额尔古纳地块东缘和兴安地块西缘电性结构研究

中国东北地区位于中亚造山带东段,夹持在西伯利亚板块、华北板块和太平洋板块之间,是解决东亚大陆构造演化的关键区域,其中额尔古纳地块和兴安地块位于东北地区西部,是两个十分重要的地质构造单元.横过额尔古纳地块东缘和兴安地块西缘的大地电磁测深剖面揭示了两块体结合带附近的深部电性结构,进而为该区构造演化提供新的电性依据.本文通过对剖面测点数据做标准化处理,并对二维偏离度、构造走向等进行计算与分析,采用非线性共轭梯度(NLCG)算法对TE+TM模式的数据做了二维反演,获得了该剖面的地壳和上地幔电性结构模型,划分出三个典型构造单元:额尔古纳地块东缘、碰撞拼合带和兴安地块西缘.研究结果表明,研究区上地壳基本呈高阻特征,可能为岩浆岩,代表其经历了多期次岩浆作用,而额尔古纳地块东缘和兴安地块西缘中下地壳的高导体反映其地壳非刚性的特点,可能形成于后期伸展环境;拼合带中下地壳存在大范围高导体并与上地幔高导体相连,指示出地幔物质上升的通道,反映出地幔物质的上升作用可能是后期构造伸展的重要动力.     

佳木斯地块及东缘岩石圈电性结构特征

佳木斯地块及东缘是中国东北地区的重要地质构造单元. 为探测该地区地壳深部结构与构造关系，沿桦南—饶河实施了240 km的大地电磁测深的探测研究. 采用光滑模型二维反演方法对桦南—饶河大地电磁剖面的探测数据进行了二维反演和综合地球物理解释. 研究结果揭示了研究区断面域的电性结构：(1)剖面西段具有稳定的高阻特征且具有稳定的岩石圈厚度（约90km），在十几公里深度范围存在壳内高导层，该区段对应佳木斯地块. (2)剖面中部具有明显的电性梯度带，该梯度带反映了佳木斯地块的东界位置及其深部的结构形态. (3)剖面东段电性特征揭示了佳木斯地块以东区段浅部为逆冲推覆体，深部为多个高阻块体和低阻条带相间的电性结构，这些高阻块体可能为早期俯冲的岩石圈残片.     

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.     

大兴安岭与两侧盆地结合地带深部电性结构与岩石圈尺度构造关系

横跨大兴安岭与海拉尔盆地和松辽盆地结合地带的大地电磁测深剖面揭示了盆山构造的深部电性结构.剖面西起海拉尔盆地东缘,向东延伸穿过大兴安岭中部,一直到达松辽盆地西缘.本文对剖面测点的二维偏离度、构造走向等进行了计算和分析,采用非线性共轭梯度(NLCG)二维反演方法对TM模式的数据进行了反演,获得了该剖面的地壳、上地幔电性结构模型,划分出三个典型构造单元:海拉尔盆地、大兴安岭和松辽盆地.研究结果表明,海拉尔盆地东缘和松辽盆地西缘浅部都呈低阻特征,但松辽盆地西缘深部电性结构比较复杂,而大兴安岭整体呈高阻特征.海拉尔盆地东缘可能属于兴安块体,松辽盆地西缘与大兴安岭接触关系复杂.海拉尔盆地东缘岩石圈厚度约为110km,大兴安岭岩石圈厚度约为110~150km.大兴安岭上地壳基本呈高阻特征,可能为多次叠置的岩浆岩,代表大兴安岭经历了多期次岩浆作用;中下地壳横向存在较大范围低阻体,可能反映了大兴安岭地壳内部非刚性的特点;残存在岩石圈地幔的高阻异常,说明其下地壳可能发生过拆沉作用.大兴安岭与松辽盆地结合带存在一个岩石圈尺度的西倾低阻带,向下延伸到岩石圈底部,可能是早期松嫩地块向兴安地块俯冲并以软碰撞形式拼合的构造遗迹.     

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.     

青藏高原东北缘至鄂尔多斯地块壳幔电性结构及构造变形研究

为了获取青藏高原东北缘至鄂尔多斯地块的壳幔电性结构,研究祁连造山带、鄂尔多斯地块及六盘山构造带的构造变形,布设一条甘肃陇西至陕西黄陵的近东西向大地电磁测深剖面,获取了91个大地电磁测深点的响应.经过对全剖面观测资料的数据处理、分析及二维反演,获得了剖面壳幔电性结构模型.研究结果表明:剖面横向可划分为三个区块,分别对应祁连造山带、六盘山构造带与鄂尔多斯地块;祁连造山带东段可能残存沟弧盆体系的构造格架,青藏高原北东向生长可能是在这一先存格架上的叠加与改造;六盘山构造带壳幔结构复杂,以中地壳拆离断层为界,上地壳发育拆离断层系统而下地壳挤压缩短增厚;鄂尔多斯地块成层性较好,地块总体较为稳定,但局部经历了与地幔上涌相关的物质与结构再造.     

