中亚造山带东段软流圈分布特征——基于长周期大地电磁探测的结果

中亚造山带东段经历了古亚洲洋、蒙古—鄂霍茨克洋和古太平洋构造体制的多重作用,多期次的构造活动不仅改造了地形地貌、岩石圈结构,同时也改造了软流圈分布,因此对软流圈结构研究具有重要的科学意义.为了揭示复杂多重构造体系下软流圈的分布特征,完成了中亚造山带东段约1800km长大地电磁测深剖面,并对数据进行非线性共轭梯度反演,获得二维电性结构模型.研究发现:中亚造山带东段岩石圈内部存在多处低阻异常,地表多对应第四纪火山群或古缝合带,表明这些低阻异常与软流圈上侵有关.软流圈呈现高导特征,南部略薄,电阻率值为10～30Ωm,北部厚度较大,电阻率值为10～0.1Ωm,这种电性结构特征体现了中亚造山带东段软流圈南北两侧厚度、部分熔融程度的不均一性.而已有的层析成像结果显示中亚造山带软流圈东西向则呈现东厚西薄的特征.结合区域地质,提出软流圈与岩石圈一样在碰撞造山过程中厚度、部分熔融程度也会随之变化的动力学认识.中亚造山带东段软流圈主要经历了古亚洲洋构造体系、蒙古—鄂霍茨克构造体系和太平洋构造体系三阶段的构造事件影响,因此中亚造山带东段软流圈的南北向差异,推断为古亚洲洋闭合早于鄂霍茨克洋闭合的时限差异所致,东西向差异则主要受太平洋构造体系的影响.     

锡林浩特-阿巴嘎火山群内的玛珥式火山

锡林浩特-阿巴嘎火山群位于内蒙古自治区锡林郭勒盟,处于大兴安岭-大同新生代火山喷发带中段。火山群内发育300余座不同类型的第四纪玄武质火山,其中玛珥式火山属首次发现,以阿巴嘎旗东南部的浩特乌拉、西北部的车勒乌拉和额斯格乌拉玛珥式火山最具代表性,其火山规模较大,锥体直径一般为3～4km,大者约6.5km。火山结构较完整,具有相似的双轮山地貌景观和明显的阶段性喷发过程,喷发阶段早期为强烈的射汽-岩浆爆发,晚期均转变为弱岩浆爆发,最后为玄武质熔岩流的溢出。这种喷发序列反映了岩浆与水相互作用以及岩浆上升速度和溢出率变化的过程。火山喷发形成的基浪堆积物覆盖在中更新统河谷砂砾石之上,其中近火口溅落堆积物中上新世砂泥岩"包体"的热释光年龄为(0.112±0.0096)Ma,表明玛珥式火山喷发时代属晚更新世早期。     

松辽盆地岩石圈减薄的深部动力学过程

松辽盆地作为东亚裂谷系的一部分,与华北克拉通一起经历了中生代岩石圈减薄的重大地质事件.对大陆岩石圈-软流圈状态和构造的整体认识,是研究大陆岩石圈减薄深部动力学过程的关键.在获得过松辽盆地的106个宽频和30个长周期大地电磁测深数据的基础上,完成测点数据二维偏离度、构造走向等计算与分析,进一步采用非线性共轭梯度算法,对TE和TM模式数据进行二维联合反演,获得了沿剖面的壳-幔电性结构,并依此构建了松辽盆地壳-幔结构模型.研究结果表明：（1）大兴安岭地区岩石圈厚度约为160 km,松辽盆地岩石圈厚度约为45 km,张广才岭岩石圈厚度在70~100 km之间,莫霍面与岩石圈底界面不呈镜像关系.软流圈整体表现为中、低阻异常,电阻率值在30 Ωm左右,其形态呈西倾约30°的蘑菇状异常,指示了软流圈物质上涌的形式,有别于软流圈垂直上涌的传统认识.（2）松辽盆地深部存在双层高导异常（电阻率小于5 Ωm）,上层为壳内高导层,呈"蛇"状分布,推断为岩浆底侵区,下层为幔内高导层,呈"哑铃"状,为软流圈上涌区.软流圈内存在两个"哑铃"状中、高阻异常,推断为拆沉的岩石圈地幔.具有冷的、高密度的下降物质流的堆积以及拆沉块体下插到两侧山岭是促使大兴安岭与张广才岭在中生代伸展环境中快速隆升重要原因;（3）松辽盆地经历了岩石圈减薄事件,与大兴安岭岩石圈厚度相比,松辽盆地岩石圈厚度减薄了近100 km,与东侧张广才岭相比减薄了70 km,而与中生代华北地台100 km的岩石圈厚度相比,减薄了近50 km,其经历了岩石圈伸展期、裂解期、拆沉期和增长期的动力学过程.     

