中国大陆及邻区地震速度结构分析

2025-04-05 21:26:33

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回答1：

中国大陆主要成矿域地壳上地幔三维速度结构研究是成矿系列与地球物理研究的首次结合。汇集了天然地震资料（安昌强等，1993；陈国英等，1991；陈立华等，1992；宋仲和等，1991，1992；庄真等，1992），给出中国大陆主要成矿域地壳上地幔三维速度分层结构模型，根据各层的厚度和地震波速度差异，揭示出主要成矿域地壳上地幔速度结构的主要特征和勾绘出主要框架。

（一）中国大陆剪切波速度结构切片分析结果

对中国大陆及邻区剪切波速度图像进行切片分析（图2-27 至图2-34）。得到沿东西剖面纵向0～240 km深度速度结构分布特征。

1.30～33分格剪切波速度特征

图2-27 中国大陆及邻区剪切波速度结构分格示意图

分析30～33 分格（图2-28）剪切波速度特征，可将地壳上地幔分为东西两个结构单元，即大兴安岭造山带（30分格）和松辽盆地、张广才岭佳木斯隆起带（31～33分格）。沿30～33分格剖面岩石圈厚度由西向东逐渐减薄，西部构造单元岩石圈厚，厚度为90 km；东部构造单元岩石圈薄，厚度为80 km。大兴安岭造山带厚壳（地壳）厚幔（岩石圈地幔），松辽盆地、张广才岭佳木斯隆起带薄壳（地壳）薄幔（岩石圈地幔）。在30～33分格这一条带中P波解释的地壳结构可以参考内蒙古满洲里―黑龙江绥芬河地学断面的解释。大兴安岭造山带软流圈速度值高与剖面西部区域。软流圈顶界面埋深大于剖面西部区域。剖面西部大兴安岭造山带地壳底部速度降低，剖面东部中地壳低速层发育。

图2-28 地壳上地幔剪切波30～33 分格速度结构

S波单位：km/s

2.38～51分格剪切波速度特征

分析38～51分格剪切波速度特征，可将地壳上地幔分为5个结构单元，即天山造山带（38～42分格）、巴丹吉林沙漠（43分格）、阴山山脉（44～47分格）、燕山辽河平原（48～49分格）和长白山隆起带（50～51分格）。沿38～51分格剖面岩石圈厚度由西向东台阶式减变薄，天山造山带岩石圈厚度为110 km、地壳厚度为50 km，巴丹吉林沙漠岩石圈厚度为96 km、地壳厚度为46 km，阴山山脉岩石圈厚度为82 km、地壳厚度为42 km，燕山辽河平原岩石圈厚度为75 km、地壳厚度为35 km和长白山隆起带岩石圈厚度为70 km、地壳厚度为33 km。剖面西部天山造山带具有较高的岩石圈地幔速度值（4.5～4.7 km/s）。剖面东部地区的岩石圈地幔速度值为4.3～4.4 km/s。大陆软流圈与海洋软流圈的明显分界在49和50分格之间。长白山隆起带（50，51分格）下为海洋软流圈，剪切波速度值小于4.1 km/s。50分格以西地区为大陆软流圈，剪切波速度值大于4.1 km/s。巴丹吉林沙漠地壳底部剪切波速度值较高（4.0 km/s），可能存在壳幔混合层。44分格以东地区中地壳低速层广泛发育。强烈的地壳上地幔变形产生在燕山隆起带和辽河盆地之间。

图2-29 地壳上地幔剪切波38～51 分格速度结构

S波单位：km/s

3.56～73分格的剪切波速度特征

分析56～73分格（图2-30）剪切波速度特征，可将地壳上地幔分为5个结构单元，即塔里木盆地（56～60 分格）、祁连山（61～63 分格）、鄂尔多斯（64～66 分格）、华北、黄海（67～69分格）和日本海、日本岛（70～73分格）。沿56～73分格剖面岩石圈厚度由西向东台阶式减薄，塔里木盆地岩石圈厚度为110 km、地壳厚度为48 km，祁连山造山带岩石圈厚度为86 km、地壳厚度为56 km，鄂尔多斯岩石圈厚度为75 km、地壳厚度为45 km，华北、黄海岩石圈厚度为63 km、地壳厚度为33 km和日本海、日本岛岩石圈厚度为50 km、地壳厚度为25 km。剖面西部塔里木盆地岩石圈地幔具有较高的剪切波速度值（4.6～4.7 km/s）。

