膠東半島地殼速度結構及其構造意義

潘素珍， 王夫運*， 鄭彥鵬， 段玉玲， 劉蘭， 鄧曉果， 宋向輝， 孫一男， 馬策軍， 李怡靑

1 中國地震局地球物理勘探中心， 鄭州 450002 2 國家海洋局第一海洋研究所， 青島 266061

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膠東半島地殼速度結構及其構造意義

潘素珍1， 王夫運1*， 鄭彥鵬2， 段玉玲1， 劉蘭1， 鄧曉果1， 宋向輝1， 孫一男1， 馬策軍1， 李怡靑1

1 中國地震局地球物理勘探中心， 鄭州 450002 2 國家海洋局第一海洋研究所， 青島 266061

膠東半島地處華北平原東北部沿海地區，北東向斷裂帶異常發育，該區不僅是華北震區中、強地震活動的頻發區，又是中-新生代地殼構造活動的大陸邊緣帶.中國東部最大規模的郯廬斷裂帶縱貫膠東半島西部，蘇魯超高壓變質帶位于該半島南側，彰顯其地理位置重要而特殊.為深入認識我國近海與海陸過渡帶地殼結構特征及其深部動力學背景等基礎科學問題，2013年在膠東半島東部實施了海陸聯合探測項目.本文對布設的北西向寬角反射/折射探測剖面進行了計算處理，獲取了該測線的地殼精細結構及其構造特征.結果表明：膠東半島地殼結構復雜，該區基底埋深較淺，地表速度偏高，地殼速度結構呈現東西迥異的非均勻性特征，具有橫向分層、縱向分塊的典型特性.作為郯廬斷裂帶重要組成部分的牟平—即墨斷裂帶是膠東半島上非常重要的斷裂帶，該斷裂帶東西兩側的地殼結構特征差異非常明顯，斷裂帶東側速度偏低，而西側速度偏高,地殼各分層界面形態在該斷裂帶兩側起伏變化明顯，地殼結構整體上呈現南東淺北西較深的結構特征.總體來看，膠東半島不同區段呈現出的結構差異與該區大地構造單元的劃分基本相符，在界面起伏變化明顯的區域與地表穿過的斷裂帶遙相呼應.作為華北板塊和揚子塊體相互碰撞的邊緣地帶，膠東半島復雜的深部結構特征與西太平洋板塊對其的俯沖擠壓有著密切的關聯，該研究對了解本區地殼構造變化的深部動力學背景有著重要的研究意義.

膠東半島； 郯廬斷裂帶； 海陸聯合探測； 地殼速度結構

1 引言

膠東半島地處中國華北平原東北部沿海地區，山東省的東部，三面環海，突出于黃海、渤海之間，北隔渤海與遼東半島遙遙相對，東隔黃海與朝鮮半島和日本列島相望.膠東半島屬中朝準地臺膠遼臺隆，多山地丘陵，山體走向多為近北東走向.膠東半島隸屬華北塊體并位于華北克拉通的東部邊緣，華北克拉通破壞是中國東部地質演化的重要事件，而巖石圈厚度的巨大變薄是克拉通破壞的重要表現之一.目前對華北克拉通東部巖石圈破壞的開始和結束時間以及遭遇破壞的深部構造模式有所爭論(鄧晉福等，1994；吳福元和孫德有，1999；吳福元等，2000；Xu,2001；Gao et al.,2002；許文良等，2004；路鳳香等，2006)，但華北克拉通東部中新生代遭遇破壞這一地質事實已被眾多地質學家所證實(吳福元等，2003；邱瑞照等，2004；于宋月,2007；嵇少丞等，2008；李三忠等，2004).膠東半島位于華北克拉通遭遇破壞的東部邊緣，因此該區成為我們研究華北東部巖石圈破壞的理想場所，而展開對該區地殼深部結構的進一步研究可以為華北克拉通東部破壞原因提供更有力的證據和基礎.

