祁连造山带断裂构造体系、深部结构与构造演化

祁连造山带处在特提斯构造域的北缘,经历了早古生代原特提斯洋发育以来的构造演化,是青藏高原东北缘高原隆升与扩展的关键构造带。本文依据区域地质调查与构造地质填图,结合前人地球物理场资料,阐述了中国西北和祁连造山带断裂构造体系特征。通过超宽频大地电磁测深(MT)剖面数据采集处理,以及浅、中—深层电性剖面反演与构造解释,分析了祁连造山带全地壳深部结构特征与盆山耦合关系,揭示了原特提斯洋构造域北祁连洋板块向南和向北进行双向俯冲的化石俯冲带深部结构特征;俯冲消减的北祁连洋板块的宽度约在600 km以上。其中,北祁连洋向南在柴达木—祁连地块之下的俯冲作用角度较缓,俯冲带向南延伸的距离较远,其俯冲断离的板片可以达到现今柴达木盆地的北缘;北祁连洋向北的俯冲作用产状较陡,其俯冲断离的板片具有向南陡倾的产状倒转特征,可能与中生代以来、特别是印度—亚洲大陆碰撞的远程效应引起的挤压构造变形有关。大地电磁测深剖面的浅层反演与构造解释,验证了祁连山北缘断裂以北发育的榆木山逆冲推覆构造,榆木山构成飞来峰构造,将早白垩世酒泉盆地的一个分支掩盖在外来的逆冲推覆体之下;飞来峰之下具有油气勘查前景。根据早白垩世晚期普遍发育的伸展作用,限定榆木山逆冲推覆构造发育的时间在早白垩世早期,从而提供了青藏高原北缘早白垩世早期高原隆升与扩展的证据。综合前人资料和本研究成果,建立了祁连造山带自新元古代以来的构造演化概念模型。     

祁连山北缘早白垩世榆木山逆冲推覆构造与油气远景

榆木山地处祁连山北缘与河西走廊南缘的盆山结合带,是青藏高原北缘高原隆升与扩展的关键构造带。野外地质调查与构造填图发现,祁连山北缘的榆木山地区发育大型逆冲推覆构造,逆冲推覆构造之下是被掩埋的、褶皱了的早白垩世早期沉积地层,并被随后的走滑断裂活动和走滑双重构造所改造。深地震反射和大地电磁剖面测量与解释的初步结果,验证了祁连山北缘断裂以北发育的逆冲推覆构造,榆木山北缘山系构成飞来峰构造,将早白垩世酒泉盆地的一个分支掩盖在前中生代地层之下。构造关系分析给出主期逆冲推覆作用的时限大致为早白垩世早期,反映了在新生代印度—亚洲碰撞之前存在一期强烈的晚中生代构造挤压事件。逆冲推覆构造之下发现白垩纪盆地油气显示,扩展了该地区油气前景。     

松潘地块若尔盖盆地与西秦岭造山带岩石圈尺度的构造关系——深地震反射剖面探测成果

若尔盖盆地和西秦岭造山带作为青藏高原东北缘典型的新生代盆山构造,其接合部位的岩石圈结构及其深部构造关系为青藏高原东北缘板块碰撞的深部过程等研究奠定基础。横过盆山结合部位的深地震反射剖面长约63km,记录时间30s(TWT),探测深度超过莫霍面深达岩石圈地幔。该剖面首次揭露出青藏高原东北缘的盆山结合部位地壳和上地幔盖层的结构,发现了若尔盖盆地和西秦岭造山带下地壳以北倾为主的强反射特征,这种北倾的反射特征提供了若尔盖盆地俯冲到西秦岭造山带之下,而西秦岭造山带逆冲推覆到若尔盖盆地之上的地震学证据,初步揭示出若尔盖盆地和西秦岭造山带在挤压构造体系下形成的岩石圈尺度的构造关系,近于平坦的Moho反射特征反映两者在造山后期又经历了强烈的伸展作用。     

大陆下地壳研究进展评述

近十年来许多国家开展了陆壳深部(地震反射、深部钻探、高压捕虏体、下地壳剖面等方面)的研究.其成果表明,不同构造区的地震反射特征存在差异;显生宙地区普遍存在层纹状强反射性下地壳,其成因与造山带演化晚期的伸展作用有关.以上发现导致对大陆莫霍面及中地壳界面的重新评价.显生宙地区的下地壳广泛发生板底垫托作用,它们代表麻粒岩相变质事件,对于造山带向克拉通方向的转化具有重要意义.     

