引用本文
酆少英, 刘保金, 李倩, 袁洪克, 朱国军, 田一鸣, 王宏伟, 侯黎华, 邓小娟, 谭雅丽. 深地震反射剖面揭示的华北地块南缘地壳的精细结构[J]. 地震地质, 2020,42(3): 581-594.
FENG Shao-ying, LIU Bao-jin, LI Qian, YUAN Hong-ke, ZHU Guo-jun, TIAN Yi-ming, WANG Hong-wei, HOU Li-hua, DENG Xiao-juan, TAN Ya-li. THE FINE CRUSTAL STRUCTURE OF THE SOUTHERN MARGIN OF NORTH CHINA BLOCK REVEALED BY DEEP SEISMIC REFLECTION PROFILE[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2020,42(3): 581-594.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.003
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深地震反射剖面揭示的华北地块南缘地壳的精细结构
酆少英, 刘保金*, 李倩, 袁洪克, 朱国军, 田一鸣, 王宏伟, 侯黎华, 邓小娟, 谭雅丽
中国地震局地球物理勘探中心, 郑州 450002
*通讯作者: 刘保金, 男, 研究员, 主要从事地球内部结构与构造的探测研究, E-mail: lbj001@126.com。

作者简介：酆少英, 男, 1967年生, 2011年于中国地质科学院获地球探测与信息技术专业博士学位, 高级工程师, 从事地壳深浅结构的反射地震探测与研究, 电话: 0371-63519528, E-mail: fsy.ny@163.com。

收稿日期: 2019-07-01
基金项目: 国家自然科学基金(41674140)和驻马店市活断层探测与地震危险性评价项目共同资助
摘要

文中基于长100km的深地震反射剖面, 揭示了秦岭造山带北缘和华北地块南缘交接部位的地壳精细结构和断裂的深、 浅构造特征。 结果显示, 研究区地壳具有双层反射结构特征, 莫霍面由一系列叠层状的弧形强反射构成, 地壳厚约32~35km。 上地壳内一系列方向不同、 形态各异的反射波组分别对应秦岭北缘的逆冲推覆体及伸展构造环境下形成的沉积盆地。 下地壳以错断莫霍面的地壳深断裂为界, 具有南、 北2段明显不同的反射结构。 剖面南段以弧状强反射为主, 北段由产状近水平或S倾的叠层状反射构成, 暗示该区曾经历强烈、 复杂的构造运动。 剖面揭示的上地壳断裂控制了该区盆山构造的形成和地层沉积, 错断莫霍面的地壳深断裂为深部物质的上涌和能量交换创造了条件, 从而调节了地壳内部的物质构成和能量分配。

关键词: 深地震反射剖面; 秦岭造山带; 华北地块南缘; 莫霍面
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2020)03-0581-14
THE FINE CRUSTAL STRUCTURE OF THE SOUTHERN MARGIN OF NORTH CHINA BLOCK REVEALED BY DEEP SEISMIC REFLECTION PROFILE
FENG Shao-ying, LIU Bao-jin, LI Qian, YUAN Hong-ke, ZHU Guo-jun, TIAN Yi-ming, WANG Hong-wei, HOU Li-hua, DENG Xiao-juan, TAN Ya-li
Geophysical Exploration Center, China Earthquake Administration, Zhengzhou 450002, China
Abstract