膠東地區為華北板塊和揚子板塊的邊緣帶拼合而成(徐貴忠等，2004)，但目前關于該兩個塊體的構造邊界帶問題尚有爭議(曹國權，1990；王清晨等，1992；Hacker et al.,1998；翟明國等，1999；宋明春和王來明，2000；王來明等，2001；林偉等，2003；周存亭等，2003；張岳橋等，2007).同時膠東半島又是我國規模最大的黃金礦集中區, 在不足大陸0.2%的地區黃金儲量卻占了全國的四分之一,該區可劃分為三個金礦帶：膠西北(招遠—萊州)、棲蓬福(蓬萊—棲霞)和牟乳(牟平—乳山)成礦帶(陳光遠等，1989；翟明國等，2001；宋明春等，2010；姜曉輝等，2011)，其中，膠西北礦集區是膠東金礦資源最豐富的地區.研究區如此集中的金礦產出，近年來已引起眾多地學家的廣泛關注(苗來成等，1997；鄧軍等，2000；楊進輝等，2000，2003；徐貴忠等，2004；崔書學，2007；宋明春等，2010；姜曉輝等，2011；周起鳳等，2011；蔡亞春等，2011；朱鳳麗和張強，2012；Song et al.,2012a,b；劉述敏等，2014).前人對膠東半島上金礦形成的地質構造背景、成礦規律、成礦作用等都做了深入探討.膠東半島上分布有近北東走向的多條斷裂帶，中國東部規模最大的郯廬斷裂帶縱貫半島西部，渤?！嗔褞Т┰讲澈Ｖ边_膠東半島北部，并與郯廬斷裂帶在渤海中部交匯.半島內陸還分布著其他許多規模不等、方向不一的次級斷裂活動，這樣特定的地質構造背景，決定了膠東半島及近海是一個多震地區，同時也是華北地震區中、強地震活動最頻繁的斷裂帶、交匯區.燕山運動以來，構造活動和巖漿活動強烈，自第三級至今，區內的新構造顯著.海陸邊界往往是極易誘發地震的特殊場所，膠東半島及其附近地區繼承了歷史地震活動基本特點，是中、小地震和震群的高發地區(杜康康等，2010)，該區頻繁的地震活動不僅與該區特殊的地理位置有關，同時位于太平洋板塊俯沖帶的日本地區的強震活動對魯東—黃海地區的地震活動也具有重要的影響(虞雪君等，1994；鄭建常和蔣海昆，2007).膠東半島作為典型的地震活動帶，有歷史地震記載以來曾多次發生強震，半島及周邊區域共發生6.0級以上地震7次，7.0級以上地震5次.膠東半島不但位于華北克拉通遭遇破壞的東部邊界，同時作為我國金礦最大的集聚區又是華北塊體和華南塊體兩大塊體碰撞的交接地帶，近年來該區的地震活動又異常活躍，因此展開對該區的深入研究凸顯重要.

為研究膠東半島的地質構造背景及地震活動性，近年來在該區開展過多項地球物理的探測與研究(徐杰等，1998；張先康等，1998；江為為等，2000；張成科等，2002；王夫運等，2004；Li et al.,2010,2011；Li et al.,2012a,b；王帥軍等，2013；徐濤等，2014)，為膠東半島地震發生構造背景提供了重要的參考價值.膠東半島區域地質構造極復雜，地球物理資料表明華北東部低速塊體與高速塊體并存(馬杏垣，1989；張先康等，1998；王夫運等，2004；胥頤等，2006；劉保金等，2012).截止目前已有資料，地震震源皆位于地殼內，為了研究地震發生的孕震機制和發震機理及其地球動力學背景，那么需展開對膠東地區地殼細結構的深入研究.為了認識我國近海與海陸過渡帶油氣資源形成和自然災害發生的規律，探索地球內部結構和演化過程等地質基礎科學問題，國家海洋局第一海洋研究所、中國科學院地質與地球物理研究所及中國地震局地球物理勘探中心等單位共同實施了“海陸聯合深部地球物理探測關鍵技術研究“的重要課題.2013年在膠東半島東部布設一條北西向海陸聯合探測剖面，來更好地探測膠東半島及其臨近地區活動斷層的深淺構造關系、地震孕震環境及地殼結構，結合研究區其他探測成果進行綜合分析，該研究將對海陸交接部位的地質結構與構造研究提供了堅實的基礎，為該區眾多地球科學問題提供合理的解釋依據.