松潘地块与西秦岭造山带下地壳的性质和关系——深地震反射剖面的揭露

松潘地块位于青藏高原的东缘，处于中国大陆东西向构造与南北向构造的结合部位，特殊的构造环境使其长期控制并影响着中国大陆的形成与演化。探测松潘地块的岩石圈细结构，揭示其与东昆仑-西秦岭造山带的关系，既可为研究青藏高原东北缘板块碰撞的深部过程奠定基础，同时又关联着松潘地块的油气远景评价。2004年完成了第一条横过松潘地块北缘若尔盖盆地和西秦岭造山带的长约257km的深地震反射剖面，首次揭露出若尔盖盆地和西秦岭造山带岩石圈的细结构。发现若尔盖盆地和西秦岭造山带同属统一的稳定的大陆地块，并且下地壳均以北倾的强反射为主要特征。这种北倾的反射为松潘地块向西秦岭下地壳俯冲提供了地震学证据。近于平坦的Moho反射特征反映出西秦岭造山带在造山后又经历了强烈的伸展作用。     

青藏高原东缘龙门山冲断带与四川盆地的现今构造表现:数字地形和地震活动证据

龙门山冲断带位于四川盆地与青藏高原东缘之间,其现今地貌和构造活动表现对于理解青藏高原东缘和四川盆地晚新生代的演化具有非常重要的意义。已有的认识多数是从“山”的角度得出的,我们尝试从“盆”这一角度,利用近20年来的地震活动资料和地震反射剖面,结合数字高程模型(DEM),通过三维可视化分析软件来探讨四川盆地及龙门山的地貌特征和现代构造活动表现。初步研究结果表明:1)龙门山的现今地貌和地震分布具有明显的南北分段性;2)青藏高原东缘活动块体边界表现为由龙门山南段北东向构造在安县附近转折为岷山的南北向构造;3)龙门山南段的现代地震活动已深入四川盆地内部,形成地壳规模的楔形逆冲构造,地震活动、现代地貌和地震反射剖面的证据揭示了龙门山及四川盆地存在晚新生代构造缩短的可能性。     

深地震反射剖面揭露青藏高原陆-陆碰撞与地壳生长的深部过程

印度板块与亚洲板块的碰撞使喜马拉雅-青藏高原隆升,地壳增厚和生长扩展。探测青藏高原深部结构,揭露两个大陆如何碰撞,碰撞如何使大陆变形的过程,是全球关切的科学奥秘。深地震反射剖面探测是打开这个科学奥秘的最有效途径之一。20多年来,运用这项高技术探测到青藏高原巨厚地壳的精细结构,攻克了难以得到下地壳和Moho清晰结构的技术瓶颈,揭露了陆陆碰撞过程。本文在探测研究成果基础上,从青藏高原南北-东西对比,再到高原腹地,系统地综述了青藏高原之下印度板块与亚洲板块碰撞-俯冲的深部行为。印度地壳在高原南缘俯冲在喜马拉雅造山带之下,亚洲板块的阿拉善地块岩石圈在北缘向祁连山下俯冲,祁连山地壳向外扩展,塔里木地块与高原西缘的西昆仑发生面对面的碰撞,在高原东缘发现龙日坝断裂而不是龙门山断裂是扬子板块的西缘边界,高原腹地Moho 薄而平坦,岩石圈伸展垮塌。多条深反射剖面揭露了在雅鲁藏布江缝合带下印度板块与亚洲板块碰撞的行为,印度地壳不仅沿雅鲁藏布江缝合带存在由西向东的俯冲角度变化,而且其向北行进到拉萨地体内部的位置也不同。在缝合带中部,显示印度地壳上地壳与下地壳拆离,上地壳向北仰冲,下地壳向北俯冲,并在俯冲过程发生物质的回返与构造叠置,使印度地壳减薄,喜马拉雅地壳加厚。俯冲印度地壳前缘与亚洲地壳碰撞后沉入地幔,处于亚洲板块前缘的冈底斯岩基与特提斯喜马拉雅近于直立碰撞,冈底斯下地壳呈部分熔融状态,近乎透明的弱反射和局部出现的亮点反射,以及近于平的Moho都反映出亚洲板块南缘的伸展构造环境。     

