岷山隆起带与西秦岭构造带中段中上地壳电性结构特征

岷山隆起带与西秦岭构造带中段位于青藏高原物质东向流动的必经之处,又是南北地震带的组成部分和GPS速度场非连续性衰减和转换的关键部位,其地壳结构及地壳变形机制受到国内外地质地球物理学家的广泛关注,了解研究区深部细结构及主要边界断裂空间展布特征,对青藏高原隆升机制及中强地震孕震构造的研究有重要意义.本文依托分别横跨岷山隆起带及西秦岭构造带中段的两条大地电磁剖面（SG-WQL-L1与SG-WQL-L2）小点距观测数据,采用大地电磁相位张量分解技术对两条剖面上各个测点的电性走向、二维偏离度进行计算分析,根据分析结果对原始数据进行主轴方位角校正处理,进一步采用NLCG（非线性共轭梯度）二维反演方法开展TE与TM模式的相位和电阻率联合反演,获取沿剖面方向30 km以浅的电阻率结构模型,并完成了地质地球物理综合解释.两条大地电磁剖面勘探成果揭示出,马尔康地块中上地壳发育的壳内低阻层与岷山隆起上地壳低阻体在深部交汇,岷江断裂带与虎牙断裂带受控于马尔康地块与岷山隆起带上地壳底部的滑脱面,滑脱面呈现往东角度逐渐变陡峭的趋势且在岷江附近出现"断坡"构造,历史强震震源深度显示虎牙断裂为岷山隆起带新生代强震的发震断裂;西秦岭构造带中段中上地壳沿剖面方向表现为横向分块、纵向分层的电性结构特征,中地壳12~25 km左右发育厚度不等的壳内低阻层,壳内低阻层多与研究区次级地块的边界断裂在深部交汇,次级地块以及区分次级地块的活动断裂带可能是GPS速度场在研究区呈现非连续性的递减并伴随方向转换的构造成因;青藏高原内部的软流圈物质向NE和SSE流动,驱动巴颜喀拉地块东缘上地壳沿中上地壳低阻层东向运移,受到摩天岭高阻地块的阻挡作用,软弱的岷山隆起带发生地壳褶皱变形并向东逆冲推覆从而形成高耸的岷山山脉,岷江断裂与虎牙断裂的左旋运动加速了岷山的隆起.     

中国大陆地壳上地幔电性特征

根据大地电磁测深调查结果，编制了中国大陆３０，９０，１５０ｋｍ三个深度的电阻率图以及壳内低阻层和上地幔低阻层的顶面深度图。在９０ｋｍ深度的电阻率图上发现了一个自松辽盆地直到扬子地台西南缘的北东－南西向巨大低阻异常带．１５０ｋｍ深度的电阻率图上显示出在低阻的背景上镶嵌着一些高阻块体．中国大陆的壳内低阻层深度国基本上反映了地温场的特征，壳内低阻层上隆区基本上对应于高地温区．中国大陆的上地幔低阻层深度变化大．最浅处仅５０－６０ｋｍ，大多位于构造活动地区；最深处达２００ｋｍ以上，大部分对应于稳定地区．中国大陆的上地幔低阻层平均深度为１００－１２０ｋｍ，东部浅，西部深。     

南北地震带南段川滇黔接壤区电性结构特征和孕震环境

本文利用大地电磁测深数据,对穿过兰坪-思茅地块和川滇菱形地块以及进入扬子地块的云南兰坪-贵州贵阳大地电磁测深剖面展开了深部电性结构研究.采用大地电磁数据处理分析以及反演技术,对观测资料进行了由定性到定量全面地分析,通过二维非线性共轭梯度反演得到了沿剖面的较为详细的地壳上地幔电性结构,结合其他地质和地球物理资料的分析,对该剖面的二维电性结构进行解释,确定了主要断裂带和边界带的位置以及深部延伸情况,同时确定了壳内低阻层的分布位置,最后进行了区域动力学和孕震构造环境的探讨.研究表明:剖面壳幔电性结构分块性特征与区域地质构造分布特征基本一致,不同地块的电性结构存在显著差异,其中川滇菱形地块的结构相对复杂,上地壳的电性结构为高低阻相间分布特征,电阻率的突变带与地表断裂具有很好的对应关系;兰坪-思茅地块存在中上地壳低阻层,川滇菱形地块中西部存在下地壳低阻层,川滇菱形地块东部和华南地块西部存在中上地壳的低阻层;川滇菱形地块中部攀枝花附近的低阻层埋深最深,而华南地块西部会泽附近的低阻层埋深则最浅;兰坪-思茅地块和川滇菱形地块的中下地壳的低阻层可能与青藏高原物质的东南逃逸有关;华南块体的宣威以东的下地壳不存在低阻层,华南块体下地壳和上地幔的电阻率较高;攀枝花附近的高阻体可能是峨眉山玄武岩喷发导致底侵作用及幔源物质上侵的结果.     

