上涌。因此，安徽沿江地区地幔隆起带可能是区内成岩成矿带形成的主导控制因素。模型恢复测试及反演结果与区域地质演化背景相关性分析结果表明，利用陆内水域气枪震源进行地壳深部结构探测具有可行性和应用前景，而获得中下地壳地震波射线合理的空间分布是提高其应用价值的关键。在台站数量相同的条件下，较均匀的台站分布可能更利于提高模型的分辨。本项目得到的三维地壳模型是研究区目前唯一由深地震测深资料得到的、精度最高的成果，对于陆内水域气枪源地壳结构研究、长江中下游成矿动力学研究具有参考价值。