深地震反射剖面揭露青藏高原陆-陆碰撞与地壳生长的深部过程

印度板块与亚洲板块的碰撞使喜马拉雅-青藏高原隆升,地壳增厚并生长扩展。探测青藏高原深部结构,揭露两个大陆如何碰撞以及碰撞如何使大陆变形的过程,是对全球关切的科学奥秘的探索。深地震反射剖面探测是打开这个科学奥秘的最有效途径之一。二十多年来,运用这项高技术探测到青藏高原巨厚地壳的精细结构,攻克了难以得到下地壳和Moho面信息的技术瓶颈,揭露了陆-陆碰撞过程。本文在探测研究成果的基础上,从青藏高原南北-东西对比,再到高原腹地,系统地综述了青藏高原之下印度板块与亚洲板块碰撞-俯冲的深部行为。印度地壳在高原南缘俯冲在喜马拉雅造山带之下,亚洲板块的阿拉善地块岩石圈在北缘向祁连山下俯冲,祁连山地壳向外扩展,塔里木地块与高原西缘的西昆仑发生面对面的碰撞,在高原东缘发现龙日坝断裂(而不是龙门山断裂)是扬子板块的西缘边界,高原腹地Moho面厚度薄而平坦,岩石圈伸展垮塌。多条深反射剖面揭露了在雅鲁藏布江缝合带下印度板块与亚洲板块碰撞的行为,不仅沿雅鲁藏布江缝合带走向印度地壳俯冲行为存在东西变化,而且印度地壳向北行进到拉萨地体内部的位置也不同。在缝合带中部,研究显示印度地壳上地壳与下地壳拆离,上地壳向北仰冲,下地壳向北俯冲,并在俯冲过程中发生物质的回返与构造叠置,这导致印度地壳减薄,喜马拉雅地壳加厚。俯冲印度地壳前缘与亚洲地壳碰撞后沉入地幔,处于亚洲板块前缘的冈底斯岩基与特提斯喜马拉雅近于直立碰撞,冈底斯下地壳呈部分熔融状态,近乎透明的弱反射和局部出现的亮点反射以及近于平的Moho面都反映出亚洲板块南缘处于伸展构造环境。     

二维初至波层析成像揭示的北祁连—阿拉善南缘浅层地壳结构

北祁连造山带—阿拉善南缘位于青藏高原东北缘及其以北地区, 其地壳结构记录了早古生代以来祁连山、河西走廊盆地、合黎山及相邻盆地之间的盆山演化历史及耦合关系, 对其地壳浅层速度结构的探测有助于揭示该区浅层地壳结构及构造变形的演化历史。本文利用北祁连—阿拉善南缘225 km长的深反射地震剖面的初至波(Pg震相)数据, 通过层析成像反演方法, 获得了沿线2 km以浅的上地壳P波速度结构。其主要特征为: 酒东盆地的沉积盖层厚度最大可达2 km, 盆地深度的南北差异可能与阿拉善地块与祁连造山带间的挤压作用相关; 民乐盆地的平均深度为1.5 km, 该盆地内的速度等值线弯曲形态反映了盆地在新生代之后不同的抬升和剥蚀速率; 银额盆地的沉积厚度至少在1.5 km左右, 且盆地内沉积地层产状较为平缓; 榆木山构造带南北两侧的酒东盆地与民乐盆地虽然地表高程相差近1 km, 但具有近乎相同的速度结构和沉积厚度, 推断榆木山构造带的隆升与其南北两侧的两个断层背冲作用有关; 此外, 反演得到的P波速度结构揭示了沿线发育的多条断裂和块体边界位置, 为讨论青藏高原东北缘向北扩展与阿拉善地块挤压作用提供了新的证据。     

