冲海平原地震测深工程

冲海平原地震测深工程

1腾冲火山岩带地质构造背景1.1东界酸性植物群体腾冲火山区位于高黎贡山褶皱系高丽贡山褶皱带。高黎贡山褶皱带以怒江断裂带为东界,龙陵—瑞丽断裂为南界。区内广泛分布的酸性侵入岩,如沿高黎贡山山脉分布的华力西—印支期花岗岩,和腾冲县城以北大片出露的燕山期、喜马拉雅期花岗岩等。自中新世至第四纪在腾冲一带发生强烈的中基性岩浆喷发活动,堆积了巨厚的熔岩和火山碎屑岩。姜朝松1.2火山活动的季节和构造腾冲地区的火山岩为喜马拉雅期中基性火山岩。火山活动受腾冲弧型构造控制,始于上新世,具有多期喷发的特点,喷发活动延续至全新世。区内地热资源丰富,且地震频度高,表明地下深处有岩浆活动。腾冲地区火山活动分为早、晚2个喷发旋回,4个喷发期。早喷发旋回自上新世至早更新世,由较基性的橄榄玄武岩演化到较酸性的英安岩,包括一、二期火山岩。经过中更新世间歇期,晚喷发旋回从晚更新世开始到全新世,从较基性的橄榄玄武岩开始经安山玄武岩演化到安山岩,包括三、四期火山岩。第一期火山活动以东部陇川断裂带附近最强,向西减弱,且以熔岩溢出为主。第二期火山活动受大盈江永古弧型断裂带控制,中心腾冲一带活动较强。第三期火山活动在腾冲南北一线的第二期火山活动范围内,是活动强度最弱的一期。第四期火山活动在腾冲以北至固东街一带,形成马鞍山、老龟山、打鹰山、大空山等13座火山呈南北向串珠状分布2当前的地球物理研究2.1人工地震测深剖面数据采集云南省地震局和中国地震局地球物理所于1982年和1987年在云南省境内先后进行了两次较大规模的人工地震测深试验(滇深82和滇深8687工程),共完成剖面总长度约2500km的探测。根据这些探测资料的解释陈立华等2.2“三自”结构的应用孙洁等2.3常东北部西向延伸重力梯级带怒江以西腾冲地区的布格重力异常以北西向延伸的重力梯级带为特征,场值表现为由西南向东北减小,梯度约0.5×102.4热流测值分布腾冲火山区大地热流测值高达88.81～118.0mW/m3纵深84(大团山、雄雄石山)岩浆囊存在与否及可能形态是判断火山活动的最主要证据。腾深99人工地震测深工程的目的是探测腾冲火山区地壳结构,确定岩浆囊可能形态及岩浆的分布。为此,我们在腾冲地区布设了一条近南北方向的纵测线和两条近东西向的非纵测线(图1):纵测线南起潞西县中山乡,经潞西、龙陵、腾冲县团田、腾冲县城、固东、明光等地,至自治乡,全长约178km。测线自北向南穿过大团山、小团山、大黑山、黑空山、大空山和小空山等多座火山。纵测线构成相遇的观测系统(图2),在南段与滇深82工程的遮放至宾川测线斜交,并在龙陵至潞西段重合。第一条非纵测线西起盈江的新城,经梁河、囊宋,向东经上营,至怒江边上的道街,全长约85km。第二条非纵测线从西端的猴桥,经古永、三联、曲石,至大坝,全长约50km。在纵和非纵测线上观测点的布设使得在以腾冲热海热田为中心的2500km腾深99工程进行了7次爆破,其中在纵测线两端(自治、中山)和第一条非纵测线两端(新城、道街)分别设置端炮点。另外,在固东、团田和勐养也分别设置炮点。地震波激发以水炮为主,仅在自治和新城用井炮激发(表2)。野外共投入三分量短周期地震仪120套,在纵和非纵测线上作观测,测点间距为2km左右。4震相及视速度分析腾深99工程的野外地震记录质量为优良。除纵测线北段在团田炮的记录中噪音水平较大外,大多数记录的信噪比都相当高。各炮的地震记录用折合速度6.0km/s绘制成记录截面图,用于震相识别和解释。在纵和非纵测线的7炮记录中,震相Pg和PmP可直接辨认。Pg为初至震相,它是在结晶基底内传播的首波或潜波。PmP是从壳幔边界来的反射波,它虽然不是初至波但具有强振幅。除Pg和PmP外,在纵测线上还有3个壳内的反射震相可识别,但反射能量相对较弱。上地幔顶部的折射波(Pn)在大约150km以外作为初至震相识别。由于纵测线长度约180km,因此仅在测线两端炮可记录到Pn波。Pg震相的观测范围为震中距大约20km到100km。它具有容易识别、到时拾取准确等优点。一般情况下,Pg震相的视速度在近炮点观测段随着距离的增大而增大,到一定距离之后趋于平稳,与震中距的变化关系不大。Pn的视速度在8.0km/s和8.1km/s之间变化。各炮记录截面图上可以追踪到地壳内部的反射震相有,P1:在Pg之后出现的一组较强的波,有时振幅比Pg波强,是地壳上部的反射波;P2:在大多数记录上能量较弱,它是地壳中部的反射波;P3:在各炮记录中都可连续追踪的震相,是地壳下部的反射波;PmP:莫霍界面的反射波,其临界距离在80至100km。