劉保金，酆少英，姬計(jì)法，石金虎，譚雅麗，李怡青

中國(guó)地震局地球物理勘探中心，鄭州 450002

1 引言

橫貫中國(guó)東部的郯廬斷裂帶是亞洲東部著名的深大斷裂帶之一，有著復(fù)雜的形成和演化歷史，對(duì)中國(guó)東部的區(qū)域構(gòu)造、巖漿活動(dòng)、礦產(chǎn)資源的形成和分布以及現(xiàn)代地震活動(dòng)都有重要的控制作用.自20世紀(jì)50年代根據(jù)航磁異常確定了郯廬深大斷裂帶以來(lái)，地球科學(xué)家圍繞郯廬斷裂帶的形成、演化和活動(dòng)機(jī)制問(wèn)題做了大量的研究工作，并取得了一系列重要的研究成果.關(guān)于郯廬斷裂帶的起源，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為華北克拉通與揚(yáng)子克拉通印支期的碰撞、拼合是郯廬斷裂帶啟動(dòng)的構(gòu)造背景（徐嘉煒，1980；徐嘉煒和馬國(guó)鋒，1992；Yin and Nie，1993；Xu and Zhu，1994；Li，1994；萬(wàn)天豐和朱鴻，1996；Lin et al.，1998；王小鳳等，2000；Zhang et al.，2003）.斷裂帶上一系列走滑糜棱巖的同位素年齡及早白堊世大量的巖漿活動(dòng)，表明其早白堊世發(fā)生了大規(guī)模的左行平移（徐嘉煒等，1980；Xu et al.，1994；王小鳳等，2000；朱光等，2001，2003）.晚白堊世—早第三紀(jì)沿郯廬斷裂帶發(fā)育的一系列斷陷盆地，指示這期間郯廬斷裂帶經(jīng)歷了強(qiáng)烈的伸展活動(dòng)（Ren et al.，2002；Zhang et al.，2003；朱光等，2008）.晚第三紀(jì)以來(lái)，斷裂帶又遭受擠壓，斷陷盆地普遍抬升、消亡，并出現(xiàn)有廣泛的逆沖活動(dòng)（國(guó)家地震局地質(zhì)所，1987；王小鳳等，2000；朱光等，2002）.由此可見(jiàn)，郯廬斷裂帶自中生代以來(lái)經(jīng)歷了強(qiáng)烈的左行平移、伸展和擠壓等復(fù)雜多變的演化過(guò)程，這些演化過(guò)程必然會(huì)在深部和淺部結(jié)構(gòu)上有所反映，并留下其演化的印跡.

20世紀(jì)80年代以來(lái)，圍繞郯廬斷裂帶開(kāi)展了人工地震測(cè)深、大地電磁、寬頻帶地震臺(tái)陣和重磁等深部地球物理探測(cè)工作（馬杏垣等，1991；陳滬生等，1993；唐新功等，2006；Chen et al，2006；Zheng et al.，2008；葉高峰等，2009；張繼紅等，2010；李松林等，2011；黃耘等，2011），這些研究結(jié)果揭示了郯廬斷裂帶的深部特征，為研究郯廬斷裂帶特征、演化及其動(dòng)力學(xué)成因提供了豐富的深部結(jié)構(gòu)信息，大大提高了對(duì)郯廬斷裂帶深部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)水平，但這些成果主要揭示了斷裂帶的宏觀特征，對(duì)斷裂帶內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、斷裂構(gòu)造樣式還難以做到精細(xì)刻畫，從而影響了對(duì)郯廬斷裂帶演化過(guò)程以及深、淺構(gòu)造關(guān)系的認(rèn)識(shí).本文采用深地震反射探測(cè)方法對(duì)郯廬斷裂帶中南段的巖石圈結(jié)構(gòu)和其內(nèi)部復(fù)雜的構(gòu)造樣式進(jìn)行了解剖，獲得了斷裂帶近地表至巖石圈尺度的精細(xì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造圖像，明確了斷裂帶內(nèi)不同力學(xué)性質(zhì)斷裂的位置、形態(tài)及其影響深度，為分析研究斷裂帶走滑、擠壓、伸展構(gòu)造體系組成及其演化過(guò)程提供了地震學(xué)證據(jù).

2 地質(zhì)構(gòu)造和地震活動(dòng)性概況

2.1 地質(zhì)構(gòu)造概況

全長(zhǎng)約2400km的郯廬斷裂帶南起長(zhǎng)江北岸的湖北廣濟(jì)，經(jīng)安徽廬江、江蘇宿遷、山東郯城、渤海灣、遼寧沈陽(yáng)、北至黑龍江的蘿北.按構(gòu)造習(xí)性、演化歷史和地震活動(dòng)性可將其分為南、中、北三段，分段的結(jié)點(diǎn)為渤海灣和江蘇新沂（徐嘉煒等，1992；國(guó)家地震局地質(zhì)所，1987；王小鳳等，2000）.