2 研究區地質概況與測線布設

2.1 研究區地質概況

膠東半島主要指郯廬斷裂以東、膠萊盆地以北的廣泛地區，由膠北隆起、膠萊盆地和膠南造山帶3個次級構造單元組成.根據地質圖集(馬麗芳，2002)，研究區由五臺褶皺帶，揚子褶皺帶及呂梁褶皺帶三大構造單元構成.膠東半島以一系列的褶皺和變形為特征，且該區巖漿活動十分頻繁，膠北隆起區和膠南造山帶晚中生代花崗巖類侵入體十分發育，是我國東部中生代花崗巖質巖石較為發育的地區(張田和張岳橋，2007)，而膠萊盆地則以大量的中酸性火山巖為特征，如圖1示.研究區西側以近南北走向的郯廬斷裂帶為界與魯西地塊相隔，南側為著名的蘇魯超高壓變質帶，北界由秦皇島—威海斷裂構成.膠東地區的斷裂構造帶十分發育，地表斷裂構造是NE—NNE向斷裂為主的脆性正斷層，典型斷裂包括：黃縣—萊州斷裂帶、招遠—平度斷裂帶和斜穿半島中部的牟平—即墨斷裂帶等，這些斷裂帶控制了膠東地區的構造演化和金礦成礦作用，是中國東部郯廬斷裂系的重要組成部分.其中，牟平—即墨斷裂帶是研究區內非常重要的斷裂構造,發育于郯廬斷裂帶東側的魯東地區，由多條NNE向、呈雁列展布的斷裂組成，從西向東依次為：桃村—東陡山斷裂，郭城斷裂，朱吳斷裂和海陽斷裂(如圖1所示).牟平—即墨斷裂帶作為郯廬斷裂系統的主要組成之一，向北越過北黃海，與鴨綠江斷裂相接，向南斜切蘇魯造山帶，與日照斷裂相連(張岳橋等，2007)，同時該斷裂帶在白堊紀控制了膠萊盆地的形成和發育.夾于郯廬斷裂帶和牟平—即墨斷裂帶之間的為膠北隆起，也稱為膠北地體(張田和張岳橋，2008)，由廣泛出露的變質基底組成，其中招遠—平度斷裂帶是膠北隆起區規模最大的區域斷裂，走向呈S型，為膠東半島金礦的主要控礦斷裂.膠東地區巖漿活動十分頻繁，從太古代到新生代都有發育，以燕山期巖漿活動最為強烈.膠東半島大地構造位置屬濱太平洋成礦帶，是中—新生代活動的大陸邊緣帶，有著深部殼-幔結構演變的原因，該區在早中生代經歷了揚子和華北陸塊的俯沖碰撞作用，其后進入了中國東部古太平洋構造與作用時期(胡受奚等，1994)，并經歷了巖石圈的巨大減薄和中生代“成礦大爆發”(吳福元等，2000；Yang et a1.，2003；Zhai et a1.，2004；邱瑞照等,2004；李三忠等，2004).大規模的燕山期巖漿斷陷盆地的形成和成礦爆發其實質是深部地質構造特征的顯示.華北地臺是中國最古老的大陸克拉通和重要的成礦區，而作為華北地臺東部邊緣的膠東半島，其深部地殼結構及其深部動力學過程的探討無疑具有重要的研究意義.

圖1 剖面位置與地質構造圖Fig.1 Map showing location of seismic sounding profile and geological structure