The study area is located at the junction of the northern margin of the Qinling orogenic belt and the southern margin of the North China Block. In order to study the fine crustal structure and the deep-shallow structural features of faults in this area, we conducted deep seismic reflection profiling with the seismic profile of 100km long, directing NE-SW in Zhumadian City, Henan Province, and got clear lithospheric structure images along the profile. As regards the data acquisition, we applied the geometry of 25m group interval, 1 000 recording channels and more than 60 folds. Seismic wave exploding applies the 30kg shots of dynamite source with the borehole depth of 25m. The shot interval is 200m. In data processing, we focused on improving the signal-to-noise ratio. Data processing methods mainly include first break removal, tomographic static correction, abnormal amplitude elimination, amplitude compensation, pre-stack denoising, surface consistent deconvolution, velocity analysis, several iterations of the residual static correction, dip moveout, post-stack time migration and post-stack denoising, etc. The profile with high signal-to-noise ratio was obtained. The reflection wave group characteristics is obvious in the crust, which reflects abundant information about geological structure. Along the profile, the crust is characterized by double-layer reflection structure, and the Moho surface is composed of a series of laminated arc-shaped strong reflections. The thickness of the upper crust is about 14.8~20.7km, and the total thickness of the crust is about 32.0~35.1km. The upper crust is dominated by the inclined, densely stratified or arc-shaped reflections. The lower crust is dominated by arc-shaped and inclined reflection, and there is a reflective transparent zone under the Moho surface. The reflection sequences with different directions and shapes in the upper crust constitute the nappe structure in southwest segment and the structural model of two concaves with one uplift in NE segment, which correspond to the north Qinling nappe, Zhumadian-Huaibin depression, Pingyu-Xiping uplift and a secondary depression, respectively. There are abundant arc-shaped reflection sequences in the lower crust, which may represent multi-stage magmatic activities. The deep seismic reflection profile shows that faults in the upper crust are well developed. According to the characteristics of reflected wave field in the profile, four groups of fault structure which contain ten faults with different scales are interpreted. Among them, faults FP1, FP2 and FP3 constitute the thrust fault system in the northern margin of Qinling Mountains, and FP5 and FP7 are boundary faults of Zhumadian-Huaibin depression. These faults are all developed within the upper crust. In addition, the Fault FPM is a large fault that cuts through the lower crust and Moho surface. The deep seismic reflection profile reveals the crustal structure and deep-shallow structural features of faults at the junction of the northern margin of the Qinling orogenic belt and the southern margin of the North China block, which provides seismological evidence for the analysis of structural differences, the deep earth's interior processes and deep-shallow structural relationships between the Qinling-Dabie orogenic belt and the southern margin of the North China block. The lower crust of the study area is divided into two parts by deep faults that dislocate the Moho surface. These two parts have distinct reflective structures, suggesting that the area has experienced intense complex tectonic movements. The faults in the upper crust control the formation of basin-mountain structure and stratigraphic deposition of this area. And deep faults in the crust that disrupt Moho surface create conditions for the upwelling and energy exchange of deep materials. All of these have regulated the composition of material and the distribution of energy in the crust. The deep faults cutting through the lower crust and Moho surface and the south-dipping arc-shaped and inclined strong reflection sequences developed in the lower crust should indicate the large-scale subduction of the southern margin of the North China block towards the south-trending Qinling orogenic belt.

Keyword: deep seismic reflection profiling; Qinling orogenic belt; the southern margin of North China block; overthrust structure
0 引言

秦岭造山带具有造山类型的多样性、 构造和结构的复杂性、 活动的长期性及矿产资源的丰富多样性等特点, 一直是地学研究者(曾融生等, 1995; 赖绍聪等, 1997; 滕吉文等, 2014)关注的热点地区。 李春昱等(1978, 1982)认为商-丹断裂带为秦岭造山带的板块缝合带并将其分为北秦岭和南秦岭2部分(Hsü et al., 1987; 王清晨等, 1989), 南部为扬子地块北缘, 北部为华北地块南缘。 张国伟等(1995, 1996, 2001)认为秦岭造山带可用“ 三块夹两缝” 来描述, 自南向北分别为扬子地块、 略-勉断裂、 秦岭微地块、 商-丹断裂带和华北地块。 地表地质和地球物理学研究发现, 一系列条带状的逆冲推覆构造自西向东分布在秦岭北缘(张国伟等, 1997), 推覆方向自南向北, 为现今华北地块与秦岭造山带间的构造分界线, 可称为秦岭北缘逆冲推覆构造带。 宋子堂(1994)基于大地电磁测深资料发现华北板块南缘3~15km深处存在一个高导电性的滑移面, 分析认为自海西晚期以来, 华北地块南缘的上部地壳长期沿此面向S做大规模拆离运动, 从而形成了秦岭北缘逆冲推覆构造带。 袁学诚等(1994, 2002)利用深地震反射剖面给出了秦岭及邻区的地壳模型, 认为东秦岭上部地壳为巨型推覆构造。 总之, 对于秦岭造山带北缘与华北地块南缘相邻的区域, 其大地构造位置、 构造演化历史和矿产资源蕴藏分布等均为地学界关注的焦点。 在该区开展地壳结构精细探测, 对认识秦岭-大别造山带地壳变形的动力学过程、 矿产资源形成的深部构造背景等具有十分重要的科学意义。

