苏鲁超高压变质带北部地球物理调查(1)─—深反射地震

苏鲁超高压变质带是世界上研究陆一陆碰撞俯冲和壳幔作用的最佳地质场所之一．为了解超高压变质带岩石的形成、折返和相应的动力学过程,必须了解该区的地壳和浅地幔构造．本文介绍了该区北部的地质情况和进行深反射地震调查取得的成果,包括（１）在五莲─青岛断裂南侧超高压变质岩片向北倾斜,呈现叠复组构,反映岩片的折返;（２）根据地震资料推测在１４６Ｍａ前后胶南地块的隆升一伸展构造内幕;（３）超高压变质岩片厚约１２ｋｍ,由于含有大量相辉岩透镜体,地震波速高达６．８─７．３ｋｍ／ｓ;（４）莫霍面附近有许多楔形反射体,反映陆一陆碰撞;（５）石门地区７ｋｍ深处存在高波速的强反射体,可作为在该区进行大陆科学钻探的候选场址．     

苏鲁超高压变质带北部地球物理调查（1）─-深反射地震

苏鲁超高压变质带是世界上研究陆一陆碰撞俯冲和壳幔作用的最佳地质场所之一．为了解超高压变质带岩石的形成、折返和相应的动力学过程,必须了解该区的地壳和浅地幔构造．本文介绍了该区北部的地质情况和进行深反射地震调查取得的成果,包括（１）在五莲─青岛断裂南侧超高压变质岩片向北倾斜,呈现叠复组构,反映岩片的折返;（２）根据地震资料推测在１４６Ｍａ前后胶南地块的隆升一伸展构造内幕;（３）超高压变质岩片厚约１２ｋｍ,由于含有大量相辉岩透镜体,地震波速高达６．８─７．３ｋｍ／ｓ;（４）莫霍面附近有许多楔形反射体,反映陆一陆碰撞;（５）石门地区７ｋｍ深处存在高波速的强反射体,可作为在该区进行大陆科学钻探的候选场址．     

苏鲁超高压变质带北部地球物理调查（Ⅱ）—非地震方法

在北苏鲁超高压变质带（ＵＨＰＭ）上开展了深反射地震的同时,进行了大地电磁、地磁、放射性测量和重磁编图。本文介绍用这些方法取得的结果。两条区域性的地球物理剖面总长１２６ｋｍ,经过二维反演取得了电阻率和磁性体剖面。结果表明：（１）大地电磁等综合地球物理资料与深反射地震剖面的推断结果基本一致,同样反映了ＵＨＰＭ岩块的俯冲折返与后期的隆升。（２）非地震地球物理资料不仅为地震解释提供约束,还可以提供地热流上     

横跨西昆仑-塔里木接触带的爆炸地震探测

横跨西昆仑与塔里木接触带的爆炸地震宽角反射剖面,揭示了青藏高原北缘陆－陆碰撞带的深部地壳结构．剖面图显示,塔里木盆地的结晶基底与Ｍｏｈｏ面产状一致,整个地壳似厚板状向南倾,倾角 ５℃－７℃,在塔里木南部 １５０ ｋｍ的距离上, Ｍｏｈｏ面 深度由 ４０ ｋｍ增加到 ５７ ｋｍ．展现了一幅塔里木向西昆仑山下俯冲的几何图像．西昆仑 北坡的地壳结构具有明显的受挤压缩短的特征：基底抬升,界面北倾,Ｍｏｈｏ面突然抬 起并变平,下地壳厚达 ２０ ｋｍ．     

根据地球物理资料分析大别——苏鲁超高压变质带演化的运动学与动力学

中国中央造山带东部的大别-苏鲁是全球最大的超高压变质带,本文基于地球物理资料的分析和综合研究,进一步指出这一超高压变质带演化的复杂性.在扬子与中朝克拉通碰撞后大别-苏鲁地体的俯冲产生超高压变质作用.之后由于两个克拉通之间的倾斜碰撞,产生旋转与局部的拉张为岩石折返造成了良好条件.扬子的旋转也形成一对剪切力使俯冲海洋岩石圈断开和陆块反弹.然而由于南北压挤力的继续作用与大别-苏鲁地体的折返,扬子克拉通继续向大别苏鲁地体下方俯冲.这种陆-陆俯冲携带了大量大陆物质进入上地幔,诱发部分熔融和后期的地幔上隆.本文给出了大别-苏鲁演化动力学的修正模型.     