攀西地区地壳和上地幔中的电性结构

攀西地区大地电磁测深结果表明,这一地区可划分为三个条带:丽江至华坪、华坪至会理和会理至巧家。三个条带内电性结构有明显差异,反映出本地区地质构造十分复杂。测区内沉积层厚度为3—5km,其电阻率小于30Ωm。在地壳中约33km深处有一低阻层,厚度为5—12km。在红格和华坪两测点之下,深度为82—90km处出现第二个低阻层,它们指示出软流层顶部埋深。     

青藏高原东缘地壳、上地幔电性结构探测及其构造意义

利用大地电磁测深(简称MT)方法对青藏高原东缘地区进行了地壳、上地幔电性结构探测研究,得到了该区具有特殊的电性结构特征,探测结果清晰揭示出:(i)鲜水河断裂带是一条规模巨大的岩石圈断裂,它是川滇菱形块体的重要边界断裂;(ii)测区为强震多发区,断裂两侧块体介质的差异是强震活动带重要的深部背景;(iii)川滇菱形块体北部地区十几公里下,发现存在大规模低阻体,电阻率仅为几～几十欧姆·米,该层约以45°角向北东下延,与青藏高原侧向挤出,物质向东流变,受刚性块体阻挡有关。从深部介质电性特征,推断现今川滇菱形块体北部处在热状态,是近代很活动的块体之一;(iV)测区内岩石圈厚度由西段(川滇北部块体)逐渐向东(扬子块体)增厚。     

攀西地区地壳和上地幔中的电性结构

攀西地区大地电磁测深结果表明,这一地区可划分为三个条带:丽江至华坪、华坪至会理和会理至巧家。三个条带内电性结构有明显差异,反映出本地区地质构造十分复杂。测区内沉积层厚度为3-5km,其电阻率小于30Ωm。在地壳中约33km深处有一低阻层,厚度为5-12km。在红格和华坪两测点之下,深度为82-90km处出现第二个低阻层,它们指示出软流层顶部埋深。     

鲜水河断裂带南段深部电性结构特征研究

通过对新都桥—小金剖面的大地电磁测深及重磁实测资料研究,结合区域地质资料,对鲜水河断裂带南段及邻区深部构造、壳内高导层、电性结构与历史地震的关系进行了研究.结果表明：（1）鲜水河断裂带深浅表现出不同特征,浅部是以地壳脆性-剪切带为主的断裂系统,深部是以走滑型-壳幔韧性剪切带为主的断裂系统,断裂呈花状形态,深部到达上地幔;（2）在丹巴构造带及鲜水河断裂带的中下地壳,广泛发育壳内高导层,其分布具有不均匀性,且与断裂带构造活动有关;（3）在鲜水河断裂带的走滑剪切作用下,上地壳物质发生原地重熔产生花岗岩浆是折多山花岗岩形成的主要机制;（4）鲜水河断裂带地震发生机理与塑性软弱层密切相关,受塑性软弱层拖拽作用,应力区集中在高阻体脆性介质内部靠近断层一侧,使得岩石破碎而发生地震.

     

张掖盆地壳内电性结构研究

张掖盆地处于青藏高原东北缘,探究该区域的构造活动对于研究青藏高原向东北方向碰撞挤压机制具有重要意义.此次布设3条北东向宽频大地电磁剖面,基于实测数据,通过Bahr分解、相位张量分析和共轭阻抗变换的方法进行了偏离度分析和电性主轴分析;通过NLCG二维反演,获得了沿剖面的电性结构模型.结合研究区地质与地球物理资料进行分析,结果表明:电性结构模型在横向上呈现出分块特点,榆木山和龙首山隆起区对应高阻,走廊过渡带整体表现为低阻;走廊过渡带中存在一壳内低阻层,表现为壳内滑脱;祁连地块中上地壳整体表现为高阻,下地壳电阻率相对较低,以推覆拓展样式延伸至河西走廊地区;阿拉善地块呈"低阻舌状体"俯冲于河西走廊下部,整体形态呈南浅北深.     

河北廊坊-天津大港剖面地壳上地幔电性结构特征

在河北廊坊-天津大港一线部署了110 km的MT勘探剖面,通过资料远参考与Robust估算处理及反演解释,对剖面的构造维数及构造方向做了分析;揭示了冀中坳陷、沧县隆起、黄骅坳陷三个不同构造单元及边界接触关系;对地壳、上地幔电性构造层进行了划分和分析。MT成果显示岩石圈体现为纵向分层、横向分块的特征;沧东及大城断裂是区内重要的深大断裂,控制了隆起两侧坳陷的沉积和形成;断裂深部对应上地幔高导层的局部隆起,两侧存在中下地壳高导层的错动。     

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.     