郯廬斷裂帶有著長(zhǎng)期的演化和活動(dòng)歷史，且不同區(qū)段、不同時(shí)期的活動(dòng)方式不盡相同，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)頗為復(fù)雜.作為郯廬斷裂帶主體部分的郯廬斷裂帶中段（即渤海—江蘇新沂段），第四紀(jì)以來(lái)的活動(dòng)斷層最為發(fā)育，也是我國(guó)主要的地震活動(dòng)帶之一（方仲景等，1980；吳大銘等，1981；國(guó)家地震局地質(zhì)所，1987；李家靈等，1994；晁洪太等，1997）.就郯廬斷裂帶現(xiàn)今所呈現(xiàn)出的面貌而論，斷裂帶中段主要由4條主干斷裂組成，自東向西分別為昌邑—大店斷裂F1、安丘—莒縣斷裂F2、沂水—湯頭斷裂F3和鄌郚—葛溝斷裂F4，這4條主干斷裂在郯廬斷裂帶中段的沂沭段表現(xiàn)為“兩塹夾一壘”的構(gòu)造形式，而在沂沭段的南部，“兩塹夾一壘”的構(gòu)造形態(tài)由一塹一壘所代替（國(guó)家地震局地質(zhì)所，1987；王小鳳等，2000）.在江蘇新沂以南的江蘇段，郯廬斷裂帶的4條主干斷裂分別稱為山左口—泗洪斷裂、新沂—新店斷裂、墨河—陵城斷裂和紀(jì)集—王集斷裂，其中，山左口—泗洪斷裂、紀(jì)集—王集斷裂分別為郯廬斷裂帶的東、西邊界，向北分別與昌邑—大店斷裂和鄌郚—葛溝斷裂相連（王小鳳等，2000；李起彤，1994；湯加富等，2003；張鵬等，2011）.

穿過(guò)郯廬斷裂帶中南段的地學(xué)斷面結(jié)果顯示，郯廬斷裂帶為一個(gè)深達(dá)巖石圈、產(chǎn)狀陡傾并控制地幔熱物質(zhì)上涌及巖漿侵入的深大斷裂帶（馬杏垣等，1991；陳滬生等，1993）.大地電磁測(cè)深研究結(jié)果表明，郯廬斷裂帶深部為切穿莫霍面，向下延入上地幔的走滑構(gòu)造，其淺部為伸展斷層及斷陷盆地所疊加（葉高峰等，2009；張繼紅等，2010）.人工源深地震測(cè)深和寬頻帶地震臺(tái)陣的接收函數(shù)結(jié)果顯示，郯廬斷裂帶附近的巖石圈厚度約為60～80km，地殼厚度約為32～35km，且殼內(nèi)地震波速度在郯廬斷裂帶的東、西兩側(cè)也出現(xiàn)有明顯的變化（劉昌銓等，1987；Chen et al.，2006；Zheng et al.，2008；李松林等，2011）.上述研究表明，郯廬斷裂帶不僅在淺部表現(xiàn)為塹－壘結(jié)構(gòu)的復(fù)雜構(gòu)造帶，而且是1個(gè)切穿整個(gè)地殼直抵上地幔的斷裂破碎帶和速度變異帶.

2.2 地震活動(dòng)性概況

已有研究表明，郯廬斷裂帶的地震活動(dòng)具有明顯的分段性，地震活動(dòng)總體呈現(xiàn)出其南段和北段較弱，而中段較強(qiáng)的特征，且歷史強(qiáng)震主要發(fā)生在郯廬斷裂帶的中段（即渤海—新沂段），最大為1668年的郯城8.5級(jí)地震.而在郯廬斷裂帶的江蘇新沂至安徽嘉山段，地震活動(dòng)的頻度低、強(qiáng)度小，且缺少M(fèi)≥6.5以上的歷史強(qiáng)震（方仲景等，1980；吳大銘等，1981；國(guó)家地震局地質(zhì)所，1987；林懷存等，1994；黃耘等，2008；鄭穎平等，2014）.