2.2 測線位置與數據采集

為更好執行“海陸聯合深部地球物理探測關鍵技術研究”的重要課題，受國家海洋局第一海洋研究所、中國科學院地質與地球物理研究所的委托，中國地震局地球物理勘探中心承擔了該項目陸地地震探測剖面的地震探測工作.按照項目的要求，在膠東半島陸地區域布設一條北西向主動源深地震寬角反射/折射探測剖面，如圖1所示.探測陸地剖面南東起山東海陽市的東南海邊，經棲霞向北西至蓬萊市的西南方向海灘附近，探測剖面的陸地最大觀測長度約130 km左右(圖1中粗黑色實線)，再向測線兩端的黃海和渤海灣分別延伸(圖1中粗黑色虛線)，形成一條總長500 km左右的海陸聯合地震探測剖面.陸地探測剖面沿線布設110臺三分量數字地震儀器，觀測點距1.0～1.3 km.探測剖面在山東海陽海灘(東經：121°06.5514′，北緯：36°42.4297′)和棲霞附近(東經：120°56.7298′，北緯：37°12.5562′)共布設2個人工爆炸點，炮點樁號分別為310 km和367 km.該深地震探測剖面自東向西穿過了多條地質斷裂帶，由于受野外地質和交通條件的限制，為了壓制干擾、提高儀器觀測的信噪比，布置觀測儀器時盡可能避開主要的交通干線、沿靠近測線的簡易公路、村間小道布設，為地震資料的獲取及后期資料的處理及解釋奠定了堅實的基礎.

本次實施的海洋-陸地聯合地震探測，利用陸地人工源爆破激發、海底檢波器遠距離記錄觀測來自地殼上地幔結構信息，這在深地震探測方面開展的工作較少，沒有成功的經驗可以借鑒，因此，本次工作是一項試驗性探測研究工作.該項目的野外數據采集工作于2013年8月完成，通過2個炮點的爆破和黃海、渤海灣氣槍激發，獲得沿陸地觀測剖面反映基底、地殼結構的地震波信息.利用陸地地震剖面東南端炮點近2.8噸較大藥量的爆破激發，在海洋布置的觀測儀器希望能夠記錄觀測到反映山東膠東半島及其與渤?！S海海域連接的區域地殼結構的信息.圖1中黑色細實線為2009年國家重點自然科學基金“華北克拉通超長探測剖面項目”在膠東半島布設的測線.與本次探測剖面相交于膠東半島的中部，本文將展開對膠東半島陸地布設的寬角反射/折射剖面進行計算與分析，并同時結合2009年布設的超長剖面探測結果對研究區的地殼結構進行綜合的探討和研究.

3 結果與分析

在獲取沿線海陽和棲霞兩炮地震記錄的基礎上，采取多種手段和方法進行震相的識別和對比，通過計算反射波組的單點深度來進一步檢測讀取波組到時的合理性，利用多種一維方法對各波組進行一維速度深度的計算，為下一步的二維模型構建提供基本模型.此次布設的探測剖面共識別對比出Pg,P1,P2,P3,Pm共五組震相，其中Pg波為來自基底界面的折射波，P1、P2兩波組是來自上地殼內C1和C2兩界面的反射波，P3波組是來自下地殼內C3界面的反射波，Pm是來自莫霍界面的反射波.在所識別對比出的五組震相中，Pg、Pm為優勢波組，能量強，并能連續的對比追蹤，而其他波組相比較而言相對較弱，個別震相在部分區段缺失.圖2a和圖3a為測線海陽炮和棲霞炮兩炮的地震記錄截面圖，Pg、P1、P2、Pm四個波組在SP1、SP2兩炮3支的記錄截面上基本上都能識別對比.P3波組僅在SP2炮西支被記錄到，且能量較強、連續性較好，P1波組在SP2炮西支記錄截面上同樣表現了能量強、連續性好的特征.在2009年華北克拉通重點基金項目中也尚未發現震相清晰和能量較強的P3震相，以上各個波組呈現的不同特性說明研究區東西兩段殼內結構與構造存在很大的差異.在震相識別和讀取的基礎上，我們對兩炮進行了理論地震圖的計算，如圖2b、圖3b所示.我們根據一維地殼平均速度深度結果建立了二維地殼初始模型，經過對模型的多次修正，并利用射線追蹤正演計算對各組震相進行了射線的追蹤和走時擬合(徐濤等，2004,2014；Xu et al.，2006，2010，2014；李飛等，2013)，使得理論到時和實際到時達到最終的最佳擬合.圖2c—d和圖3c—d分別為海陽炮及棲霞炮的最終走時擬合及射線追蹤圖.在射線追蹤和走時擬合的基礎上，我們得到該剖面最終的二維地殼結構模型(如圖4所示).從研究區最終二維地殼結構模型中，我們得到研究區地殼可劃分為上地殼和下地殼兩層結構，其中C2界面為上、下地殼的分界，M界面為殼幔的分界.

