2019, Vol. 39
根据已有资料统计，浙江省内发生的地震震源深度主要在6~15 km。1970年以来发生的3次4级以上构造地震震源深度都在10~15 km，这3次地震分别是1994年宁波皎口水库4.7级地震(震源深度15 km)、1998年嵊州4.5级地震(震源深度10 km)以及2004年岱山4.3级地震(震源深度10 km)，见图 1。说明浙江省地震主要发生在地壳的中上部，与深部地震构造环境有着密切关系。
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图 1 台州-昌化测线位置 Fig. 1 The location map of Taizhou-Changhua survey line |
浙江省内主要有北东向、北西向及近东西向3组共17条比较大的断裂带，省内发生的较大地震基本上都与断裂活动有关[1]。对于断裂带的浅部特征，可以通过野外地质调查和浅层地球物理勘探方法来获取断裂的位置、走向、活动性及动力学特性，目前浅部特征已基本了解，但对于断裂的深部展布特征还缺少相关的工作。因此，开展深部构造特征探测，获取地壳结构、深部构造的特征、深部断裂的性质等，将有助于建立浙江省中上地壳速度结构模型和地球动力学模型，并为地震的孕育条件和地震速报及预报提供参考资料。
深部构造探测方法众多，技术也比较成熟[2-5]。本次采用人工地震高分辨折射和测深宽角反射/折射探测方法[6-8]，探测黄岩、临海、东阳北、桐庐、昌化沿线深部构造特征。
1 浙江省主要断裂带分布浙江省深部构造特征探测的测线布设主要是依据省内地震构造特征来进行。浙江省内主要断裂有北东向、北西向及近东西向3组[9-10]。北东向(包括北北东向)主要断裂有苏州-安吉断裂、湖州-临安断裂、马金-乌镇断裂、萧山-球川断裂、江山-绍兴断裂、余姚-丽水断裂、奉化-丽水断裂、镇海-宁海断裂、岱山-黄岩断裂等，北西向主要断裂有嘉善-壹山断裂、长兴-奉化断裂、孝丰-三门湾断裂、淳安-永嘉断裂和景宁-苍南断裂等，近东西向主要断裂有湖州-嘉善断裂、昌化-普陀断裂和衢州-天台断裂。
2 野外数据采集 2.1 测线布设测线东起台州东部的东海沿海附近，基本沿黄岩、临海、东阳北、桐庐、昌化等地一线布设。探测剖面定名为台州-昌化探测剖面，北西方向展布，起于台州市金清镇东山头附近(121°36′E，28°28′30″N)，剖面桩号200.9 km；终于浙江与安徽交界处附近(118°50′E，30°30′N)，剖面桩号550.8 km，全长350 km(图 1)。共布设5个爆破激发点、282台数字地震仪记录观测，所构成的观测系统基本保证了基底折射波具有连续的追踪、地壳内不同深度的反射波和Moho界面反射波具有多次追踪、相遇及互换，基本上能够连续地获得反映不同构造区段地壳与上地幔结构的深浅部地震波信息。
2.2 探测剖面观测点的布设为了更好地探测测线沿线的断裂特征，在不同的区段采取密疏不同的观测点布置方案。沿探测剖面穿过主要断裂构造带两侧附近(江山-绍兴断裂、马金-乌镇断裂、萧山-球川断裂、余姚-丽水断裂、镇海-宁海断裂)约20 km的区段其观测点距按1.0 km加密布设，其他区段的观测点距按1.5~2.0 km布置。
2.3 炮点的布设在台州-昌化测线上布设5个炮点，分别位于该剖面的200.999 km、283.944 km、358.008 km、439.055 km、500.455 km桩号处, 采用的药量分别为2 808 kg、2 472 kg、2 016 kg、2 808 kg和2 304 kg，编号分别为SP31、SP32、SP33、SP34、SP35。通过在5个炮点的爆破激发、282台地震仪的观测，构成具有多次相遇与追逐、较为完善的二维纵剖面的观测系统(图 2)。
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观测系统下方“横划线G、M”分别表示不同炮点爆破地震波射线对G、M界面的覆盖区域 图 2 台州-昌化探测剖面观测系统 Fig. 2 Taizhou-Changhua exploration section observation system |
