藏北高原地壳及上地幔导电性结构——超宽频带大地电磁测深研究结果

为了研究西藏中、北部壳、幔导电性结构，讨论高原中、北部岩石圈热状态，1998年和1999年（INDEPTH（Ⅲ） MT）在西藏中、北部完成了德庆—龙尾错（500线）和那曲—格尔木（600线）超宽频带大地电磁深探测剖面的研究.研究结果表明，西藏中、北部以昆仑山断裂为界，其南北壳、幔电性结构有很大差异.昆仑山断裂以北地壳和上地幔为高阻区.而昆仑山以南，地壳和上地幔的导电性有明显的分层结构：地壳上部以不连续的高阻体为主，夹有局部低阻异常体，沿南北方向上地壳的电性结构复杂，具有不连续、分块的特点；但中、下地壳为大范围的高导异常区，区内发育有大规模、不相连续、产状各异的高导体，其电阻率均小于4Ωm；在班公—怒江和金沙江缝合带之下，壳内高导体都具有向上地幔延伸的趋势，存在连通壳、幔的低阻通道.根据西藏高原中、北部壳、幔电性结构的研究推断：如同藏南一样，这里也普遍存在部分熔融体和热流体，它们的成因主要与班公—怒江和金沙江缝合带的壳-幔热交换、热活动有关，这是两期形成的壳-幔热交换通道.其中，班公—怒江缝合带的壳-幔热交换通道形成时间比金沙江缝合带早.因此，研究区壳、幔的热活动是从南边和西边开始，向北、向东扩展，导致现今西藏中、北部地壳和上地幔的热流分布由西向东、由南向北增大.     

基于电性结构模型的青藏高原东缘上地幔热结构研究

研究青藏高原东缘地区的深部物质结构对于理解青藏高原的隆升及扩张机制具有重要的科学意义.本文将青藏高原东缘实测大地电磁测深剖面反演所得的岩石圈电性结构模型与高温高压岩石物理实验测得的上地幔矿物和熔融体导电性定量关系相结合,通过Hashin-Shtrikman(HS)边界条件建立上地幔电导率与温度、熔融百分比等参数的定量关系,在此基础上计算得到了青藏高原东缘上地幔热结构及熔融百分比分布模型.研究结果表明在青藏高原东缘地区通过大地电磁测深方法所探测到的上地幔低阻体可以解释为由高温作用所产生的局部熔融区域.其中,松潘—甘孜地块上地幔高导体对应的温度介于1300～1500℃之间,熔融百分比可高达10%,支持前人将松潘—甘孜地块内部的低阻体解释为局部熔融的观点.龙门山断裂带以东、四川盆地西缘的上地幔高导体温度介于1200～1400℃之间,熔融百分比介于1%～5%左右,表明扬子克拉通的西缘可能正在经历一定程度的活化作用.龙门山断裂带下方的上地幔高阻体温度介于1100℃附近,基本没有发生局部熔融,具有较冷的刚性块体特征,与该区域频发的地震活动相吻合.四川盆地东部的扬子上地幔温度介于800～900℃之间,没有发生局部熔融,符合古老稳定的克拉通块体的基本特征.     

