瑪曲－北川MT大剖面及川西北地殼結(jié)構(gòu)初探①

黃 銳，李愛勇，朱春生，楊 生

（1.中國石化油田勘探事業(yè)部，北京 100728；2.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八一四隊(duì)，江蘇南京 212005；3.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京 100012）

瑪曲－北川MT大剖面及川西北地殼結(jié)構(gòu)初探①

黃 銳1，李愛勇2，朱春生2，楊 生3

（1.中國石化油田勘探事業(yè)部，北京 100728；2.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八一四隊(duì)，江蘇南京 212005；3.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京 100012）

通過瑪曲－北川MT勘探大剖面，揭示了沿線上地殼、下地殼、上地幔的空間展布與構(gòu)造特征。認(rèn)為上地殼蓋層與基底之間存在一個(gè)自華北地塊向龍門山方向的巨型推覆構(gòu)造；上地殼，尤其是結(jié)晶基底的厚度制約了地塊的穩(wěn)定性；殼內(nèi)低阻層起伏、莫霍面的隆坳與地塊的穩(wěn)定性相關(guān)。

大地電磁測(cè)深法；剖面勘探；二維反演；層圈結(jié)構(gòu)

Abstract：The Magnetotelluric exploration profile of Maqu－Beichuan shows the extent and structure characters of upper crust，lower crust and upper mantle along the sections.First，there exists a large nappe structure from north China block to Longmenshan tectonic belt between the overlying strata of upper crust and basement.Second，the thickness of upper crust，especially the one of crystalline basement，limits the stability of blocks.Third，the relief of low－resistivity layer in the crust and the swell or sag of Moho are close correlative to the stability of blocks.

Key words：Magnetotelluric sounding；Profile exploration；2Dinversion；Structure of layer circles

0 引言

為了對(duì)松潘－阿壩地區(qū)進(jìn)行油氣勘探早期評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)資料，中石化股份有限公司南方勘探開發(fā)分公司在該區(qū)部署了多條MT剖面，以研究區(qū)內(nèi)中、古生界的空間展布、基底埋藏，推斷區(qū)內(nèi)主要斷裂的性質(zhì)和規(guī)模，探討上地幔以上地層的深部構(gòu)造?，斍贝∕T大剖面是其中的一條，剖面地跨青海、甘南、川北地區(qū)，自北向南經(jīng)隴西秦嶺、川西草原，至四川盆地。本文介紹這條MT大剖面探測(cè)的結(jié)果，并據(jù)此對(duì)研究區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析討論。

1 剖面地質(zhì)、地球物理概況

剖面西起瑪曲西北約50km處，經(jīng)唐克、松潘，終止于北川，全長(zhǎng)477km。共布設(shè)了240個(gè)MT測(cè)深點(diǎn)，平均點(diǎn)距2km，剖面點(diǎn)位見圖1。

測(cè)線北端為南秦嶺斷褶帶；摩天嶺、龍門山為斷褶帶，南與四川盆地相接；川西草原三疊系廣為覆蓋，印支期褶皺發(fā)育，具有與揚(yáng)子地塊共同的基底，為“大揚(yáng)子”古陸塊的組成部分［1－2］。沿線地層發(fā)育較為齊全。震旦系至下古生界厚約5 000～7 000 m，主要為含碳質(zhì)泥板巖、硅質(zhì)巖、夾砂礫巖、碳酸鹽巖盆地相－陸棚相沉積；上古生界厚約2 500～7 000m，主要為碳酸鹽巖臺(tái)地相沉積；三疊系最厚逾7 000m，為砂泥質(zhì)巖夾碳酸鹽巖的陸緣相沉積；侏羅系至第三系為陸相洼地火山巖、煤系、泥砂巖。

圖1 瑪曲－川北MT剖面位置圖Fig.1 Location map of the Maqu－Beichuan magnetotelluric profile.

物性參數(shù)通過3種方法獲得：標(biāo)本電阻率測(cè)定、MT首支視電阻率統(tǒng)計(jì)和以往該區(qū)物探工作的成果收集。沿線地層宏觀上電阻率特性：淺洼沉積為低阻，為20～200Ωm；三疊系為中阻，100～500Ωm；上古生界為高阻，250～2 800Ωm；下古生界為中－中低阻，50～340Ωm；元古界基底為中阻，160～450 Ωm。深層巖石已不可能取得實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，需以電性結(jié)構(gòu)變化予以追蹤分層。

2 MT資料處理與反演

野外資料采集所用的儀器是加拿大PHOENIX公司生產(chǎn)的V5－2000系統(tǒng)，每一個(gè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)5個(gè)電磁場(chǎng)分量（Ex、Ey、Hx、Hy、Hz），電場(chǎng)極距200m，每點(diǎn)平均觀測(cè)時(shí)間10個(gè)小時(shí)，傅立葉變換后的資料頻率范圍為320～0.000 5Hz，共40個(gè)頻點(diǎn)。因測(cè)區(qū)地廣人稀，工業(yè)不甚發(fā)達(dá)，人文干擾相對(duì)較弱，所獲得的原始資料質(zhì)量良好，優(yōu)良率90%。檢查點(diǎn)相對(duì)離差小于5%。所有測(cè)點(diǎn)均采用了遠(yuǎn)參考處理，遠(yuǎn)參考點(diǎn)布設(shè)在陜西省漢中勉縣，與測(cè)區(qū)中心相距約200km。