青藏高原东缘—扬子特提斯构造域深部结构与地壳形变研究

青藏高原东缘和扬子西缘的构造带是中国特提斯构造域的重要组成部分,该构造域受欧亚板块与印度板块陆—陆碰撞、高原隆升、块体裂解或拼接挤压等强烈构造活动的影响,记录和保存了多期次的特提斯构造演化历史痕迹。同时,该研究区域也是中国西部地区地壳形变最强烈的地区之一,其浅表形变特征与深部构造之间存在怎样的关联和制约机制是目前国际地球科学的一个研究热点。本研究依据作者十多年来持续在该区域开展的地质—地球物理研究,通过深部地球物理多参数结构成像、沉积盆地分析、地壳形变和强震孕育机制等综合对比分析,发现在青藏高原东缘的下地壳存在低速和高泊松比异常带,该异常体与来自青藏高原上涌的软流圈热物质汇聚,导致从扬子西缘到青藏高原的下地壳和上地幔的深部结构发生显著变化。沿着龙门山断裂带,中、下地壳存在交叠相间的低速(高泊松比)和高速(低泊松比)区域,这些深部结构分布特征与地表形变及前陆盆地隆坳格局具有较好的一致性。基于上述认识,提出了青藏高原东缘—扬子板块的深部接触模式及其相应的盆山耦合关系,阐明了板块碰撞—耦合的深部动力学过程对剧烈地壳形变、盆地隆坳格局和强震诱发的制约关系。本研究成果将为深入认识青藏高原东缘高原急剧隆升、盆地基底结构与隆拗格局,以及强烈地壳形变的深部动力学机制提供参考信息。     

Deep Background of Wenchuan Earthquake and the Upper Crust Structure beneath the Longmen Shan and Adjacent Areas

Abstract: By analyzing the deep seismic sounding profiles across the Longmen Shan, this paper focuses on the study of the relationship between the upper crust structure of the Longmen Shan area and the Wenchuan earthquake. The Longmen Shan thrust belt marks not only the topographical change, but also the lateral velocity variation between the eastern Tibetan Plateau and the Sichuan Basin. A low-velocity layer has consistently been found in the crust beneath the eastern edge of the Tibetan Plateau, and ends beneath the western Sichuan Basin. The low-velocity layer at a depth of ~20 km beneath the eastern edge of the Tibetan Plateau has been considered as the deep condition for favoring energy accumulation that formed the great Wenchuan earthquake.     

Deep Background of Wenchuan Earthquake and the Upper Crust Structure beneath the Longmen Shan and Adjacent Areas

By analyzing the deep seismic sounding profiles across the Longmen Shan,this paper focuses on the study of the relationship between the upper crust structure of the Longmen Shan area and the Wenchuan earthquake.The Longmen Shan thrust belt marks not only the topographical change,but also the lateral velocity variation between the eastern Tibetan Plateau and the Sichuan Basin.A lowvelocity layer has consistently been found in the crust beneath the eastern edge of the Tibetan Plateau, and ends beneath the ...     

Lateral growth of NE Tibetan Plateau restricted by the Asian lithosphere: Results from a dense seismic profile

We present high-resolution receiver function images along a 700-km long dense seismic array extending from northern Tibetan Plateau to the Alxa block, crossing the entire Qilian thrust belt (QTB). The dense stations, with less than ~2 km station intervals, allow the receiver functions to unveil unprecedented details of crustal structures across the northern frontier of the growing Tibetan Plateau. The migration image shows a thickened and strongly deformed QTB crust, with an uneven Moho and complex internal structures that are indicative of pure-shear shortening. The Alxa block, in contrast, has a thinner crust, a flat Moho, and little internal crustal deformation. These results suggest that the lateral growth of NE Tibetan Plateau is restricted by the strong Asian lithosphere, which shows no visible subduction beneath the Tibetan Plateau as previously suggested.     