西南天山洋壳高压-超高压变质岩石的俯冲隧道折返机制

出露于造山带的高压-超高压榴辉岩记录了地壳俯冲到地幔深度而后又折返回地表的过程,其俯冲过程与折返机制的研究对理解俯冲带性质、演化、地球动力学过程乃至板块构造理论都有着非常重要的作用.相对于较轻的陆壳长英质高压-超高压岩石,基性洋壳榴辉岩密度大,其折返难度大且过程复杂.折返过程除了受内在浮力的影响,还受外在构造力(如隧道流)的制约,另外板片构造环境(如板片后撤和板片断离)的作用也不可忽视.中国西南天山高压-超高压变质带是典型的经历过深俯冲变质作用的增生混杂岩带,主要由高压-超高压变质沉积岩及夹杂其中的变基性岩透镜体组成,但长期以来其折返模式一直不太清楚.根据其野外产状、岩相学特征、峰期变质温压条件和峰期变质年龄等多方面的综合分析,可以采用沉积岩型"俯冲隧道折返模式"来概括西南天山高压-超高压变质带的形成和演化.部分经历多期变质作用的榴辉岩岩块记录了多期俯冲-折返循环,反映了俯冲隧道内的上下环流运动,有力证明了俯冲隧道的存在.最后,本文对目前研究存在的问题和未来的探索方向进行了展望.     

南阿尔金早古生代俯冲碰撞过程中的花岗质岩浆作用

南阿尔金俯冲碰撞杂岩带早古生代存在517,501~496,462~451和426~385 Ma四个期次的花岗质岩浆岩.第一期岩浆岩侵位于区内蛇绿岩型镁铁质岩石之中,后三期分别对应于该构造带高压-超高压岩石~500 Ma的峰期变质及其~450和~420 Ma的两期退变质时间.结合区域地质背景、镁铁-超镁铁质岩和高压-超高压变质作用研究成果综合分析,这四期岩浆岩分别是南阿尔金早古生代板块俯冲碰撞过程中,先期俯冲洋壳,之后陆壳深俯冲导致地壳加厚引发下地壳以及深俯冲板片断离导致中上地壳和造山后伸展减薄阶段部分熔融作用的产物.其中,洋壳型埃达克岩的形成时代(517 Ma)为南阿尔金洋壳俯冲作用时限提供了直接约束,陆壳深俯冲引发的高压-超高压峰期变质时代(~500 Ma)作用滞后这一事件约10 Myr,表明南阿尔金早古生代时期由洋壳俯冲转换为陆壳俯冲可能是一个连续的构造演化过程.这四期花岗质岩石与区内蛇绿岩型镁铁-超镁铁质岩石以及高压-超高压变质岩石的形成,共同记录了南阿尔金早古生代时期从大洋俯冲、之后的大陆深俯冲碰撞再到后来深俯冲陆壳折返抬升的完整构造演化过程.     

苏鲁超高压变质带北部地球物理调查(Ⅱ)——非地震方法

在北苏鲁超高压变质带(UHPM)上开展了深反射地震的同时,进行了大地电磁、地磁、放射性测量和重磁编图.本文介绍用这些方法取得的结果.两条区域性的地球物理剖面总长126km,经过二维反演取得了电阻率和磁性体剖面.结果表明:(1)大地电磁等综合地球物理资料与深反射地震剖面的推断结果基本一致,同样反映了UHPM岩块的俯冲折返与后期的隆升.(2)非地震地球物理资料不仅为地震解释提供约束,还可以提供地热流上涌、断裂和磁性体分布等更多的信息.(3)新发现莒南-海州北北西向断裂,对研究本区构造演化有重要意义.(4)根据地热流上涌、侵入体多和高波速体埋藏较深等特征,认为在本区进行科学钻探不够理想.     