剖面东部地区的岩石圈地幔速度值为4.3～4.5 km/s。大陆软流圈与海洋软流圈的明显分界在69和70分格之间。日本海、日本岛（70～73分格）下为海洋软流圈，剪切波速度值小于4.1 km/s。69分格以西地区为大陆软流圈，剪切波速度值大于4.1 km/s。鄂尔多斯地壳底部（63～64分格）剪切波速度值较高（4.1 km/s），可能存在壳幔混合层。67分格以东地区地壳底部低速层广泛发育。强烈的地壳上地幔变形产生在青藏高原的东部边界上（63分格）。太平洋板块高速体俯冲前锋达到黄海软流圈之中（69～73分格），在华北盆地软流圈内留下拆沉高速体。大陆软流圈与海洋软流圈的明显分界在黄海和日本海（69和70分格）之间。沿38～51分格剖面大陆软流圈明显分为东西两部分，剖面西部青藏高原软流圈具有较高的剪切波速度值4.4～4.7 km/s，剖面东部祁连山、鄂尔多斯、华北、黄海（63～69分格）软流圈剪切波速度值较低（4.1～4.3 km/s），日本海、日本岛（70～73分格）为海洋软流圈，剪切波速度值4.0～4.2 km/s。青藏高原岩石圈特征为厚壳（地壳）厚幔（岩石圈地幔）、刚性（高速度）岩石圈、冷（高速度）软流圈。鄂尔多斯、华北、黄海岩石圈特征为薄壳（地壳）薄幔（岩石圈地幔）和热（低速度）软流圈。

图2-30 地壳上地幔剪切波56～73 分格速度结构

S波单位：km/s

4.75～87分格的剪切波速度特征

分析75～87 分格（图2-31）剪切波速度特征，可将地壳上地幔分为4个结构单元，即青藏高原（75～81分格）、秦岭山脉（82～84分格）、华北平原（85～86分格）、黄海（87分格）。沿75～87分格剖面岩石圈厚度西厚东薄，青藏高原岩石圈厚度为130 km、地壳厚度为70 km，秦岭山脉岩石圈厚度为65 km、地壳厚度为35 km，华北平原岩石圈厚度为63 km、地壳厚度为33 km，黄海岩石圈厚度为60 km、地壳厚度为28 km。剖面西部青藏高原具有较高的岩石圈地幔速度值（4.5～4.7 km/s）。剖面东部地区秦岭山脉、华北平原、黄海的岩石圈地幔速度值为4.3～4.4 km/s。沿75～87分格剖面大陆软流圈明显分为东西两部分，剖面西部青藏高原软流圈（75～81 分格）具有较高的剪切波速度值4.5～4.7 km/s，剖面东部秦岭山脉、华北平原、黄海（82～87分格）软流圈剪切波速度值较低为4.0～4.2 km/s，青藏高原巨厚的地壳内部（78～80分格）有一个低速体（3.5～3.7 km/s）使中地壳剧烈变形。巴颜喀拉山地壳底部有一个高速体（4.0 km/s）。秦岭山脉地壳上地幔形成一个垂向低速带，软流圈上隆，是地幔物质上侵的运移通道，具有典型的多金属成矿带的有利地球物理背景特征。

图2-31 地壳上地幔剪切波75～87 分格速度结构

S波单位：km/s

5.92～106分格的剪切波速度特征

分析92～106分格（图2-32）剪切波速度特征，可将地壳上地幔分为4个结构单元，即青藏高原（92～97 分格）、四川盆地（98～99 分格）、大别山（100～102 分格）、东海、太平洋（103～106分格）。大陆软流圈和海洋软流圈的分界在102和103分格之间。东海应归属于海洋上地幔结构。沿92～106分格剖面岩石圈厚度由西向东台阶式减薄，青藏高原岩石圈厚度为130 km，地壳厚度为70 km，四川盆地岩石圈厚度为100 km、地壳厚度为45 km。大别山岩石圈厚度为75 km、地壳厚度为35 km，东海、太平洋岩石圈厚度为55 km、地壳厚度为25 km。

剖面西部青藏高原具有较高的岩石圈地幔速度值（4.5～4.6 km/s）。剖面东部四川盆地、大别山、东海、太平洋地区的岩石圈地幔速度值为4.3～4.4 km/s。沿92～106分格剖面大陆软流圈明显分为东西两部分，剖面西部青藏高原、四川盆地软流圈（92～97分格）具有较高的剪切波速度值4.5～4.6 km/s，剖面东部大别山地区（99～102 分格）是另一个软流圈剪切波速度较高区域，剪切波速度值为4.5～4.7 km/s，已属于华南软流圈范围。这两个高速软流圈区域为一个垂向低速带（南北构造带，98分格）所分隔。96～97分格中上地壳有一个高速体（3.4～3.6 km/s），98～101 分格地壳底部有高速体（4.0 km/s）。东海、太平洋（103～106 分格）为海洋软流圈剪切波速值小于4.1 km/s。太平洋板块高速体（104～106分格）插入在120 km的软流圈之中直达中国海岸线。