青藏高原东缘地壳上地幔电性结构研究进展

经过数十年的努力,中国学者针对青藏高原东缘地壳上地幔探测,累积完成超过20000 km的大地电磁测深剖面,取得了一系列重要科学数据和认识,为青藏高原东缘构造格局、地壳上地幔电性结构、地震机制和动力学研究奠定了基础.根据青藏高原东缘的主要构造和断裂分布特征,本文重点对龙门山构造带、川滇构造带和三江构造带三个构造带分区进行研究,主要依据大地电磁探测工作成果和壳幔电性结构特征,系统地对青藏高原东缘地壳上地幔电性结构、与扬子西缘接触关系、汶川地震和芦山地震的电性孕震环境及弱物质流通道等几个方面进行了梳理和分析.一是青藏高原东缘地壳表层岩块和物质沿壳内高导层向龙门山造山带仰冲推覆,表现为逆冲推覆特征的薄皮构造;二是高原东部地壳中下部及上地幔顶部向龙门山造山带和上扬子地块西缘岩石圈深部俯冲,呈现刚性的上扬子地块西缘高阻楔形体向西插入柔性青藏块体的楔形构造;三是将汶川地震和芦山地震的震源投影到大地电磁剖面上,发现震源位于剖面下方的高阻块体与低阻体之间靠近高阻体的一侧,龙门山构造带岩石圈表现出高阻、高密度和高速的"三高"特征,这种非均匀电性结构可能构成地震孕育发生条件;四是川滇和三江地区的多条大地电磁剖面探测结果表明,在青藏高原东缘中下地壳存在下地壳流和局部管道流,大地电磁结果对其空间分布形态、位置及大小进行了较好的刻画.根据研究区壳幔电性结构特征的构造解析和综合实例分析,总结了青藏高原东缘六类壳幔电性结构模型,提出了下一步重点研究领域和目标.总之,青藏高原东缘壳幔电性结构的研究对揭示研究区岩石圈结构和构造格局提供了重要依据,对油气及矿产资源远景评价提供了背景资料,对"Y"型多地震区的构造关系和发震机理研究具有重要指导意义.     

青藏高原东北缘地壳电性结构和地块变形关系的研究

对青藏高原东北缘大地电磁剖面电性结构的研究表明, 沿剖面可以区分为4个电性区块, 分别与巴颜喀拉地块(BK区块), 秦祁地块(QQ区块), 南北地震构造带(HY区块)和鄂尔多斯地块(OD区块)对应. 区块BK, QQ和OD的地壳电性结构具有相似的特点, 上地壳为高阻层, 下地壳上部为低阻层, 下地壳下部到上地幔的电阻率随深度增加逐渐增大. 上述3个地块的电性结构特点与青藏高原南边缘、东边缘等其他较完整地块的地壳电性结构相似, 属于大陆内部变形不严重或较完整地块的正常地壳电性分层. HY区块属于地壳发生严重变形的边界区, 电性成层性遭到破坏, 结构复杂, 是现今构造活动和地震活动较强烈的地区. 青藏高原东北缘各地块相互间的接触关系既有向外围的仰冲作用, 又有走滑作用, 不同于高原的南边缘带和东边缘带. 对地壳内的低阻层成因进行了分析, 对岩石圈厚度进行了估测.     

扇形边界条件下的龙门山壳幔电性结构特征

沿甘肃碌曲-四川龙门山-重庆合川布设了长周期大地电磁剖面,对龙门山及邻区进行了壳幔电性结构探测,采用更直观合理的扇形边界条件下的反演算法对长周期大地电磁资料进行二维反演.该剖面电性结果揭示了自北西向南东岩石圈深部的若尔盖壳幔高阻块体、松潘壳幔低阻带、龙门山壳幔高阻块体和川中壳幔高阻块体电性结构特征;龙门山逆冲推覆构造带下方的龙门山壳幔高阻体显示为向北西延伸的楔形构造,推断龙门山及松潘-甘孜地块由于受青藏高原东缘和上扬子地块双向挤压,松潘-甘孜地块地壳物质向龙门山逆冲推覆,中下地壳至上地幔向下向南东俯冲,呈现上扬子地块西缘壳幔高阻楔形体插入青藏高原东缘的态势;初步认为上扬子地块西缘深部以松潘壳幔韧性剪切带作为中新生代以来的边界.     