另外,在个别炮点上还可以追踪到P4震相。中山炮的记录截面图(图4)上,Pg作为初至震相在20～80km距离内具有正常的视速度(5.95～6.05km/s)。在距离100～160km上初至震相视速度为6.10～6.25km/s,一般认为它对应于中上地壳的多个折射波震相。震相P3在40～160km距离内震相清晰,可连续追踪,仅在90～100km左右距离上能量较弱,可能与其反射点在怒江断裂带有关。PmP震相从75km可连续追踪到180km。根据PmP走时计算得到地壳平均速度为6.35km/s。Pn作为初至震相在160km以外清晰显示,它的视速度约为8.05km/s。团田炮的记录截面图(图5)上,Pg南支视速度为6.15km/s,北支在20～80km距离内具有较低的视速度(5.80～5.85km/s)。P2在距离50～110km内、P3在65～115km距离内震相清晰,可连续追踪。PmP北支震相从80km可追踪到117km。固东炮的记录截面图(图6)上,近炮点的Pg走时比其它炮点大0.5秒左右,说明固东炮点下方有较厚的沉积层。Pg南支在20～80km距离内具有较低的视速度(5.75～5.80km/s),北支视速度为5.92km/s。P1在距离45～90km,P2在距离70～130km,P3在距离90～130km内震相清晰,可连续追踪。PmP南支震相可从75km追踪到130km。自治炮的记录截面图(图7)上,Pg在100km距离内具有很低的视速度(5.60～5.65km/s),可能与基底面向南倾斜有关。P1在距离50～80km上有比Pg强的振幅,P2较弱。P3在80～160km距离内清晰,可连续追踪。PmP震相从85km延续到180km。根据PmP震相计算得到地壳平均速度为6.45km/s。Pn在160km以外为初至震相,视速度约为8.00km/s。5沿纵向测量线的二维速度结构5.1反射波的二维速度模型对纵剖面的资料解释,我们采用基于地震波的渐近射线理论Zmax=(Δ/2)√((t/Δ)(dΔ/dt)-1)其中t为反射波走时,Δ为震中距,dΔ/dt为在该点的视速度。只有在界面为水平而且覆盖层为均匀时,上式右边才是反射点的准确深度。一般而言,上式右边的值大于真正的深度。用反射波构制剖面的界面过程已清晰看到横向变化特征,因此不必过分强调一维速度模型的分析,而仅把一维模型作为二维初始模型的参考。在用射线追踪方法作初至和续至震相的走时拟合的基础上,用Cerveny和Psencik的二维射线合成地震图方法5.2地壳厚度、结构在对各炮记录截面图上作震相识别的基础上,拾取相应的走时值。全部走时值用标准高程为1.5km作地形校正。然后,如图8所示,构制出二维地壳模型。在纵测线的初步二维地壳模型中,地壳可分为上、中、下三部分。从地表到P1界面为上地壳,P3界面至莫霍界面为下地壳,中间部分为中地壳。沉积层的速度由纵测线上各近炮点记录分析得到的平均速度,即4.60km/s。纵测线的地壳平均厚度为40km。P1的平均速度为5.94km/s,平均深度为12km;P2的平均速度为6.0km/s,平均深度为18.0km;P3的平均速度为6.10km/s,平均深度为23.0km;P4(仅在腾冲和固东间存在)的深度为28.0km。中地壳由2层组成,平均速度为6.17km/s。龙陵以南的地壳结构与滇深82工程的遮放至保山段(表1)基本一致。测线的团田至腾冲段以及腾冲县城附近与测线南段和北段相比,具有相当低的基底速度(5.80km/s)。龙陵附近界面的反射震相基本上都不清晰,且龙陵以南与以北的地壳速度结构有较大的差异,说明它们属于不同的构造单元,其分界线与龙陵—瑞丽断裂相对应。另外,在腾冲县城以北还可能存在另一条断裂。在腾冲与固东之间,P2和P3界面有明显的上拱现象,且其下方的P4界面清晰,可能与岩浆囊存在有关,但还需要作进一步研究。6地壳s波的二维速度分布和采样阚荣举等拟进行的解释和研究工作有:(1)在纵剖面的解释中,对Pg震相到时用有限差分层析反演方法(2)在得到上部地壳二维模型的基础上,以各炮的走时资料为主要依据,并参考振幅的信息,对纵剖面的地壳作二维正向模拟。使用基于射线方法的SEIS-83程序(3)对纵与非纵剖面上观测记录的震相到时,利用地震层析成象方法(4)在腾冲火山区布设的微震台网,观测到了1999年4月吉林珲春深震。根据这些记录,用接收函数方