松辽盆地北缘的上地幔速度结构及该区火山成因探讨

中国东北是研究板内新生代火山活动及其成因的天然场所.以往的研究根据不同的壳幔速度结构,提出多种模型用以解释中国东北地区的火山活动.由于松辽盆地北缘的观测台站相对较少,导致这些模型对盆地北缘的约束较弱.我们利用近年来覆盖松辽盆地北缘的流动宽频带观测台站数据开展远震体波走时层析成像研究,获得了深达800 km的深部速度结构,在盆地北缘的火山群区域内得到如下认识：诺敏河和五大连池火山群共用一个200~300 km深处的地幔岩浆房.该地幔岩浆房内的低速异常为水平展布,未下延至地幔转换带内,并仅在该区域上地幔的局部范围内有所体现.结合前人的研究结果分析,我们认为该水平的局部低速异常可能是中生代晚期岩石圈拆沉导致的软流圈上涌热物质.     

磁异常揭示的峨眉山大火成岩省的深部结构

峨眉山大火成岩省位于中国西南部,在晚二叠纪约260 Ma喷发出巨量的大陆溢流型玄武岩.对于大火成岩省的岩浆喷发,在地下必定有一个相应的大规模岩浆聚集和运移系统.地球物理方法是探测岩石圈内部的有效方式.峨眉山大火成岩省为镁铁质岩浆喷发,由于镁铁质-超镁铁质岩石一般具有强磁性,因此,在喷发结束之后,地下岩浆系统如果被镁铁质岩浆填充,冷却固化成为岩石圈的一部分,很有可能会引起磁异常.本文使用区域磁异常数据来对峨眉山大火成岩省的深部构造进行研究.该区域的磁异常由一系列离散的异常组成,通过3D磁化率反演可以得到磁性体的空间分布.由于磁异常中具有明显的剩磁,直接使用经典的反演方法会有较大误差,我们首先将磁异常转换为弱敏感于磁化方向的磁异常模量,再使用模量数据进行3D反演,得到地下空间内磁异常源的分布.经过分析认为这些离散分布的磁异常源反映了岩石圈内部的镁铁质-超镁铁质侵入体.侵入体的位置可能反映了底侵和内侵的镁铁质岩浆固化形成的侵入体,代表镁铁质岩浆房位置或者岩浆运移的主要通道.     

长白山天池火山的岩浆演化

长白山天池火山是由包括造盾阶段的玄武质岩石、造锥阶段和近代的粗面岩和碱流岩组成的 .REE ,不相容元素和Sr,Nd ,Pb同位素研究认为 ,不同阶段的岩石具有共同的岩浆成因与紧密的演化关系 ,其中结晶分异作用起了关键性作用 .玄武质粗安岩浆与碱流岩浆的共喷发表明天池下面存在地壳岩浆房和地幔岩浆房 .     

天水及其南北地区温泉分布的地质—地球物理特征

根据天水及其南北地区温泉分布众多的现象,从分析地质、地球物理场着手,探讨温泉形成的区域与深部地质构造背景以及热缘机制。区内近南北向隐伏断裂发育,中酸性侵入岩、碱性玄武喷发岩构成近南北向岩浆构造带;在深部软流圈埋深变浅,岩石圈减薄、上地幔热物质上涌引起莫霍面上隆;中地壳低速、高导层同步出现;地表热流值增高,温泉呈网格状分布。该区温泉是甘肃省隆起断裂对流型地热资源有利开发地段。     

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".     

