鄂尔多斯地块—扬子地块深部电性结构特征及其动力学意义

位于青藏高原东北缘的秦岭造山带在大地构造上南接扬子地块、北接华北地块,是特提斯构造域和古亚洲洋构造域的转换带。本文基于对一条起始于扬子地块,穿过秦岭造山带和鄂尔多斯地块,到达河套地堑的南北向大地电磁测深剖面的研究,探讨秦岭造山带和其北侧的鄂尔多斯地块、南侧的扬子地块之间的接触关系,以及青藏高原物质东北向逃逸等地学问题。对实测数据进行了张量阻抗分解和维性分析等工作,并对剖面进行了二维反演,获得岩石圈电性结构模型。根据电阻率模型认为:在秦岭造山带北部发现大规模"瓶颈状"分布的低阻异常体(C2),可能为华北、华南地块双向俯冲前缘地幔物质的上涌通道,或者是青藏高原中、下地壳物质沿秦岭造山带中构造薄弱位置向东逃逸的通道;在秦岭造山带和大巴山弧形带边界处发现南倾的低阻异常(C1),解释为大巴山弧形带北缘的逆冲断裂在电性上的反映;电性结构模型中,扬子地块高阻异常体(R2、R3和R4)向北倾斜至秦岭造山带下方,而北部鄂尔多斯地块的高阻异常体(R5和R6)向南倾斜至秦岭造山带下方;高阻异常通常被认为是稳定岩石圈的反映,据此推断这两组相向俯冲至秦岭造山带下方的高阻异常是华北地块和扬子地块向秦岭造山带下方汇聚的电性结构探测依据;鄂尔多斯地块南、北电性差异较大,北部中、下地壳大规模分布电阻率值在3～100Ω·m之间的低阻异常体,可能为地幔上涌导致的局部熔融或含盐流体共同作用的结果。     

华南陆块东北部构造特征、成矿作用与动力学机制——来自大地电磁测深的认识

通常认为,华南陆块在元古代由扬子克拉通和华夏地块沿江南造山带碰撞拼合而成,之后经历了陆内造山、洋壳俯冲等多期岩浆—构造活动。但因华南陆块所处的特殊地质构造环境,就目前华南陆块各块体之间的接触关系、江南造山带深部构造特征及区域动力学意义等诸多地质问题争议颇多。本文依托地质调查项目和“深部探测技术与实验研究（SinoProbe）”项目完成的8d和12g两条大地电磁测深剖面,经过精细的数据处理,使用非线性共轭梯度（NLCG）算法对TE+TM模式数据联合反演得到华南陆块东北部岩石圈尺度的二维电性剖面,并用ModEM三维反演代码对全阻抗张量数据反演获得了三维电性模型。对研究区内扬子地块东部、江南造山带以及华夏地块进行电性结构研究,发现研究区内的江南造山带西南段存在扬子地块和华夏地块碰撞镶嵌的构造表现,扬子地块已越过江南造山带,在江绍断裂位置与华夏地块挤压,形成江绍断裂等逆冲型深大断裂,从电性结构推测其现今仍然为活动断裂,但东北段块体之间的接触关系被上侵的地幔物质破坏,江绍、赣东北等断裂的深部结构已被剧烈改造,推测这种深部成矿热物质上涌是形成赣东北以金银矿种为主的岩浆热液型矿床的深部动力原因;研究区东部华夏地块电性特征为高阻的上地壳以及被岩浆底侵而破坏的中下地壳,发育其中的屯溪—鹰潭—安远和上虞—大浦—政和断裂切割深度超过了50 km,为深大断裂构造。结合前人地表侵入岩填图结果,认为由于中生代以来古太平洋板块向欧亚大陆的俯冲,华南陆块东部上地壳被严重破坏,从电性特征推断可能发生过大面积的板片重融,华夏地块东北部地壳相较于西南部厚度明显更小、后期改造严重,受到的太平洋板块俯冲导致的热扰动更剧烈。     