南北地震带南段川滇黔接壤区电性结构特征和孕震环境

本文利用大地电磁测深数据,对穿过兰坪—思茅地块和川滇菱形地块以及进入扬子地块的云南兰坪—贵州贵阳大地电磁测深剖面展开了深部电性结构研究.采用大地电磁数据处理分析以及反演技术,对观测资料进行了由定性到定量全面地分析,通过二维非线性共轭梯度反演得到了沿剖面的较为详细的地壳上地幔电性结构,结合其他地质和地球物理资料的分析,对该剖面的二维电性结构进行解释,确定了主要断裂带和边界带的位置以及深部延伸情况,同时确定了壳内低阻层的分布位置,最后进行了区域动力学和孕震构造环境的探讨.研究表明:剖面壳幔电性结构分块性特征与区域地质构造分布特征基本一致,不同地块的电性结构存在显著差异,其中川滇菱形地块的结构相对复杂,上地壳的电性结构为高低阻相间分布特征,电阻率的突变带与地表断裂具有很好的对应关系;兰坪—思茅地块存在中上地壳低阻层,川滇菱形地块中西部存在下地壳低阻层,川滇菱形地块东部和华南地块西部存在中上地壳的低阻层;川滇菱形地块中部攀枝花附近的低阻层埋深最深,而华南地块西部会泽附近的低阻层埋深则最浅;兰坪—思茅地块和川滇菱形地块的中下地壳的低阻层可能与青藏高原物质的东南逃逸有关;华南块体的宣威以东的下地壳不存在低阻层,华南块体下地壳和上地幔的电阻率较高;攀枝花附近的高阻体可能是峨眉山玄武岩喷发导致底侵作用及幔源物质上侵的结果.     

滇西三江地区深部电性结构特征及其意义

沿盈江一姚安布置了一条长约350 km的长周期大地电磁剖面,共观测宽频大地电磁测深点53个,长周期大地电磁测深点26个;利用多种数据处理方法对观测资料进行了预处理、定性分析和二维反演,得到沿剖面的地壳和上地幔电性结构模型.对主要地块和断裂带的电性结构进行了分析,电性结构模型揭示滇西三江地区广泛存在壳内低阻层,但沿剖面方向即东西向埋深和厚度不一,在保山地块和滇中地块地下存在较大规模的壳幔低阻带;腾冲地块地下埋深13~20 km,厚约10~17 km的壳内低阻层可能是岩浆囊的反映;初步将保山壳幔韧性剪切带作为印支地块挤出的深部东边界.     

滇西三江构造带电性结构特征——以福贡—巧家剖面为例

为查明滇西三江构造带及邻区复杂的构造特征,并揭示该区深部电性结构,沿福贡—巧家布设了一条长约410 km的大地电磁剖面.共观测到61个物理点,其中宽频大地电磁测点41个,长周期大地电磁测点20个.通过对采集到的数据进行一系列的处理、反演,得到了沿剖面的壳幔电性结构模型.并结合研究区内区域地质资料及其他地球物理资料,对剖面所经过的各个主要地质构造单元及主要断裂带进行了综合解释.电性结构模型揭示沿剖面地壳电性层次复杂,深部电性结构由西往东呈分块展布,横向变化大,壳内广泛发育低阻异常.在中甸构造带(香格里拉地块)和盐源—永胜构造带深部壳幔存在大规模低阻异常,这可能与地下局部熔融体和地热流有关;康滇构造带壳幔存在大规模高阻异常,表明地壳中曾经有地幔物质侵入;在大凉山构造带地下10~50 km深处存在一呈横向“半月形”展布的低阻体,电阻率值不满10Ωm,结合地质资料与前人的研究成果,推测该低阻体成因应与青藏高原东南缘“地壳管道流”有一定关联.     

乐昌—霞葛MT剖面深部电性结构研究

为研究华南地区的壳幔电性结构,完成了华南地区乐昌—霞葛大地电磁测深剖面的探测,获得了该剖面的地电模型,并结合倾子、极化图和感应矢量等信息对地电模型进行了研究,对华南的电性结构、断裂特征和壳幔结构有了新的认识.研究结果表明:剖面上地壳西厚东薄,表面被大量的花岗岩高阻体所覆盖,6条断裂沿剖面展布.剖面两端岩石圈增厚,厚度超过100km,推测剖面西段岩石圈增厚是由于陆内挤压造山或陆内碰撞汇聚造山作用,而剖面东端的岩石圈增厚形成于大洋板块的俯冲;中部岩石圈减薄,厚度在60～80km之间,可能是与软流圈物质上侵有关.     

