目录介绍：

• 1、　用物探方法研究深部地质构造的难点
• 2、物探化探勘查技术面临的问题与发展趋势
• 3、与石油物探有关的问题 在地震剖面中如何识别多次波？
• 4、地震构造图及其种类
• 5、地震剖面与地质剖面的关系
• 6、地质构造及人工地震测深剖面探测

　用物探方法研究深部地质构造的难点

了解地球内部的构造，了解深部的地质情况，对人类认识自然、利用自然和改造自然（其中包括开发矿产、保护环境、预防自然灾害等）都有重要意义。近百年来，随着科学技术的发展，人们对地球的认识取得了很大的进展。其中具有突破性的进展有四点：

第一是随着航海技术的发展，通过航海家的环球航行探险，证明了地球的形状是近似圆的，并概略地了解到地球上陆地和海洋的分布情况。

第二是经过天文学家及包括牛顿在内的物理学家的努力，人们认识到地球是太阳系的一个成员，既围绕太阳作公转（因而有一年四季之分），又自身绕地轴作自转（因而有白天和黑夜之分）。

第三是通过煤及石油的开采和勘探，地质学家提出了沉积岩的生成年代次序表，使地质事件有了时间的概念。与此同时，提出了分层均匀的沉积盆地中的地层模型。这个模型后来被引用到研究内部构造，根据这个模型对地震波传播的解释，得出现今广为人们认可的如图9—6所示的地球分层均匀的结构模型。这个模型现已成为一个框架，地学家们的学术思想，在大的方面，都在这个框架内运行。

第四是空间技术的成就和原苏联在科拉半岛打的深度超过11km的深钻。空间技术的成就，使人类登上了月球和有可能登上火星，了解地球的卫星及其他太阳系成员的情况；使人类能从地球外看到整个地球，观测地球上不同部位相对运动的情况，测量全地球的磁场等。

科拉半岛的超深钻，使人类第一次获得地下11km以内的地质情况的直接信息。打钻前，曾用地质、浅钻以及以地震法为主的方法对此地区作过深入的研究，对工作地区地下地质情况，根据沉积盆地的模型，提出了设想。但据光明日报，1982年2月6日报道，原苏联在科拉半岛的超深钻（到1982年8月，孔深已达到11515m）获得的初步材料否定了科技界在这之前对地壳深处面貌的许多推测。过去认为，钻探地区15亿年至17亿年前形成的火成岩在4500～4700m深处与20亿年前形成的太古代岩石相遇，现在发现火成岩比设想的厚得多，在6800m才与太古岩相遇。过去认为，地震波传播速度发生突然变化的所谓“康拉德界面”，就是地壳的花岗岩同深处密度更大的玄武岩的交界面。从地面测量，钻井区应在7km深处达到这个界面，遇到玄武岩，而现在钻到11000多米还没有遇到玄武岩。过去以为波罗的海地盾是早已凉透了的古陵块，每加深100m，温度应提高1℃，15km深处应为140℃。现在发现，11km深处已达180℃。钻探提供了被穿过的岩石中由放射性衰变产生的热分布的重要情况，这些热的主要来源是地幔。根据钻孔的资料已对大陆壳的地热模式进行了模拟，这就可以预期大陆壳的内生热的利用将有重要的发展。

科拉半岛钻井溶液的静压力已达1200大气压，岩层的自然压力已达3000大气压，但岩心中却不断遇到裂隙极大的岩层。孔内水溶液中含有比正常量高的溴、碘以及重金属。气体则主要是二氧化碳、氦、氢、氮、甲烷以及其他碳氢化合物。这些资料表明，在大陆壳很深的部位的结晶岩中有活泼的气-水作用过程。

钻孔在1600～1800m深的地方见有硫化物矿石，矿石中铜、镍都具有工业价值。在4500～4600m和6000～6500m的深度见有具低温矿化作用的宽阔的破碎带，该处岩石碎块被石英、方解石、铁、铜、铝、镍、锌和钴的硫化物胶结。在深度超过9500m时，发现有磁铁矿、金云母、白云母以及硫化物。

这些信息将改变我们对热液矿床和石油形成的传统看法。钻孔的实践表明，不仅大陆壳近地表部分，而且在很深的部位，对成矿都是有利的。

超深钻的这些新发现，肯定会动摇传统的对地壳结构的看法，进而动摇目前对地球内部分层均匀的结构的看法。

推测的结果被钻探结果否定的另一个例子是德国科学孔的先导孔。这里原先推断地层是水平的，但开孔不久，就见到了产状倾斜的变质岩地层，岩石中有裂隙、破碎及矿化等[46],[47]。