鄂尔多斯及周边地区上地幔三维P波速度结构及其构造意义

利用中国地震科学台阵密集流动地震台站和固定地震台站记录的远震P波资料,采用走时层析成像方法反演获得了鄂尔多斯及周边地区上地幔的精细速度结构。结果显示,鄂尔多斯地块下方存在较厚的高速异常,其中西部深度约为180 km,北部约为150 km,中部的局部地区可达300 km,表明鄂尔多斯地块总体上仍保持克拉通特性。鄂尔多斯地块北部相对较薄的岩石圈可能与地幔物质上涌对岩石圈进行了加热和改造有关,其西部岩石圈的减薄可能与青藏高原东北缘上地幔热物质的横向扩展有关。华北克拉通东部地块、中部地块及鄂尔多斯地块东北部的上地幔表现出大范围的低速异常,推测可能与太平洋板块后撤导致的伸展构造背景、滞留板片脱水以及板片前缘局部对流有关。在该地区的伸展背景下,岩石圈或软流圈的熔融物沿着软弱带上涌并形成了包括大同火山在内的火山群。     

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.     

焰山、高山--内蒙古阿尔山火山群中的两座活火山

阿尔山火山群位于内蒙古自治区东部 ,地处大兴安岭中段西缘 ,地理坐标为 1 2 0°1 4′0 0″～ 1 2 1°1 0′0 0″E ,4 7°1 5′0 0″～ 4 7°4 5′0 0″N。火山构造单元上属大同 -大兴安岭新生代火山活动带 (黄镇国等 ,1 993)。火山活动具多期性 ,可分为上新世、更新世和全新世。火山产物覆盖在侏罗纪火山 -侵入岩之上 ,总体呈北东向展布 ,出露面积约 1 30 0 (km) 2 ,上新世为拉斑玄武岩 ,第四纪主要为碱性橄榄玄武岩。火山作用方式既有岩浆爆破式和溢流式 ,也有射气岩浆喷发。以往区域地质调查 ① ,② 和本次初步考察确定阿尔山火山群由 4…     

南海新生代碱性玄武岩主量、微量元素及Sr-Nd-Pb同位素研究

南海海盆玄武质岩石的全岩K-Ar年龄为7.9~3.8 Ma, 为南海扩张停止(15.5 Ma)后、晚中新世以来的板内火山作用的产物, 可与其周边地区(如雷琼半岛、南海北缘及中南半岛等)同期火山作用的岩石成因和源区性质进行对比研究. 在详细的岩相学研究基础上, 从中挑选出了新鲜的玄武质岩石, 并进行了主量、微量元素及Sr-Nd-Pb同位素分析研究. 结果表明, 该区玄武岩属于碱性玄武岩浆系列, 具有OIB型的稀土及微量元素特点, 形成岩浆的部分熔融作用程度较低, 岩浆在上升期间或在高位岩浆房中经历了结晶分异作用和堆晶作用. Sr-Nd-Pb同位素地球化学研究表明, 南海地幔存在不均一性, 岩浆源区性质为EM2与DMM的二端员混合模式, 其中EM2为来自地幔柱物质的富集端员, DMM端员为大洋软流圈或岩石圈亏损地幔; Pb同位素特征显示本区存在Dupal异常, 结合北冰洋Gakkel脊新发现的Dupal异常, 表明此异常并非只限于南半球. 从Sr-Nd-Pb同位素变异图解中可见, 南海与雷琼半岛、南海北缘以及中南半岛地区可能具有相似的地幔源区特征, 与中国华北及东北地区存在一定差异. 南海海盆晚中新世以来的玄武岩为海南地幔柱提供了地球化学制约.     

