用深地震反射和折射综合探测方法研究华北克拉通西部的岩石圈细结构和浅部构造响应

The destruction of the North China Craton (NCC) is highly spatially inhomogeneous. The inherent heterogeneity of the cratonic lithosphere and the tectonics of interactions among the sourrounding blocks may be responsible for the distinctly different tectonic processes and deformation patterns in the different parts of the NCC. The tectonic diversity certainly would have left significant imprints on the deep structure beneath different geological domains of the craton. We propose a seismic exploration experiment which consists of a 120km-long joint profile of deep seismic reflection and high-resolution refraction profile crossing Yinchuan garben in Western of the NCC, to image fine velocity structure of the crystalline basement and reflectivity structure in the lithosphere scale, to analyze the deep-shallow tectonics characters、structure variations and coupling relationship in the Yinchuan garben. Combining the results of geological structure、geochemistry and other geophysical explorations, the deep processes, response of shallow tectonics and geodynamic implication in the western part of the NCC will be discussed. We will also use deep seismic reflection data acquired in Taihang Mountains, North China Plate, the Northern margin of Ordos and the Southern segment of the Tanlu Fault Zone to simultaneously interpret the characters of the deep-shallow tectonics and crust-mantle transition zone in the different positions of the NCC. The spatial variation and diversity of shallow tectonic response of the NCC destruction will also be discussed. The results will provide seismological evidences for building Comprehensive geodynamic model of the NCC destruction.

华北克拉通的破坏在空间上是高度不均匀的。克拉通岩石圈性质的横向差异及其周围块体的构造运动和相互作用，造成克拉通不同地区的构造变形特征具有明显的差异性，而这种差异必然会在深部结构上留下印迹。本项目拟在华北克拉通西部的银川地堑完成一条长度120km的深、浅地震反射和高分辨地震折射综合探测剖面，获得该地区近地表至岩石圈深度的精细结构和构造图像，分析研究银川地堑与两侧地块的结构差异和耦合关系。结合地质构造、地球化学和其它地球物理探测成果，探讨华北克拉通西部的深部过程、浅部响应以及所包含的地球动力学含义。另外，通过对太行山、华北平原区、鄂尔多斯北缘、郯庐断裂带南段等构造部位上已有深地震反射剖面的分析解释，得到华北克拉通不同构造部位的壳幔过渡带和深、浅构造特征，探讨华北克拉通破坏所引起的浅部构造响应的空间差异性和多样性，从而为构建华北克拉通破坏的综合动力学模型提供地震学证据。

位于南北构造带北段的贺兰山和银川盆地是华北克拉通西部的一个板内构造变形带和活动构造带，有着复杂的形成和演化历史, 对该区复杂的地质构造和现代地震活动有着重要的控制作用。2014年初，在国家自然科学基金资助下，我们在华北克拉通西部横跨贺兰山和银川盆地完成的长度135km的深地震反射剖面和长度500km的深地震宽角反射/折射剖面揭示了该区的岩石圈精细结构和断裂的深、浅构造特征。研究结果表明，沿剖面地壳厚度40～48km，Moho面自东向西逐渐加深，在银川盆地下方，Moho面出现上隆，在贺兰山下方，Moho面呈凹陷形态，与基底面呈“镜像”对应关系。上地幔反射波组（UMR）在剖面上向东倾，其埋深为82～92km。沿剖面不同构造部位的P波和S波速度分布明显不同，阿拉善和鄂尔多斯地块的地震波速度由浅到深呈正梯度增加，且壳内无低速层存在，而在贺兰山和银川盆地的中-下地壳内，则存在有明显的低速异常，显示了该区深部结构的复杂性。深地震剖面揭示的断裂以贺兰山为界有着不同的构造特征，在贺兰山东侧，黄河断裂、贺兰山东麓断裂以及银川盆地内的多条隐伏断裂均为第四纪以来仍在活动的正断层，控制了银川盆地的新生代沉积，在剖面上呈“负花状”构造展布；在贺兰山西侧，巴彦浩特断裂和贺兰山西麓断裂在剖面上表现为东倾的逆冲断层，使得贺兰山隆起区的中生代地层发生褶皱、冲断和结构变形；地壳深断裂位于银川盆地的西侧，该深断裂倾角陡直，向下错断中-下地壳和莫霍面，向上与两组上地壳断裂相联系；这套不同时期形成的走滑、逆冲和正断并存的深浅断裂系统是该区盆山耦合、地壳结构变形和壳幔结构变化的构造条件。项目成果不但可为分析研究和了解华北克拉通西部复杂的深部结构、不同地块的结构差异和深浅构造关系提供新的地震学证据，而且，对进一步了解华北克拉通破坏的空间不均匀性也有重要科学意义。