地质调查和以地震方法为主的物探方法作出深部地质构造与实际不符合的原因是多方面的，其中主要的可能是：

第一，目前研究深部地质情况的唯一方法是物探方法。获得的信息是间接信息，没有足够的先验知识及一定量的直接信息，间接信息的解释是多值的，不准确是肯定的。

第二，由于缺乏必要的直接信息，无法建立解释物探结果的初始模型，而错误的初始模型将导致错误的解释结果。例如在解释长波磁异常时，关于引起异常的原因，就有浅源（磁性体上界面深5～8km，下界面深25～30km）说和深源（磁性体上界面深度大于30km的下地壳）说之争，因而不同学派得出不同的解释结果。科拉半岛超深孔揭露的情况却是[48]:

1.深部地质构造复杂，磁性层有多个，并且磁性层并不近于水平，其倾角在33°到70°之间变化；

2.深部岩石磁性不均匀，多处有磁黄铁矿和磁铁矿化现象。深部磁测井结果并具有与地面磁异常相对应的关系；

3.深部的磁性变质岩和磁性岩石具有强烈的磁各向异性。例如上述СГ-3孔在孔深4884～5642m处约有758m厚的变辉绿岩，矿物颗粒呈定向排列，产生强的磁各向异性；

4.深部的磁性岩石有很强的剩余磁化强度，而且其方向和当今地磁场的方向不一致。

这表明，不论上述深源或浅源模型都是不符合实际的。这些模型建立的依据不足，这些学者在建立模型时忽略了一个很重要的事实，这就是下面将要提到的第三和第四个原因。

图9—11　地震T5反射层构造图（数字单位m）

第三，地球深部的物质，在上升到浅部时，如果没有“淬火”，在上升过程中，由于物理和化学条件的巨大变化，在物质结构及组成方面都会发生变化。因此，根据在地表浅部那些被认为是来自深部物质的岩石来推断深度的物质成分、物理性质及结构都是多解性的。而许多地学家往往忽视“多解性”。

第四，现时所做的岩石高温高压试验，与实际情况相比，只能算作是理想条件下，封闭环境中的“试管”试验，其结果有助于人们开阔思路，但用作解决地球内部构造的基础材料，还很不足。

第五，随着科学技术的发展，物探的观测结果将更为精确，其中包含的信息量增大，根据老资料所作的解释将被补充或修改，提出新的解释结果。下面是两个例子。

图9—11是1987年以前编制的地震（T5）构造图，显示一系列西北向构造，图9—12是1988年以后经过三维地震解释重新编制的该区构造图。在新的构造图上，北西向构造不见了，出现了以北东向为主的构造，与1987年利用重力异常所作的推断一致，并在此基础上发现了新的油田（图9—13），而这些新发现的油田均在重力法预测的油气勘探有利区内[43]。

图9—12　根据三维地震解释的构造图

图9—13　1987年预测的油气勘探有利地区

1—Vzzz正异常线；2—Vzzz负异常线（单位：m-1·s-2）；3—预测油气有利区边界；4—油井及编号；5—地名

图9—14　乌克兰地盾一剖面的重力异常解释结果（根据Г.Я.哥里茨德）

1—密度等值线（单位g/cm3）；2—剩余异常曲线；3—计算的曲线；4—区域磁异常；5—反射面；6—深断裂；7—铁镁成分地块；8—硅铝成分地块

图9—14是乌克兰结晶地盾上一条重力和磁法推断的深部地质剖面，图上绘有根据地震测深得出的莫氏面。可以看出，单一的莫氏面消失了，取代的是一个厚度为10多公里的反射带。怎样解释这些结果，乃是一个尚待研究的课题。

物探化探勘查技术面临的问题与发展趋势

中国覆盖区(植被和土壤覆盖区、沙漠戈壁区等)分布广泛，如何寻找其深部的金属矿，是摆在我们面前的艰巨任务。在新一轮地质调查和找矿勘探工作中，我们所面临的多是地质条件复杂、常规方法技术难以识别的隐伏矿，或是在工作条件十分艰苦的西部地区找矿。我国物化探找矿要有大的突破，有两个待解决的问题:一是从技术上，很大程度要依赖于物化探勘查技术的进步与发展，这是一种内在因素，即一种能力;二是从技术管理上要有一个强有力、统筹的技术指导机构和专家系统，这是一种外在因素，是一种条件。两者的有效结合、协调运筹，可能是问题解决的突破点。