深地震反射探测剖面方法是现今探测大陆岩石圈精细结构中分辨率最高的技术(高锐等, 2006; 王海燕等, 2010), 国内外在利用深地震反射剖面方法研究大陆地壳构造演化方面已经取得了许多令人瞩目的成果。 2018年, 在驻马店市活断层探测项目和国家自然基金项目的资助下, 中国地震局地球物理勘探中心在秦岭北缘和华北地块南缘的结合部完成了1条长约100km的深地震反射探测剖面, 获得了剖面经过地区的精细地壳构造和图像。 本文对该剖面资料进行了初步的构造解释, 并对秦岭北缘和华北地块南缘的深、 浅地壳结构及断裂构造特征进行了分析和讨论, 所得结果可为分析研究秦岭-大别造山带与相邻地块的结构差异、 深部过程和深、 浅构造关系提供地震学证据。

1 研究区的构造概况及深地震反射剖面的位置

研究区位于华北地块南缘和秦岭造山带北缘的接合部位。 秦岭造山带的形成、 演化过程比较复杂。 古生代时, 秦岭洋岩石圈向华北地块下俯冲消减; 中三叠世时期, 华北地块与扬子地块对接碰撞(Meng et al., 2000; 孟庆任, 2017)。 在晚白垩世-古近纪, 造山带早期的构造地貌被大幅剥蚀和夷平(吴海中等, 2003); 始新世时, 在区域性拉张作用下, 秦岭造山带北缘的正断层形成、 发展, 同时位于断层下盘的北秦岭则发生抬升, 形成了现今起伏的秦岭山脉(孟庆任, 2017), 位于上盘的华北地块南缘则进入断陷盆地发展阶段, 以箕状断陷盆地为特征(黄泽光等, 2007)。

秦岭北缘自西向东分布一系列分段组合, 基本连续成带的自南向北的逆冲推覆构造--即秦岭北缘逆冲推覆带, 为秦岭造山带与华北地块的构造分界(张国伟等, 1997)。 推覆带以南到洛南-栾川断裂以北可认为是秦岭造山带和华北地块的过渡带, 以北属华北地块(朱赖民等, 2009)。 秦岭北缘是在晚古生代-中生代初期不同板块之间发生碰撞、 造山运动之后, 中新生代陆内造山运动中加入了秦岭的造山活动而形成的。 因此, 虽然秦岭北缘与华北地块基底和盖层的结构与组成相同, 但从现今的岩浆活动、 变质和构造变形、 成矿作用等特点综合判断, 其又为中新生代时期秦岭造山带的一部分(张国伟等, 1997)。 中新生代秦岭北缘逆冲推覆构造的演化可分为3个阶段(解东宁等, 2006): 1)萌生阶段(印支运动末期), 即印支运动末期华北和扬子地块的陆-陆碰撞引起的自南向北的大范围逆冲推覆; 2)扩展定型阶段(燕山运动晚期), 即在早白垩世末期, 秦岭造山带自南向北逆冲推覆, 且继续向华北地块的南缘发展; 3)局部持续和发展阶段(燕山运动末期至喜马拉雅运动早期), 即晚白垩世以来, 在伸展作用下中国东部进入拉张断陷时期, 但局部仍持续发育自南向北的逆冲推覆作用。

