銀川斷陷盆地屬賀蘭山構(gòu)造帶，位于青藏高原東北緣、阿拉善地塊和鄂爾多斯地塊的交匯部位，是新生代應(yīng)力場作用下賀蘭山構(gòu)造帶解體而形成的次級構(gòu)造-—銀川地塹。銀川地塹形成于漸新世初期，盆地四周都由斷裂控制，東界是黃河斷裂帶，西界是賀蘭山東麓斷裂帶，南界是牛首山-羅山斷裂帶，北界是正誼關(guān)斷裂帶；盆地內(nèi)還有平行于邊界斷裂走向的許多隱伏斷層（如蘆花臺斷裂、平羅-銀川斷裂），是現(xiàn)代構(gòu)造活動強(qiáng)烈的地區(qū)。銀川斷陷盆地歷史上于1739年發(fā)生過8.0 級銀川-平羅大地震，這種在大陸內(nèi)部具備8 級以上發(fā)震能力的正斷層系統(tǒng)是很罕見的。關(guān)于該活動構(gòu)造帶與兩側(cè)相對穩(wěn)定的地塊之間有怎樣的深部結(jié)構(gòu)差異，構(gòu)造帶內(nèi)部銀川盆地和賀蘭山下方結(jié)構(gòu)樣式是如何組合的，深部過程在淺表有怎樣的反映等科學(xué)問題，還缺乏足夠的深部地球物理學(xué)證據(jù)。通過地震學(xué)方法獲得其三維巖石圈精細(xì)結(jié)構(gòu)，可為深入了解構(gòu)造邊界帶與相鄰塊體的結(jié)構(gòu)差異及其對巖石圈結(jié)構(gòu)和構(gòu)造演化的影響、認(rèn)識華北克拉通破壞的空間不均勻性及其動力學(xué)過程提供重要約束。

為深刻認(rèn)識銀川盆地-賀蘭山正斷層系統(tǒng)構(gòu)造系統(tǒng)下方的精細(xì)結(jié)構(gòu)，中國地震局地球物理研究所王未來研究員團(tuán)隊在該構(gòu)造系統(tǒng)附近布設(shè)了104個寬頻帶流動臺站，同時收集周邊固定臺站和其他流動臺站資料，通過對206個臺站的接收函數(shù)與面波聯(lián)合反演研究，獲得了構(gòu)造區(qū)下方100km深度范圍內(nèi)高精度三維S波速度結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)一步分析了沉積層厚度及其波速、地殼厚度、殼幔低速體等模型。結(jié)果顯示，在銀川盆地內(nèi)部以四條斷裂為界呈現(xiàn)典型的“塹中塹”盆地特征；通過對正斷層系統(tǒng)的地震活動性分析，在盆地南側(cè)發(fā)現(xiàn)一個沉積層厚度變化顯著、地震分布集中的條帶，推測為正斷層系統(tǒng)的南部邊界。從深淺部速度結(jié)構(gòu)異常體分布來看，賀蘭山-銀川盆地交界兩側(cè)在上地殼、下地殼和上地幔范圍內(nèi)存在不同的速度結(jié)構(gòu)分異現(xiàn)象：在上地殼西側(cè)高速、東側(cè)為低速，在下地殼西側(cè)低速、東側(cè)高速，上地幔在交界帶呈低速外側(cè)呈高速。這一速度結(jié)構(gòu)分異現(xiàn)象可能與構(gòu)造帶位于阿拉善和鄂爾多斯塊體之間有關(guān)。銀川-平羅8.0級主震發(fā)生在銀川盆地下方四條斷裂交匯部位，位于盆山交界高低速分異部位偏高速區(qū)一側(cè)，盆山交界下方的上地幔低速異常體可能促進(jìn)了地震成核。綜合地質(zhì)鉆探證據(jù)、微震活動性、區(qū)域應(yīng)力場和本研究速度模型，推測賀蘭山東麓斷裂帶是1739年銀川-平羅8.0級大地震的發(fā)震構(gòu)造。

