三门峡断陷盆地及邻区深部结构及成因——来自深地震反射与大地电磁测深的证据

近年来,围绕三门峡断陷盆地中的油气、地热资源做了大量的工作,成因机制研究较少,严重制约了矿产资源的勘探开发。本文在前人研究工作基础上,结合野外地质调查并利用高精度深反射地震剖面、大地电磁（MT）、重磁等地球物理探测技术,对三门峡盆地进行综合研究。发现三门峡盆地主要由东、西2个负花状构造构成,西花状构造体大于东花状构造体;盆地东部边缘以观音堂隆起与洛阳凹陷相邻,观音堂隆起发育有壳内透镜状低速体,其东、西两侧均发育有规模较大的隐伏逆断层。研究区内莫霍面为大约5 km厚度滑脱层,在深反射地震剖面上表现为蚯蚓状反射特征,指示滑脱层为西向运动。莫霍面滑脱层上部与下部新发现多条弧形断层。地质与地球物理资料综合研究表明,莫霍面滑脱层的解耦作用是三门峡断陷盆地花状构造形成的主因;在不同时空构造力系作用下,形成研究区新生代全地壳旋转花状构造盆地。     

阜新盆地古构造应力场研究

众所周知,断陷盆地是地壳形变的产物。地堑式断陷盆地的双侧盆缘断裂一旦形成,被围限的地块便成为一个独立的变形体。区域构造应力场通过地块的力学边界——盆地断裂而发生作用,在盆地内部形成一个从属于区域应力场的局部应力场,即盆地古构造应力场。     

庐-枞金属矿集区深地震反射剖面解释结果——揭露地壳精细结构,追踪成矿深部过程

深地震反射剖面揭示了庐枞矿集区全地壳的精细结构,在研究火山岩盆地的深部构造、探讨成矿深部过程等方面取得了新认识。从长江至大别山下,Moho由30km左右加深至33km左右,罗河矿下方Moho错断大约3km。庐枞火山岩盆地是一个沿着罗河断裂向东发育的"耳状"非对称盆地,并不存在另外一半隐伏在红层之下的盆地。罗河铁矿对应Moho错断处,处在构造的转换带上。罗河断裂之下存在近于透明的弱反射区域,可能是地幔流体和岩浆上涌、喷发的通道。郯庐断裂、罗河-缺口断裂、长江断裂是庐枞地区的三个重要断裂。郯庐断裂带为不对称花束状构造,近于直立,切穿地壳。小岭矿与龙桥矿可能产出在一个隆起的火成岩体的两翼。     

喜马拉雅西部雅鲁藏布江缝合带地壳尺度的构造叠置

陆陆碰撞过程是板块构造缺失的链条。印度板块与亚洲板块的碰撞造就了喜马拉雅造山带和青藏高原的主体。然而,人们对印度板块在大陆碰撞过程中的行为尚不了解。如大陆碰撞及其碰撞后的大陆俯冲是如何进行的、印度板块是俯冲在青藏高原之下还是回转至板块上部(喜马拉雅造山带内)以及两者比例如何,这些仍是亟待解决的问题。印度板块低角度沿喜马拉雅主逆冲断裂(MHT)俯冲在低喜马拉雅和高喜马拉雅之下已经被反射地震图像很好地揭示。然而,关于MHT如何向北延伸,前人的研究仅获得了分辨率较低的接收函数图像。因而,MHT和雅鲁藏布江缝合带之间印度板块的俯冲行为仍是一个谜。喜马拉雅造山楔增生机制,也就是印度地壳前缘的变形机制,反映出物质被临界锥形逆冲断层作用转移到板块上部,或是以韧性管道流的样式向南溢出。在本次研究中,我们给出在喜马拉雅造山带西部地区横过雅鲁藏布江缝合带的沿东经81.5°展布的高分辨率深地震反射剖面,精细揭示了地壳尺度结构构造。剖面显示,MHT以大约20°的倾斜角度延伸至大约60 km深度,接近埋深为70~75 km的Moho面。越过雅鲁藏布江缝合带运移到北面的印度地壳厚度已经不足15 km。深地震反射剖面还显示中地壳逆冲构造反射发育。我们认为,伴随着印度板块俯冲,地壳尺度的多重构造叠置作用使物质自MHT下部的板块向其上部板块转移,这一过程使印度地壳厚度减薄了,同时加厚了喜马拉雅地壳。     