长期以来，我国对深部找矿理论、方法技术和成矿预测的研究重视不够，严重缺乏对深部隐伏矿体精确定位的技术方法。主要表现为:①我国大陆地质构造复杂，成矿类型众多，矿床产出环境多样，给建立深部找矿模型带来了较大困难。②极缺深部找矿的方法技术，经验也不足，地球物理探测的能力和综合效应未能充分挖掘出来。③地质、物探、化探在深部找矿中，方法的优选组合不够，缺少系统的整装成果且研发力量分散，起点低。④缺少适于大探测深度的高质量、高水平的国产化仪器设备、数据处理解释系统。⑤缺少研发深部探测技术和设备的实验基地。

近些年来，物探技术面临的主要问题与发展趋势体现在以下几方面。

一是提高对微弱地球物理信息的采集与处理技术的水平。物探的发展历史充分说明，数据采集精度的提高，使得物探的应用效果、应用范围不断扩大，物探方法与理论的进步，需要相应数据采集技术的进步作保证才能得以实现。不同方法，受各种干扰因素的影响程度不同，因而处理的重点和方法也不尽相同。当前新的采集与处理技术发展缓慢，已成为寻找深部隐伏矿的瓶颈。

二是非均匀地质体的探测与描述的方法技术继续改进升级。目前，找矿面临的多是岩性不均匀、结构与构造复杂、物理性质在纵向和横向上均有较大变化，多为埋藏较深、地质条件复杂的勘探对象。为了清晰显示研究对象的空间特征，近20年来，各种地球物理场的成像技术研究取得很大进展，包括地震波成像、电磁波成像和位场成像等。成像技术的特点是未知数多，观测数据量大，只有观测信息对每个未知数的覆盖次数足够多，才能使解出的未知数减少和比较可靠。同时，数据处理与正反演解释中引入可视化技术，使人机交互反演得以更新和发展，极大地提高了数据重建与图像转化的质量。充分使用三维和动态可视化技术，在解释系统的运作和成果显示上发挥作用，提高了探测成果的直观性和可视化程度。

三是综合利用多种信息，减少物探反问题的多解性。由于地下介质形态和性质的变化对地球物理场的影响存在等效作用，使得反问题解答不唯一。如果再考虑观测误差和干扰等因素的影响，以及描述场的数学表达式和计算方法的不精细，问题更要进一步复杂化。物探的对象越复杂，表征其性质、结构和构造的变数越多。物探的工作结果，必须结合地质和化探的资料进行综合解释推断，才能提高物探找金属矿的效果。

过去在金属矿区用物探方法直接找到的矿是较少的。从物探数十年的发展成就可以清楚地认识到，利用物探方法主要是解决找矿过程中的地质问题，起到间接找矿作用。在找矿过程中，采用创新性的方法技术成果，利用新的地球物理参数，是扩大金属矿物探应用范围和提高其地质效果的一个重要方面。采用综合信息找矿，对于提高物探对隐伏矿的探测深度和勘查效果具有极其重要的意义。

化探技术面临的问题与发展趋势主要表现在，一是传统地球化学方法技术的改进和完善，使其适应当代矿产勘查的需求;二是研制在覆盖区寻找深埋大型矿床的地球化学方法技术———深穿透地球化学方法技术。前者适用于我国西部地区的矿产勘查工作，后者则是我国中东部地区矿产勘查的首选技术。

传统地球化学方法技术的改进和完善主要出现在不同特殊景观区区域性勘查领域。按照不同的地球化学景观条件，研制可适应的区域化探扫面方法技术，推进当地的矿产勘查工作，实现地质找矿的重大突破。

深穿透地球化学方法技术主要是通过土壤中活动态元素的选择性提取和各种有机及无机气体的测量，在地表捕获深部隐伏矿床的地球化学信息，从而发现新的矿产地。主要技术方法有偏提取分析、微米筛方法、显微相分析方法等。分别研制被外来运积物覆盖的各种景观区最优化的深穿透地球化学方法或方法组合，应是深穿透地球化学方法的发展趋势。外来覆盖物浅钻取样技术的应用，将可验证深穿透地球化学成果的有效性，大大促进覆盖区找矿工作。国外在金属矿气体地球化学测量技术研究中取得长足进步，值得国内学者借鉴。在金属矿床上方烃类等有机指标的形成机理及与矿体的关系需要深入研究。我国在地气方面做了大量的研究工作，但对常规气体研究缺乏创新。

