1首都圈地区三维地壳结构.pdf

一、首都圈地区的三维地壳结构 1. 多条人工地震测深剖面联合反演 在首都圈已有人工地震测深宽角反射/折射剖面中，选择了其中 6 条剖面联 合反演计算。这 6 条剖面是 NE 向的石家庄—喀喇沁旗和太原—宣化 2 条剖面， NW 向的文安—蔚县—察哈尔右翼中旗和盐山—大兴—延庆 2 条剖面，以及 NWW 向的北京—怀来—丰镇剖面和NNW向的塘沽—密云剖面2条剖面(图2.3.1)。同 时得到了每个剖面的二维速度结构(图2.3.2)。由上述6条人工地震测深剖面处 理结果，再进行线性内插，得到首都圈地区三维地壳速度结构(图2.3.3a、b)。 图 2.3.2 北京-怀来-丰镇 图 2.3.1 首都圈地区联合反 剖面地壳速度结构 演地震宽角反射/折射剖面位 由图 2.3.3a 可见，在首都圈地区的地壳可分为上、下 2 层结构。由地表至 P2 波的反射界面(康氏界面)之间为上地壳，康氏界面以下到莫霍界面之间为下地 图 2.3.3a 首都圈地区地壳三维速度 图 2.3.3b 首都圈三维地质结构示意图 ①沉积盖层；②上地壳上部结晶基底；③上地壳下部角闪岩类变质岩；④下地壳麻粒岩类变 质岩；⑤上地幔尖晶石二辉橄榄岩；⑥上地幔尖晶石-石榴石-二辉橄榄岩；⑦低速体 壳(图2.3.4)。区域内地壳由东南向西北方向逐渐变厚。东南部华北平原区地壳 厚 31～34 km，天津地壳厚 31～32 km，由天津向西北逐渐变厚。大兴、保定向 西北地壳等厚线变密，由33～34 km很快变厚到37 km。北京、易县、涿鹿之间 莫霍面较平缓，地壳厚度约 39 km，张家口一带厚 42 km，蔚县、涞源向西南地 壳厚度变化不大，一般为40 km。 首都圈地区上地壳包括沉积盖层及其下的结晶基底两个基本组成部分，由3 个不同的速度梯度层组成: 第1层为新生代低速沉积盖层，速度一般为2.00～ 3.50 km/s；第2层为一强速度梯度层，速度从盖层以下的3.00～4.20 km/s急 增至结晶基底顶部的5.70～5.90 km/s；第3层为下部的弱速度梯度层，速度由 6.10km/s左右增至底部的6.40 km/s。结晶基底起伏变化较大，最深处约7.00 km， 最浅处接近地表 (图2.3.4a)。 上地壳厚度变化不大，总的趋势是东薄西厚。最浅部位于东部的三河、宝坻 一带，为 20～21 km，北京附近为 22 km，至张家口北西加厚到 23～24 km。在 图 2.3.4a 首都圈地区 M 界面形态示意图 图 2.3.4b 首都圈地区结晶基底 北京—涿鹿间上地壳较厚，为24 km。易县至蔚县北为一康氏面隆起区，上地壳 厚度为21km左右。由蔚县向涞源方向上地壳迅速变厚，至研究区边缘约为26 km。 其它地区上地壳厚度大致在22～24km之间变化，且存在着局部起伏(图2.3.4b)。 首都圈地区下地壳也由两层组成，上层为一弱速度梯度层，速度为 6.5 km/s～6.6 km/s。下层为一强速度梯度层，靠近莫霍界面3.0～4.0 km附近，速 度值由6.7 km/s迅速增加到7.1 km/s，反映了壳幔过渡的基本特征。下地壳厚 度有自东向西逐渐加厚趋势，东部下地壳厚约10 km，西部最厚为19 km。涞水、 北京、密云等地的东南部下地壳等厚线走向为 NE 向，由天津附近的 10 km 向西 北逐渐变厚，涞水、北京、密云一线厚14 km。西部以昌平、怀来、宣化为界分 为南北两部分: 北部下地壳等厚线走向为 NEE 向，其东部的昌平北下地壳厚约 15 km，向西逐渐变厚，到张家口约 19 km；南部一线相当于太行—五台山断隆 区，下地壳等厚线的走向呈SE方向，厚度由昌平、怀来附近的16km，向西南逐 渐变薄。北京西至涿鹿间有一下地壳较薄区，厚度约15 km；易县至蔚县北下地 壳厚度16～17 km，蔚县、易县向西南方向下地壳变薄至13 km。 根据构造地质解释的7条地震剖面，包括石家庄—喀喇沁旗、太原—宣化、 文山—蔚县—察哈尔右翼中旗、盐山—大兴—延庆、北京—怀来—丰镇、塘沽— 密云以及繁峙—怀安—太仆寺旗剖面，建立了首都圈地区三维地质结构示意图 (图2.3.3b)。 (1)上地壳：由顶部沉积盖层、上地壳上部和上地壳下部等组成。上部底界 速度6.2