二连盆地早白垩世断陷分布及其与基底构造的关系

二连盆地下白垩统充填在一系列NE-NNE向正断层控制的(复式)地堑、半地堑断陷中,具有陆内裂陷盆地特征。盆地内部的早白垩世断陷以不同方式连接在一起构成3个不同走向的裂陷带(马尼特—乌兰察布正向裂陷带、乌尼特—乌兰察布斜向裂陷带和川井—腾格尔斜向裂陷带),裂陷带周边隆起区也有零星的地堑、半地堑断陷分布。二连盆地的基底经历了加里东期、海西期、印支期和早燕山期多期构造演化,表现为褶皱与基底断裂构成的强变形带和岩浆岩体、微小陆块等弱变形域镶嵌排列、构造线方向多变的不均一特点。二连盆地早白垩世断陷的构造样式和空间分布与基底构造密切相关,基底强变形带发育大量的断陷构成裂陷带,基底弱变形区只发育有零星的断陷。受基底强变形带走向的影响,不同裂陷带的断陷组合形式表现出差异性。马尼特—乌兰察布裂陷带上叠在走向由NE向转为NEE向、向南凸出的东乌珠穆沁—二连弧形褶皱带上,早白垩世断陷多表现为串联、小角度斜列复合型式,属于正向裂陷带;乌尼特裂陷带上叠在NEE向的二连—贺根山深大断裂带(混杂岩带)之上,川井—腾格尔裂陷带上叠在近EW向的温都尔庙—西拉木伦深大断裂带(缝合带)及两侧褶皱带上,裂陷带内部的早白垩世断陷多表现为并联、中—大角度斜列复合型式,属于斜向裂陷带。正向裂陷带内部的早白垩世断陷多为深而狭长的地堑、半地堑,斜向裂陷带内部的早白垩世断陷多为浅而宽阔的地堑、半地堑。上述特征表明二连盆地早白垩世裂陷的分布及其构造样式受基底构造控制。     

依舒地堑汤原、方正断陷古近纪边界断裂活动特征

依舒地堑位于黑龙江省东部,为一新生代断陷盆地,汤原断陷和方正断陷为其两个面积较大的二级构造单元。通过对汤原断陷和方正断陷边界断裂的研究,可以进一步了解依舒断裂带的形成和演化过程。研究发现,在始新世-渐新世依舒地堑边界断裂的活动整体上具有多中心、不均衡的特征,汤原断陷东部的边界断裂为控盆断裂,方正断陷东、西两侧的边界断裂对盆地的发展都具有一定的控制作用,但西部边界断裂为主要控盆断裂。断层的生长指数分析表明,依舒地堑内部的北西向断裂与边界断裂的活动具有一致的规律性,都起到协调边界断裂演化发展的作用。依舒地堑边界断裂转换引张方向是由莫霍面梯度带的倾斜方向所决定,梯度带的倾向与地堑的整体伸展方向相同。     

银川盆地新生代构造演化：来自银川盆地主边界断裂运动学的约束

银川盆地新生代以来主要沿其边界断裂发生多期断陷活动,其边界断裂运动学特征记录了盆地的形成演化历史。基于其边界断裂滑动矢量的详细测量与分析,结合区域构造、盆地内沉积序列以及叠加变形分析,提出银川盆地新生代主要受NWSE向伸展、NESW向伸展与NESW向挤压3期构造应力场控制。结合区域构造演化与相关年代学数据,银川盆地新生代以来主要经历初始断陷、持续断陷与拉分断陷等3期构造演化,始新世-上新世受NWSE向伸展作用控制,银川盆地两侧主边界断裂发生正倾滑活动,导致盆地发生强烈断陷活动,充填了始新世-上新世红色砂岩、砾岩;更新世期间,古构造应力场转变为NESW向伸展,其主边界断裂以左行斜张活动,银川盆地持续断陷沉降;晚更新世晚期(?)以来,在NESW向挤压作用控制下,银川盆地主边界断裂发生强烈右行走滑兼正断活动,盆地受断裂剪切拉张活动,发生拉分断陷沉积。     