圖2 海陽炮地震記錄截面(a)、理論地震圖(b)、走時擬合(c)及射線分布圖(d)Fig.2 Record sections(a),synthetic seismograms(b),travel time fitting(c) and ray tracing(d) of Haiyang shot

圖3 棲霞炮地震記錄截面(a)、理論地震圖(b)、走時擬合(c)及射線分布圖(d)Fig.3 Record sections (a), synthetic seismograms (b), travel time fitting (c) and ray tracing (d) of Xixia shot

圖4 海陽—棲霞探測剖面二維地殼結構圖Fig.4 2D crustal velocity and structure along Haiyang—Xixia profile

上地殼是指G界面到C2界面之間的層位，是由Pg、P1和P2波組所確定.在上地殼內部又可分為三層：G界面之上的沉積層包括基巖出露地段的基巖上部的風化層為第一層,該層為一強速度梯度層.從圖2a和圖3a的記錄截面圖上我們發現，該層的速度和覆蓋層的厚度無論從縱向還是橫向都存在明顯的非均勻性.與華北地塊其他地區相比，Pg到時延遲時間較短，有較薄的覆蓋層，該地區大部分地段基巖出露地表，并分布大面積花崗巖體，沿測線地表速度較大，由地表向下呈正梯度變化.G界面厚度為0.5～3.0 km，在剖面東端和中部G界面較薄，在剖面棲霞以西相對較厚；第二層為G界面至C1界面之間的地層，該層速度由基底頂部的5.80～6.00 km·s-1變化至C1界面上部6.10～6.20 km·s-1，為一較弱的正速度梯度層.C1界面沿測線起伏特征明顯，埋深在12.0～17.0 km間變化，在測線350 km樁號附近呈現明顯的下凹特征，達到最深約17.0 km左右，而到了棲霞附近該界面又快速隆起，達到最淺約12.0 km左右，沿測線繼續向西該界面緩慢變深后變淺；第三層為C 1界面至C2界面的地層，該層速度由C1界面下部的6.22～6.35 km·s-1變化至C2界面上部6.27～6.40 km·s-1，剖面西段為一弱正速度梯度層，東段則出現速度逆轉，表現為低速結構特征，最低速度為6.15 km·s-1左右.C2界面埋深為18.5～23.5 km，界面沿測線局部起伏明顯，趨勢特征基本與C1界面一致.該層速度整體上呈現測線東段比西段速度偏低的特征，低速層的存在和界面的不同速度跳躍，體現了剖面東西兩段在該層的速度結構和構造上的明顯差異.

下地殼指C2至M界面之間的層位，是由P2、P3和Pm波組所確定的.從圖2a和圖3a中我們可以看出,在測線中東段尚未發現反應C3界面的P3震相,這和圖1中2009所布設的華北克拉通超長剖面在膠東半島的地震記錄震相特征相一致(王帥軍等，2013).存在于測線中西段的C3界面起伏變化幅度不大，界面埋深約29.0～30.0 km.由于C3界面的存在，下地殼結構在剖面西段分成了兩層，由C2界面下方速度為6.53～6.60 km·s-1至C3界面上方速度6.57～6.62 km·s-1，C3界面下方速度由6.75～6.86 km·s-1，再向下變化至M面速度為6.80～7.06 km·s-1.在測線東段下地殼由C2頂部6.42～6.58 km·s-1速度變化為底部為6.74～6.80 km·s-1，自上而下速度梯度逐漸加強，表明了沿測線不同區段速度結構的差異特征.由于C3界面的介入，使得下地殼的速度結構和構造的復雜程度增加，相比而言，剖面東段速度結構較簡單，C2界面到M界面基本上呈正速度梯度變化，接近M面速度梯度增強，相對西段速度較低；剖面西段C3界面上下都呈正速度梯度變化，上方較弱下方較強，相對東段速度較高.M界面埋深為32.0～35.0 km，剖面起伏較明顯，剖面中段較深約為34.0～35.0 km，向兩端延伸逐漸減淺至32.0～32.5 km，呈現中間深兩端淺的趨勢特征，同時下地殼的厚度呈現東薄西厚的趨勢特征.