野外数据采集工作于2013年底完成。本次深部构造探测共获得原始记录5张，共1 410条，其中有效记录1 273条，占90.3%，图 3给出了其中的SP31炮记录截面图。参照中国地震局《人工地震测深工作规范》的评价标准，本年度观测资料达到一类质量标准。
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图 3 SP31炮原始记录截面 Fig. 3 SP31 Original record section |
对台州-昌化剖面5炮爆破观测获得的基底折射波Pg波资料进行分析。目前常用的用于基底结构研究的资料处理方法包括初至波有限差分走时层析成像方法[11]和初至波走时的时间项反演方法，利用这两种方法对台州-昌化剖面获得的Pg波资料进行处理计算，构建台州-昌化剖面二维基底速度结构与构造图像，获得沿剖面基底的速度结构、基底形态和埋深。同时，对台州-昌化纵剖面宽角反射/折射方法获得的地壳深部资料进行处理计算与解释。首先，对各炮获得的资料进行波组震相的认识与识别对比，在对反射波、折射波走时资料用T2-X2方法、PLUCH反演方法以及其他有关计算方法求取地壳深部各地壳分层的平均速度、平均深度和视速度等的基础上，建立台州-昌化剖面的一维地壳结构模型；然后，根据得到的一维地壳结构模型、二维基底结构数据模型建立二维地壳结构初始模型；最后，通过进行二维射线追踪正演拟合，获得台州-昌化剖面的二维地壳速度结构和构造模型。
利用时间项反演方法对台州-昌化地震探测剖面5个炮点爆破观测获得的反映基底结构的Pg波走时资料进行处理计算，构建沿剖面基底的构造形态，得到沿剖面不同区段的基底埋深、基底起伏形态。
台州-昌化地震探测剖面5个炮点爆破观测共获得5炮9个分支基底折射波Pg波走时曲线，共识别读取500余个Pg波走时资料。为消除近炮点数据对反演结果的影响，在实际的反演计算中，去除了近炮点大约50个到时数据。采用时间项反演方法对Pg波走时数据进行反演计算，上覆介质平均速度参考WH方法反演计算的结果分段确定，得到沿剖面基底界面形态和基底面的速度。
图 4为台州-昌化剖面Pg波时间项反演结果给出的基底形态图，基底的速度也同时由时间项反演得到，大约为5.96 km/s。结果显示，该剖面基底形态有自东往西呈现逐渐加深的趋势特征, 剖面中部基底形态具有一定的起伏变化，在局部区段凸起和下凹特征明显，基底埋深总体上在2.0~4.0 km变化。剖面东端位于沿海的台州附近，在200.0~300.0 km桩号基底形态没有明显的上隆、下凹的变化现象，界面形态较为平缓，基本上在2.0 km附近变化；在剖面中段东阳附近、大约360.0 km桩号基底界面呈现明显上隆的界面形态，深度达到最浅约1.0 km左右。从剖面中段继续向西至西段，基底界面起伏变化明显，大约在380.0 km和480 km桩号附近基底呈现下凹的界面形态，尤其在480.0 km附近基底达到最深约4.0 km。在基底形态变化剧烈的地方一般对应于地表的断裂带，如480.0 km桩号附近对应的地表断裂为临安-马金断裂，370.0 km和340.0 km桩号附近对应的分别为江山-绍兴断裂和余姚-丽水断裂。
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图 4 台州-昌化剖面基底时间项反演结果 Fig. 4 Inversion results of basement time series in Taizhou-Changhua section |
从沿剖面的速度结构图像来看，无论从基底速度的横向变化，还是从基底界面形态的变化看，利用时间项反演结果结合有限差分反演得到的速度结构图像对确定沿剖面基底结构的复杂性或主要断裂构造带的存在及地面位置提供了主要的依据。这些结果从不同的侧面、在一定程度上反映了沿剖面基底形态的变化、速度横向非均匀性与地表主要断裂构造带的存在所具有的对应关系。
由基底速度等值线图和相关地质资料，结合剖面沿线主要的构造断裂位置，可推断出得到沿地震剖面断裂分布图(图 5)，并依此推断该区域内地质构造及断裂特征。
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图 5 台州-昌化地震探测剖面断裂分布 Fig. 5 Fault distribution of Taizhou-Changhua seismic survey section |