任何一种方法都有其自身的适用性。对于不同的矿种、不同的景观条件、不同的勘查阶段都有其一定的适用范围，如构造叠加晕找矿方法适用于矿区基岩出露较好的地区，以及在已知矿体深部寻找盲矿体或第二个矿体富集带;而对于覆盖区，酶提取法、地电化学法、金属活动态测量法等则能反映深部矿化引起的异常特征。

矿产勘查是一项极其复杂的系统工程，任何一种单纯或单一的方法都很难对异常做出全面合理的解释。在应用勘查技术方法时，必须结合具体矿区的地质背景、地球物理特征、地球化学特征，科学选择合适的方法，才能取得好的应用效果。

随着现代制造技术、电子技术、计算机技术、材料技术、信息技术等的发展，物化探勘查技术在精度、分辨率、灵敏度、探测深度、抗干扰性能、自动化程度、实时显示、现场测试等方面发生了很大变化，使得物化探技术成为深部探测的主要技术手段。其中大深度电磁探测、航空综合物探、井中物探、三维地震、矿床原生晕分带模型、深穿透地球化学、三维可视化和数据模拟等技术的研究和应用取得了创新发展和实用效果。另一方面，勘查技术正朝着多方法综合方向发展，如物探重、磁、电勘查技术在向高精度、高分辨率、三维解释方向发展的同时，还向重磁电震综合勘查方向发展。这种综合不单是各种资料相互佐证，而是在各种方法解释的基础上，进行多数据联合互约束反演综合。

综上所述，针对不同探测目标，采用综合物探化探勘查技术，集成优化组合方法，且物探、化探与地质相配合，进行多元数据集成的综合运用和分析研究，将是今后我国金属矿勘查技术发展的总体趋势。

与石油物探有关的问题 在地震剖面中如何识别多次波？

我也不太清楚，好像单炮记录上是在有效反射波之下，和其形态差不多的

地震构造图及其种类

1.什么是构造图

图5-13 等深度示意图

所谓构造图，就是用等深线(或等时线)及其他地质符号表示地下某一层面起伏形态的一种平面图件。它反映了某一地质时代的地质构造特征，是地震勘探最终成果图件，是钻探提供井位的主要依据，因此，绘制构造图是一项十分重要的工作。

在图5-13中，假设地下有一个穹隆构造，若将构造顶面的等深线向上投影到地平面上，得到的是平面图，就是该穹隆构造顶面的等深度图或构造图。显然，一条深度剖面只能表示沿该剖面的地下构造形态，要想知道地质构造的空间形态，必须把测网中的各条测线的深度剖面都利用起来，如图5-14所示，把4条剖面上的同一反射层(T)的深度，按一定间距展布在测线平面图上，然后根据所标注的深度值绘出等深线，就得到了构造图。

2.地震构造图的种类

地震构造图按作图等值线的性质可分为两大类:一是用深度等值线表示的等深度构造图;另一类是以时间等值线表示的等t0构造图。前者是在深度剖面基础上绘制的，也可以由等t0图经过空间校正后得到，其表示的构造形态和位置直观、准确，是最终成果图件;后者是在时间剖面基础上绘制的，是等t0构造图，只能反映构造的基本形态，在位置上也存在偏移，属于过渡性图件。但这类图件制作快捷。

等深度图按深度性质又可分为真深度图、法线深度图和视铅垂深度图。等法线图或视铅垂深度图经过偏移校正就得到真深度构造图;也可以由水平叠加时间剖面直接作等t0图，再经过空间校正得到真深度构造图。这种方法较简便，在我国已普遍采用。另外，还可以利用偏移剖面直接作构造图。无论哪种方法，它们的基本作图程序是相似的。

图5-14 地震构造图

地震剖面与地质剖面的关系

地震剖面是地质剖面的地震响应，蕴藏着大量的地质信息。地震剖面上除了有与地质现象有关的响应之外，还存在大量与地质现象无关的噪声。作为地震响应的地震剖面并不是地质剖面的简单翻版，某些地质现象反映到地震剖面上表现形式相当复杂，甚至有不少假象，这些问题在解释中必须给予充分注意。

（一）地震反射界面与地质界面的关系

地震反射界面是波阻抗有差异的物性界面。在实际地质剖面中，地层界面、断层面、侵入接触面、不整合面等地质界面的两边均可能有较大的物性差异而成为反射面。因此，一般来说，地震反射面与地质分界面是一致的。这一点是地震勘探的基础，也是地震资料解释的主要依据。