本研究的深地震反射剖面位于河南省驻马店市境内(图 1), 走向为SW-NE。 SW端位于驻马店市确山县新安店镇境内, NE端位于驻马店市平舆县射桥镇, 全长约100km。 测线自SW向NE穿过的断裂有方城-确山-正阳断裂、 驻马店-息县断裂和宿鸭湖断裂。 测线经过的大部分地区为第四系覆盖的平原区, 表层岩性主要为黏土, 潜水位多在10m以浅, 地形较为平坦, 有利于取得较好的原始数据; 但测线NW段为低山丘陵地形, 部分段有基岩出露, 不利于地震波的激发和接收。

图 1 测区地质构造概况和剖面位置图
黑色实线为深地震反射剖面位置, 底图根据河南省区域地震构造图修改Fig. 1 Geological structure of the survey area and the location of deep seismic reflection profiles.

2 数据采集与处理

深地震反射剖面野外数据采集采用25m道间距、 1i000道接收、 超过62次覆盖、 双边对称接收的观测系统。 地震记录长30s, 采样间隔为4ms。 地震波激发采用钻孔爆破震源, 单井井深25m, 药量30kg, 炮间距200m。 所获得的原始地震记录(图 2)具有较高的信噪比, 在不同深度均可看到清晰的反射波组, 在双程旅行时(以下简称TWT)10.5~11.5s存在强能量反射波组, 可能为来自莫霍面的反射波组。

图 2 原地震始记录Fig. 2 The original seismic record.

采用反射地震数据处理中常规的共中心点叠加方法处理数据。 根据深地震反射探测原始资料在深部有效反射能量弱、 信噪比低、 干扰大的特点, 在设计数据处理方法时将提高信噪比作为重点。 处理过程中进行了观测系统定义、 交互废道剔除和初至切除、 初至波层析静校正、 异常振幅检测与消除、 振幅补偿、 叠前多域迭代去噪、 地表一致性反褶积、 速度分析和剩余静校正的2次迭代、 DMO和叠后时间偏移、 叠后随机噪音衰减等, 通过以上手段和流程得到了剖面经过地区清晰的岩石圈结构和构造的反射图像。

图 3 驻马店深地震反射剖面及解释结果Fig. 3 The deep seismic reflection profile and interpretation.

3 深地震反射剖面揭示的地壳结构与构造
3.1 深地震反射剖面的基本特征

图 3 为本次探测获得的深地震反射叠加剖面图像。 剖面的横坐标为桩号, 单位为km, 纵坐标左侧为反射波双程旅行时TWT, 单位为s, 右侧为对应的深度, 单位为km。 由图 3 可以看出, 深地震反射剖面的信噪比较高, 壳内反射波组特征明显, 反映的地下结构和构造信息丰富。 在剖面的不同部位存在一些倾斜、 弧状或近水平的反射同相轴, 这些同相轴或呈条带状密集展布, 或稀疏分布, 不同的同相轴形态及组合关系代表了不同的构造形态。

从反射波场特征来看, 剖面SW段以倾斜、 弧状密集分布的反射波组为主, NE段以倾斜、 近水平、 弧状分布的反射同相轴为主。 这种形态差异反映了测线经过地区不同的构造分区特征。 在TWT 10.5~11.5s处存在1组近水平分布的强能量反射波组TM(图 3)。 TM以上反射较为丰富, 其下则以无反射或紊乱反射为主, 即反射“ 透明区” 。 参考其它地区的深地震反射剖面结果可判断该组反射波为来自莫霍面的反射波组。 按该区6.1km/s的地壳平均速度计算(嘉世旭等, 2005; 滕吉文等, 2014; 李英康等, 2015), 剖面经过地区的地壳厚度为32.0~35.1km, 这一结果与该区及其附近以往的深部探测结果(何建坤等, 1998; 袁学诚等, 2008; 陈睿等, 2016)一致。