大地地磁測(cè)深的資料處理與解釋過程包括原始資料的預(yù)處理、資料的定性分析、定量解釋、綜合推斷獲得地質(zhì)成果。

原始資料的預(yù)處理是資料處理解釋工作的基礎(chǔ)，其任務(wù)是取得可靠的阻抗張量要素，視電阻率、阻抗相位及其它MT參數(shù)，主要任務(wù)是去噪處理和靜態(tài)校正。本次工作中消除噪聲影響各測(cè)點(diǎn)均采用了Robust處理［3－6］和遠(yuǎn)參考相關(guān)處理［7］，同時(shí)對(duì)于部分測(cè)點(diǎn)的高頻畸變和“飛點(diǎn)”借助了相位資料進(jìn)行恢復(fù)［8］；靜態(tài)校正采用了阻抗張量分解技術(shù)［9－10］和聚類相關(guān)低通濾波［11］對(duì)阻抗要素實(shí)施校正，不僅保證視電阻率及相位不受靜態(tài)畸變影響，也保證了其它MT參數(shù)的正確性。

定性分析是對(duì)實(shí)測(cè)曲線類型，總縱向電導(dǎo)以及視電阻率－頻率斷面和相位－頻率斷面進(jìn)行分析，定性地把握測(cè)區(qū)的電性特征、基底隆凹變化、構(gòu)造單元區(qū)分、斷裂分布及地層變化規(guī)律。圖2和圖3是剖面TE極化模式的視電阻率－頻率斷面和阻抗相位－頻率斷面，兩斷面具有較好的相關(guān)性，說明靜態(tài)改正是合理的。曲線類型主要為HKH型，反應(yīng)了電性為高－低－高的縱向變化特征。斷面等值線的橫向突變、扭曲為構(gòu)造單元的分界處和斷層位置。

定量解釋分別采用了Bostick反演，一維反演和二維反演方法。Bostick反演雖然是一種近似的反演方法，但不需要初始模型，沒有人為因素干預(yù)，反演結(jié)果唯一，忠實(shí)于原始資料，對(duì)成果的分析與解釋具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。一維反演采用的是Occam反演方法，二維反演采用了共軛梯度的方法。多種方法的反演結(jié)果相互佐證以求推斷解釋結(jié)果的客觀準(zhǔn)確性。圖4是TE和TM極化模式聯(lián)合二維反演的電阻率斷面。實(shí)測(cè)資料最低頻0.000 5Hz的平均視電阻率為50Ωm，勘探深度可達(dá)110km（根據(jù)Bostick反演公式），所以二維反演結(jié)果成圖作到了－100km的深度。

3 剖面電性及地殼結(jié)構(gòu)特征

3.1 剖面電性特征及地質(zhì)推斷

縱向上剖面基本電性特征的變化為高、低、高。上部高阻層主體電性在100Ωm以上，高阻可達(dá)1 000Ωm以上，低阻可達(dá)50Ωm，為上地殼地層（部分淺變質(zhì)）的電性層，高阻主體主要為上古生界碳酸鹽巖。高阻層下部的電性過渡層電阻率降低，約20～100Ωm之間，反映前震旦系變質(zhì)結(jié)晶基底。中上部低阻層的電阻率＜10～20Ωm，薄層狀連續(xù)分布，空間上兩端蹺起中間凹下，為殼內(nèi)低阻層（局部高導(dǎo)）。中部過渡層由中上部低阻層向下部高阻層過渡，有一較寬厚的電性梯度帶，起伏形態(tài)與其上的低阻層相近，屬下地殼部分。下部高阻層電阻率300～1 000Ωm，為上地幔部分。80km以下電性逐漸變小，應(yīng)屬受深部（深100km以下）幔內(nèi)高導(dǎo)的影響而弱化。地質(zhì)解釋推斷見圖5。

圖2 瑪曲－北川MT剖面TE極化模式視電阻率－頻率斷面圖Fig.2 Apparent resistivity－frequency section of Maqu－Beichuan magnetotelluric profile（TE mode）.

圖3 瑪曲－北川MT剖面TE極化模式阻抗相位－頻率斷面圖Fig.3 Impedance phase－frequency section of Maqu－Beichuan magnetotelluric profile（TE mode）.

圖4 瑪曲－北川MT剖面TE和TM模式聯(lián)合二維反演電阻率斷面圖Fig.4 2－D inversion resistivity section of Maqu－Beichuan magnetotelluric profile（TE＆TM mode）.