贺兰山地区晚三叠世盆地属性研究

本文系统分析了研究区及周边沉积演化历史、深大断裂特征、晚三叠世主要构造事件、现今贺兰山周围地层分布情况,结合地震资料、重磁资料以及最新的物源研究成果,对贺兰山晚三叠世盆地属性做了系统总结。重点探讨了研究区深大断裂的形成及后期多期次活化过程,研究区不同演化阶段的沉积特点以及晚三叠世早期、末期构造事件的表现特征。研究认为贺兰山晚三叠世盆地形成于块体相互作用下的张性环境,主要为叠加在早古生代贺兰山裂谷（凹陷？）盆地和晚古生代稳定盆地之上的拉张断陷盆地,断层系统表现为“地堑式”,盆地形态近似于“梭型”,西部塔尔岭—白芨芨沟一带断陷最为强烈,断距最大,北东延伸至正谊关断裂北部、南部延伸至炭井沟以南一带,整个断裂呈弧形,且两端断距逐渐减少。其中汝箕沟—香棒子沟断层为该时期深大断裂带的浅部延伸,东部以大水沟—鬼头沟断裂和现今银川地堑底部某断裂共同组成该地堑的断层系统。     

准噶尔盆地基底构造

我们已完成了穿越准噶尔盆地及其周边地区的I-I、II-II、III-III、IV-IV和额敏—哈密剖面5条综合地球物理剖面。通过综合研究,初步了解准噶尔盆地及邻近地区的地球动力学问题:准噶尔盆地基底由北部的乌伦古地体和南部的玛纳斯地体组成。两者的分界为西西北方向的滴水泉—三个泉缝合线。其西部与北东向Dalbutte缝合带相连,东部与北西向的Cranamary缝合带相连。准噶尔盆地北部的乌伦古地体基底为双层构造,上层为泥盆系和下石炭统组成的褶皱基底,大致表现为北厚(3~5 km)、南薄(1~2 km)。缝合线以南的玛纳斯地体为单层基底,即新元古代结晶基底。准噶尔盆地地壳厚度为44~52 km,北薄南厚。周边山区地壳厚度高于盆地地区。盆地及邻近地区地壳分为上、中、下层,并且中地壳一般较薄。盆地地区的地壳存在多条深断裂。南北方向发育了6条主要深断裂,分别为红车、德伦山、石溪、呼图壁、彩南和阜康。这些断层倾角较大,向上延伸至上地壳下部,向下切入地壳基底界面。壳内水平构造和构造面无明显垂向断层,似有“开放断层”特征。这些断层是上地幔物质挤入地壳的良好通道。此外,该地区还有两条主要的横向深断层。一是北西西走向的滴水泉—三个泉深断裂,它向南倾斜,具有逆断层性质,可能会破坏滴水泉—三个泉缝合带。另一条是近东西向的昌吉—玛纳斯深断裂,向南倾斜,主要发育在中下地壳,具有逆断层性质。这些深断裂对盆地构造发育具有一定的控制作用。准噶尔盆地西部的莫霍面基本连续地延伸到了天山的莫霍面,并且后者的莫霍面深度明显大于前者。但是,盆地东部的莫霍面与博格达山脉的莫霍面并不连续。前者以叠加关系延伸到后者之下,表明盆地东部的地壳向博格达山脉俯冲。这有助于解释天山东部构造活动相对减弱而博格达山脉向北推高的构造地貌现象。周边准噶尔盆地具有挤压盆地-山地构造耦合格局,尤其是南部边界东部博格达—准东盆地的山地-盆地构造耦合。现在将准噶尔盆地与吐哈盆地分开的博格达山脉是年轻的、仍在上升的山脉。博格达山的隆升是印支运动以来多次推覆造山运动的反映,其现貌是新近纪以来新构造运动的结果。准噶尔盆地盖层发育经历了3个阶段:与天山和松潘—甘孜造山带形成有关的二叠纪—三叠纪前陆盆地阶段,区域压缩较弱的侏罗纪—早始新世陆内坳陷阶段,以及新近纪晚期以来与天山抬升有关的活化前陆盆地阶段。     