在TWT 5.0~7.0s之间存在一波组形态变化较大的反射特征变化带TC(图 3)。 TC在剖面SW端, 位于TWT 7.0处, 呈向NE隆起状, 隆起高点约位于桩号43km、 TWT 5.0s处, 并在桩号64~70km、 TWT 6.0s处出现中断。 TC在桩号70~102.5km处出现轻微上隆, 深度为TWT 5.3~6.0s。 TC之上, 总体上以弱能量的倾斜反射或者近水平的反射为主; 而在该反射带之下, 反射波场则以强能量的弧状、 倾斜反射为主。 反射带TC是本区地壳结构中一个重要的分界面, 将其定义为上、 下地壳的分界, 并认为本区地壳具双层结构特征。 TC反射界面上、 下完全不同的反射波场特征表明, 本区上、 下地壳的物质组成成分或是物性的变化显著不同。 按照5.9km/s的上地壳平均速度计算(嘉世旭等, 2005; 滕吉文等, 2014; 李英康等, 2015), 该区上地壳厚14.8~20.7km。

3.2 地壳反射特征

深反射剖面揭示的上地壳反射特征横向变化较大, 以剖面桩号48.7~52.5km间的空白反射段为界, 可将上地壳分为2部分。 SW段总体上以向S倾斜的密集反射为主, 而NE段则以近水平或向N缓倾的沉积层反射为主。

在剖面的SW段, 桩号20.0~37.5km、 TWT 1.0~4.0s处存在多组SW向倾斜、 密集、 能量强、 连续性较好的倾斜波组(图 3 左上部箭头处)。 这组反射波的SW段倾角较大, 向NE倾角越来越缓, 直至近水平状, 形成一种宽缓的褶皱状构造。 深地震反射剖面的SW段位于秦岭造山带的秦岭-大别断块隆起区内。 相关研究表明(张国伟等, 1996, 2001; 孙晓猛等, 2004; 解东宁等, 2006), 秦岭造山带经历了复杂的演化过程, 是在扬子、 华北2个板块碰撞、 陆内俯冲断裂和山脉隆升与区域性伸展的地球动力学背景下形成的(张国伟等, 1997)。 在秦岭造山带形成过程中, 伴随着多时代、 多期次的逆冲推覆作用。 剖面SW段出现的宽缓褶皱应是造山带形成过程NE向逆冲推覆作用的反映。

在剖面NE段桩号约52.5km以北的浅部可看到1组横向连续性较好、 反射能量较强的反射波同相轴TN(图 3 剖面浅部), TWT 1.0s以上TN波组可连续追踪。 该组强反射整体向NE倾斜, 而TN出现明显错断的位置表明此处存在断裂。 在强反射同相轴之下, 剖面上还存在倾向不同的地层反射, 反映了该区地下结构的复杂性。

已有研究资料显示, 在研究区内分布有驻马店-淮滨凹陷和西平-平舆凸起等构造单元。 在测线的NE段, 自SW向NE的凹-隆构造分布对应于驻马店-淮滨凹陷和西平-平舆凸起。 相关文献(张功成等, 1998; 孙自明等, 1999)表明, 剖面NE端发育的小型沉积盆地可能是西平-平舆凸起内的小型凹陷。

与上地壳相比, 剖面经过地区的下地壳反射结构整体上以能量较强的弧状、 倾斜反射为主。 下地壳发育的弧状强反射往往和岩浆作用有关, 这在很多地区的深地震反射探测剖面研究中均得到证实(卢占武等, 2014; 徐泰然等, 2018)。 以切穿下地壳和莫霍面的深断裂为界, 下地壳具有南、 北2段明显不同的反射结构, 暗示该区曾经历了强烈、 复杂的构造运动。 下地壳反射剖面的SW段在剖面上以一系列倾向SW的弧状强反射为主, 弧状反射之间还夹杂一些倾向SW的倾斜反射波组; 剖面的NE段多由近水平或略向SW倾的叠层状反射构成。 在剖面中段, 即桩号62~68km处可看到下地壳的弧状强反射波组以及莫霍面反射出现中断。 分析认为, 下地壳的这种反射特征变化暗示存在着深部断裂。