但是，地震反射面与地质界面并不是完全一致的。有些古老的地层经受长期地质运动和地层压力作用后，相邻地层的波阻抗可能十分相近，二者之差不足以构成明显的地震反射面，这类地质上的地层界面在地震剖面上就很难有所反映。相反，同一岩性的地层，其中既无岩性界面又无地层界面，但因岩层中所含流体成分的不同而构成有波阻抗差的物性界面（例如水、气分界面，油、气及油、水分界面等），这些界面成为明显的地震反射面在地震剖面上出现。因此，有时地震剖面上的反射面不一定是地质界面。

在有些地区，尽管地层界面的物性差异较大，但由于界面过短或界面过于粗糙，在地震剖面上只能以一些零星的、混乱的反射出现，形成不了明显的反射面。例如，一些古地形、珊瑚礁、被断裂破碎的地层界面等地质现象就属于此类。

在厚地层地区，与一个地震反射面有关的两地层均较厚，时间剖面上该地震反射面的地震反射波反映了相邻两地质单元中的岩性变化。其中任一单元的岩性发生变化均能引起反射波特征改变。如果一个稳定的地层之上覆盖着岩性多变的沉积岩，则地震反射波不稳定；在一个岩性多变的侵蚀面上覆盖着稳定的沉积岩，侵蚀面上的反射也是不稳定的。时间剖面上地震反射的变化因何而起需据地震反射波特征和上、下地层间的联系具体分析确定。

在薄地层地区的情况则更为复杂。因为任何一个界面反射回地面的地震波（称为反射波）都有一定的延续时间Δt，当地层薄到各界面地震反射子波到达地面同一点的时间差Δτ小于Δt时，这些反射子波会互相干涉、叠加形成一个复合波形。如图6-2-1所示，自激自收点S接收到来自R1、R2、R3三个界面的反射地震子波，这些子波到达时相差很小，结果在时间剖面上显现出来的已不是各子波单独的波形，而是它们叠加的复合波形。因此，此时地震剖面上的反射层，并无明确的地质层位与之对应。尽管使用反滤波等提高分辨率的处理方法可以压缩子波，但其分辨率的提高是有限度的，不可能使一个反射波对应一个地质界面。特别在我国东部陆相砂、泥岩互层的生、储油广大地区，每个单层的厚度都很薄，地震剖面上的地震波经常是复波。尽管如此，地震剖面上的强反射波仍然与一个主要的地层分界面或特殊的岩性分界面关系更为密切一些，其波形具有独自的特点和稳定性。

图6-2-1 三个界面反射波形成复波

（二）地震反射界面的几何形态与地质构造的关系

产生地震反射波的界面多是地层界面。地层界面的起伏或地层褶皱均能引起地震波运动学特征发生变化。在地震剖面上，反射时间信息变化的图形反映构造形态是非常明显的，也是十分直观的。但是，地震剖面不是地质剖面，而是地质剖面的地震响应，二者之间是有不少差别的。

首先，地震剖面通常是时间剖面，而地质剖面是深度剖面。地震时间剖面要经过时深转换后才能成为深度剖面。时深转换后的地震深度剖面与地质剖面的符合程度，主要取决于速度资料的可靠程度。速度不准，会导致地震深度剖面上的反射层与地质剖面上的真实地层不符，甚至会引起构造变形。时深转换前的地震时间剖面上反射层的形状与地质剖面上真实地层的形状是否一致与速度的分布关系密切。如图6-2-2（a）为一地质剖面，剖面上仅一个水平地层界面，但界面上部地层中的速度值由中间向两边逐渐变小。与此地质剖面对应的地震时间剖面（b）上的反射层呈现出隆起形状，显然这种情况很容易出现解释错误。

图6-2-2 速度变化引起的剖面变化

其次，地震剖面是以地震波的形式显示的。地震波总有一定延续长度，因此地震剖面的分辨率总是受到一定限制，地质剖面上一些十分微小的变化（如小于几米或零点几米的起伏、断层等）不可能在地震剖面上表现出来，即使是高分辨率地震剖面也不可能分辨出极微小的地质现象和变化。

此外，对于水平叠加剖面而言，由于共反射点偏离了真实的空间位置，地震剖面上反映的地层位置一般不太真实。例如，地震剖面上显示的背斜型构造可能比实际地质构造要宽一些，翼部稍缓一些，但顶部位置通常是正确的。因为顶部附近倾角平缓，畸变较少。在陡倾角地带或构造复杂地区，特别是断层较多、褶皱剧烈的地带，水平叠加时间剖面会发生严重畸变，甚至出现各种地质假象，与真实地质剖面相差非常大。