苏鲁造山带及邻区深部电性结构研究

苏鲁造山带及毗邻华北地块,是中国东部地学研究的热点区域,研究其深部结构可以为讨论苏鲁超高压变质带以及华北克拉通演化提供重要的证据．对横切苏鲁造山带获得的一条大地电磁测深剖面资料进行了解释,剖面沿SE129°,西起华北地块,跨郯庐断裂带、苏鲁超高压变质带、苏鲁高压变质带,止于扬子地块．大地电磁反演解释采用了二维非线性共扼梯度法,用TE和TM联合模式得到了关于测区地下150km以上的电性剖面．该电性剖面在横向上,沿剖面自西而东,划分出了7个电性分区,电性边界带与郯庐断裂带、海州一泗阳断裂以及嘉山一响水断裂等重要的边界断裂具有很好的对应关系;纵向上,划分出6个电性构造单元．发现了在华北地块与扬子地块内存在着（壳内的）高导区,而苏鲁造山带下部没有发现高导区,这一点与大别造山带存在较大的差异．发现了在50—90km之间层位,存在较连续的相对低阻带,推测为上地幔顶部的软弱带,在该低阻带下部分别对应华北地块上地幔浅部相对高阻区、苏鲁造山带上地幔浅部相对低阻区以及扬子地块上地幔浅部相对高阻区．从整个二维电性结构模型来看,在苏鲁造山带及邻区上地幔浅部不存在异常低的电阻率,这表明现今已不存在与岩石圈减薄有关的热软流圈物质．     

大别山超高压变质杂岩的折返

作为世界上规模最大的一个超高压变质带,大别山超高压变质杂岩是扬子板块与中朝板块在三叠纪碰撞造山的产物,表现为扬子板块 呈北北东向斜向俯冲到中朝板块之下。超高压变质杂岩的折返机制是个复杂的动力学过程,折返速度也胡时间推移而变慢。早期阶段同碰撞期浮力驱动下高压－超高压变质杂岩在俯部带内沿逆冲－韧性剪切断裂快速到地位位,折返速率高达４ｍｍ／年;中期伴随着巨厚造山带根的拆沉。上部发生拉张塌陷,使超高压变质     

江苏及邻区地壳上地幔结构研究

根据江苏及邻区大地构造单元和人工地震研究程度的不同,划分为下扬子地区、郯庐断裂带、大别山东段、苏鲁地块等地区,介绍了利用人工地震、天然地震层析成像及其它地球物理探测等方法对这一地区的深部构造研究结果。其中下扬子地区莫霍面的深度为28~33 km,横向不均匀,由西向东逐渐减薄;大别—苏鲁地区地表超高压变质带地壳波速特征主要表现在上地壳顶部的高速层,其厚度一般小于10 km;苏鲁地块地壳厚度约在32~33 km之间,明显高于周边地区;大别山地区沿造山带方向莫霍面变化平缓,地壳厚度33 km左右;横穿造山带方向起伏变化较大,莫霍面最深达41 km左右。天然层析成像研究范围大,分辨率较低。大别苏鲁地区人工地震测深工作较深入,但调查范围较小,主要在浅层,认识相对局部,有待于面上的大范围深部结构图像研究。     