山西阳高──河北容城剖面大地电磁资料的二维反演解释

介绍了一种快速二维大地电磁自动反演方法及其在阳高－容城剖面大地电磁资料解释中的应用．二维反演结果显示，研究区浅层电性结构与地表地质有较好的对应性；在中、下地壳范围内发育着断断续续的低阻带，并沿剖面大致分为三段；上地幔低阻带由北西向南东方向逐渐变浅，上地幔低阻带深度陡变带与巨型重力异常高梯度带对应．与一此较大型的断裂带对应的区段在电性上有较清楚的显示．     

三河—平谷8级大震区地壳上地幔电性结构特征研究

用电磁阵列剖面法（EMAP），大地电磁测深方法（MT），沿三河－平谷8级大震震源区，作了31.8km长的EMAP探测和两条总长150.05km共36个点的MT探测，获得了研究范围内的地壳上地幔电性结构，高导层特征和陡变带，高导异常体，断裂展布，岩石圈结构等结果，为搞清地震危险区的深浅构造关系，从电性结构特征推测发震模式和预测未来强震的可能地点提供了介质电性的多种参数。     

南北地震带北段地壳上地幔电性结构及有关资料问题的讨论

根据南北地震带北段６ 条东西向和２ 条南北向剖面的大地电磁测深结果,对该区域的地壳上地幔电性结构进行了较全面的分析．对资料中存在的一些问题进行了讨论     

云南南部地区深部电性结构特征研究

在云南南部地区布设了一条孟连-罗平的北东向大地电磁测深剖面,以开展该地区的深部电性结构探测和孕震环境探查.沿该剖面进行了114个大地电磁测深点的观测,经过对观测资料的远参考Robust处理、定性分析和二维反演,得到了沿该剖面地壳、上地幔电性结构模型,从模型的电性结构特征进一步探讨了剖面穿过的3个地震区的深部地震孕育环境.研究结果表明：沿剖面的地壳上地幔电性结构反映出与区域地质构造资料基本一致的构造特征;该区的三个强震带地球深部都存在壳内低阻体,地震发生在电阻率梯度带上;断裂带的两侧块体介质的电阻率差异是强震活动带重要的深部背景.     

青藏高原东部大地电磁测深探测结果

给出了青藏高原东部察隅-清水河剖面大地电磁测深探测的结果. 经过二维反演得到了研究剖面的电阻率随深度分布图, 沿剖面电阻率分布具有横向分区、纵向分层的特征; 班公湖-怒江缝合带和金沙江缝合带同为高原内重要的电性分割带, 其中班公湖-怒江缝合带表现为电阻率相对低值带, 金沙江缝合带为电性梯度带; 北羌塘和巴颜喀拉地壳中、下部的高导体可能是在构造演化过程中由于俯冲剪切生热造成的局部熔融体.     

西藏错勤—申扎剖面大地电磁测深研究

通过对西藏冈底斯地区错勤—申扎大地电磁测深剖面的研究,揭示了该地区壳幔结构特征.上地壳底界面深度大约20 km,在扎日南木错以西和当惹雍错以东地区分别发育壳幔高导层(体).高导层(体)的中心——电阻率低值区出现在20~40 km深度,其根部可追踪到上地幔.从高导层(体)的发育特征推断:错勤—申扎剖面壳幔高导层(体)是在印度板块与欧亚板块主、晚碰撞阶段地幔热流物质上涌和后碰撞阶段地壳东西向拉张作用下,导致中、下地壳岩石相继发生两期部分熔融的结果.而当惹雍错可能是一条深度可能达到上地幔的深、大断裂.     

青藏高原地壳高导层的成因及动力学意义探讨——大地电磁探测提供的证据

大地电磁探测结果显示,青藏高原的中下地壳普遍存在大规模的高导层,其电阻率低于10 Ωm,远低于稳定构造区地壳的平均电阻率值.通过对可能形成地壳内大规模低阻异常地质原因的分析认为,青藏高原地壳中的高导层不可能是由金属矿、石墨层或者单纯的含盐水流体引起的,而很可能是由于地壳岩石的部分熔融或者是部分熔融与含盐水流体共同导致的.这些高导层的形成是与板块运动等动力学过程密切相关的.地壳内的高导层可能是印度板块和亚洲板块俯冲的电性痕迹,其成因与板块俯冲过程中由于摩擦生热导致的岩石部分熔融和脱水作用有关,也可能与岩石圈拆沉造成幔源物质上涌有关.沿高原内主要缝合带均存在东西向连续分布的大规模高导体,有可能是青藏高原下地壳物质向东"逃逸"的证据;其中班公-怒江缝合带可能是最重要的物质运移"通道".     