松潘地块若尔盖盆地与西秦岭造山带岩石圈尺度的构造关系——深地震反射剖面探测成果

若尔盖盆地和西秦岭造山带作为青藏高原东北缘典型的新生代盆山构造,其接合部位的岩石圈结构及其深部构造关系为青藏高原东北缘板块碰撞的深部过程等研究奠定基础。横过盆山结合部位的深地震反射剖面长约63km,记录时间30s(TWT),探测深度超过莫霍面深达岩石圈地幔。该剖面首次揭露出青藏高原东北缘的盆山结合部位地壳和上地幔盖层的结构,发现了若尔盖盆地和西秦岭造山带下地壳以北倾为主的强反射特征,这种北倾的反射特征提供了若尔盖盆地俯冲到西秦岭造山带之下,而西秦岭造山带逆冲推覆到若尔盖盆地之上的地震学证据,初步揭示出若尔盖盆地和西秦岭造山带在挤压构造体系下形成的岩石圈尺度的构造关系,近于平坦的Moho反射特征反映两者在造山后期又经历了强烈的伸展作用。     

Europrobe seismic reflection profiling across the eastern Middle Urals and West Siberian Basin

New deep seismic reflection data provide images of the crust and uppermost mantle underlying the eastern Middle Urals and adjacent West Siberian Basin. Distinct truncations of reflections delineate the late-orogenic strike-slip Sisert Fault extending vertically to ∼28 km depth, and two gently E-dipping reflection zones, traceable to 15–18 km depth, probably represent normal faults associated with the opening of the West Siberian Basin. A possible remnant Palaeozoic subduction zone in the lower crust under the West Siberian Basin is visible as a gently SW-dipping zone of pronounced reflectivity truncated by the Moho. Continuity of shallow to intermediate-depth reflections suggest that Palaeozoic accreted island-arc terranes and overlying molasse sequences exposed in the hinterland of the Urals form the basement for Triassic and younger deposits in the West Siberian Basin. A highly reflective lower crust overlies a transparent mantle at about 43 km depth along the entire 100 km long seismic reflection section, suggesting that the lower crust and Moho below the eastern Middle Urals and West Siberian Basin have the same origin.     

长江中下游宁芜火山岩盆地深部结构特征——来自反射地震的认识

宁芜火山岩盆地是长江中下游成矿带的重要组成部分,盆地内广泛产出玢岩型铁矿床。为探讨宁芜火山岩盆地深部结构,作者完成了三条穿越宁芜火山岩盆地的深反射地震剖面。三条剖面的长度不一,NW01剖面长度42km,NW02长56.3km,NW03长27.1km。三条剖面的排列长度都为720道,采样间隔2ms,记录长度16s。因为本文的主要研究对象是宁芜火山岩盆地上地壳的结构特征,因此只用了总记录长度的前4s数据。通过本次研究揭示了宁芜矿集区的上地壳精细结构、岩浆和断裂系统的空间展布形态。不仅验证了以往对盆地的部分认识,而且给出了新的认识。(1)发现了直接控制盆地火山-岩浆活动的南东和北西边界断裂并非人们经常认为的两大基底深断裂:方山-南陵断裂和长江断裂带,而是北西向F1和南东向F2断裂;(2)宁芜火山岩盆地以马鞍山-薛津断裂为界向北北东方向滑脱,造成了盆地南西高北东低的隆凹构造格局;(3)阐明了就位于盆地下方的为火山-岩浆活动提供补给和热源的岩浆房的空间展布特征;(4)清晰地厘定了盆地内的断裂系统,其中最主要的断裂是隐伏于宁芜火山岩盆地深部的控制深部岩浆活动的盆中基底断裂(BCF),控制着深部岩浆岩的空间展布格局并对宁芜火山岩盆地的地层和断裂系统有强烈地改造作用。本文的发现为宁芜火山岩盆地深部结构认识、成矿预测及成矿动力学分析提供了可借鉴的证据。     

Crustal architecture of central Victoria: results from the 2006 deep crustal reflection seismic survey