4 結論與討論

研究區二維地殼探測結果顯示膠東半島基底埋深較淺，地表速度偏高.相關研究(張學民等，2007)通過計算該區布設的多個臺站的波速比結果發現膠東地區的波速比與華北其他地區相比偏高，可能與該區較薄的地表沉積物及廣泛發育的花崗巖和高壓變質巖相關.基底埋深從東部沿海到西部蓬萊呈逐漸加深的變化趨勢，在個別區段起伏變化明顯，在測線西端蓬萊附近基底達到最深約3.0 km·s-1左右.從最終的二維地殼結構特征來看，沿剖面地殼結構具有明顯的橫向分層、縱向分塊特征.作為郯廬斷裂帶重要組成部分的牟平—即墨斷裂帶是膠東半島上非常重要的斷裂帶，該斷裂帶東西兩側的地殼結構特征差異非常明顯，斷裂帶東側速度偏低，而西側速度偏高,地殼各分層界面形態在該斷裂帶兩側起伏變化明顯，可以看出該斷裂帶對膠東半島的深部動力學背景的研究具有重要的價值.膠東半島地殼厚度呈現中間厚兩側薄的特征，在棲霞附近地殼達到最厚約34.0 km，兩端較薄約31.0 km左右.從基底界面的變化形態與地殼厚度的趨勢特征可以看出二者之間存在很好的耦合關系，在基底較淺處地殼較厚，而在基底較深處地殼相對較薄.研究區上地殼厚度呈現明顯的西薄東厚的特征，而下地殼則表現出東薄西厚的變化特征，上下地殼的解耦特征從而體現該區地殼的深部動力學機制異常復雜，而膠東半島不但位于太平洋板塊向歐亞板塊俯沖的海陸構造的邊緣，同時又處于華北地塊和揚子地塊的擠壓拼接帶，在兩種動力學背景的綜合作用下而導致該區現今復雜的地殼結構特征，同時從分布于該區NNE向斷裂帶的展布來看，太平洋板塊對膠東半島的俯沖起到了更加決定性的推動作用.

根據該測線二維速度等值線和界面起伏變化特征，顯示膠東半島下方深部地殼結構復雜，在剖面330 km和340 km樁號附近速度等值線在G界面上下有明顯的起伏變化，這兩個樁號附近的位置與地表穿過的朱吳斷裂和郭城斷裂相對應，Pg震相在SP1和SP2兩炮記錄截面上顯示了波形紊亂到時滯后的現象而在C1界面之上這兩條斷裂附近速度變化相對均勻，因此推斷這兩條斷裂穿透基底中止于C1界面以上.在剖面355 km樁號附近該測線東西兩側由淺至深地殼速度結構在縱向和橫向上均存在明顯的非均勻性，該樁號與牟平—即墨斷裂帶的桃村斷裂相對應，G界面在該處有較明顯的變化，向東有一加深趨勢，在SP1和SP2炮記錄截面圖上Pg波在該處有明顯的到時滯后且波形紊亂特征，說明該斷裂在淺部有斷裂跡象.該斷裂帶東段與西段震相相比波形紊亂，能量相對較弱，震相難以連續對比和較遠追蹤，尤其是在測線西段P3震相的出現及P1震相的能量加強，震相差異反射出斷裂帶兩側巖性的不同.二維地殼速度結構圖上可以看出從地表到莫霍界面桃村斷裂帶兩側的速度結構變化更為明顯，斷裂帶以東速度偏低，以西速度偏高，呈現東西兩側迥異的不同塊體特征.并且C1、C2和M界面在該斷裂帶附近都出現不同程度的隆起或下凹特征，且C3界面只出現在剖面的西段，因此我們進一步推斷桃村斷裂可能為深切地殼的大斷裂，從而使得地殼下部的韌性變形過渡到地殼中、上部的脆性變形，相交的脆韌轉換帶在區域應力的作用下往往就成為了中強地震發生的場所，與而相關研究(王志才等，2006)指出桃村斷裂帶附近為中強地震發生的有利部位相吻合.前人研究結果表明膠東地區為華北塊體和華南塊體碰撞的邊界，但關于兩個塊體碰撞的邊界位置尚有爭論(曹國權，1990；王清晨等，1992；Hacker et al.,1998；翟明國等，1999；宋明春和王來明，2000；王來明等，2001；周存亭等，2003；林偉等，2003；張岳橋等，2007)，而從穿過膠東半島所布設剖面所獲結果我們推斷桃村斷裂可能為華北、華南兩個塊體碰撞邊界的深部體現，這對我們認識中國東部地區板塊拼合有著重要的研究意義.