圖1研究區(qū)周邊主要構(gòu)造和臺站分布

其中：黑色線為斷裂分布，藍(lán)色實線代表黃河，圓圈為地震；綠色三角形為固定臺站，藍(lán)色三角形是此前的流動臺站，紅色三角形是本研究布設(shè)的流動臺站。

圖2 研究區(qū)9個深度對應(yīng)的S波速度結(jié)構(gòu)分布

其中：白色虛線為銀川盆地邊界，黑色線條為斷裂。

圖3 基于聯(lián)合反演結(jié)果獲得的沉積層厚度（a）、沉積層S波速度平均值（b）、地殼厚度（c）、下地殼S波速度平均值（d）

其中白色虛線為銀川盆地邊界，黑色線條為斷裂；圓圈為地震，黑色圓、天藍(lán)色圓、綠色圓和黃色圓分別表示M2.0~4.9級、M5.0~5.9級、M6.0~6.9級和M7.0~7.9級地震，紅色圓表示銀川-平羅M8.0級地震。

圖4 橫跨賀蘭山銀川盆地構(gòu)造帶（銀川-平羅M8.0級地震震源區(qū)）剖面下方速度異常體分布圖，其中黑色線為斷層，白色線為Moho界面

圓圈為地震，紅色圓表示銀川-平羅M8.0級地震，震源機(jī)制解來自寧夏回族自治區(qū)地震局（紅色震源機(jī)制距離剖面-30~30km范圍內(nèi)），剖面中地震來自黑色點線所圍的區(qū)域

大型正斷層系統(tǒng)一般對應(yīng)著分布有較厚第四系沉積層的斷陷帶區(qū)域，環(huán)境噪聲較高，如何獲得可靠的接收函數(shù)和面波頻散是需要解決的關(guān)鍵問題。本研究構(gòu)建了厚沉積層斷陷區(qū)正斷層系統(tǒng)深部結(jié)構(gòu)研究的接收函數(shù)和面波聯(lián)合處理流程，給出了銀川盆地-賀蘭山正斷層系統(tǒng)構(gòu)造系統(tǒng)下方的精細(xì)結(jié)構(gòu)，并對1739年銀川-平羅8.0級大地震的發(fā)震構(gòu)造和孕震環(huán)境進(jìn)行探討。相關(guān)成果在正斷層系統(tǒng)深部結(jié)構(gòu)研究方面可獲得應(yīng)用。成果發(fā)表于“SCIENCE CHINA Earth Sciences”，受中國地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)費專項（批準(zhǔn)號：DQJB19A35）、國家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號：41974058）和國家重點研發(fā)計劃項目（批準(zhǔn)號：2018YFC1504103）資助。

【相關(guān)文獻(xiàn)列表】

Wang Weilai, Cai Guangyao, Lai Guijuan, Zeng Xianwei, Bao Jingjing, Zhang Long, Su Jun, Chen Mingfei. 2023. Three-dimensional S-wave velocity structure of the crust and upper mantle for the normal fault system beneath the Yinchuan Basin from joint inversion of receiver function and surface wave. Science China Earth Sciences, 66, https://doi.org/10.1007/s11430-022-1059-y.

王未來, 蔡光耀, 來貴娟, 曾憲偉, 包晶晶, 張龍, 宿君, 陳明飛. 2023. 基于接收函數(shù)和面波聯(lián)合反演的銀川盆地下方正斷層系統(tǒng)三維殼幔S波速度結(jié)構(gòu). 中國科學(xué): 地球科學(xué), 53, doi: 10.1360/SSTe-2022-0138.

【作者簡介】

王未來，中國地震局地球物理研究所研究員，主要從事流動臺陣觀測、深部速度結(jié)構(gòu)反演、地震精定位和智能監(jiān)測平臺開發(fā)等研究，以第一作者和通訊作者發(fā)表SCI收錄科技論文14篇，包括EPSL、JGR、SRL、GJI、SCES、FES等多篇論文，先后承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)專項專題、地震行業(yè)科研專項、科技部數(shù)據(jù)共享項目任務(wù)等項目。2017年榮獲中國地震學(xué)會“李善邦獎”，2018 年榮獲“陳宗器地球物理優(yōu)秀論文獎”，2022年入選中國地震局青年人才計劃。