近年來(lái)，在郯廬斷裂帶的江蘇新沂至安徽嘉山段及其附近地區(qū)，也有5級(jí)以下的地震發(fā)生，這些地震多數(shù)發(fā)生在郯廬斷裂帶的東、西兩側(cè)以及斷裂帶與NWW向或NE向斷裂近于交匯或匯而未交的構(gòu)造部位上，而發(fā)生在郯廬斷裂帶內(nèi)的地震并不多（圖1）.對(duì)區(qū)域小震震源機(jī)制解的分析有利于對(duì)區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)的判斷和地震活動(dòng)狀態(tài)的預(yù)測(cè).一些大地震前，區(qū)域中小地震往往出現(xiàn)壓應(yīng)力軸的轉(zhuǎn)向現(xiàn)象（Gupta，1975；李欽祖等，1980；刁桂苓等，1994，2005）.有關(guān)研究區(qū)震源機(jī)制的研究結(jié)果顯示，郯廬斷裂帶附近的地震震源機(jī)制解為NNE向，與郯廬斷裂帶近于平行，而在郯廬斷裂帶東、西兩側(cè)的地震則與郯廬斷裂帶有較大的夾角（吳大銘等，1981；劉東旺等，2006），如果假設(shè)這些地震發(fā)生在已有的斷裂面上，其發(fā)震構(gòu)造的走向及其傾向都與郯廬斷裂帶不一致.古地震和歷史強(qiáng)震研究結(jié)果顯示，郯廬斷裂帶濰坊—嘉山段的強(qiáng)震活動(dòng)在不同段落上周期性地重復(fù)發(fā)生.在渤海—新沂段上，除1668年的郯城8.5級(jí)地震外，全新世以來(lái)還發(fā)現(xiàn)有三次古地震事件，古地震復(fù)發(fā)間隔約為3500年（林偉凡和高維明等，1987；高維明和鄭郎蓀，1991）.在新沂—泗洪段也發(fā)現(xiàn)了三次古地震事件，其大震復(fù)發(fā)間隔為4000年左右（李家靈等，1994；晁洪太等，1997）.

地震地質(zhì)學(xué)家通過(guò)構(gòu)造地貌、第四紀(jì)地質(zhì)和古地震遺跡的區(qū)域考察與研究，發(fā)現(xiàn)郯廬斷裂帶濰坊—嘉山段的活動(dòng)斷層最為發(fā)育，歷史強(qiáng)震往往發(fā)生在斷裂帶與NW向和NE向的活動(dòng)斷層相交切的構(gòu)造部位上，且地震活動(dòng)與晚第四紀(jì)以來(lái)的斷裂活動(dòng)性差異、各段落所處的的大地構(gòu)造單元及其深部構(gòu)造特征密切相關(guān).一些學(xué)者認(rèn)為，雖然歷史強(qiáng)震均集中分布在活動(dòng)斷層最為發(fā)育、斷層滑動(dòng)速率較大的郯廬斷裂帶中段，考慮到大震復(fù)發(fā)間隔、斷層發(fā)育程度、區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)變化以及現(xiàn)代小震活動(dòng)等諸多因素，對(duì)于那些缺少歷史強(qiáng)震或曾發(fā)生過(guò)強(qiáng)震但距今較遠(yuǎn)的構(gòu)造交疊部位，如郯廬斷裂帶的蘇北—安徽段，發(fā)生強(qiáng)震的危險(xiǎn)性較大（方仲景等，1980；高維明和鄭郎蓀，1991；李家靈等，1994；晁洪太等，1997；鄭穎平等，2014）.因此，查明郯廬斷裂帶中南段的深部結(jié)構(gòu)，不但可為深入理解研究區(qū)的深部動(dòng)力學(xué)過(guò)程、分析研究深淺斷裂構(gòu)造關(guān)系提供地震學(xué)證據(jù)，而且對(duì)該區(qū)的地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)也有重要意義.

3 數(shù)據(jù)采集和資料處理

3.1 數(shù)據(jù)采集

本文實(shí)施的深地震反射剖面位于郯廬斷裂帶中南段的江蘇宿遷附近，剖面方向?yàn)榻鼥|西向，其長(zhǎng)度為100km（圖1）.剖面東端點(diǎn)位于江蘇泗陽(yáng)縣史集鎮(zhèn)東（118.66°E；33.76°N），西端點(diǎn)位于安徽靈璧縣漁溝鎮(zhèn)北（117.60°E；33.89°N）.

深地震反射剖面的數(shù)據(jù)采集采用了道間距25m、炮間距150m、720道接收、60次覆蓋的觀測(cè)系統(tǒng).地震波激發(fā)采用鉆孔爆破震源，激發(fā)孔深25～30m，激發(fā)藥量24kg.考慮到地殼深部結(jié)晶巖內(nèi)部的反射系數(shù)通常較小，由此產(chǎn)生的深層反射波能量較弱.為獲得巖石圈深度的深層反射信息，沿剖面平均每間隔750m還增加了1個(gè)激發(fā)孔深50m、藥量為200～300kg的大炮，這樣，單由大炮地震記錄構(gòu)成的觀測(cè)系統(tǒng)也可達(dá)到12次的CMP疊加，從而保證了剖面深層反射波的信噪比.地震波接收使用了固有頻率10Hz的檢波器串（12個(gè)／道，線性組合）.地震儀器使用法國(guó)SERCEL公司生產(chǎn)的SN408UL數(shù)字地震儀，采樣率2ms，記錄長(zhǎng)度30s.

為確保探測(cè)成果質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)工作中除對(duì)獲得的原始單炮地震記錄及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)回放和質(zhì)量監(jiān)控外，還采用GRISYS地震反射數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對(duì)每天采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步處理，根據(jù)初疊剖面效果檢查數(shù)據(jù)采集質(zhì)量、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)工作.采用上述的工作方法和技術(shù)措施，保證了高質(zhì)量原始資料的取得.