青藏高原岩石圈三维电性结构

本文报道通过综合大地电磁调查数据研究青藏高原岩石圈三维电阻率模型的初步成果.大地电磁法调查区域已经覆盖了高原大部分面积,为全区三维电阻率成像研究打下了可靠的基础.对多个测区大地电磁数据进行精细的同化处理和反演成像,取得了青藏高原可靠的岩石圈三维电阻率结构图像.成像的区域为28°N—35°N,80°E—104°E.三维反演计算时采用的网格尺寸为20km×20km,垂直方向不等间距剖分为26层.结果表明,青藏高原现今岩石圈电阻率扰动主要反映印度克拉通对亚欧大陆板块俯冲引起的热流体运动和大陆碰撞和拆离产生的构造.在岩石圈地幔,察隅地块、喜马拉雅地块和拉萨地块东部联成统一的高电阻率地块,它们反映了向北东俯冲的印度克拉通.雅鲁藏布江、班公—怒江和金沙江缝合带都有明显的低电阻率异常,表明岩石圈深处有热流体活动.雅鲁藏布江、班公—怒江和金沙江缝合带都有明显的低电阻率异常,也表明它们的岩石圈还有流体活动.青藏高原东部的低阻区沿100°E向地幔下方扩大,反映了金沙江断裂带有切穿岩石圈的趋势.地幔电阻率平面扰动的模式显示,青藏高原东西部的地体碰撞拼合形式和方向是不同的.在青藏高原西部,羌塘、拉萨和喜马拉雅等地体从北到南碰撞拼合.在青藏高原东部,羌塘—拉萨、察隅、印支、雅安和扬子等地体多方向拆离拼合,在地壳造成不正交的拆离带和压扭构造系.从高阻-低阻区的分布看,东部的地体拼合有地幔的根源,今后还会进一步发展.察隅地块岩石圈对青藏高原东部的楔入,使其北部和东部地块的岩石圈发生拆离撕裂,也造成热流体上涌的低电阻率异常.     

应用音频大地电磁法探测内蒙古巴丹吉林高大沙山结构及成因

巴丹吉林沙漠拥有世界罕见的高大沙山群。为了解巴丹吉林高大沙山结构与成因,应用音频大地电磁法进行测量,利用非线性共轭梯度法二维反演得到了沙山的横截电性剖面。沙山电性剖面深部呈现明显的低阻,而沙山中部存在一定规模高阻区域。判断巴丹吉林沙漠众多高大沙山群的形成是由其稳定的西北风作用、源源不断的地下水补给机制和特殊的地层环境共同作用的结果。地下水由于蒸腾作用上升遇到古老沙丘的钙质层阻挡,由背风坡底部蒸发出来。水蒸气凝结在顶部滚落的沙子表面,使其抗风蚀能力增强,起到固沙作用;随着时间推移,沙山越来越大,形成高大沙山。     

松嫩地块东缘和佳木斯地块西缘电性结构

横过松嫩地块东缘和佳木斯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.本文对剖面测点做了标准化数据处理,并对二维偏离度、构造走向进行了计算和分析,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:松嫩地块东缘、碰撞拼合带和佳木斯地块西缘.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,而松嫩地块东缘和佳木斯地块西缘的中下地壳的高导体可能与地幔物质的上涌有关;拼合带下方存在西倾的高导体和高阻体,可能是佳木斯地块向西俯冲到松嫩地块下方的构造遗迹;研究区可能发生了拆沉作用,与之伴随的地幔物质上涌可能是后期伸展作用的一个动力.     

班公—怒江构造带的电性结构特征——大地电磁探测结果

对青藏高原过班公—怒江构造带的三条大地电磁剖面进行探测,获得班公—怒江构造带及其邻区的电性结构模型,研究了班公—怒江构造带的深部结构与构造特征.研究结果表明：构造带及其两侧上地壳内广泛分布不连续高阻体,反映了岩浆岩的空间分布特征,表明构造带南北两侧岩浆的活动规律可能存在较大差别.研究区内的冈底斯及羌塘地体的中、下地壳普遍发育高导层,反映了印度大陆碰撞、俯冲过程的效应与痕迹,而高导层之下的高阻块体则可能是向北俯冲、冷的、刚性的印度大陆地壳.羌塘地体的电性结构模型可以分为南北两个区段,南羌塘块体的壳内高导层与班公—怒江构造带对印度板块俯冲的阻挡作用有关;而北羌塘块体壳内高导层与亚洲大陆对印度板块向北俯冲的“阻挡”与向南“对冲”有关.印度板块向北的俯冲与挤入,受到班公—怒江构造带及亚洲板块的阻挡,可能没有越过班公—怒江构造带,并在班公—怒江构造带附近向下插入软流圈,导致幔源物质上涌,形成壳、幔热交换与物质交换的通道和规模巨大、延伸至上地幔的高导体.班公—怒江构造带的电性结构证明了该构造带是一组产状陡立、巨型的超壳深断裂带.     

海岸效应对近海地区大地电磁测深数据畸变作用研究

在近海地区采集的大地电磁测深数据通常受到海岸效应的影响,使得大地电磁测深数据发生畸变,因而很难利用大地电磁测深资料较为可靠地获得地下深部的电性结构.本文通过正演模拟方法,分析和总结海水深度变化和海底地形变化对近海地区大地电磁测深数据的畸变影响.当测区与海岸线的距离小于目标频率的大地电磁场趋肤深度时,高导海洋的存在会严重影响测区内电磁场的分布.由于海岸效应的影响,大地电磁测深视电阻率曲线和相位曲线均会发生不同程度的畸变,在低频部分,这种畸变作用尤为明显.大地电磁测深一维Occam反演方法和二维非线性共轭梯度反演方法,对近海地区浅部地层具有较好的反演效果.随着海水深度的增加和海底地形的复杂变化,两种反演方法均会出现不同程度的假异常,为地质解释工作造成了影响.近渤海地区的实测大地电磁测深数据在低频部分可能受到海岸效应的影响而导致视电阻率曲线的严重畸变.     

