华南连县—博罗—港口地带地壳结构
及速度分布的爆炸地震探测结果

CRUSTAL STRUCTURE AND VELOCITY DISTRIBUTION
FROM DEEP SEISMIC SOUNDING ALONG THE
PROFILE OF LIANXIAN-BOLUO-GANGKOU IN SOUTH CHINA

1　引 言
　　我国东南大陆及其附近海域位于欧亚板块东南部的边缘，是欧亚板块与太平洋板块和菲律宾板块的接触带． 其周边地区是地震活动带和构造活动的交汇部位，地壳结构复杂，构造活动剧烈． 从板块内部结构看，中朝古陆、扬子地块和华南地块在此汇聚和演化．与华南地块相邻的南海则处于欧亚板块、太平洋板块和印度—澳大利亚板块三者的结合部位，它的演化受三大块板的制约． 最新的大地构造理论认为：东南大陆及邻近海域由4条近北东方向的“碰撞结合带”控制了该地区的构造格局。但对大地构造格局和演化至今尚无一致的见解^［1］．当代岩石圈的研究对大陆边缘的陆-海过渡带特别重视，为深入进行东南地区岩石圈构造、组成和演化的研究，中国科学院在东南陆区和相邻海域对岩石圈开展各种研究项目及计划；在该地区进行了大地构造、海洋地质、地球化学和地球物理等多学科的综合研究^[2，3]。在地球物理综合观测与研究中，对我国东南陆缘地区、靠近东海和南海的陆-海过渡带，进行地壳结构和速度分布的爆炸地震深部探测工作是十分必要的．中国科学院地球物理研究所于1988年10月—1989年1月，在华南地区进行爆炸地震测深工作，测线西起连县向东南方向延伸至南海北缘大亚湾附近的港口镇，全长约400km． 该地震测线工作的完成所取得的成果展示了该地带地壳浅层和深层的构造和速度分布格局．