偏移剖面虽然能在一定程度上纠正水平叠加时间剖面上的构造畸变，但仍不能准确地反映地层的深度和产状，这是因为目前使用的偏移方法均不够彻底。实际介质为三维介质，地震剖面是二维剖面，对地震剖面只做二维偏移不可能使侧面波归位，使剖面上反射点位置准确。全三维偏移工作量太大，目前还难以完全实现。当地下构造形态复杂时，共中心点叠加已不是共反射点叠加，要实现真正共反射点叠加和偏移应使用叠前偏移方法。但叠前偏移工作量太大，目前并没有全面使用。此外，目前的时间偏移方法均未考虑透射作用影响（即假设任何界面以上均为一个单一层），要考虑此问题应使用深度偏移方法。但深度偏移费时费力，且不够完善，用得很少。因此，在目前供解释使用的地震时间剖面上，存在不少构造假象，特别是深部地层更是如此。例如，图6-2-3（a）为一地质剖面，上部界面有一断层而下部界面没有。在相应的地震剖面（b）中上、下界面都出现断层。又如图6-2-3（c）的地质剖面上，上部界面隆起而下部界面水平，但在相应的地震剖面（d）中下部界面也发生隆起。类似的假象在地震剖面上比比皆是，解释中一定要加倍注意。

图6-2-3 上部界面对下部影响

尽管存在着上述问题，与其他物探资料相比，地震勘探获得的地震剖面仍然是最清晰、最直观地反映地下构造形态的资料，与地质剖面也最为接近。因此，它是地质学家最乐于使用的第一手资料。只要正确掌握地震剖面与地质剖面之间的同和异，充分利用所学的地质知识，认真研究剖面上的细微变化，是可以做出正确的地质解释的。

地质构造及人工地震测深剖面探测

本剖面(图5-1)通过天山隆起区中北部、北天山-准噶尔褶皱系和阿尔泰隆起区西南部的构造单元,穿过了博罗科努-阿其克库都克和额尔齐斯超岩石圈断裂及天山北侧著名的地震活动带[1]。

图5-1 地震构造与剖面位置图

一、本区已有地球物理工作

新疆地区深部地质和地球物理工作开展较晚,物探工作者根据区域重力场和研究区及其外围地区较少的地震测深等资料综合分析,获得一些有意义的结果。

(一)区域重力场特征

新疆现今地壳上地幔总的形态,山区对应上地幔凹陷区,布格重力异常等值线较为密集,走向具有明显束状线型异常,它们为挤压隆起活动区,是地槽型重力异常的典型模式。盆地对应上地幔隆起区,布格重力异常等值线较稀疏,无一定延伸方向,形成相互镶嵌的块状异常,为相对稳定沉降区,系地台型重力异常的典型模式。

根据中国西部现有重力与地震资料以及新生代沉积层等资料反演出本区区域重力场和地壳构造,显示出重力场与地形分布基本呈镜像反映,即高山处为低异常区、盆地处为高异常区。 重力异常场的走向基本上与地形起伏相符,在山脉处重力异常梯度变化较大,而在盆地梯度变化较为平缓。 从反演地壳厚度来看,在剖面通过的阿尔泰山区其厚度约为48km;在准噶尔盆地西缘厚度为36～40km,莫霍面起伏较平缓;天山区地壳厚度为44～50km,天山中部巴音布鲁克附近最厚为52km。

(二)天然地震研究

图5-1显示本区地震多发生在额尔齐斯断裂带,北天山和库尔勒断裂带及其附近。 近年来,一些作者采用不同的方法,利用本区及外围地区观测的天然地震资料,研究本区及其邻区地壳上地幔三维速度结构和构造,结果显示:①在阿尔泰地区的上地壳较厚,约为17km,但无明显中、下地壳,剪切波速度为3.90km/s,其底部存在一个不明显的低速度层。地壳厚度为47km,剪切波平均速度较高为3.63km/s。 ②在准噶尔盆地上地壳剪切波有效速度为2.70km/s,中地壳剪切波速度为3.62km/s,下地壳剪切波速度为3.71km/s,地壳平均厚度为43km,平均剪切波速度较低3.52km/s,该盆地位于阿尔泰和天山山脉之间,地壳厚度为44～46km,较周边造山带薄,在盆地内15～24km之间存在一厚约10km的地壳低速层,剪切波层速度为3.25km/s,相对周围速度低0.32 ～0.41km/s。 ③天山地区地壳厚度较大为50～55km,上地壳厚度较薄,约为8km,中地壳剪切波速度为3.50～3.65km/s,下地壳剪切波速度为3.80～3.90km/s,地壳平均剪切波速度为3.61～3.65km/s,上地幔顶部剪切波速度为4.65～4.70km/s。 速度结构与地震活动存在一定联系,尤其是上地壳低速区与下地壳高速度区之间的梯度带往往与强震分布有关,有可能成为中强地震的孕育场所。