A ～400 km long deep crustal reflection seismic survey was acquired in central Victoria, Australia, in 2006. It has provided information on crustal architecture across the western Lachlan Orogen and has greatly added to the understanding of the tectonic evolution. The east-dipping Moyston Fault is confirmed as the suture between the Delamerian and western Lachlan Orogens, and is shown to extend down to the Moho. The Avoca Fault, the boundary between the Stawell and Bendigo Zones, is a west-dipping listric reverse fault that intersects the Moyston Fault at a depth of about 22 km, forming a V-shaped geometry. Both the Stawell and Bendigo Zones can be divided broadly into a lower crustal region of interlayered and imbricated metavolcanic and metasedimentary rocks and an upper crustal region of tightly folded metasedimentary rocks. The Stawell Zone was probably part of a Cambrian accretionary system along the eastern Gondwanaland margin, and mafic rocks may have been partly consumed by Cambrian subduction. Much of the Early Cambrian oceanic crust beneath the Bendigo Zone was not subducted, and is preserved as a crustal-scale imbricate thrust stack. The seismic data have shown that a thin-skinned structural model appears to be valid for much of the Melbourne Zone, whereas the Stawell and Bendigo Zones have a thick-skinned structural style. Internal faults in the Stawell and Bendigo Zones are mostly west-dipping listric faults, which extend from the surface to near the base of the crust. The Heathcote Fault Zone, the boundary between the Bendigo and Melbourne Zones, extends to at least 20 km, and possibly to the Moho. A striking feature in the seismic data is the markedly different seismic character of the mid to lower crust of the Melbourne Zone. The deep seismic reflection data for the Melbourne Zone have revealed a multilayered crustal structure that supports the Selwyn Block model.     

The legacy of the NE German Basin — reactivation by compressional buckling

In contrast to previously published models for the area, the seismic reflection Moho is essentially flat beneath the NE German Basin along the DEKORP deep seismic profile Basin'96. This raises the question, whether the present structure of the crust and flat Moho reflect the initial formation of the basin or modification by more recent processes. A 2D flexural model, developed for a thin elastic plate, is presented together with lithospheric strength profiles calculated along the BASIN 9601 reflection seismic line. The analysis shows a southward decrease of lithospheric strength below the Basin, with a lithospheric decoupling between the crust and the mantle. The modelling supports the hypothesis that the present Moho topography is caused by flexural buckling which caused subsidence of the NE German Basin during the Upper Cretaceous–Early Cenozoic inversion event. This suggests that the basin is in isostatic disequilibrium, and that compressive stresses are required to keep the present basin geometry.     

东昆仑大地震的深部构造背景

本文以深地震测深剖面资料揭示的地壳结构形态为切入点 ,探讨东昆仑 8.1级大地震的深部构造背景。沱沱河—小柴旦长 5 0 0km的剖面范围内发现两处大的莫霍面错断 ,分别位于东昆仑 柴达木结合带之下和金沙江断裂之下。青藏高原北部的地壳厚度 6 1～ 75km :莫霍面具有一致南倾 ,逐步加深的产状及弱反射性特征 ;下地壳明显增厚 ,但速度未见明显降低 ;上地壳发育逆冲、走滑断裂 ;地壳中部存在低速层。北邻的柴达木盆地地壳相对刚性 ,厚 5 2± 2km。东昆仑及邻区的壳幔结构有利于强地震孕育。在印度板块向北推挤和柴达木地块的向南插入的区域挤压应力场中 ,青藏高原北部较弱的下地壳缩短增厚 ,变形过程中的蠕滑引起地壳浅部的应力放大。但NE向主压应力的作用不是大地震形成的唯一要素 ,与青藏高原北部各地体侧向运动有关。侧向运动速率和幅度的差异使应力在各地体的边界断裂积累并使其复活。而低速层对形成孕育大地震需要的“立交桥式”的局部应力环境是必不可少的条件。     

阿尔金断裂带东段地区深浅部构造综合分析

阿尔金断裂带东段地区的地质构造特征及其动力学机制一直是地学工作者关注的焦点。近年来小震资料越来越多应用到活动断裂空间展布、深浅构造分析及动力学机制研究领域。本文应用双差定位法获得研究区域2008～2017年间6013次地震事件的精确定位数据,通过多条小震深度剖面清晰刻画出断裂系统的空间展布形态。综合石油地震剖面、人工地震宽角反射/折射剖面、人工地震深反射剖面,充分利用小震精确定位信息以及浅表活动构造研究成果,建立研究区断裂系统的深浅部构造模型。研究区莫霍面由北往南逐渐加深,存在三处断错,呈阶梯状展布,地壳内存在一条厚约10km的低速层,在该层以上为地震多发区,断裂系统总体呈"Y"字型,上部为一系列叠瓦状逆冲断裂,造成祁连山的隆升,向下并入一条主干断层。最后探讨了青藏高原东北缘地区构造运动的动力学机制,亚洲板块俯冲至祁连山前,上地壳以逆冲推覆构造模式造成上地壳增厚现象,而中下地壳主要为亚洲岩石圈地幔下插,上地幔的拖曳作用下发生流动引起地壳增厚,上下地壳整体增厚。