鄂尔多斯地块北部至阴山造山带深部电性结构特征研究

在SinoProbe-01项目的资助下,完成了一条跨越鄂尔多斯地块北部、河套断陷盆地和阴山造山带的大地电磁剖面,剖面长约440 km,共包括24个宽频测点和4个宽频一长周期联合测点.采用NLCG算法对TE和TM模式数据进行了二维反演,获得了该剖面的二维电性结构模型.结果表明:鄂尔多斯地块北部由浅至深电性结构比较简单,成层性较好,大体可分为低阻沉积盖层-高阻上地壳-低阻下地壳和上地幔顶部三层;河套断陷盆地和阴山造山带电性结构相对复杂,电阻率高低相间.鄂尔多斯地块北缘、河套断陷盆地以及阴山造山带区域的壳幔高导体可能与硫化物和部分熔融作用有关,而鄂尔多斯地块内部大规模的壳幔高导层可能是由高导矿物引起的.河套断陷盆地的沉降、阴山造山带的地势抬升和鄂尔多斯地块北缘东胜一杭锦旗一带的的隆起之间有着紧密的关系,它们的形成可能与区域伸展构造环境条件下的软流圈物质上涌有关.     

青藏高原东北缘祁连山造山带至阿拉善地块壳幔电性结构研究

在青藏高原东北缘祁连山造山带至阿拉善地块之间完成了一条372km的大地电磁剖面,通过二维反演计算,获得了沿剖面180km深的壳幔电性结构模型,结合研究区地质和地球物理资料开展综合分析,研究结果表明:(1)剖面自南向北所经过的祁连山造山带、走廊过渡带和阿拉善地块对应3种壳幔电性结构模型:东祁连壳幔高-低-高阻似层状电性结构、河西走廊壳幔低阻带状电性结构和阿拉善南缘壳幔高-低-高阻层状电性结构.(2)剖面所经过的主要断裂带在电性结构上表现为低阻异常带或电性梯度带,并且止于中上地壳或消失于下地壳低阻层中.除这些分布于中上地壳的断裂系统以外,在下地壳至上地幔顶部还存在两条切割莫霍面的壳幔韧性剪切带:西华山北缘壳幔韧性剪切带和阿拉善南缘壳幔韧性剪切带.其中,西华山北缘壳幔韧性剪切带可能是1920年海原8.6级地震发生的深部背景之一;而阿拉善南缘壳幔剪切带可能是卫宁北山燕山晚期和喜山期幔源岩浆上升到地壳浅部或喷出到地表的通道,为在该区域寻找晚中生代至新生代含矿隐伏岩体提供了深部电性结构依据.(3)由若干形状不规则、彼此不相连的"碎块状"极高阻块体组成的中上地壳与"似层状"的中下地壳低阻层共同构成的地壳电性结构,是引起青藏高原东北缘强烈破坏性地震最佳的地壳电性结构组合之一.印度板块向欧亚板块俯冲碰撞楔入引起青藏高原块体向北东方向运移与阿拉善地块向南的俯冲碰撞楔入,是青藏高原东北缘强震活动带产生的动力学背景.     

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.     

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.     

佳木斯地块与松嫩地块俯冲碰撞的深反射地震剖面证据

佳木斯地块和松嫩地块是东北地区两个十分重要的地质构造单元,由于二者之间发育一套含有蓝片岩的俯冲增生杂岩-黑龙江杂岩(原称黑龙江群),其地质构造意义长期为人们所关注.巴彦—桦南深反射地震剖面揭示,佳木斯地块与松嫩地块之间存在明显向西俯冲的深反射信息,以壳内和幔内向西倾伏的楔状反射区为特征.壳内楔状反射区东与浅表层出露的黑龙江杂岩相连,向西倾伏延深至莫霍面,是俯冲增生杂岩在地壳深部的反映;幔内楔状反射区东起小兴安岭之下的莫霍面,向西倾伏延深至松辽盆地东缘,尖灭深度约78km,与多种方法得出的该区现今的岩石圈厚度(75~80km)基本一致.这一证据充分说明佳木斯地块的岩石圈地幔向西俯冲到松嫩地块岩石圈地幔之下.     