剖面桩号370 km附近的变化是最明显的，在该处附近速度等值线的横向变化和界面形态起伏最大，该处基底几乎出露地表，而过桩号370 km向西其基底深度迅速加深至约3.0 km。从图 5所示的速度结构地质构造解释图上看，测线桩号370 km附近对应的应为江山-绍兴断裂(F4)，该断裂为NE走向，倾向北西，倾角约为45~88°，该断裂构造带是扬子克拉通和华夏块体边界的东北段，为一条长期活动的构造带，其构造属性主要表现为扬子板块与华夏陆块的碰撞-剪切带。结合地质资料和基底速度结构图，该断裂为NE向的断裂，受该断裂影响，区域内断裂以NE、NNE向为主。断裂以东(即图 5中小桩号方向)，华南板块基底起伏剧烈，横向变化较大，为华夏地块的华南造山带。华南造山带由一系列不同时期地体拼贴带构成，其内部可以划分为3个地体，分别为东南地体、闽浙地体以及东海地体；而断裂以西的扬子克拉通则较为稳定，基底起伏相对较为平缓、均匀；同时，断裂带北西也是扬子地台的浙西台褶带，该区在震旦纪、前震旦纪巨厚沉积岩和火山岩之上发育了一套完整的以海相地层为主的古生代沉积地层，上部覆盖中、新生代内陆沉积和火山喷发相。构造面貌主要表现为轴向NE向的复式褶皱以及与之同期的正、逆断层和后期的平移断层[9]，如萧山-球川断裂(F5)、湖州-临安断裂(F6)和马金-乌镇断裂(F7)等。测线沿线的地震活动较弱，发生的一些小震也主要分布在萧山-球川断裂附近波速变化较大的地方。
华夏地块区域内3条明显的断裂分别是余姚-丽水断裂(F3)、奉化-丽水断裂(F2)和镇海-宁海断裂(F1)。余姚-丽水断裂(F3)南东倾向，为金衢盆地东北侧边缘，图 5中该断裂左侧等值线凹陷为金衢盆地东北端，金衢盆地为中生代火山-红色碎屑沉积盆地，它的形成受江山-绍兴断裂和余姚-丽水断裂的断陷作用影响。奉化-丽水断裂(F2)倾向东南，倾角约为80°，是天台盆地的边界。图 5中镇海-宁海断裂(F1)位置处等值线密集，下陷明显，该断裂是倾向北西的陡断裂，为中国东南沿海新构造分区中的重要分界线，断裂以东区域为温黄凹陷区。
相对华夏地块，江山-绍兴断裂以西的扬子克拉通较为稳定，基底起伏较为平缓。从图 5可以看出，该区域内主要断裂有萧山-球川断裂(F5)、湖州-临安断裂(F6)、马金-乌镇断裂(F7)和苏州-安吉断裂(F8)，其中，等值线变化最为明显的是萧山-球川断裂(F5)，推测该断裂在测线对应位置可能出露地表；苏州-安吉断裂(F8)处，基底附近等值线变化已不明显。结合地质资料推断，NE向的萧山-球川断裂(F5)倾向北西，倾角约65°，是该区域规模最大的断裂之一，既具有早期左旋挤压剪切的特点，又具有后期右旋张扭的特征，而且该断裂可能在晚更新世以来有过活动，在桐庐、富春江水库附近，该处断裂控制了第四纪洪积扇群的发育。
图 6显示出获得的台州-昌化剖面二维地壳速度结构和构造，由不同反射波组所确定的地壳界面将该区地壳划分为3个层面，即C、Ci和M，参照通常对地壳结构的划分方式[12]，将本区地壳划分为两层结构，以C界面为上、下地壳的分界面，其上为上地壳，以下为下地壳。
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图 6 台州-昌化剖面二维速度结构模型 Fig. 6 Two dimensional velocity structure model of Taizhou-Changhua section |
1) 上地壳结构。该层是指C界面之上的层位，它是由Pg、Pc波组信息所得到的地壳结构，因此，又可将上地壳细分为两层结构。
第1层是由基底折射波Pg所确定的，为正的速度梯度层。地表速度为4.00~5.30 km/s，随深度加深至基底顶部速度在5.50~5.80 km/s之间变化，厚度为1.50~3.50 km。
第2层是由基底向下至C界面之间构成的层位，它是由壳内反射波Pc所确定的，作为上、下地壳分界的C界面起伏变化不大。该层内上部速度为5.70~5.88 km/s，至底部C界面之上的速度为6.15~6.24 km/s，C界面之下的速度为6.28~6.38 km/s，界面的速度跳跃差为0.13左右。C界面的深度为16.0~18.0 km，在剖面东段靠近沿海台州附近一带其深度为16.0 km左右，向西逐渐加深，呈微倾斜态势，在局部区域存在一定的起伏变化，剖面中西段大约在桐庐附近(450 km桩号左右)呈局部隆起状态，其深度为16.0 km左右。剖面西段大约在昌化西(500 km桩号附近)深度加深至18.0 km左右。
