山西裂谷中部及川西地区的深部构造研究

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山西裂谷带位于鄂尔多斯与华北地块交汇处,在印度洋板块的挤压和太平洋板块西向俯冲的共同作用下形成。山西裂谷带内发育一系列断裂,导致该裂谷带结构复杂,是我国华北地区西部强震活动带。川西地区位于青藏高原的东缘,由于印度板块与欧亚板块两大板块的强烈碰撞,使川滇地区的地壳产生了强烈变形,地震活动频繁,成为我国最显著的强震活动区域。两个区域均为强震发生区,但是又有其各自的特点。因此开展高精度深部构造环境研究,对于进一步认识该区域的孕震环境及地质构造演化有重要意义。本文搜集了两个研究区大量布设的高密度流动台阵和固定地震台站数据资料,采用双差层析成像方法,获得的主要成果及认识如下:(1)利用山西地震台网和高密度流动台站共计7455个地震事件,采用近震双差层析成像方法,获得了分辨率0.2°×0.2°的P波速度分布图像。浅部速度结构呈现出了忻定盆地和太原盆地为明显的两个独立盆地,两个盆地呈现低速异常,被明显高速异常的石岭关隆起相隔;太原盆地与临汾盆地虽被灵石隆起相隔,但是灵石隆起与两个盆地的速度值差别不大,原因可能是地质历史时期两个盆地之间由于古河谷连通,导致在比较长的一段历史时期,灵石隆起在一定范围内是以沉积作用为主导的地质活动,在该区域存在大量的沉积物。(2)穿过太原盆地的剖面反映了太原盆地的相对沉积深度和沉积环境,西侧沉积层倾角较大,东侧沉积层倾角较缓,表现为自西向东沉积层逐渐减薄。穿过1683年原平M7.0地震位置和1303年洪洞M8.0地震位置剖面,结果均显示在中地壳存在明显的低速异常。该低速异常可能在两次强震孕育过程中起到了重要作用。(3)震源机制表明山西裂谷中部下方总体上以正断层地震为主,大部分地震震源机制解的节面大体呈NEE向展布,表明山西裂谷盆地中部的地震整体为右旋剪切拉张所形成;SKS各向异性结果显示忻定盆地所在的区域快慢波延迟时间较小,说明其岩石圈没有明显变薄和强烈变形。太原盆地和临汾盆地所在区域快慢波延迟时间较大,说明这两个区域岩石圈有明显的强烈变形,而且太原盆地附近,近EW向的各向异性快波方向并未受到走向为NE-SW向的拉张盆地影响。(4)地震精定位及利用深度震相进行地震定位结果表明在太原盆地内部中下地壳存在地震;综合分析震源机制、各向异性和中下地壳地震的发生,说明目前太原盆地为主的山西裂谷盆地中部不仅受到右旋剪切拉张应力的作用而且还受到了岩石圈的热物质活动的作用。(5)利用2009年1月1日至2020年7月26日固定台站和流动地震台阵的20542个地震事件,采用近震双差层析成像方法获得了100°E-105°E,25°N-30.5°N范围内分辨率为0.25°×0.25°的P波和S波速度结构。利用2010年1月至2020年6月5290个地震事件,采用地方震双差层析成像方法获得了102.7°E-103.7°E,26.7°N-27.7°N范围内分辨率5km×5km的P波速度结构。(6)川西地区的速度结构表明,在浅部峨眉山火成岩省均表现为高速异常,四川盆地呈现为低速异常,在研究区的北部,在中下地壳,102°E西侧呈现明显低速异常,102°E东部为高速异常,推测高速异常阻挡了中下地壳流继续向向东流动;研究区南部攀西裂谷高速异常持续至30km深度,穿过攀西裂谷剖面,高速异常呈现明显的下宽上窄的形态,通过该位置剖面呈现高波速比异常,推测为二叠世岩浆侵入时保留的地震学证据。(7)川西地区中强震活动区的速度结构结果显示了该区域存在很强的非均匀性,反映了该区域地下介质结构异常复杂,速度结构在很大程度上控制了活动断层的分布;巧家北部存在明显低速异常,认为主要是由于该区域位于大凉山断裂、莲峰断裂、则木河断裂和小江断裂的交汇处,多条活动断裂存在相互作用,可能导致上地壳的岩石受到较大程度的破坏,致使该区域波速较低;在鲁甸地震震源区附近,浅部存在最高速度可达6.4km/s的显著高速异常,10km以下存在最低速度约5.8km/s的明显低速异常,推测浅部的高速异常与高力学强度的基性岩有关,低速异常可能与富含流体的正常中上地壳岩石有关。
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