3.3 莫霍反射带特征

作为地壳和上地幔的分界面, 莫霍面的反射波组TM在剖面上的特征非常清晰。 TM以上有丰富的下地壳反射, 而其下的岩石圈地幔内则为弱能量反射区。 本区内莫霍反射带呈现为由多个同相轴组成、 有一定宽度、 叠层状的强反射波组, 虽有起伏, 但深度变化不大。 在桩号约60.0km以南, TM出现在TWT 10.5~11.5s, 由3组叠瓦状展布的弧状强反射组成; 桩号约65.0km以北, 莫霍面反射位于TWT 11.0~11.5s, 其深度由南向北逐渐变浅。

已有研究表明, 秦岭造山带在印支期末的碰撞造山运动之后, 于中新生代转入陆内构造演化阶段(张国伟等, 1997)。 区域地球动力学背景下, 在主造山构造的基础上, 华北地块沿现今秦岭造山带的北界发生了大规模由北向南的俯冲作用, 伴随这一作用形成了秦岭北缘自南向北的一系列逆冲推覆构造(张国伟等, 1997)。 莫霍反射带在深地震反射剖面上呈现出的复杂形态, 说明华北地块的S向俯冲遇到秦岭造山带的阻挡, 二者发生挤压、 会聚, 从而使剖面SW段的莫霍面呈波浪状起伏。

3.4 剖面上的断裂构造特征

在深地震反射剖面上判定断裂一般是根据反射波组能量的变化及纵、 横向展布特征、 反射波组的明显错断以及深、 浅不同的反射波组的相互依赖关系等特征进行综合判定。 本研究的深地震反射剖面位于华北地块和秦岭造山带的结合部位, 地质构造复杂, 断裂较为发育。 根据剖面反射波组特征, 在剖面上解释了10条特征明显的断裂, 分别为FP1-FP9 和FPM。

断层FP3 位于褶皱构造的NE端, 倾向SW, 上断点位于剖面桩号约45km处, 其倾角上陡下缓。 FP3 沿剖面SW段褶皱构造的NE边界向下、 向SW延伸, 是区分剖面SW段较强能量倾斜反射和其它特征反射的边界断裂。 根据上地壳反射波组的形态、 产状变化、 地层褶皱等特征, 在剖面桩号27.7km和41.2km附近还解释了2条S倾的逆冲断层FP1 和FP2, 其中断层FP2 为FP3 的分支断层, FP1 为剖面SW段不同产状倾斜反射的分界。 上述3条断层共同构成了秦岭北缘的一个逆冲断裂系统。

FP4 为正断层, 倾向NE, 上断点位于桩号约53km、 剖面可分辨的最浅处, 向下延伸并终止于桩号约69.9km、 TWT 4.8s的空白反射处。 断层FP5 向下延伸, 归并于FP4 上。 FP6 的上端点位于剖面桩号约79.0km、 TWT 0.5s处, 向下延伸至约TWT 6.0s处并消失于上、 下地壳分界面TC处。 从FP4、 FP5 和FP6 之间的组合关系及剖面该段同相轴形态、 组合关系推断, 断层FP4、 FP6 相向而倾, 二者之间为断陷盆地, FP4 为凹陷南部边界的主断层, FP5 为其分支断裂。