华北东部海兴一带第四纪火山岩岩石学及地球化学特征

华北东部海兴一带出露2座第四纪火山,即小山火山和大山火山,并在边庄附近隐伏了火山岩。野外考察和室内分析显示:小山火山为玛珥式火山,喷发方式为射汽岩浆喷发,影响范围仅限于火口附近,喷发物为火山渣、晶屑和火山灰;大山火山早期为爆破式喷发,后有岩浆侵入,喷发强度和规模均不大,产生了火山渣、火山集块岩和致密熔岩颈。边庄隐伏火山岩为气孔状和致密火山岩及火山角砾岩,喷发方式以弱爆破式喷发和熔岩流溢为主,喷发时代为早更新世。小山火山渣和边庄隐伏火山岩成分为玄武质,而大山火山岩Si O2含量低,属于霞石岩。氧化物含量不显示线性关系,说明它们之间不存在岩浆演化关系。3处火山岩均富集轻稀土,边庄隐伏火山岩富大离子亲石元素,无高场强元素Zr、Hf、Ti亏损,大山和小山样品强烈富集Th、U、Nb和Ta,明显负K和Ti。3处火山岩具有不同的岩石学和地球化学特征,具有相对独立的火山结构,虽均可能来自软流圈,但明显经历了不同的岩浆活动过程。     

凯尔盖朗海台岩石圈有效弹性厚度初步研究

本文基于弹性薄板模型,结合水深、空间重力资料,使用空间域褶积算法获取了凯尔盖朗海台岩石圈有效弹性厚度(Te)的空间变化特征,有效地揭示了凯尔盖朗海台岩石圈热力学特征.整个研究区域内,T_e的分布范围在5~35 km之间;其中在凯尔盖朗海台北部(NKP)的Te值较高,在25~35 km之间变化,说明CKP、SKP形成时负载于较强挠曲刚度的岩石圈之上;而在海台中部(CKP)以及南部(SKP),T_e值异常低,基本维持在10 km以内.经对比发现,海台载荷形成时刻的洋壳年龄与T_e值之间存在弱相关性,表明研究区域内岩石圈的热力学性质存在诸多不同.进一步结合凯尔盖朗热点喷发历史,可以推测:CKP、SKP的异常低T_e值和较深的莫霍面(~23 km)可能与当时非常高的岩浆通量有关.强烈的热点活动"烘烤"了周围地壳,降低了下覆岩石圈的挠曲刚度.NKP形成时岩浆喷发速率低,没有改变下覆岩石圈的热结构,从而保留了其一定的挠曲刚度.Elan Bank(EB)的T_e高值(~30 km),推测与此处的残留陆块有关.     

青藏高原东南缘远震P波层析成像研究

利用中国地震科学探测台阵、小江流动台阵、固定台站等共516个地震台站记录资料,通过波形相关方法获取了111718个远震P波到时数据,运用层析成像技术研究获得了青藏高原东南缘深达650km的上地幔三维P波速度结构。结果表明,四川盆地岩石圈具有克拉通地区的高速结构特征;青藏高原东部地区表现为活动地块常见的低速异常;四川盆地西南部下方岩石圈可能受到青藏高原软流圈物质的侵蚀。在四川盆地南部及以南地区,由北向南从浅到深连续分布的高速异常体,可能是岩石圈底部拆沉造成的。岩石圈拆沉作用可能导致上地幔热物质上涌,地壳介质在热作用下力学强度降低,受青藏高原地壳物质侧向挤出作用,导致该地区陡峭的地形地貌和较强的地震活动性。攀枝花附近存在明显的高速异常,可能与三叠纪地幔柱成因的岩浆上升过程中镁铁质和超镁铁质岩浆侵入岩石圈有关。      

长白山火山的历史与演化

长白山火山跨越中朝两国,在我国境内包括天池火山、望天鹅火山、图们江火山和龙岗火山,火山活动从上新世持续到近代,是我国最大的第四纪火山分布区。长白山火山的母岩浆是钾质粗面玄武岩,将长白山火山岩区称钾质粗面玄武岩省,岩浆结晶分异作用和混合作用主导了岩浆演化过程。天池火山之下地壳岩浆房和地幔岩浆房具双动式喷发特点,一方面来自地幔的钾质粗厨玄武岩浆直接喷出地表;另一方面钾质粗面玄武岩浆持续补给地壳岩浆房,发生岩浆分离结晶作用和混合作用,导致双峰式火山岩分布特征和触发千年大喷发。西太平洋板块俯冲-东北亚大陆弧后引张是长白山火山活动的动力学机制。     