6.108～119分格的剪切波速度特征

分析108～119分格（图2-33）剪切波速度特征，可将地壳上地幔分为3个结构单元，即印度板块（108～111分格）、云贵高原、东南丘陵（112～116 分格）、中国台湾、太平洋（117～119分格）。大陆软流圈和海洋软流圈的分界在116 和117 分格之间。沿108～119分格剖面巨厚的大陆岩石圈和薄的海洋岩石圈形成明显的差异，剪切波速度也存在明显的差异。印度岩石圈厚度为120 km、地壳厚度为40 km，云贵高原、东南丘陵岩石圈厚度为120 km、地壳厚度为35 km，中国台湾、太平洋岩石圈厚度为60 km、地壳厚度为25 km。剖面西部印度岩石圈地幔具有较高的剪切波速度值（4.5～4.7 km/s）。剖面东部华南岩石圈地幔也具有较高的剪切波速度值4.4～4.7 km/s。沿92～106分格剖面大陆软流圈明显分为东西两部分，剖面西部印度软流圈（108～110分格）具有较高的剪切波速度值4.5～4.6 km/s，剖面东部华南地区（112～116分格）是另一个软流圈剪切波速度较高区域，剪切波速度值为4.3～4.7 km/s。这两个高速软流圈区域为一个垂向低速带（南北构造带，111分格）所分隔。华南（114～116分格）地壳底部有高速体（4.0 km/s）。台湾海峡、太平洋（117～119分格）为海洋软流圈剪切波速值小于4.1 km/s。华南岩石圈特征为薄壳（地壳）厚幔（岩石圈地幔），它与华北岩石圈的薄壳薄幔、特征形成鲜明对比，说明他们的演化机制和背景不同。

图2-32 地壳上地幔剪切波92～106 分格速度结构

S波单位：km/s

7.123～129分格的剪切波速度特征

分析123～129分格（图2-34）剪切波速度特征，可将地壳上地幔分为大陆和海洋两个大的结构单元，即华南大陆（123～127分格）和台湾海峡、太平洋板块（128～129分格）。大陆软流圈和海洋软流圈的分界在126和127分格之间。沿123～129分格剖面巨厚的大陆岩石圈已经伸展至台湾海峡。大陆岩石圈厚度为80 km、地壳厚度为40 km，太平洋岩石圈厚度为50 km、海洋地壳厚度为25 km。大陆岩石圈地幔具有较高的剪切波速度值（4.3～4.5 km/s），海洋岩石圈地幔剪切波速度值4.2～4.3 km/s。大陆软流圈（123～126分格）具有较高的剪切波速度值4.4～4.7 km/s，台湾海峡、太平洋（127～129分格）为海洋软流圈剪切波速值小于4.2 km/s。

图2-33 地壳上地幔剪切波108～119 分格速度结构

S波单位：km/s

华北和东北具有薄的岩石圈，100 km 深处（图2-35），已经进入软流圈。速度为4.10～4.20 km/s；中国西部和华南具有厚的岩石圈，100 km深处，仍在岩石圈地幔中，速度为4.50～4.60 km/s；攀西软流圈上隆速度降低，为4.20 km/s。在100 km深度地震剪切波速度图上、将中国地震震源深度和大地构造叠合。可以看出太平洋板块俯冲作用的空间差异、时间差异和角度差异，造成中国东部东北、华北和华南的差异。

在150 km和200 km深度（图2-36，图2-37），东、西部均已经进入软流圈。以西昆仑-阿尔金-祁连山-秦岭-大别为南北分界，以东经105°为东西分界，将中国大陆可以划分为3个速度结构区，即中国北部、青藏高原和华南。青藏高原和华南为高速区，速度分别为 4.30～4.50 km/s 和 4.30～4.70 km/s。华北为低速区，速度为4.10～4.20 km/s。在200 km 深度，东北辽宁附近速度为 4.20～4.60 km/s 的局部高速区为板块俯冲的结果。

图2-34 地壳上地幔剪切波123～129 分格速度结构

S波单位：km/s

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