膠東半島在中、新生代時期發生了多個重要地質事件，諸如華北克拉通東部巖石圈遭遇破壞、膠東半島地殼隆升、金礦大爆發以及頻繁的巖漿活動等，從各地質事件發生時間的接近性可以推斷該區各地質事件之間必然存在著一定的關聯.華北克拉通東部巖石圈減薄作為最重要的地質事件，盡管對其原因有多種動力學機制來進行解釋，但巖石圈拆沉作為其中一種動力學模式更能合理解釋其減薄原因而被人們廣泛認同(吳福元等，2003),由于古太平洋板塊的俯沖使華北克拉通東部巖石圈加厚，加厚巖石圈由于拆沉作用而導致地幔巖漿底侵和上涌，從而致使地殼隆升而減薄.大規模的燕山期巖漿活動、斷陷盆地形成和短時期的成礦大爆發可以看為是華北克拉通巖石圈減薄深部過程的淺部響應.有關研究(張華鋒等，2006)認為地殼的伸展減薄可能對中下地殼厚度產生影響，認為地殼的伸展減薄應主要發生在塑性變形的下地殼，上地殼則主要表現為脆性活動，而局部的地層褶皺不會影響大范圍的上地殼厚度.這和我們此次膠東地區獲取的二維地殼結構結果很吻合，上地殼較厚和其他地區差別不大，而下地殼厚度則相對較薄.該區地殼早白堊紀前厚度大于40 km(張華鋒等，2006),而從此次剖面地殼結果顯示膠東地區地殼厚度在31～34 km之間，顯然該區整個地殼發生了減薄作用，而地殼變薄主要發生在下地殼.由此可以說地殼結構的構造運動是巖石圈深部運動過程在淺部的體現和響應，華北克拉通東部巖石圈的巨量減薄誘發了膠東半島強烈而廣泛的巖漿活動和爆發式成礦作用.

致謝 感謝國家海洋局第一海洋研究所、中國科學院地質與地球物理研究所對本項目的大力支持和幫助，郝天姚研究員，劉保華研究員、劉少華老師等諸多專家對該結果的探討與討論，中國地震局物探中心諸多同事對該項目的大力支持，以及兩名審稿人的認真審閱及其中肯的建議，正是由于他們才使本論文質量得到進一步提升，在此表示衷心感謝.

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(本文編輯 張正峰)

Crustal velocity structure beneath Jiaodong Peninsula and its tectonic implications

PAN Su-Zhen1, WANG Fu-Yun1*, ZHENG Yan-Peng2, DUAN Yu-Ling1, LIU Lan1, DENG Xiao-Guo1, SONG Xiang-Hui1, SUN Yi-Nan1, MA Ce-Jun1, LI Yi-Qing1

1GeophysicalExplorationCenter，ChinaEarthquakeAdministration,Zhengzhou450002,China2FirstInstituteofOceanography,StateOceanicAdministration,Qingdao266061,China