2 地震测线的布置和测线地区的地质格局
2.1 地震测线布置
　　华南人工地震测线西起广东省的连县，经阳山、清远、从化、博罗、惠州直到大亚湾北端的港口镇，测线由广东省西北向东南方向延伸，全长400km，共设置6个爆炸点，它们分别为连县、大弯、清远、从化、博罗和港口，炮点间距为80km，台站观测间距为3km，采用相遇和追逐观测系统进行观测，从而得到可靠的界面深度和界面的起伏情况．
2.2 测线地区的地质格局
　　测线地区的构造极其复杂，纵横交错． 测线由东往西，穿过主要的断裂带有：莲花山断裂带、紫金—博罗断裂带、河沅—增城断裂带、恩平—新丰断裂带、吴川—四会断裂带． 对上述各个地质史期的断裂带，按由东往西的顺序作一简介．
　　莲花山断裂带　在福建省内部分称为政和—大埔断裂带，在广东省部分称为莲花山断裂带． 从广东省北东端自福建华安进入广东省，经大埔、顺延雄伟的莲花山至海丰、惠东、宝安入南海． 陆地部分长370km，宽约20—40km，构造带以强大的断裂束及其所夹持的动力变质带为主，高度密集的断裂束较清楚地分为南北两束，北部为五华断裂束，以兰田断裂、五华断裂、高谭断裂等主要断裂雁列衔尾相随；南部河婆—海丰断裂束由河婆断裂、河田断裂、丁永田断裂、牛头山—长埔断裂、梅陇断裂等雁列相随． 两断裂束分别构成构造带的南北边界，往南西与高要—惠来东西向构造带相遇时则相结合，而形成面略向南突出的联合弧．
　　紫金—博罗断裂带　北自五华与华城之间地带，并经紫金、博罗，故推测斜贯珠江口至台山广海弯入南海． 大陆部分长达366km，宽约30km，构造带由数条区域性北东向断裂及其所夹持的褶皱和花岗岩带所组成． 以紫金—博罗大断裂为主体，总体呈北东50°—60°左右，以紫金至惠阳、樟木头段，构造形迹最为发育． 该断裂构造带主要由紫金—博罗大断裂，及紫金、宝山嶂、武松岭、鸟古石、富竹坑、磨坑、博罗大断裂、横历、樟木头、赤溪大断裂、川龙坳、铜湖等断裂组成．
　　河沅—增城断裂带　该断裂在广东省境内经兴宁、田望嶂、罗岗、龙川、河沅至博罗湖镇一带，长约230km，宽约30km左右，主要由灯塔—客家水断裂、人字石断裂、河沅—龙川—罗岗、黄泥塘等断裂组成．地球物理工作者认为罗岗以东的磁异常反映了火山岩系沿断裂的喷溢，而在罗岗以西的异常则反映了燕山花岗岩沿断裂的侵入．工作结果表明河沅—增城断裂构造带是省内著名的活动断裂构造带，沿断裂带见断层岩、断层三角面、悬谷、跌水以及迭置的冲积洪积地貌，一系列温泉（14处）呈北东向展布，在该断裂带范围内，历史上破坏性地震十分频繁． 如1962年3月19日的河沅6.1级地震． 据地震台网资料统计表明，新丰江地区，1960—1971年11年期间，仪器记录的地震达25万次，平均每天有62次．震源呈带状分布，可分为北北西带及北东东带．前者分布仅在6km深度，后者在1—9km深度内都有明显反映，它可能反映了主断裂与配套构造的关系．地壳形变测量资料表明，在1966年—1969年间，河沅盆地相对往北位移23.4mm，即河沅断裂南东盘往东移动，而人字石断裂以北，西盘则相对向南西滑动11.4mm；1961年8月—1969年8月间，河沅断裂北西侧相对上升20.7mm． 关于河沅断裂构造带的南北延伸问题仍是一个尚未研究清楚的问题，过去习惯都将河沅断裂与邹武断裂相连，称之为河沅—邹武断裂带，但从卫星照片显示的信息和花岗岩带的延伸来看，有可能沿平远一线继续朝北东方向延伸，它和邹武断裂有可能不是一条断裂，而是雁行排列的平行断裂．
　　恩平—新丰断裂带　北起连平，往南西经新丰、从化、广州、开平、恩平到达阳江海陵岛而进入南海，连平以北尚有向江西龙南延伸之势． 它在广东省内长450km，宽5—20km． 中新生代以来，构造活动趋于频繁和激烈，不仅控制了恩平、龙归、隆街等构造盆地的展布，而且还切割了这些盆地． 频繁的断裂活动使早古生代地层普遍逆覆于中新生代地层之上．断距100—200mm以上，沿断裂带控制一系列燕山晚期小侵入体及岩脉展布，后又使这些花岗岩遭受动力变质．该断裂的力学性质呈压性栒判詵压性的交替过程．第三纪时期以来，断裂活动也较明显． 沿断裂有一系列的温泉分布，其中包括著名的从化温泉．
　　吴川—四会断裂带 位于吴川—四会一线，自吴川县起沿北东方向，经阳春、春湾、云浮、四会、广宁延至粤北西牛镇附近，长约700km，是广东省新华夏系主要构造带之一，也是东南沿海最早确定的重要深断裂带之一．它从加里东运动后期形成，后又经历了多旋回运动，形成一个复杂的断裂挤压破碎带和岩浆岩带． 通过卫星照片和最新地质资料综合分析发现，该断裂带一分支经韶关与赣江断裂会合，可能是组成郯庐断裂的一条分支． 另一分支则经英德、南雄、赣州、南丰、上饶直到杭州湾，构成平行于恩平—龙泉和口山—温州断裂的又一条巨大的北东向断裂，现称为吴川—肖山深断裂带．这些断裂带控制着华南地区的矿产和地热分布，该地区历史上所发生的地震均分布在这些断裂构造带上． 这些地表的浅层介质中所发生的现象，早为地学工作者所关注，这些断裂构造带与深部的地壳和上地幔之间有什么联系，它的深部结构和速度分布状况如何，有什么内在关系，则是人工地震测深工作所希望解决的问题．