青藏高原东边缘冕宁—宜宾剖面电性结构及其构造意义

在青藏高原东边缘沿冕宁—宜宾进行了大地电磁探测研究,剖面西起康滇地轴,向东穿过大凉山地块,终止于四川盆地.利用带地形的NLCG(非线性共轭梯度)方法对资料进行了反演,得到沿剖面的二维电性结构.康滇地轴和大凉山地块地壳中存在向上拱起的高导层(HCL),顶面埋深为10～15 km,最浅处不足10 km,厚度大约15～25 km,最小电阻率小于10 Ωm.四川盆地中下地壳不存在高导层.和该剖面北侧的石棉—乐山剖面的地壳电性结构对比分析表明,高导层在南北方向上可能连续延伸,长度大于100 km.壳内高导层的高导电性与岩石的部分熔融有关,并可能含有百分之几的含盐流体,易于流动和变形.青藏高原东部地壳内的可流动层在向东或东南方向流动过程中,由于受到四川盆地的阻挡,转向南或南南东方向,大体沿着大凉山地块的走向.在东西方向,壳内高导层自川滇地块向东运动,穿过大凉山地块西边界的安宁河断裂和则木河断裂,在大凉山地块东部,向四川盆地深部倾俯.本文对于壳内可流动层的存在及其与青藏高原东边缘的变形和地震活动性的关系进行了探讨.     

中国东部华北克拉通南缘至华夏地块深部电性结构研究

在华北克拉通南缘至华夏地块之间完成了两条大地电磁长剖面,通过二维非线性共轭梯度反演,获得了沿剖面100 km深的电性结构模型.结合研究区地质和地球物理资料,详细分析了研究区地壳及上地幔顶部电性结构特征与地质含义.研究发现：(1)江山—绍兴断裂带深部低阻异常成因可能是受南华纪裂解事件影响以及晚中生代岩石圈伸展作用、深部热物质上涌造成的;(2)华北克拉通南缘大部分地区中下地壳及上地幔顶部表现为低阻异常,可能存在大范围的软弱层或发生局部熔融.长江中下游成矿带壳内高导体可能是由含水流体引起;(3)华夏地块电阻性地壳与晚中生代构造-岩浆活动有着紧密的关系,其上地幔顶部的高阻异常可能与玄武岩浆活动有关.古太平洋板块的西向俯冲是华夏地块晚中生代构造活动的动力学背景.

     

四川威远—荣县工业开采区地壳电性结构研究

利用大地电磁测深方法(MT)探测了威远—荣县工业开采区的电性结构,并据此推断了穿过剖面的断层的位置和深部延伸状况,探讨了开采区地震活动性的控制因素.在探测中,在开采区的北部布设了2条长度约90 km的EW向展布以及1条穿越威远背斜的长度约100 km的NW-SE向展布的MT剖面.利用带地形的非线性共轭梯度法进行了反演,获得了这3条剖面的电阻率分布图.结果表明,开采区约5 km以浅区域的电阻率较低(10~30 Ωm),且存在着电阻率很低(< 5 Ωm)的多个孤立的局部区域.在5 km以深,西/西北部为高阻区,且由西向东、由北向南存在变薄的趋势,东/东南部为低阻区,电性结构比较均匀.电阻率图像还揭示了3条剖面经过的区域内的主要断层的形态和延伸状况,除长山镇断层的下端埋深可能超过了20 km外,其他断层向下延伸深度可能不超过5 km.断层可能不是开采区内地震活动的主控因素.

     

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-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.

     

云南南部地区深部电性结构特征研究

在云南南部地区布设了一条孟连—罗平的北东向大地电磁测深剖面,以开展该地区的深部电性结构探测和孕震环境探查.沿该剖面进行了114个大地电磁测深点的观测,经过对观测资料的远参考Robust处理、定性分析和二维反演,得到了沿该剖面地壳、上地幔电性结构模型,从模型的电性结构特征进一步探讨了剖面穿过的3个地震区的深部地震孕育环境.研究结果表明：沿剖面的地壳上地幔电性结构反映出与区域地质构造资料基本一致的构造特征;该区的三个强震带地球深部都存在壳内低阻体,地震发生在电阻率梯度带上;断裂带的两侧块体介质的电阻率差异是强震活动带重要的深部背景.     

西藏高原南部雅鲁藏布江缝合带地区地壳电性结构研究

为了探测西藏高原南部雅鲁藏布江缝合带地区地壳浅部和深部构造沿东西和南北方向的变化特征,在雅鲁藏布江缝合带地区布设了三条南北向剖面(错那—墨竹工卡、亚东—雪古拉、吉隆—措勤),采用超宽频带大地电磁测深方法进行了地壳、上地幔电性结构探测研究,发现该区主要电性结构特征为：1. 雅鲁藏布江缝合带附近表层发育大规模的高阻体,岩体延伸最深达30km以上,是冈底斯花岗岩体的反映. 2. 雅鲁藏布江缝合带的南部有小规模的良导体,在其下方和北侧发育有大规模良导体. 3. 沿剖面从南往北壳内普遍发育良导体,各良导体主体间是不连续的,规模逐渐增大,总体北倾,在缝合带附近产状较陡. 4. 在雅鲁藏布江缝合带附近良导体由西往东规模逐渐增大,导电性逐渐变好,相对雅鲁藏布江在剖面上的位置逐渐南移. 这些重要的电性特征可能是印度板块向北俯冲所形成的,深部大规模的良导体特征沿东西向的差异可能是板块碰撞引起物质沿东西向运移作用的结果.     

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.     

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-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-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.