始新世时, 在华北地区区域性伸展作用下, 秦岭北缘正断层开始形成和发展(张梦婷等, 2018)。 位于断层上盘的华北地块南缘进入断陷盆地的发展阶段, 以箕状断陷为特征(黄泽光等, 2007), 同时作为断层下盘的秦岭北部则发生翘倾抬升。 剖面上FP4、 FP6 之间的断陷盆地特征应是这一构造运动的反映。 剖面上FP4、 FP6 之间的断陷盆地对应于驻马店-淮滨凹陷。

驻马店-淮滨凹陷的NE向为西平-平舆凸起, 在凸起的NE方向, 反射波组增多, 除上覆的近水平的波组外, 还有NE向倾斜波组, 为沉积盆地的反射特征。 根据有关资料(张功成等, 1998; 孙自明等, 1999), 剖面NE端的沉积盆地可能对应的是西平-平舆凸起上发育的一个次级凹陷。

驻马店深地震反射剖面的下地壳、 强能量的反射波组非常发育。 SW段和NE段的弧状反射在剖面桩号61.25~70.00km间出现间断, 同时NE段壳幔过渡带反射波组向SW俯冲, 而SW反射波组呈叠瓦状展布, 二者之间不连续。 从下地壳及莫霍面的反射特征分析, 剖面上存在1条切穿下地壳及莫霍面的深断裂FPM。 FPM的上断点位于桩号约68.0km、 TWT 6.0s处, 倾向SW, 向下约在桩号64km处错断莫霍面。 地壳深断裂的存在为上地幔软流物质的上涌创造了条件, 从而调节地壳内部物质的分配。 由于软流物质的底侵作用, 在下地壳底部形成非均质介质层, 其地震波响应特征表现为下地壳底部的强反射叠层(黄兴富等, 2016), 即为较强莫霍面反射的形成原因。

4 主要成果

(1)驻马店深地震反射剖面经过地区的地壳结构可分为上、 下2层结构, 即上地壳和下地壳。 其中, 上地壳厚约14.8~20.7km, 地壳总厚度约32.0~35.1km。 本区上地壳以倾斜、 密集层状或弧状反射为主, 下地壳的反射结构主要以弧状、 倾斜反射为主, 莫霍面之下表现为反射透明区。 在测线经过的地区, 上地壳不同方向、 形态的反射波组组成了SW段的推覆构造体及NE段“ 两凹夹一隆” 的构造模式, 分别对应于北秦岭推覆体、 驻马店-淮滨凹陷、 平舆-西平隆起和一个次级凹陷。 剖面经过地区的下地壳发育丰富的弧状反射波组, 可能是多期次岩浆活动的反映。

(2)本区莫霍面反射在剖面上有着较强的反射能量和清楚的界面展布特征。 剖面NE段的莫霍面向SW倾伏, 而SW段的莫霍面由3组呈叠瓦状的弧状反射波组组成, 二者之间存在间断。

(3)从驻马店深地震反射剖面的反射结构来看, 上地壳断裂较为发育。 根据剖面中反射波场的特征, 在剖面上解释了4组、 10条规模不同的断裂。 断层FP1、 FP2 和FP3 共同构成了秦岭北缘逆冲断裂系, 均为逆冲断层。 FP5 和FP7 为驻马店-淮滨凹陷的边界断裂。 以上断裂均为发育在上地壳之内的断裂。 除此之外, 还解释了1条地壳深断裂FPM, 其为切穿下地壳及莫霍面的深大断裂。

5 分析与讨论

(1)深地震反射剖面的下地壳发育了非常丰富的强能量弧状反射, 这一现象在国内外其它地区的深反射剖面上也有发现。 在全球大量的深地震反射探测中, 地球科学家在结晶大陆地壳内发现了很多明显的具有异常高振幅特征的P波反射, 并称之为“ 亮点” (王海燕等, 2010; 卢占武等, 2014)。 研究认为, 深地震反射剖面上的“ 亮点” 构造成因通常与板块俯冲、 地壳增厚等地质事件有关, 可能是岩浆或流体的反映。 如美国新墨西哥州的“ 亮点” 构造是由于岩浆活动引起的(Brown, 1991), 加州深地震反射探测中发现的“ 亮点” 反射也被解释为来自岩浆的反射(De Voogd et al., 1986, 1988)。 形成亮点的原因在于, 来自地幔的岩浆在冷却过程中与围岩存在较大的密度和波速差异, 因而会产生一个很强的反射界面。 “ 深反射亮点” 可能是由于岩浆、 流体、 铁镁质岩基、 层状下地壳等多种原因形成的。 在秦岭褶皱系与华北地块南缘发生过多期次的岩浆活动, 从而在下地壳出现强能量的拱弧状“ 亮点” 反射。