(三)地震测深研究概况

1997年前,本区内还未作过详细的地震测深工作。 只有在外围地区通过新疆北部一条可可托海-阿克赛综合地球物理测深剖面和本区部分大点距地震测深剖面。

1974年,新疆地震局利用伊犁爆破,沿昭苏—乌鲁木齐接收,利用P,S震相和Pm与Pn震相求得地震波速度为:Vp=6.10km/s,Vs=3.47km/s,Vpn=7.64km/s。平均地壳厚度为43.5～42.8km,最西部昭苏地区为42km,乌鲁木齐为45km。 1983年国家地震局科技监测司组织局系统的有关单位观测了我国西北部进行的一次大爆破,初步研究了塔里木盆地东北边缘的地壳结构及速度分布,该区地壳平均速度约为6.15km/s,地壳厚度为50km左右,上地幔顶部速度为7.90km/s,其下直到80km为弱梯度层。 1988年6～8月原地矿部第二综合物探大队完成了新疆国家305项目V9-3综合地球物理剖面人工爆破地震测深野外探测。 该剖面通过北疆东部地区,由甘肃阿克塞经柳园、哈密、木垒至富蕴县可可托海。 记录中可清晰地辨认出Pg,P2,P4,P6,Pm,Pn等4～6个震相,获得了可可托海-阿克塞地壳速度结构。

二、人工地震测深剖面野外探测及数据采集

(一)剖面位置

北东向的天山-准噶尔-阿尔泰剖面,南起沙雅县(东经:82°52′28.4″,北纬:41°2′34.0″),经巴音布鲁克、那拉提、独山子、奎屯、克拉玛依、乌尔禾、和什托洛盖、布尔津至喀纳斯湖(东经:87°1′37.6″,北纬:48°42′43.7″),全长950km(图5-2)。 由于受本区地理条件、环境限制,剖面走向大部分地段与217国道一致。 自南向北通过北天山山区、准噶尔盆地西缘(主要为戈壁),北段进入阿尔泰原始森林区。 表层地质条件千差万别,海拔和气候变化很大。

图5-2 炮点分布图

剖面自南向北通过了天山隆起区、北天山-准噶尔褶皱系和阿尔泰隆起区三大地质构造单元。 同时穿过了两条具有缝合带性质的大型动力构造变质变形带,即额尔齐斯断裂构造变形带与博罗科努-阿其克库都克断裂构造变形带以及北天山地震活动带。

(二)观测系统

为了取得良好的激发效果,经3次实地踏勘,在巴音布鲁克、奎屯、128团、乌尔禾、和丰牧场、穆呼尔岱和布尔津北选择了9个炮点,进行了11次爆破,投入了160台三分向数字和模拟地震仪进行流动观测,构成了如图5-2所示的观测系统。 该系统保证了壳幔主要波组序列的对比与追踪。

炮1和炮8位于奎屯北约8km的荒地(东经:84°57′13.6″,北纬:44°32′34.3″),剖面桩号为388.8km。 该处地形低凹,地表为黄土,在该炮点进行两次2吨炸药量的井中爆破,爆破效果良好。 该炮可获得准噶尔盆地南缘断裂下方中上地壳和博罗克努-阿其克库都克断裂构造变形带附近的地壳过渡带的波组信息。

炮2和炮7位于建设兵团128团的前山村(东经:84°44′47.9″,北纬:45 °0′26.4″),剖面桩号为428.9km。 该处为开阔的戈壁滩,在该炮点进行了两次2吨炸药量的井中爆破,爆破效果良好。 该炮主要获得北天山山区及盆地的壳幔波组特征。

炮3位于布尔津北约30km处(东经:86°51′20.8″,北纬:47°55′4.3″),剖面桩号为790.2km。 该处地形较低凹,地势开阔,地下5～10m为砾石层,水位较浅,在该炮进了2吨炸药量的井中爆破,爆破效果良好,该炮可获得阿尔泰山南侧和额尔齐斯河以南的地壳深部波组信息。

炮4位于穆呼尔岱北2.5 km处,剖面桩号为728.7km(东经:86°48′5.8″,北纬: 47°19′6.0″)。 该处为山间小盆地内的沼泽盐碱地。 地表为黑粘土,其下为粘土层+小砾石层,在该炮点进行了2吨炸药量的井下爆破,爆破效果良好,该炮可获得额尔齐斯断裂带附近的中上地壳信息。