3.2 數(shù)據(jù)處理和剖面速度結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)研究的深地震反射剖面數(shù)據(jù)處理流程和方法主要包括，數(shù)據(jù)解編與記錄編輯、地表一致性振幅補(bǔ)償、層析靜校正、時(shí)變帶通濾波和二維濾波、時(shí)變譜白化、地表一致性反褶積、速度分析和多次迭代剩余靜校正以及疊后剖面去噪等.

確定合理的地震波速度是獲得良好反射波疊加剖面圖像、計(jì)算反射界面埋深的關(guān)鍵.為獲得剖面沿線近地表至巖石圈的地震波速度分布，資料處理中利用深地震反射記錄上清楚的初至折射波信息，采用基于非線性折射波走時(shí)算法（Zhang and Toks?z，1998）的初至波層析成像方法得到了剖面沿線的近地表速度結(jié)構(gòu)（圖2a），并以此對(duì)深地震反射數(shù)據(jù)進(jìn)行靜校正以及近地表結(jié)構(gòu)和構(gòu)造分析；對(duì)于記錄到時(shí)5～6s以上的反射波組，其反射同相軸大多呈雙曲線形態(tài)，資料處理中采用速度譜分析方法求取剖面沿線的疊加速度，并對(duì)相應(yīng)的反射波組進(jìn)行正常時(shí)差校正（即動(dòng)校正）；對(duì)于記錄到時(shí)6s以下的深層反射波，因相鄰記錄道之間的反射波正常時(shí)差較小，其反射同相軸近于平直（見(jiàn)圖2b），為獲得精度較高的深層反射波疊加速度，數(shù)據(jù)處理中除采用反射波速度掃描方法求取反射波疊加速度外，還參照了中國(guó)地震局地球物理勘探中心2012年完成的江蘇鹽城—內(nèi)蒙包頭深地震寬角反射／折射剖面1）和李松林等（2011）的深地震寬角反射／折射剖面的巖石圈二維P波速度結(jié)構(gòu)資料.為計(jì)算剖面上不同界面反射波的埋深，利用獲得的剖面反射波疊加速度數(shù)據(jù)，通過(guò)速度平滑和迪克斯（DIX）公式以及不同界面反射波的雙程到時(shí)，得到了剖面沿線的巖石圈平均速度分布（圖2c）.

圖1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和深地震反射剖面位置Fig.1 Geological structure and the location of deep seismic reflection profiles in the research region

1）中國(guó)地震局地球物理勘探中心，中國(guó)大陸活動(dòng)斷層探察—華北構(gòu)造區(qū)深地震探測(cè)研究報(bào)告，2012

由剖面沿線的近地表速度結(jié)構(gòu)（圖2a）可以看出，研究區(qū)的淺部地質(zhì)結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，近地表速度總體呈現(xiàn)出明顯的縱向分層和橫向分塊特征，且各層有著不同的速度梯度結(jié)構(gòu).深度200～250m以淺，多數(shù)地段的近地表速度小于3000m·s－1，推測(cè)剖面沿線的松散沉積層厚度不大，深度約500m以下，速度的變化較為強(qiáng)烈，且在橫向上具有高、低速相間的速度分布特點(diǎn)，表明剖面沿線的基巖埋深有著凹隆相間的構(gòu)造形態(tài)，速度突變處可能反映了斷裂的存在.

剖面沿線的巖石圈平均速度分布（圖2c）顯示，地震波平均速度在縱向上由淺到深逐漸增加，但在橫向上平均速度的變化幅度較為平緩.雙程到時(shí)（以下簡(jiǎn)稱TWT）2.5s以上，地震波平均速度小于4500m·s－1，在 TWT 10.2～11s之間的莫霍面附近，剖面平均速度增加至6000～6100m·s－1；在TWT20s左右（對(duì)應(yīng)于圖2b中西傾的LAB反射），地震波平均速度為7500～7600m·s－1，在 TWT 22～23s之下，剖面平均速度大于8000m·s－1.

圖2 近地表速度結(jié)構(gòu)（a）、共炮點(diǎn)道集（b）和巖石圈平均速度分布（c）Fig.2 The near－surface velocity structure（a），the common－shot gather（b）and the Lithospheric averge velocity distribution image（c）

4 深地震反射剖面的巖石圈反射結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)研究的深地震反射剖面（圖3）獲得了TWT 25s（深約100km）以上較為清楚的巖石圈精細(xì)結(jié)構(gòu)圖像.由圖可以看出，本區(qū)巖石圈結(jié)構(gòu)在橫向上顯示出以郯廬斷裂帶為界的塊狀結(jié)構(gòu)特征，在縱向上以出現(xiàn)在TWT10.2～11.8s（深約31～36km）的Moho強(qiáng)反射為界，可分為上、下具有不同反射波場(chǎng)特征的兩個(gè)部分，即莫霍面以上的地殼和莫霍面以下的巖石圈地幔，現(xiàn)分別對(duì)其反射結(jié)構(gòu)特征概述如下.