驻马店深地震反射剖面中地壳深断裂的存在, 为上地幔软流物质的上涌创造了条件, 软流物质沿深大断裂向地壳内部的侵入, 冷却过程中与围岩存在较大的密度和波速差异, 由此形成一个很强的反射界面。 这可能是下地壳中较强能量的反射波组“ 深反射亮点” 形成的原因。

(2)以往在该区获得的深反射地震剖面探测(袁学诚等, 1994, 2002)、 大地电磁等多种地球物理探测结果都证明华北地块南缘存在向S即秦岭造山带之下插入的大型俯冲断层带, 并可深入到上地幔(张国伟等, 1997)。 驻马店深地震反射剖面中, 切穿下地壳与莫霍面的深断裂及下地壳中发育的S倾弧状、 倾斜强反射波组正是这一俯冲作用的反映。 其动力学背景为: 秦岭造山带在中新生代转入陆内大地构造演化阶段, 秦岭及其周边地区处于不同构造动力体系共同作用、 地球表壳物质发生区域性会聚的地球动力学背景下, 其北侧受到西伯利亚地块S向运移的影响, 并经华北地块的传递, 导致华北地块南侧沿现今秦岭造山带北部边界发生巨大的S向陆内俯冲作用(张国伟等, 1997)。

(3)秦岭造山带形成过程中发生了多时代、 多期次的逆冲推覆作用。 剖面SW段出现的宽缓褶皱应是造山带形成过程中NE向逆冲推覆作用的反映。 李英康等(2015)认为南秦岭(扬子块体)向N拆离俯冲, 北秦岭地壳向华北仰冲, 华北岩石圈呈楔状插入秦岭造山带, 拆离面约在中、 下地壳之间。 本研究在深反射剖面TWT 5.0~7.0s之间揭示了1组反射能量弱、 波组形态变化较大的反射条带TC。 TC的存在, 将脆性的上地壳和偏塑性的下地壳分割开, 使上地壳的变形与下地壳解耦。 华北地块南缘在扬子块体的俯冲及西伯利亚南移等区域应力场作用下, 上、 下地壳沿TC面发生拆离解耦, 上地壳沿TC面向N逆冲推覆, 从而形成了华北地块南缘的推覆构造带, TC面应是发生推覆作用的拆离面。

(4)地壳结构模型与地震的精确定位密切相关。 深地震反射剖面可对地壳深部结构和构造进行高分辨率成像, 深地震反射剖面结果可为地震构造模型的建立、 地震精定位提供约束。 另外, 地震发生的位置、 震源深度还与地下构造或断裂密切相关。 因此, 利用深地震反射剖面所揭示的断裂位置和特征对地壳结构模型的建立及断层构造模型的构建均有约束作用, 进而可提高地震的空间定位精度(宋秀青等, 2015; 谢石文等, 2019)。

致谢 驻马店深地震反射剖面数据由中国地震局地球物理勘探中心于2018年采集, 中国地震局地球物理勘探中心和河南省煤田地质局物探测量队的现场工作人员为此付出了辛勤劳动; 论文编写期间, 作者就剖面解释有关问题和中石化河南油田研究院于明德和刘司红高工进行了有益的讨论; 审稿专家对论文进行了认真、 细致的审阅并提出了宝贵意见。 在此一并表示感谢!

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