Crustal structure beneath the Dabie orogenic belt from ambient noise tomography

The Qinling–Dabie–Sulu orogenic belt in east-central China is the largest high and ultrahigh pressure (HP and UHP) metamorphic zone in the world. The Dabie Mountains are the central segment of this orogenic belt between the North China and Yangtze cratons. This work studies the nature of the crustal structure beneath the Dabie orogenic belt to better understand the orogeny. To do that, we apply ambient noise tomography to the Dabie orogenic belt using ambient noise data from 40 stations of the China National Seismic Network (CNSN) between January 2008 and December 2009. We retrieve high signal noise ratio (SNR) Rayleigh waves by cross-correlating ambient noise data between most of the station pairs and then extract phase velocity dispersion measurements from those cross-correlations using a spectral method. Taking those dispersion measurements, we obtain high-resolution phase velocity maps at 8–35 second periods. By inverting Rayleigh wave phase velocity maps, we construct a high-resolution 3D shear velocity model of the crust in the Dabie orogenic belt.The resulting 3D model reveals interesting crustal features related to the orogeny. High shear wave velocities are imaged beneath the HP/UHP metaphoric zones at depths shallower than 9 km, suggesting that HP/UHP metaphoric rocks are primarily concentrated in the upper crust. Underlying the high velocity HP/UHP metamorphic zones, low shear velocities are observed in the middle crust, probably representing ductile shear zones and/or brittle fracture zones developed during the exhumation of the HP/UHP metamorphic rocks. Strong high velocities are present beneath the Northern Dabie complex unit in the middle crust, possibly related to cooling and crystallization of intrusive igneous rocks in the middle crust resulting from the post-collisional lithosphere delamination and subsequent magmatism. A north-dipping Moho is revealed in the eastern Dabie with the deepest Moho appearing beneath the Northern Dabie complex unit, consistent with the model of Triassic northward subduction of the Yangtze Craton beneath the North China Craton.     

大别─苏鲁碰撞造山带的地震层析成像研究──岩石圈三维速度结构

对包含大别－苏鲁碰撞造山带在内的东经 １１２°－１２４°,北纬２８°－３９°区域进行地 震层析成像研究,重建其地壳及上部地幔的三维速度图像．结果表明：造山带岩石圈速度横 向不均匀性显著;大别造山带以商城－麻城断裂为界,东侧的大别地块与西侧红安地块在地 壳速度上是两个不同的速度块体;中地壳 １５-２５ｋｍ深度范围内存在低速带,与伸展滑脱构造 有关;南、北大别构造单元之下,莫霍面下凹,地壳内发育了速度为６．５－６．６ｋｍ／ｓ、向北倾斜的 相对高速体,与超高压变质岩体相对应;在大别－苏鲁造山带下方的上部地幔中存在向北倾 斜的板片状高速体,结合已有地质、地球化学证据推测,它是三叠纪俯冲的扬子地块的残留 体;俯冲板片在深部发生了断离．本文利用地震层析成像方法揭示的造山带岩石圈速度结构 细节,对研究与地表地质有关的地球动力学无疑是十分重要的．     