4.1 地殼反射結(jié)構(gòu)和莫霍面特征

深地震反射剖面自西向東跨過(guò)了華北地塊東緣、郯廬斷裂帶和蘇魯造山帶的西南端（見(jiàn)圖1），郯廬斷裂帶的平面位置大約位于剖面樁號(hào)34～68km之間.圖3的深地震反射剖面揭示了多組較為清楚的殼內(nèi)界面反射（R1～R4）、殼慢過(guò)渡帶和Moho反射，且它們均以郯廬斷裂帶為界有著兩側(cè)明顯不同的反射結(jié)構(gòu)，主要體現(xiàn)在如下四個(gè)方面：

其一，由下地殼底層反射和Moho強(qiáng)反射構(gòu)成的殼幔過(guò)渡帶（圖中藍(lán)色虛線所標(biāo)）厚度及其形態(tài)以郯廬斷裂帶為界有著不同的反射結(jié)構(gòu)特征.在剖面樁號(hào)68km以西的華北地塊東緣，殼幔過(guò)渡帶由一系列近于平行的西傾強(qiáng)反射構(gòu)成，該反射帶在剖面上的縱向持續(xù)時(shí)間約1.8～2.0s，對(duì)應(yīng)殼幔過(guò)渡帶厚度約為5～6km.剖面樁號(hào)45km以東，即郯廬斷裂帶東側(cè)和蘇魯造山帶西緣之下，殼幔過(guò)渡帶表現(xiàn)為楔形反射結(jié)構(gòu)，其厚度自東向西逐漸變薄，剖面東端殼幔過(guò)渡帶厚約6.0～6.5km，至剖面樁號(hào)45km左右，其厚度變薄至2.5～3.0km；與剖面西段的殼幔過(guò)渡帶內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)相比，剖面東段的殼幔過(guò)渡帶主要由反射能量較弱、橫向延續(xù)長(zhǎng)度較短的西傾反射構(gòu)成，且殼幔過(guò)渡帶的底界反射還呈現(xiàn)出明顯的波狀起伏.在樁號(hào)45～68km之間，即郯廬斷裂帶的下方，殼幔過(guò)渡帶反射出現(xiàn)明顯上隆，其厚度較其兩側(cè)明顯減薄，深度變淺.

其二，郯廬斷裂帶與兩側(cè)地塊的莫霍面展布形態(tài)和地殼厚度不同.本區(qū)莫霍面展布總體上具有西深、東淺的特征，剖面樁號(hào)45km以東，莫霍面出現(xiàn)明顯的波狀起伏變化，地殼厚度約為31～34km；在樁號(hào)45～70km之間的郯廬斷裂帶下方，下地殼強(qiáng)反射和莫霍面出現(xiàn)拱起，莫霍面埋深約28～30km；在樁號(hào)68km以西的華北地塊東緣之下，莫霍面向西傾伏，地殼厚度為33～36km.上述現(xiàn)象表明，郯廬斷裂帶不但是華北地塊和揚(yáng)子地塊的分界帶，而且是一個(gè)地殼厚度的突變帶.

圖3 地質(zhì)構(gòu)造（a）和深地震反射剖面解釋結(jié)果（b）Fig.3 Geological structure（a）and interpretation results of deep seismic reflection profile（b）

其三，郯廬斷裂帶與兩側(cè)地塊的殼內(nèi)反射界面展布形態(tài)和反射結(jié)構(gòu)特征不同.在剖面東、西兩端的蘇魯造山帶西緣和華北地塊東緣之下，地殼內(nèi)都存在有2～3組反射能量較強(qiáng)、橫向可被連續(xù)追蹤的強(qiáng)反射震相，即剖面上的R3和R4反射，但它們?cè)谯皬]斷裂帶兩側(cè)的反射界面產(chǎn)狀是不同的，在郯廬斷裂帶以東，R3和R4反射在剖面上均向東傾，而在剖面西段的華北地塊東緣，R3和R4反射則向西傾，并出現(xiàn)橫向上的起伏變化.而在郯廬斷裂帶內(nèi)部，剖面上的多組殼內(nèi)反射呈拱弧狀，且在橫向上的延續(xù)長(zhǎng)度不等，反射能量時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，相互之間出現(xiàn)交叉、中斷和上下疊置，反映了郯廬斷裂帶地殼結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性.

