北山构造带南部上地壳二维初至波层析成像

doi:10.13745/j.esf.sf.2022.2.2

地学前缘 ›› 2022, Vol. 29 ›› Issue (2): 402-415.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.2.2

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北山构造带南部上地壳二维初至波层析成像

吴国炜¹(), 熊小松¹^,²^,^*(), 高锐³, 陈宣华¹, 李英康⁴, 王冠², 王小成⁵, 任海东⁶

1.中国地质科学院地球深部探测中心, 北京 100037
2.自然资源部深地动力学实验室/中国地质科学院地质研究所, 北京100037
3.中山大学地球科学与工程学院, 广东广州 510275
4.自然资源实物地质资料中心, 河北廊坊 101149
5.青海省有色地质矿产勘查局地质矿产勘查院, 青海西宁 810007
6.青海大学地质工程系, 青海西宁 810016

收稿日期:2022-01-30 修回日期:2022-02-08 出版日期:2022-03-25 发布日期:2022-03-31
通讯作者: 熊小松
作者简介:吴国炜(1995—),男,硕士研究生,主要从事大陆岩石圈的结构与演化研究。E-mail: wuguowei19@mails.ucas.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(41774114);国家自然科学基金项目(41590863);国家自然科学基金项目(41574093);中国地质调查局地质调查项目(DD20190011);中国地质调查局地质调查项目(DD20179342);中国地质调查局地质调查项目(DD20160083);国家重点研发计划项目(2016YFC0600302);青海省科技厅基础研究计划项目(2018-ZJ-944Q)

2D Tomographic imaging of the P-wave velocity structure in the upper crust beneath the southern Beishan tectonic belt

WU Guowei¹(), XIONG Xiaosong¹^,²^,^*(), GAO Rui³, CHEN Xuanhua¹, LI Yingkang⁴, WANG Guan², WANG Xiaocheng⁵, REN Haidong⁶

1. Sinoprobe Center, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
2. Key Laboratory of Deep-Earth Dynamics of Ministry of Natural Resources/Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
3. School of Earth Sciences and Engineering, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, China
4. Geological Information Center, Ministry of Land and Resources, Langfang 101149, China
5. Geology and Mineral Resources Exploration Institute of Qinghai, Qinghai Provincial Non-ferrous Metal Geological and Minerals Exploration Bureau, Xining 810007, China
6. College of Geological Engineering, Qinghai University, Xining 810016, China

Received:2022-01-30 Revised:2022-02-08 Online:2022-03-25 Published:2022-03-31
Contact: XIONG Xiaosong

摘要/Abstract

摘要：

花海盆地—北山构造带南部位于青藏高原东北缘以北地区,是特提斯洋和古亚洲洋两大构造域的交接部位,自新元古代晚期以来经历了多期次、多阶段的板块裂解-俯冲-碰撞-拼合的演化历史,尤其是中生代以来的逆冲推覆和走滑作用,以及受新生代以来印度板块和欧亚板块碰撞的远程效应影响,导致青藏高原东北缘的向北扩展,形成了现今复杂的地质地貌结构。其地壳结构记录了多期构造作用的叠加,上地壳结构更是促进我们理解青藏高原东北缘向外的扩展机制及其对周缘块体的改造作用的天然记录本。本文利用2018年中国地质科学院在北山构造带南部完成的180 km深反射地震剖面的初至波(Pg震相)数据,通过层析成像反演方法,获得了花海盆地—北山构造带4 km深度范围内的上地壳P波速度结构。其主要特征为:花海盆地、总口子盆地和扎格高脑盆地均表现为较低的速度和较小的垂向速度梯度;研究区内的晚古生代花岗岩体具有明显的高速异常和较大的垂向速度梯度特征;左行走滑的阿尔金断裂带在花海盆地内表现为向北倾的高角度走滑性质,深度至少切穿花海盆地基底;北山南缘断裂带的推测隐伏区呈现速度等值线下凹的低速异常特征。同时,反演揭示的多处低速异常区指示了北山构造带南部的多处断层发育情况。

关键词: 北山构造带南部, 花海盆地, 层析成像, 上地壳速度结构

Abstract:

The Huahai Basin-Beishan tectonic belt is located north of the northeastern margin of the Qinghai-Tibetan Plateau and is the junction zone connecting the Tethys and Paleo-Asian Ocean domains. Since the Late-Neoproterozoic it has undergone multi-era, multi-stage evolution involving multiple plate splitting, subduction, collision and merging events. The subsequent overthrusting and strike-slip faulting since the Mesozoic, in particular the northward expansion of the northeastern margin of the Tibetan Plateau caused by the far-field effect of the collision between the Indian and Eurasian plates in the Cenozoic, formed the present complex geological/geomorphological structure. The crustal structure records the overprinting of the tectonics, whereas the upper crust is a natural notebook valuable for understanding the outward growth of the NE Tibet and its role in the transformation of the adjacent tectonic units. In this paper, based on the first arrive seismic wave (Pg phase) data from the 180 km-long deep seismic reflection profile completed by the Chinese Academy of Geological Sciences in 2018, we applied the tomographic inversion method to determine the P-wave velocity structure in the upper crust beneath the Huahai Basin-southern Beishan tectonic belt, 0-4 km deep underground. It was found that the three basins, Huahai, Zongkouzi and Zhagehao Basins, have a relatively low P-wave velocity and small vertical velocity gradient; the Late-Paleozoic granite outcrop shows obvious high-velocity anomalies and large vertical velocity gradient; and the left strike-slip Altyn fault zone across the southern margin of the Huahai Basin is a north-dipping high-angle strike-slip fault as deep as cutting through the basin basement at the least. In addition, many low-velocity anomalies revealed the extend of fault development in the southern Beishan.

Key words: southern Beishan, Huahai Basin, tomography, upper crustal structure

中图分类号:

P631.4
P542

吴国炜, 熊小松, 高锐, 陈宣华, 李英康, 王冠, 王小成, 任海东. 北山构造带南部上地壳二维初至波层析成像[J]. 地学前缘, 2022, 29(2): 402-415.

WU Guowei, XIONG Xiaosong, GAO Rui, CHEN Xuanhua, LI Yingkang, WANG Guan, WANG Xiaocheng, REN Haidong. 2D Tomographic imaging of the P-wave velocity structure in the upper crust beneath the southern Beishan tectonic belt[J]. Earth Science Frontiers, 2022, 29(2): 402-415.

图/表 11

图1 深反射地震测线位置图及研究区主要地质构造(据文献[1]修改)

Fig.1 Geological map of the study area showing the location of the deep seismic reflection profile (survey line in red line)and the geological structure of the area. Modified after [1].

图2 花海盆地—北山构造带地质简图图中蓝色线为花海—北山深反射剖面,黑色数字为对应白色点至剖面南端的距离。

Fig.2 Simplified geological map of the Huahai Basin-Beishan tectonic belt. Blue line is the survey line of the deep reflection profile, where the numbers indicate the distance between the sampling points and the south end of the profile.

图3 初至波走时层析成像数据处理的基本流程

Fig.3 Flowchart of seismic wave travel tomography data processing

表1 采集参数表

Table 1 Data sampling parameters

震源类型	炸药量/kg	炮间距/m	井深/m	井数	道间距/m	接收道数
中炮	150	960	45	2	40	960
小炮	48	240	33	1	40	960

图4 单炮记录初至拾取图中红色线为拾取的初至到时。

Fig.4 First arrival pickup of single shot records. Red line indicates the first arrival time of the pickup for all channels

图5 所有单炮记录的初至拾取结果

Fig.5 First-arrival pickup results of all single-shot records

图6 初始一维速度模型

Fig.6 Initial 1D velocity model

图7 层析反演的迭代收敛曲线

Fig.7 Iterative convergence curve for tomographic inversion

图8 沿测线高程(a)、层析反演的速度结构(b)和层析反演的射线密度分布图(c)

Fig.8 Plot of the elevation along the survey line (a), the velocity structure of the tomographic inversion (b) and the ray density distribution map of the tomographic inversion (c)

图9 拾取初至走时(a)、最终模型的拟合走时(b)和拾取走时与拟合走时对比图(c) 图中红色线为拾取走时,蓝色线为最终模型拟合走时。

Fig.9 Plots of first arrival travel time (a) and fitted travel time from the final model (b) vs. survey distance, and superposition of the two plots (c)

图10 沿测线地形图(a)、反演得到的速度剖面图(b)和速度剖面解释图(c) 图中黑色虚线为推测的盆地结晶基底顶部位置,红色实线和为推测的断层。

Fig.10 (a) Topographic map along the survey line, (b) velocity profile obtained by inversion, and (c) interpretation of the velocity profile. In c the black dotted line indicates the inferred position of the top of the crystalline basement in the basin, and red solid line the inferred fault.

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