青藏高原东缘及四川盆地的壳幔导电性结构研究

自从2008年M_S8.0级汶川大地震发生以来,青藏高原东缘便成为地质与地球物理研究的热点区域.该区域的龙门山断裂带标志着青藏高原东缘与四川盆地的边界.汶川地震即发生于龙门山断裂带内的映秀-北川断裂上.该地区现有的研究工作多集中于青藏高原东缘及四川盆地的西部,对四川盆地东部构造情况的研究目前较少.在SinoProbe项目的资助下,完成了一条跨越青藏高原东缘及整个四川盆地的大地电磁测深剖面.该剖面自西北始于青藏高原内部的松潘-甘孜地块,向东南延伸穿过龙门山断裂带、四川盆地内部及四川盆地东部的华蓥山断裂,最终止于重庆东南的川东滑脱褶皱带附近.维性分析表明剖面数据整体二维性较好,通过二维反演得到了最终的电性结构模型.该模型表明,从电性结构上看,沿剖面可分为三个主要的电性结构单元,分别为:浅部高阻、中下地壳低阻的松潘-甘孜地块,浅部低阻、中下地壳相对高阻的四川盆地,以及华蓥山以东整体为高阻特征的扬子克拉通地块.龙门山断裂带在电性结构上表现为倾角较缓、北西倾向的逆冲低阻体,反映了青藏高原东缘相对四川盆地的推覆作用.其在地下向青藏高原内部延伸,深度约为20 km左右.在标志逆冲推覆滑脱面的低阻层下存在一电性梯度带,表征着低阻的青藏高原中下地壳与高阻的扬子地壳之间的电性转换.位于四川盆地东边界的华蓥山断裂在电性结构上表现为一倾向为南东向的低阻体插入高阻的扬子克拉通结晶基底,切割深度约为30 km左右.这一结构反映出华蓥山向西的推覆作用.在电性结构模型的基础上,进一步讨论了青藏高原东缘的壳内物质流、青藏块体与扬子块体的深部关系以及青藏高原东部的隆升机制等构造问题.     

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.     

青藏高原东北缘及周边地区基于程函方程的面波层析成像

利用"中国地震科学台阵探测"在南北地震带北段布设的670套宽频带地震台站记录到的面波资料,使用新近发展的程函方程面波层析成像方法,获得了青藏高原东北缘及周边地区12~60 s周期范围比以往成像结果具有更高分辨率的瑞利面波相速度分布图像.青藏高原东北缘的祁连褶皱系西段、秦岭褶皱系西段和松潘一甘孜褶皱系,在16~60s周期范围内均显示出明显的低速异常分布,表明该地区的地壳力学强度较低,在强烈的构造应力作用下易发生形变.与西段不同,祁连褶皱系东段和秦岭褶皱系中段的相速度分布特征揭示,其中下地壳的速度明显高于高原内部区域.鄂尔多斯块体整体上表现为稳定块体具有的高速特征,但其西部边缘在中上地壳的速度比块体中部地区偏低,且存在一定的不均匀性.鄂尔多斯块体西北缘的临河断陷盆地和西缘的银川断陷盆地,在较短的周期范围内(12~20 s)表现为局部低速特征,但与银川断陷盆地不同,临河断陷盆地的低速特征可一直延续至60 s周期以上,表明该盆地下方地壳及上地幔速度明显偏低,可能与深部热作用有关.阿拉善块体与其北部地区的速度差异主要表现在中上地壳,这一现象值得今后进一步探讨.基于程函方程面波层析成像方法给出了青藏高原东北缘及周边地区高分辨率的成像结果,揭示了以往面波层析成像难以获得的深部细节特征,为该地区的深部构造研究提供了新的信息.     

青藏高原东缘岩石圈物性结构特征及深部构造涵义

青藏高原东缘是研究青藏高原地壳物质向东侧向挤出的焦点地区.为探索青藏高原东向挤出其东部壳幔结构响应及深部地质构造依据,本文利用卫星测高重力数据、数字地震台网("喜马拉雅"项目一期)634个台站的观测数据、以及跨越龙门山构造带、攀西构造带的两条长周期大地电磁测深资料,获得了青藏高原东缘视密度物性结构、P波速度异常结构、以及电性成像结构.物性成像结果表明:(1)松潘地块、川滇地块中-下地壳、上地幔具有低密度、低速、高导的韧性物性结构,部分地区这种韧性物性结构甚至可到达150 km处;(2)四川盆地下方扬子克拉通岩石圈具有稳定的高密度、高速、高阻的刚硬物性结构,其结构向下可延伸至150 km深处;(3)青藏高原东缘横向和垂向的物性结构差异,为揭示龙门山构造带、川滇地块隆升机制提供了物质基础和动力学依据;(4)岩石圈物性结构中,沿岷山一龙门山一锦屏山一玉龙雪山构造带一线存在明显的密度、速度梯级带,其东西两侧呈明显物性二元结构,该物性梯级带可能反映了中上扬子地块西边界位置.