3 震相识别及其特征
　　全测线共进行5次爆炸，炸药量每炮为1.5t，其中清远、从化、博罗为井中组合爆炸，大弯和港口为水下组合爆炸，爆炸点间距约80km，观测点间距为3km左右，采用相遇和追逐观测系统追踪，全测线共设122台地震仪器进行观测，爆炸产生的地震波传播最远观测距离约240km，一般情况在200km左右． 在华南地区地壳中主要界面和上地幔顶部的反射和折射波组信号均能接收到． 122个台站和观测记录，经过钟差校正之后进行采样数字化工作，并以软盘进行储存．为了便于震相分析、识别与对比，以6.0km／s为折合速度，该测线的地震记录剖面图，如图2，3所示．图2为以从化爆炸点为起点至港口一带的地震记录剖面图． 图3则以博罗爆炸点为起点，在其两侧的观测记录剖面图． 由于观测地震记录已经数字化，可以根据震相识别分析处理的需要，绘制各种比例尺的地震记录剖面图．华南地区人工地震记录剖面中，主要识别出的震相有：P_g，P₁，P₂，P₃，P₄，P_m和P_n等波组．分别标示在图2，3中．对这些波组特征现分别描述如下：
　　P_g波组：地壳表层中的回折波，在记录中以初动出现，能量比较强，从爆炸点附近开始，一般可追踪到80km左右，视速度受爆炸点和观测点附近介质不均匀性影响很大．本测线中以博罗附近速度较低，一般由4.5km／s增加到6.2km／s．该波组主频在15Hz左右．

4 资料处理方法
　　在该地区所有爆炸地震记录剖面图上，均能根据震相识别勾划出各个波组，读出其观测距离和波组走时．对于P_g波组走时，采用截距时间法^［4］求出测线下方梯度初始模型．对于其他各反射波组，采用x²-t²方法，反演求出其反射界面的深度及其上方介质的平均速度．在此基础上建立全测线的二维五层初始模型．将二维五层数字初始模型，输给Seis81程序进行处理，对各个波组的实测走时进行正演拟合，以大湾、清远，从化，博罗，港口各爆炸点为起点，分别向两侧进行，拟合的顺序是观测距离由近到远，实测波组走时由浅层波组至深层波组． 每进行一次拟合后，计算结果均给出理论走时与观测走时，并给出它们之间的残差，根据残差通过调整反射界面的深度以及改变层介质垂向和横向速度，再进行拟合． 如此终而复始的反复进行拟合，以达到理论走时与实测走时逐步逼近，最后两者之差达到一定的精度（实际取0.1s），构成数字模型，即测线下方的地壳结构和速度模型，如图4所示． 处理方法同文献^［5，6］． 为使地壳浅层结构更清晰、更直观，又绘制了该地区地壳深度为12km的地壳浅层结构图（图5）．

5 结论与讨论
5.1 结　果
　　根据对华南连县—港口地带地壳结构与速度分布（图4，5）的分析研究，结合该地带内以往的地质与地球物理工作结果，取得了以下认识．
　　1. 连县—港口地带的浅层结构（图5）给出了地表浅层的速度分布，惠阳盆地为地表沉积盆地，沉积介质速度小于5.50km／s；粤中坳陷等速度线东陡西缓，东部沉积较厚，增城—台山隆起区等速度线平缓，地表速度5.70—5.90km／s． 连山凹陷区地表介质速度小于5.90km／s，等速度线起伏较大，构造运动强烈，各凹陷区均以断裂为界．其纵向延伸，反映了该区具有较厚的沉积建造，厚度可达6—8km．
　　2. 根据莫霍面反射波组Pm求得该区地壳的平均速度为6.25km／s，地壳平均厚度约30.0km，各地段地壳厚度有差异． 清远至连县之间，地壳厚度为32.0—34.0km，博罗至惠东一带为30.0km，惠东到港口一带为29.5km，说明该地区莫霍面起伏不大． 特别是凹陷地区莫霍面上隆，说明沉积凹陷区的形成是与深部物质运移有关． 莫霍界面由北向南，由西向东有逐步变薄的趋势．
　　3. 该区上地幔顶部折射波组P_n，自观测距离140km处出现，一直可以追踪到240km．在观测距离大于200km的地震记录剖面图上、亦能识别出该震相． 利用最小二乘法处理求得的P_n震相速度分别为：港口—惠东—博罗一带为8.05km／s；博罗—从化—清远一带为8.06km／s；由西向东清远—从化—博罗一带8.13km／s． 从P_n速度的变化同样说明该地区地壳厚度有由西向东逐步变薄趋势．考虑到莫霍界面的起伏因素，该区P_n震相的速度值取8.06km／s为宜，见图6．