其四，在深度約800m以淺，深地震反射剖面（圖3）和近地表速度結(jié)構(gòu)（圖2a）都清楚地顯示了隆起和凹陷相間的構(gòu)造形態(tài).總的看來(lái)，位于剖面樁號(hào)34～68km之間的郯廬斷裂帶部位的沉積層厚度和近地表速度結(jié)構(gòu)與兩側(cè)地塊明顯不同.郯廬斷裂帶以西，反射波R1的埋深約為200m，且其下的地震波速高于4000m·s－1.在樁號(hào)34～68km之間的郯廬斷裂帶內(nèi)，近地表波速明顯低于其東、西兩側(cè)，其沉積層厚度分布具有東、西兩側(cè)薄，而中間較厚的特征，最厚處位于剖面樁號(hào)55km的陵城鎮(zhèn)附近.在郯廬斷裂帶以東，R1反射波的埋深變淺，近地表速度增高，沉積層厚度變薄，至樁號(hào)12～27km之間，剖面揭示了一個(gè)寬約15km的沉積凹陷.該區(qū)地質(zhì)資料顯示，郯廬斷裂帶部位的Q＋N地層厚度約200～400m，與下伏白堊紀(jì)地層呈不整合接觸，而在隆起部位上，Q＋N地層減薄，并缺失白堊紀(jì)地層沉積（李起彤，1994；張鵬等，2011）.剖面淺部的R1和R2反射較清楚地顯示出了近地表沉積層的橫向變化和斷裂所引起的地層錯(cuò)段等特征，綜合R1和R2反射波在深地震反射剖面上的展布特征、近地表速度分布（圖2a）和該區(qū)地質(zhì)資料，我們把剖面上的反射波R1解釋為Q＋N的底界，反射波R2解釋為來(lái)自白堊紀(jì)地層的反射.

4.2 巖石圈地幔的反射特征

深地震反射剖面揭示的最深一組界面反射波標(biāo)示為L(zhǎng)AB，該組反射波在剖面樁號(hào)55km以東向西傾，其在剖面上出現(xiàn)的雙程到時(shí)為19.5～21.5s，對(duì)應(yīng)界面埋深約75～86km，界面傾角約11.3°；剖面樁號(hào)68km以西，LAB反射波的產(chǎn)狀近于水平，其埋深約為75km.已有深部地球物理研究結(jié)果顯示，郯廬斷裂帶作為華北和揚(yáng)子地塊間的構(gòu)造薄弱帶，其地殼內(nèi)部廣泛發(fā)育有低速層，巖石圈厚度在60～80km之間，是華北克拉通巖石圈減薄最強(qiáng)烈的地區(qū)（Chen et al.，2006，2008；Zheng et al.，2008；朱日祥等，2011；李松林等，2011）.穿過(guò)山東臨沂的江蘇響水—內(nèi)蒙古滿都拉地學(xué)斷面結(jié)果顯示，郯廬斷裂帶附近的巖石圈厚度70～80km（馬杏垣等，1991）.HQ－13地學(xué)斷面從深地震反射剖面南部的五河—嘉山附近穿過(guò)郯廬斷裂帶，其結(jié)果顯示，巖石圈在郯廬斷裂帶下方減薄至90～100km（陳滬生等，1993；王小鳳等，2000）.我們的深地震反射剖面結(jié)果顯示，剖面經(jīng)過(guò)地區(qū)的巖石圈厚度為75～86km，比馬杏垣等（1991）、Chen等（2006）和李松林等（2011）在郯廬斷裂帶沂沭段得到的巖石圈厚度要厚，而比HQ－13地學(xué)斷面結(jié)果要薄，這表明郯廬斷裂帶濰坊—嘉山段的巖石圈厚度自南向北是逐漸減薄的.

在莫霍面和LAB反射波組之間的巖石圈地幔內(nèi)，深地震反射剖面還揭示了幾個(gè)界面產(chǎn)狀、波組形態(tài)和反射能量變化較大的反射波組（即RA、RB和RU），其中，反射波RA和RB在剖面上呈上、下疊置的拱弧狀反射結(jié)構(gòu)，且僅在郯廬斷裂帶下方TWT 11～15s之間可看到它們的存在，可見(jiàn)RA和RB是具有局部意義的反射事件，其波組形態(tài)和反射能量與其上、下的莫霍面強(qiáng)反射和LAB反射有很大區(qū)別，推測(cè)可能是軟流圈熱物質(zhì)順斷裂帶上涌的側(cè)向殘留物.上地幔反射波組RU在郯廬斷裂帶的東、西兩側(cè)有著不同的界面產(chǎn)狀和反射能量，剖面樁號(hào)68km以西（即郯廬斷裂帶以西），反射波組RU的能量較強(qiáng)，在剖面上自西向東傾伏，其埋深約54.5～58.5km.剖面樁號(hào)25～50km之間，反射波組RU略向西傾，其埋深約66.5km.樁號(hào)約25km以東，從剖面上幾乎看不到反射波RU的存在與形態(tài).

5 剖面揭示的郯廬斷裂帶特征

深地震反射剖面蘊(yùn)涵著豐富的地下結(jié)構(gòu)和構(gòu)造信息，剖面上反射波能量及其波組特征的變化與地下結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的賦存形態(tài)密切相關(guān).由深地震反射剖面的解釋結(jié)果（圖3）可以看到，剖面揭示的郯廬斷裂帶是一個(gè)切割整個(gè)地殼、深達(dá)巖石圈的斷裂構(gòu)造系統(tǒng)，而且，郯廬斷裂帶在地殼和巖石圈地幔內(nèi)的構(gòu)造特征是不同的.