基于背景噪声成像方法研究郯庐断裂带中南段及邻区地壳速度结构与变形特征

郯庐断裂带是贯穿我国东部北北东走向的一条深大断裂,其中南段及其邻区(115°E-121°E,29.5°N-35°N)穿过了大别造山带、苏鲁造山带、长江中下游成矿带及合肥盆地.为了研究该区域地壳速度结构及变形特征,我们使用安徽省和江苏省及其周边地区105个台站(固定台站98个,流动台站7个)的垂向连续波形数据,时间范围从2014年5月到2015年7月,共计14个月.利用背景噪声互相关方法,从垂直分量互相关函数中最终提取了2590条瑞利面波相速度频散曲线,反演得到周期范围为5~30s的瑞利波方位各向异性相速度分布图,再反演每个网格点瑞利面波相速度频散得到一维层状横波速度模型,然后拼合起来组成三维横波速度模型.根据本文反演结果并综合已有资料,我们得出如下结论:(1)在北大别、蚌埠隆起、长江中下游成矿带、合肥盆地北部大桥凹陷区域存在中地壳横波高速体,可能与岩石圈和下地壳拆沉以及中生代中国东部大范围岩浆活动有直接关系,更深层原因可能与古太平洋俯冲相关;(2)苏鲁造山带南缘,垂直于嘉山响水断裂,从南向北中上地壳低速体深度变浅,这个低速体可能是高压/超高压变质岩与扬子板块接触处的破碎带,是扬子板块与华北板块接触的边界;(3)郯庐断裂合肥-嘉山段两侧以及大别造山带东缘短周期瑞利面波相速度快轴方向与郯庐断裂带走向基本一致,可能是三叠纪碰撞期与白垩纪时期的大规模左旋走滑活动的结果;(4)合肥盆地南部15~20s周期的瑞利波相速度快轴方向为北西-南东向,反应该区域中下地壳快波方向为北西-南东向,推测是大别造山带折返的痕迹;(5)郯庐断裂带的结构和地震活动性存在明显的分段性,嘉山-郯城段郯庐断裂带现今地震活动性弱,但发生过较强的古地震,推断现今郯庐断裂带宿迁段可能处于闭锁状态,从长远来看要注意该地区发生大震的可能.     

Deep structures of the east Dabie ultrahigh-pressure metamorphic belt,East China

The Dabie Mountain is one of the best places for geologists to study the ultrahigh-pressure metamorphism (UHPM) because coesite-bearing eclogites and other UHPM rocks are well ex-posed on the surface. The Dabie UHPM belt has been studied by many geoscientists with re-markable results[1—9]. Recent researches show that the host rocks of the coesite-bearing eclogites, such as gneiss and marble, also contain coesites[10—14], thus undergoing ultrahigh-pressure meta-morphism. The idea of con…     

Deep electrical structure of the Sulu orogen and neighboring areas

Because of the discovery of ultrahigh pressure metamorphic (UHPM) belt beneath the Sulu (Jiangsu Province-Shandong Province) orogen, this area has become a focused subject of current geoscience, as it has a close relationship with the evolution of the orogen and the neighboring North China craton. Probing the deep structure beneath this area would be of great significance for the geological interpretation of this issue. In this study, we make an analysis of magnetotelluric (MT) data along a profile across the Sulu orogen to provide evidence of deep structure below this region. The profile begins in west from the North China block, extending in S129°E, across the Tan-Lu fault, Sulu UHPM zone, and Sulu high pressure metamorphic (HPM) zone, and terminates in the Yangtze block in east. We use the nonlinear conjugate gradient method and TE-TM combined mode to perform inversion and interpretation of the MT data, and obtain an electrical structure image above depth of 150 km along the profile. It shows that the structure can be divided into seven sections in lateral direction, between which the electric boundaries coincide well with the major faults, such as the Tan-Lu, Haizhou-Siyang, and Jiashan-Xiangshui faults. In vertical direction the electrical structure can be subdivided into six layers of different resistivities. It is noted that there exist high-conductivity areas in crust below the North China block and Yangtze block, while such a feature is not present beneath the Sulu orogen, which is very different from the Dabie orogen. It is also observed that a fairly continuous zone of relatively low-resistivity exists at depths of 50–90 km of the electrical structure image, which is presumably a weak zone in the uppermost mantle. Just below this low-resistivity zone are the relatively high- resistivity layer of the North China block, relatively low-resistivity layer of the Sulu orogen, and relatively high-resistivity layer of the Yangtze block, all in the shallow upper mantle, respectively. From the whole 2D electrical structure image, there is no abnormally low-resistivity layer in the shallow upper mantle beneath the Sulu orogen and neighboring areas, indicating that no hot asthenoshperic material associated with lithospheric thinning exists at present. Supported by National Natural Science Foundation of China (Grant No. 40534023) and Director Foundation of Institute of Geology, China Earthquake Administration (Grant No. DF-IGCEA-0608-2-16)