2) 下地壳结构。由C界面之下至M界面之间的层位定义为下地壳，它是由壳内反射波Pi和Moho界面反射波Pm所反映的地层结构。
在下地壳的上部C至Ci界面之间的地层为一个较弱速度梯度层，本层上部速度为6.28~6.38 km/s，下部速度为6.30~6.40 km/s，层厚度为5.0~9.5 km，Ci界面速度跳跃差为0.25 km/s左右，Ci界面深度为22.5~27.5 km，东浅西深。该层内东西部在速度结构上存在着一定的差异，速度梯度的变化、速度的横向变化可能反映了地层结构或地层性质的不同，或者与断裂构造带的存在具有一定的关系。
在下地壳可能以370 km桩号附近为界，在横向上将地层划分为东西两部分。M界面深度在剖面东段(200~370 km桩号)由沿海的30 km向北西方向逐渐加深，大约在370 km桩号附近深度为34 km；自370 km桩号向北西方向至剖面西端点，M界面深度基本上稳定在34.5~35.5 km。由此可见，在剖面东段M界面深度是一个急剧变化带。
下地壳的下部Ci与M界面之间是由不同速度梯度层组成，该层上部为弱梯度层，速度在6.50~6.70 km/s之间变化，厚度为7.0~9.0 km；其下部靠近M界面在370 km桩号(江山-绍兴断裂)附近以东其速度梯度较强，370 km桩号以西较之东侧速度梯度相对较弱，结合浅部速度结构东西部存在的差异现象，可能与不同构造块体的分界线有关，这可能就是地学界通常所认为的中国大陆东南部扬子地块与华南地块的碰撞拼贴带的地震学现象[13-14]。
3) 上地幔顶部基本结构。表征壳幔分界的莫霍面是一个明显的速度不连续界面，上、下界面的速度值分别为6.92~7.00 km/s、7.93~8.00 km/s，其界面速度跳跃差为0.91~1.21 km/s，显然它是一个一级速度不连续面。从穿透到上地幔顶部的Pn波得出，上地幔顶部为一个较弱的速度梯度层，其速度在横向上变化不甚明显，在上地幔顶部至深度45.0 km左右速度变化范围为8.00~8.20 km/s，东部略显偏高。
4 结语通过本工程的实施，获得了台州-昌化测线的地壳结构及二维速度结构，对深部构造特征有了初步的认识：
1) 基底速度结构图像揭示了速度结构的横向非均匀性。地表速度普遍偏高，局部区段速度横向非均匀性明显，沿剖面在一些部位速度横向变化剧烈、基底深度变化较大，这些部位往往对应地质构造单元的分界线或断裂构造带。
2) 地壳深浅部结构与构造存在东西部的差异性。江山-绍兴断裂带的西侧地表速度相对东侧而言整体偏低，基底速度与界面起伏变化相对较为平缓、均匀；东侧基底的速度横向变化较西侧更强烈，其基底起伏变化明显、横向变化较大，这些现象表明基底界面的弯曲、地层的褶皱变形明显强于西侧，反映了在华南地块的东南沿海一带，由于新构造时期以断块上升为主，并伴随着小规模的岩浆喷发和不断侵入活动的构造特征，导致了构造的复杂性；而断裂以西的扬子克拉通地块的基底速度横向变化与界面起伏相对较为平缓、均匀，表明其结构较为稳定的特点。
3) 地壳结构具有明显的多层性。沿剖面地壳存在3个速度间断面，其深度分别为17.0~20.0 km、25.0~27.0 km和32.0~34.0 km，3层界面所反映的趋势基本一致，东部沿海地区埋深较浅，西部地区逐渐变深。沿剖面各炮显示出的不同地段各地震波组的强弱不连续变化、速度结构的不同和地壳界面的起伏等现象，较好地反映出不同构造区域地壳结构的差异性。
4) 二维地壳结构模型结果显示，沿台州-昌化剖面地壳的基本分层总体由基底(G)、上下地壳分界面(C)、下地壳内界面(Ci)和下地壳底界面(Moho)4个层面构成，其速度结构在不同的构造区域存在着一定差异。
由于浙江省深部构造探测项目只实施了一条测线，对深部构造的认识只局限于台州-昌化剖面，获得的结果也只是该剖面上的断裂构造特征及速度结构，认识存在片面性。如果能够在浙江境内实施三维探测，将获得整个浙江省的三维地下速度结构及构造特征，对分析浙江省的深部构造形态、建立动力学模型、分析断裂构造与地震的关系等都具有重要的意义。
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