华北中部岩石圈电性结构——应县—商河剖面大地电磁测深研究

20 0 1年, 沿着山西应县到山东商河, 重新布置大地电磁测深剖面进行研究.采用现代先进的大地电磁数据处理技术和快速松弛二维反演方法获得该剖面二维电性结构模型, 从而充分展示了华北地区岩石圈电性结构的特点.从电性特征上讲, 华北岩石圈以太行山前断裂为界划分为东、西两区, 东区为低阻区, 西区为高阻区.在东区, 上地壳电性结构基本与华北裂谷系的隆、坳构造格局相对应, 岩石圈的电导最高达3× 104 S, 远远大于强烈活动的安第斯山岩浆弧区和西藏高原岩石圈的电导.这里, 在构造连接部位的地壳中有不连续的高导体存在, 电导率大约0.1~ 0.8S/m.在西区, 太行山和恒山的岩石圈为高阻块体, 表现出稳定大陆区岩石圈导电性结构的特点.但恒山高阻块体之下发现一组向西缓倾的高导层, 其电导率为0.0 4~0.2 5S/m, 顶面在2 0km深处, 底面深度大约40km.      

中国大陆岩石圈导电性结构研究——大陆电磁参数“标准网”实验（SinoProbe-01）

"中国大陆地壳探测计划"的首要目标是岩石圈物性结构、构造和物质组成的探测,这包括大陆岩石圈的地震波速度、密度、磁性、导电性和放射性结构研究。其中,大陆岩石圈导电性结构的研究越来越引起人们的重视。利用岩石圈导电性结构模型不仅可以推断地球内部的岩、矿石组成和地质构造轮廓,还可以间接提供有关地球内部热结构的信息,为研究地球内部物质状态、地壳运动过程及其动力学机制等科学命题服务。因此,很多发达国家自上世纪70年代以来,陆续启动了岩石圈导电性结构探测。2004年,美国开始了"地球透镜计划(EarthScope)";其中,"大地电磁阵列"(USArray)是整个计划中的重要部分,是一个大陆尺度的大地电磁场观测计划,它将为北美大陆的构造与演化提供新的约束。在中国,大陆岩石圈导电性结构研究虽取得一系列重要成果,但也仅限于对其基本格局有一定认识,远远满足不了大陆动力学问题研究的需要。为了研究中国大陆形成、演化机理,首先需要确定中国大陆岩石圈三维构造模型、热结构和流变性特征,而这一切都与更详细、更准确的中国大陆岩石圈导电性结构有着密切关系。为了实现构建中国大陆岩石圈电磁学参数三维数据体及导电性结构标准模型的目标,"深部探测技术与实验研究专项"设立"大陆电磁参数标准网实验研究(SinoProbe-01)"项目,解决大陆尺度、阵列式(Array)大地电磁场(MT)标准网观测计划的关键技术问题,研究具体的实施方法技术,并提供示范性成果。项目将尽可能预先建立覆盖全国、网度为4°×4°的阵列式区域大地电磁参数标准网控制格架,并以华北和青藏为基地创立阵列式区域大地电磁场"标准点"1°×1°观测网的构建方法、技术;构建华北和青藏地区壳、幔电磁参数三维结构标准模型"格架",以及不同网度的壳、幔物性三维结构模型,为覆盖全国的阵列式区域大地电磁"标准点"观测网最佳网度选择提供依据,为最终建立中国大陆岩石圈三维导电性结构标准模型奠定基础,为预测我国超大型金属成矿远景区提供方向。完成本项目研究将对揭示中国大地构造特点和岩石圈结构提供重要依据,对油气及固体矿产资源远景评估提供制约,并对完善后板块大地构造理论有重要意义。开展这方面的研究将揭开中国大地构造地球物理学新阶段的序幕,为中国可持续发展与地球科学的进步作出贡献。     

青藏高原申扎-双湖剖面岩石圈电性结构特征及其含义

为了研究班公湖-怒江缝合带的壳幔电性结构及构造特征,并为其俯冲极性提供电性约束,对青藏高原中部申扎-双湖大地电磁测深剖面进行全面数据处理分析,获得了可靠的二维电性结构模型,研究表明:沿剖面上地壳分布的是规模不等的高阻体,底面埋深在10~25 km变化,高阻层之下发现由不连续的高导体构成的中下地壳高导层.通过对电性结构的分析,认为班公湖-怒江特提斯洋的俯冲消亡极性可能是双向的,随后拉萨-羌塘地体碰撞带处的上地壳高阻体发生拆沉,以上两次动力学事件可能共同作用于缝合带处的壳幔高导体,同时北拉萨地体的壳幔高导体还可能体现了构造作用、岩浆活动和成矿作用之间的关系.