在莫霍面之下的巖石圈地幔內(nèi)，郯廬斷裂帶表現(xiàn)為一個(gè)傾角近乎直立、形態(tài)上寬下窄、其兩側(cè)地殼和巖石圈厚度不同的弱反射能量變化帶，表明郯廬斷裂帶不僅是一個(gè)切割巖石圈地幔的斷裂構(gòu)造帶，而且還是地殼和巖石圈厚度的突變帶.斷裂帶兩側(cè)Moho、LAB和RU等反射波組出現(xiàn)的反射能量和波組特征變化，暗示郯廬斷裂帶與其兩側(cè)的巖石圈地幔物質(zhì)組構(gòu)可能不同.Moho和LAB反射以及上地幔反射RU在斷裂帶兩側(cè)出現(xiàn)的埋藏深度變化，說(shuō)明斷裂帶兩側(cè)的莫霍面、RU反射界面和巖石圈底界都存在有垂直落差，且其落差自上而下逐漸增大，結(jié)合斷裂帶下地殼底層和莫霍面出現(xiàn)的撓曲隆起和變形，可以認(rèn)為在郯廬斷裂帶的形成和演化過(guò)程中，不但有著較大的走滑運(yùn)動(dòng)分量，而且還經(jīng)歷了較為強(qiáng)烈的、具有繼承性的拉張和擠壓作用.除上述特征外，深地震反射剖面還顯示了郯廬帶西側(cè)地塊的殼幔過(guò)渡帶和莫霍面向東仰沖，而東側(cè)地塊的殼幔過(guò)渡帶和莫霍面以及巖石圈底界低角度向西俯沖的反射結(jié)構(gòu)，這似乎說(shuō)明郯廬帶東側(cè)地塊有著俯沖于西側(cè)地塊之下的可能，由于這些結(jié)構(gòu)面被晚期形成的高角度郯廬走滑斷裂帶所切割，加之深地震反射剖面的長(zhǎng)度太短，使得我們難以從剖面上可靠確定是否存在這種構(gòu)造現(xiàn)象.

在莫霍面之上的地殼內(nèi)部，深地震反射揭示的郯廬斷裂帶表現(xiàn)為由多條斷裂組成的復(fù)雜斷裂構(gòu)造帶，這些斷裂的構(gòu)造面在剖面上呈近于直立的舒緩波狀形態(tài)，并由深到淺分叉撒開(kāi)，構(gòu)成典型的“花狀”構(gòu)造.“花狀”構(gòu)造是走滑斷裂系在剖面域的一種特殊構(gòu)造形式，其構(gòu)造樣式與伸展構(gòu)造背景下形成的“犁形”或“鏟形”正斷層特征明顯不同，顯示出郯廬斷裂帶的走滑作用.另外，在郯廬帶的各條主干斷裂之間，還可以看到一些橫向延續(xù)長(zhǎng)度不等的地層褶皺，且被斷裂所切割的多組殼內(nèi)界面反射呈上拱的背形，反映了郯廬斷裂帶的擠壓構(gòu)造性質(zhì)，這說(shuō)明郯廬斷裂帶在左旋走滑活動(dòng)過(guò)程中，還兼具較大的逆沖運(yùn)動(dòng)分量.剖面淺部發(fā)育的白堊紀(jì)斷陷盆地及其邊界控制性正斷層，指示在郯廬斷裂帶的形成和演化過(guò)程中還經(jīng)歷了較強(qiáng)烈的伸展斷陷活動(dòng).

總的看來(lái)，郯廬斷裂帶在地殼內(nèi)的構(gòu)造組合形式比其在巖石圈地幔內(nèi)要復(fù)雜.在巖石圈地幔內(nèi)，郯廬帶是一個(gè)由巖石圈深斷裂FL1和FL2組成的斷裂構(gòu)造帶，該構(gòu)造帶向下伸抵軟流圈，向上延伸至地殼，其寬度上寬下窄，在巖石圈地幔內(nèi)其寬度約6～8km，在莫霍面附近，其寬度約為15km.其中，斷裂FL1向上延伸至15～18km的深度上，控制了郯廬帶西側(cè)的下地殼結(jié)構(gòu)和變形，而斷裂FL2向上與多條斷裂組成的花狀構(gòu)造相聯(lián)系.以往研究認(rèn)為，郯廬斷裂帶在江蘇宿遷以南主要由4條主干斷裂F1—F4組成（國(guó)家地震局地質(zhì)所，1987；李起彤，1994；張鵬等，2011）.在深地震反射剖面上，這4條主干斷裂在地殼淺部以正斷層方式錯(cuò)段了近地表沉積層，控制了白堊紀(jì)盆地的發(fā)育和塹－壘構(gòu)造的形成；向下切割多組殼內(nèi)界面向地殼深處匯聚，在下地殼底層匯聚為一個(gè)斷裂系，并與其下的巖石圈深斷裂帶聯(lián)系到一起.除了上述4條主干斷裂外，在郯廬斷裂帶東邊界斷裂F1的東側(cè)，深地震反射剖面還揭示了2條殼內(nèi)隱伏斷裂（即F5和F6），這2條斷裂切割了殼內(nèi)的R3和R4反射層，控制了TWT 2s（深約4.5km）以下的地殼結(jié)構(gòu)和變形，大約在深度28～30km的地殼深處與斷裂F1—F4組成的斷裂系合并為一個(gè)構(gòu)造系統(tǒng)，我們認(rèn)為斷裂F5和F6也是郯廬帶的殼內(nèi)組成部分，但向上沒(méi)有延伸至地表.