三河-平谷8级大震区地壳上地幔电性结构特征研究

用电磁阵列剖面法 (EMAP)、大地电磁测深方法 (MT) ,沿三河 -平谷 8级大震震源区 ,作了 31 8km长的EMAP探测和两条总长 150 0 5km共 36个点的MT探测。获得了研究范围内的地壳上地幔电性结构、高导层特征和陡变带、高导异常体、断裂展布、岩石圈结构等结果 ,为搞清地震危险区的深浅构造关系、从电性结构特征推测发震模式和预测未来强震的可能地点提供了介质电性的多种参数     

鄂尔多斯地块深部岩石圈电性结构研究

近年来新的研究成果反应出鄂尔多斯地块岩石圈并不是一个具有深根的完整的刚性块体,尤其在鄂尔多斯北部以及河套地堑发现有大范围的下地壳-上地幔低速低阻物质,如果这一情况属实,那么人们对鄂尔多斯地块的认识将发生大的变化.为此,我们在华北克拉通西部布设了一条穿过鄂尔多斯地块、河套地堑和阴山造山带的南北向大地电磁剖面,试图通过深部电性结构的探测提供更多信息.该剖面全长约850 km,共布设54个宽频测点和17个长周期测点.二维和三维反演结果均表明:鄂尔多斯地块内部以38°N为界,南部和北部电性结构存在明显差异.鄂尔多斯地块南部地壳至上地幔150 km深度范围内整体表现为高阻,具有刚性克拉通的特征;鄂尔多斯地块北部到河套地堑之间下地壳出现低阻层,特别是鄂尔多斯北端与河套地堑接壤地段,深部存在一个规模较大的下地壳-上地幔低阻异常体,该异常体从河套地堑开始,横向上向南延伸到鄂尔多斯地块内部约200 km,纵向上从下地壳向下延伸到上地幔(约100 km深度).根据该异常体的空间特征,参考该区地震波低速异常体的分布,我们认为鄂尔多斯北部及河套地堑中下地壳到上地幔存在热物质,其原因与深部的构造活动有关(软流圈热物质上涌、侧向流动等),这一情况可能反映出鄂尔多斯地块北部岩石圈深部正处于被改造(或者破坏)阶段,这对进一步认识青藏高原东北缘与华北克拉通之间的深部关系具有一定的启示作用.     

华南东部吉安—福州剖面岩石圈电性结构研究

为了研究华南东部地区岩浆活动的深部构造背景,对吉安一福州宽频大地电磁测深剖面数据进行了系统的分析和处理,并利用非线性共轭梯度法进行二维反演,得到了武夷隆起带及周缘地区的岩石圈电性结构;结合区域重磁资料,详细分析了研究区内地壳、上地幔电性结构特征及地质含义.结果表明:华南东部地区岩石圈电性结构存在明显的分区性,并且壳内普遍发育不同成因的高导层,揭示出华南东部地区不同构造单元内的岩浆活动具有不同的成岩构造背景.其中,东南沿海褶皱带深部热侵蚀活跃,岩石圈物质和结构被强烈改造,电阻率普遍较低,软流圈上涌并伴随玄武岩浆底侵,导致岩石圈、地壳剧烈减薄;而武夷隆起带岩石圈电阻率相对较高,印支-燕山早期陆内挤压变形的构造形迹明显,晚中生代岩石圈拉张伸展作用对该地区岩石圈的物质结构有一定的改造.     

重力不稳定性与亚洲内陆三角形地震区地球动力学特征

本文研究了亚洲内陆三角形地震区的岩石圈厚度、上地幔顶部Pn波速度、上地幔密度分布、地壳结构、现代构造运动及地震活动等特征。认为该区内存在着地幔分异物质多元底辟现象,致使岩石圈减薄及地壳增生变厚,而巨厚的地壳处于重力不稳定状态,地壳物质发生流变,该区内现代构造运动与地震活动均与此有关。作者认为,重力是导致本区上地幔及地壳发生构造运动的主要力源之一。