中国东北地区远震P波走时层析成像研究

利用中国东北流动和固定台网的234个宽频带地震仪记录的远震波形数据,采用波形相关方法拾取了57251个有效相对走时残差数据,进一步采用FMTT(Fast Marching Teleseismic Tomography)层析成像的方法,反演获取了研究区下方深达800 km的P波速度结构.结果显示:在长白山下方发现有一个高速异常结构,这可能就是俯冲到欧亚大陆板块下方的太平洋板块,由于板块的部分下沉,使得板块的形状并没有呈现出明显的板片状.长白山、阿尔山、五大连池火山下方都有低速异常体,长白山和阿尔山下的低速异常向下延伸至地幔转换带,可能与其上部的火山形成有关.五大连池火山下方的低速异常向下延伸至200 km左右,不同埋深的低速异常结构可能意味着五大连池与长白山和阿尔山有着不同的成因.松辽盆地呈现以高速异常为主导高低速异常混合分布的特性,暗示松辽盆地可能有岩石圈拆沉的过程,盆地南部下方的低速异常与长白山和阿尔山下的低速异常有连通性,可能是下地幔热物质上涌的一个通道.     

阿尔山火山区地壳上地幔电性结构初探

在阿尔山活火山区一条北北西向测线上进行了7个大地电磁测深点的观测。2-D解释结果表明,研究区内新、老两条火山带可能存在通往深部的岩浆通道。其中,新发现的活火山带地下在10~12km还保持着较高的热状态,很可能富含流体,在30~50km处可能是地幔向上的供热通道;而老火山带30km以上可能存在一个正在冷却的岩浆通道,两条火山条带的深部可能是同源的。     

利用面波方法研究欧亚大陆及周边海域岩石圈结构

根据欧亚大陆及周边海域114个数字地震台站12 000多个长周期波形记录,采用面波频散反演方法,对欧亚大陆及周边海域(20°W～160°E,20°S～80°N)的地壳上地幔进行了高分辨率三维S波速度成像。结果表明,欧亚大陆及其周边海域岩石圈厚度由40～60km(大陆裂谷带)增厚至190～220km(克拉通地区),岩石圈速度变化范围为4.30～4.80km/s。直到400km深度,各个板块和地块的横向差异才逐渐减小。克拉通板块及地块的岩石圈巨厚且具有高速特征,软流圈很薄或不存在;显生宙造山带、边缘海等区域岩石圈较薄且速度较低,软流圈发育。海洋板块的显著特征是VS在岩石圈内异常高,而软流圈速度又异常低,有十分尖锐的速度突变。     

长白山天池火山岩浆系统分析

针对外媒报道长白山天池火山在近2年内有可能喷发的言论,在长白山天池火山区布测了一条长度约为103 km的二维大地电磁测深观测剖面,对火山区深部电性结构进行探测研究.由于研究区内不明来源的电磁干扰非常强,对数据采用了远参考处理、Robust处理、Rhoplus分析、张量阻抗分解和基于一维层状介质电阻率与相位互算方法等先进处理技术,获取到一批在强干扰区质量较为可靠的电磁数据,利用数据计算分析了长白山天池火山区二维构造走向和感应矢量特征,采用NLCG二维反演技术对资料进行了二维反演解释,并将反演结果与前人探测结果进行了对比分析.探测结果表明:在天池火山口下方存在明显的直立型岩浆通道,岩浆通道在下方约5~8 km位置形成关闭;在火山口下方往北方向附近,在埋深位置约7 km深处存在一个明显的低阻异常体,电阻率小于10 Ωm,且与岩浆通道对接,推测其可能是地表浅部发育的岩浆囊;在长白山山门附近C07-C09号测点之间和C04-C05号测点之间,在埋深约7~17 km深处发现近直立型低阻带,低阻带与下方低阻体直接相连,推测低阻带内赋存有活动的岩浆;随着埋深的增加,从天池火山口南部约20 km位置往北方向,在埋深13~30 km之间壳内广泛发育明显的低阻异常体,推测其可能是活动的岩浆囊.反演结果与前人探测结果整体电性特征相似,但又局部不同.