6 結(jié)論

在華北克拉通與揚(yáng)子克拉通印支期的碰撞、拼合構(gòu)造背景下形成的郯廬斷裂帶，自中生代以來(lái)經(jīng)歷了強(qiáng)烈的左行平移、擠壓和伸展等復(fù)雜多變的演化過(guò)程.這些演化過(guò)程必然會(huì)在深部和淺部結(jié)構(gòu)上留下其演化的印跡，并可被地球物理方法檢測(cè)到.我們的深地震反射探測(cè)剖面較清楚地重現(xiàn)出了郯廬斷裂帶及其兩側(cè)地塊的巖石圈精細(xì)結(jié)構(gòu)、斷裂帶演化的主要構(gòu)造形跡及其復(fù)雜的構(gòu)造樣式組合和深、淺斷裂的幾何配置.

斷裂帶結(jié)構(gòu)及其幾何形態(tài)與其動(dòng)力學(xué)過(guò)程密切相關(guān).走滑斷裂的傾角通常是近于直立的，而“花狀”構(gòu)造是走滑斷裂在剖面域的一種特殊構(gòu)造形式，其構(gòu)造樣式與伸展構(gòu)造背景下形成的鏟形正斷層或擠壓環(huán)境下形成的低角度逆斷層特征明顯不同.深地震反射剖面揭示的郯廬斷裂帶不是簡(jiǎn)單的鏟形正斷層或低角度逆斷層，而是一個(gè)構(gòu)造面形態(tài)隨深度變化、斷層面傾角近于直立、由多條斷裂組成的大型“花狀”構(gòu)造，且組成郯廬斷裂帶的各條主干斷裂還表現(xiàn)出了張、壓、扭結(jié)構(gòu)面共存的復(fù)雜結(jié)構(gòu).表明郯廬斷裂帶是一個(gè)以走滑為主的、并兼有逆沖和正斷運(yùn)動(dòng)分量的復(fù)雜斷裂構(gòu)造帶.該斷裂帶由淺到深依次切割了近地表沉積層、殼內(nèi)分界面、莫霍面和巖石圈地幔，其變形方式有規(guī)律地從脆性、脆－韌性和韌性逐漸轉(zhuǎn)換過(guò)渡，屬于巖石圈尺度的深大斷裂帶.

郯廬斷裂帶作為華北地塊和揚(yáng)子地塊間的邊界帶，其兩側(cè)的地殼和巖石圈厚度也是不同的.在斷裂帶以西的華北地塊東緣，莫霍面向西傾伏，巖石圈底界面產(chǎn)狀近于水平，地殼厚度約33～36km，巖石圈厚度約為75km.郯廬斷裂帶以東，莫霍面出現(xiàn)波狀起伏，巖石圈底界面向西傾，地殼厚度約31～34km，巖石圈厚度約75～86km.在郯廬斷裂帶之下，莫霍面出現(xiàn)約4～6km的拱起，且?guī)r石圈厚度出現(xiàn)約10km的厚度變化.上述現(xiàn)象表明，郯廬斷裂帶不僅是一個(gè)切割巖石圈的大型斷裂構(gòu)造帶，而且還是地殼和巖石圈厚度的突變帶.該斷裂帶的存在為軟流圈高溫高壓熱物質(zhì)上涌提供深部動(dòng)力學(xué)來(lái)源，而軟流圈物質(zhì)的上涌、巖漿底侵或熱侵蝕作用導(dǎo)致巖石圈出現(xiàn)拉張伸展和巖石圈減薄，并可能使巖石圈結(jié)構(gòu)及其物質(zhì)成分發(fā)生改變.鄭建平等（2000，2006）通過(guò)對(duì)郯廬斷裂帶內(nèi)、外地幔包體的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，斷裂帶內(nèi)的地幔交代明顯加強(qiáng)，古老的巖石圈地幔完全被新生巖石圈物質(zhì)所置換，而在遠(yuǎn)離郯廬斷裂帶的華北克拉通內(nèi)部，仍有古老巖石圈地幔的殘留，這表明該斷裂帶是新生軟流圈物質(zhì)上涌及地幔改造與置換作用的良好通道.本文的結(jié)果及其他研究結(jié)果均指示郯廬斷裂帶是一個(gè)巖石圈尺度的深大斷裂帶和構(gòu)造薄弱帶，是上地幔熱物質(zhì)上涌的通道，其在華北克拉通東部的巖石圈破壞和巖石圈減薄中扮演了重要角色.

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