3.2 地殼層圈結(jié)構(gòu)特征

殼內(nèi)低阻層呈條帶狀縱貫剖面圖中上部，厚約2.5～5km。南秦嶺隆起帶埋深達(dá)48km左右，斜坡狀。川西盆地呈坳陷狀，中部深約40km，邊部淺約20km。摩天嶺、龍門山一帶又呈隆起狀，凸起高處為11km左右。四川盆地處于斜坡，埋深20km以下。殼內(nèi)低阻層局部呈高導(dǎo)狀態(tài)，本剖面上埋深11～36km之間，與中國區(qū)域殼內(nèi)高導(dǎo)的一般埋深15～30km接近。殼內(nèi)低阻層的高導(dǎo)性一般認(rèn)為與殼內(nèi)主導(dǎo)的滑覆拆離、高地?zé)帷r石相態(tài)有關(guān)，而成為上地殼與下地殼之間的界面。由此推測(cè)揚(yáng)子地塊的上地殼相對(duì)較薄，其穩(wěn)定性略次。殼內(nèi)低阻層由于其高地?zé)岬奶匦杂腥苏J(rèn)為與居里面有關(guān)。

圖5 地質(zhì)解釋地殼結(jié)構(gòu)剖面圖Fig.5 Structure features of layer circles in the crust under the profile line.

上地殼位于殼內(nèi)低阻層之上，分上、下兩部分。上部沉積蓋層（Z、Pz、T）對(duì)應(yīng)高阻主體，包括整個(gè)中、古生界，底界起伏形態(tài)大致與殼內(nèi)低阻層相近。厚度上以川西草原最厚，四川盆地與南秦嶺次之，中、古生界地層齊全，厚13～17km，龍門山最薄，約3～4km，僅有震旦系與下古生界地層。下部結(jié)晶基底（AnZ）以元古界變質(zhì)巖、巖漿巖組成結(jié)晶基底，其厚度制約了上地殼的穩(wěn)定性。揚(yáng)子地塊基底相對(duì)較薄，其中川西草原較厚，約16km，構(gòu)成若爾蓋地塊；而摩天嶺、龍門山一帶僅6～9km。顯然前者的穩(wěn)定性較后者為強(qiáng)。沉積蓋層的構(gòu)造烈度前者較后者為次，反映川西草原所在若爾蓋地塊為次級(jí)穩(wěn)定的地塊特征，成為川西盆地穩(wěn)定的基地，蓋層厚大，構(gòu)造相對(duì)舒展平緩，較其南北兩側(cè)單元簡(jiǎn)單。

蓋層的主要斷裂大部分深延至基底頂面滑脫層，歸結(jié)到由北秦嶺向龍門山方向推移的巨型推覆構(gòu)造。南秦嶺以F1為第二列推覆體；川西草地與摩天嶺以F2為第二列推覆體；摩天嶺地區(qū)又以F3為反沖推覆；龍門山斷裂帶以F4為巨型推覆體的前鋒帶。

下地殼為殼內(nèi)低阻層之下的過渡電性層，厚度20km左右，較穩(wěn)定?，F(xiàn)代大地構(gòu)造學(xué)認(rèn)為其巖性為高壓狀態(tài)下的酸性巖到中性巖之間的巖石，界于類麻粒巖與閃巖。

上地幔厚約40～60km。深部100km以下有幔內(nèi)高導(dǎo)出現(xiàn)的跡象。

下地殼與上地幔之間的莫霍面在該剖面上的起伏形態(tài)呈二隆一坳：華北地塊邊緣南秦嶺處于幔坡（其北主體可能為幔坳），深度＞58km；川西草原處于幔坳之上，深度為51～51km；龍門山一帶為幔隆，深度為35km?？梢娔裘娴穆∑鹋c上地殼結(jié)晶基底的消減、沉積作用的減弱、構(gòu)造烈度的增強(qiáng)密切相關(guān)。

4 結(jié)語

川西北區(qū)域性MT剖面經(jīng)反演揭示的電性結(jié)構(gòu)十分清楚。垂直方向上分離出高、低、高為特征的電性層，顯示了層圈結(jié)構(gòu)的上地殼、下地殼與上地幔，以及其間的巨型推覆構(gòu)造、殼內(nèi)底阻層、莫霍面的分布與特征。橫向上展示了華北地塊南緣及揚(yáng)子地塊各次級(jí)構(gòu)造區(qū)塊的層圈埋深、厚度、隆坳形態(tài)及其與地塊的穩(wěn)定性之間的聯(lián)系。為揭示川西北的地殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初探，也顯示出MT資料在大地構(gòu)造學(xué)探測(cè)方面的有效性。

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Maqu－Beichuan MT Profiling and Preliminary Investigation of Crustal Structure in Northwest Sichuan，China

HUAN Rui1，LI Ai－yong2，ZHU Chun－sheng2，YANG Sheng3
（1.Oilfiled Exploration and Development DEPT.Beijing 100728，China；2.Team814，East China Bureau of Noneferometal Geological Exploration，Nanking 212005，China；3.China Nonferrous Metals Resource Geological Survey，Beijing 100012，China）

P313.23

A

1000－0844（2010）04－0334－05

2009－05－11

黃 銳（1964－），男（漢族），四川綿陽人，高級(jí)工程師，主要從事地質(zhì)物探工作.