炮5位于和丰牧场南15km附近,剖面桩号652.7km(东经:86°12′34.5″,北纬: 46°45′23.0″)。 地表为红土层,其下可能存在小颗粒砾石。 在该炮点进行了2吨炸药量的井中爆破,爆破效果良好。 本炮可获得准噶尔盆地西缘地段和额尔齐斯断裂带的壳幔波组特征。

炮6位于乌尔禾东南艾里克湖东北岸边(东经:85°46′32.0″,北纬:45°59′39.4″),剖面桩号为561.9km(垂直偏移测线11km左右),该处土层较厚。 在该炮点上进行2吨炸药量的井中爆破,爆破效果良好,该炮可获得准噶尔盆地西缘地段的壳幔信息。

炮9位于巴音布鲁克东(东经:84°15′52.9″,北纬:43°3′28.1″)的河道里,剖面桩号为218.2km。 该地段地表为很薄的小砾石层,4～5m为永久冻土层,0.7m以上为粘土层。 该炮点进行2吨炸药量的水中爆破,爆破效果一般。

炮10位于库车北北山牧场附近(东经:83°2′4.4″,北纬:41°57′46.1″)的山间低凹处,在该处进行了2吨炸药量的井中爆破,爆破效果良好,剖面桩号为63.6km。

炮11位于沙雅东南(东经:82°52′28.4″,北纬:41°2′34.4″)的农田里,在该处进行了2吨炸药量的井中爆破,爆破效果良好,剖面桩号为-41.6km。

(三)观测点的布置

由于测线只能沿公路布设,为了避开车辆、油田及工矿企业等干扰,同时考虑到观测条件,观测点沿测线不均匀分布。 观测点号南小北大,编号一般为双号,加密点为单号,160台三分向地震仪投入观测,观测点距一般为2.0～3.5km。 天山山区和阿尔泰山区点距加大为4.0km左右,在研究区关键地段点距加密为2.0km。

测线通过的天山山区,观测点只能沿217国道布设,通过了3处雪山,大部分地段为无人区。

测线的独山子至布尔津段,大部分为戈壁和丘陵,在独山子、奎屯、128团、克拉玛依和布尔津等地人为干扰严重,特别是克拉玛依油田区长达百余千米,油井密布,交通发达,干扰背景极大。 观测点不得不向公路西北偏移到干扰较小的山前地段。

在测线北段的阿尔泰山区,观测点沿布尔津至喀纳斯湖的简易公路布置,雨后车辆行走困难。

(四)数据采集

根据本区气候特点,在1997年7月底至9月初完成了野外测深资料的采集工作。

(1)观测仪器

本工程共投入观测仪器160台,其中:

1)CHJ-1模拟地震仪和MDJ-A模拟地震仪各1台,配备CDJ-5型垂直检波器,用于炮场井口记时;

2)MDJ-A模拟地震仪49台,配备CDJ-68三分向检波器;

3)CHJ-1模拟地震仪49台,配备CDJ-68三分向检波器;

4)DAS-1轻便数字地震仪30台,配备CDJ-68三分向检波器;

5)PDR-1数字地震仪30台,配备L-4A垂直检波器和CDJ-4水平检波器。

(2)仪器台道一致性检查与标定

所有仪器均在1997年5月完成了检修,并在郑州进行了标定,仪器一致性的敲击试验在新疆昌吉完成。 通过台道一致性检查,达到了《人工地震测深工作规范》规定的技术要求如下:

1)记录波形清晰;

2)同类仪器各道波形相似,极性一致;

3)同类仪器各道相位差小于±20ms,相对振幅差小于±20%。

(3)地震波的观测

观测点的选择及检波器的安置是能否记录到优良记录的关键之一。 研究区部分地域低速盖层很薄或基岩出露,部分地区为戈壁滩,给观测点选择和检波器安置带来一定的困难。按原设计将测点基本沿路布置,为减弱风的影响各观测点选择在避风的地方,操作员采取了挖坑防风措施。 在基岩出露区,观测点选在地形低凹的完整而较平的基岩上,采取了防风雨等措施。

(4)地震信号激发

足够的激发能量是取得优良观测记录的保证,按原设计根据当地的实际情况进行钻井爆炸等工作。 钻井工作指挥部指定专职技术人员负责。研究区部分炮点位于山间盆地,打井难度较大,井场人员克服种种困难,圆满完成了打井任务。