北山构造带南部上地壳二维初至波层析成像

花海盆地—北山构造带南部位于青藏高原东北缘以北地区,是特提斯洋和古亚洲洋两大构造域的交接部位,自新元古代晚期以来经历了多期次、多阶段的板块裂解-俯冲-碰撞-拼合的演化历史,尤其是中生代以来的逆冲推覆和走滑作用,以及受新生代以来印度板块和欧亚板块碰撞的远程效应影响,导致青藏高原东北缘的向北扩展,形成了现今复杂的地质地貌结构。其地壳结构记录了多期构造作用的叠加,上地壳结构更是促进我们理解青藏高原东北缘向外的扩展机制及其对周缘块体的改造作用的天然记录本。本文利用2018年中国地质科学院在北山构造带南部完成的180 km深反射地震剖面的初至波(Pg震相)数据,通过层析成像反演方法,获得了花海盆地—北山构造带4 km深度范围内的上地壳P波速度结构。其主要特征为:花海盆地、总口子盆地和扎格高脑盆地均表现为较低的速度和较小的垂向速度梯度;研究区内的晚古生代花岗岩体具有明显的高速异常和较大的垂向速度梯度特征;左行走滑的阿尔金断裂带在花海盆地内表现为向北倾的高角度走滑性质,深度至少切穿花海盆地基底;北山南缘断裂带的推测隐伏区呈现速度等值线下凹的低速异常特征。同时,反演揭示的多处低速异常区指示了北山构造带南部的多处断层发育情况。     

对祁连山北缘榆木山隆起的质疑

榆木山地块位于祁连山北缘,介于酒东、民乐盆地之间,它们共同属于祁连山褶皱带北缘北北西向的山前坳陷带。长期以来一直认为它是燕山运动晚期形成的北北西向分割酒东、民乐盆地的断隆。依据对梨园河一带榆木山西缘断裂的识别,并结合对地块的构造属性及相邻两盆地中、新生代沉积演化特征的分析,对“榆木山断隆”的构造属性提出质疑,认为它可能是祁连山北缘断裂系向北东叠瓦状逆冲作用形成的推覆片体。这一认识将为河西走廊盆地的油气、水资源评价提出新的勘探思路。     

利用地球物理信息探讨西秦岭北缘断裂带和花岗岩磁性分带

本文利用地球物理场信息反映出地壳现代结构的特征和构造演化的观点,以重磁场为依据研究区域构造,划分出ＳＮ向断裂构造和西秦岭北缘ＥＷ向断裂构造呈立体交叉的格局,并以ＳＮ向断裂构造划分出具有构造差异的东、西秦岭,在西秦岭只有南、中两构造带,北秦岭构造带只在东秦岭,且是祁连东南延伸部分,并以电磁测深推断左行走滑张扭性渭河断裂作为祁连和北秦岭分界,以深地震测深反演的天水异常地幔或称壳幔混合带,探讨西秦岭北缘花岗岩类磁性南北分带的深部地质背景。     

宽角反射、折射地震数据与重力数据综合解释龙门山及邻近地区地壳结构

青藏高原东部的隆升机制一直都是地学界的研究热点,研究学者们提出和发展了多种岩石圈变形模型,而存在多种模型的主要原因之一是对青藏高原东部地壳及岩石圈结构认识不足。本文主要针对SinoProbe-02项目横跨龙门山断裂带、全长400多公里的宽角、折射地震数据及重力数据进行联合反演和综合解释。研究结果表明,龙门山及邻近地区地壳结构可明确划分为上地壳、中地壳和下地壳。上地壳上层为沉积层,龙门山断裂带以西大部分区域被三叠纪复理岩覆盖,而在龙日坝断裂与岷江断裂之间出现了密度为2.7g/cm³的高速异常体;向东靠近龙门山地区,沉积层厚度逐渐减薄。中地壳速度变化不均一,而且变形强烈;若尔盖盆地和龙门山断裂带下方出现明显低速带;中地壳在龙门山西侧厚度加厚,在岷江断裂下方和四川盆地靠近龙门山断裂带地区附近厚度达到最大。莫霍面整体深度从东往西增厚,最厚可达56 km。本次研究得到的地壳结构和密度分布分析结果表明现有的地壳厚度和物质组成不足以支撑龙门山及邻近地区目前所达到的隆升高度,因此四川盆地刚性基底西缘因挤压作用产生的弯曲应力也是该地区抬升的重要条件之一。