In order to understand better oil and gas resources and earthquake hazards in China offshore and marine-continental transitional zones and interior structure and evolution process of the earth, the First Institute of Oceanography (FIO), State Oceanic Administration (SOA), Institute of Geology and Geophysics, China Academy of Sciences (IGGCAS) and Geophysical Exploration Center of CEA jointly implemented the research on key technology of onshore-offshore deep geophysical exploration. During the mid-late 2013, we deployed a NW-trending onshore-offshore profile in eastern Jiaodong Peninsula to reveal shallow-deep structural relationship, seismogenic environment and crustal structure in active faults of the Jiaodong Peninsula and its adjacent regions.The onshore-offshore seismic survey simultaneously received structural information from the upper mantle by terrestrial artificial source explosion, submarine detectors and the terrestrial seismic instruments. The artificial seismic exploration is one of creditable methods to obtain the relatively accurate deep crustal structure，which has the higher data resolution, the identified source location and reliable seismic phase. In order to suppress the interference and improve the signal-to-noise ratio of instruments, observation instruments are placed away from main traffic routes as far as possible. To obtain high-quality seismic data, we apply the seismic ray tracing method to calculation. First of all, we identify and read the wave group phase of shot points, then repeatedly modify the given initial velocity model to make the most effective fitting between the theoretical arrival time and the measured arrival time, and finally get the 2D deep velocity structure of seismic along the profile with the active source.From the obtained 2D velocity structure, we get following results: (1) Five sets of seismic phase, i.e.PG, P1, P2, P3, PM, are identified, of which PG, PM are the dominant wave groups with strong energy and continuous contrast tracking while other wave groups are relatively weak with the loss of some phase in some sections. (2) The study area can be divided into the upper crust and lower crust with the C2 interface as the boundary between the upper and lower crust and M interface being the boundary between crust and mantle. (3) The crustal structure in Jiaodong Peninsula is complex. The buried depth of the basement is shallow and the surface velocity is relatively high. The crustal velocity structure presents non-uniform characters with horizontal stratification and longitudinal blocks. (4) Interface trending features of C1 and C2 are similar, showing gradually shallower from NW to SE with evident undulation in some sections. C3 interface only appears in the NW section and has not been found yet in the SE section. The M interface is deeper in the middle and shallow subsurface at both ends, and at the same time the thickness of the lower crust is thicker in the west and thin in the east. (5) As the important part of the Tanlu fault zone, the Muping-Jimo fault zone is a major fault zone in Jiaodong Peninsula. Crustal structures are obviously different on either side of this fault zone. The speed on the east is lower while higher on the west side, and layered interface of the crust also varies obviously on both sides. The crustal structure is shallower in SE and deeper in NW on the whole.Overall, structural differences in different sections of Jiaodong Peninsula are in line with the tectonic unit division. The regions with significant undulation at the interface coordinate with the fault zone through the surface from afar. As the collision edge zone between North China block and the Yangtze block, located on the onshore-offshore structure edge which is related with the subduction of Pacific plate to Eurasian plate, Jiaodong Peninsula is featured by complicated crustal structure due to the combined effects of two kinds of dynamic backgrounds. In the light of the distribution of the NNE-trending fault zone, the Pacific plate plays a more important role in the subduction of the Jiaodong peninsula.

Jiaodong Peninsula； Tanlu fault； Sea-land joint exploration； Crustal velocity structure

潘素珍， 王夫運， 鄭彥鵬等. 2015. 膠東半島地殼速度結構及其構造意義.地球物理學報，58(9):3251-3263,

10.6038/cjg20150920.

Pan S Z, Wang F Y, Zheng Y P, et al. 2015. Crustal velocity structure beneath Jiaodong Peninsula and its tectonic implications.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),58(9):3251-3263,doi:10.6038/cjg20150920.

10.6038/cjg20150920

P542， P631

2014-02-17，2015-06-06收修定稿

地震科技星火計劃項目(XH13035),國家自然科學基金(41404049,41210005,41104038)，國家高技術研究發展計劃(863)(2009AA093401)，國土資源部地質調查專項(GZH200800503)聯合資助.中國地震局地球物理勘探中心論著號RCEG201407.

潘素珍，女，1975年生，副研究員，2004年畢業于中國科學技術大學，碩士學位，固體地球物理專業，主要從事深地震測深數據處理及解釋工作.E-mail:panszh@126.com

*通訊作者 王夫運，男，1962年生，研究員，博士，主要從事深地震測深綜合研究工作.E-mail: fuyunwang@x263.net