扇形邊界條件下的龍門山殼幔電性結(jié)構(gòu)特征

王緒本，羅 威，張 剛，蔡學(xué)林，3，覃慶炎，羅皓中

1 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都 610059

2 成都理工大學(xué)“地球探測(cè)與信息技術(shù)”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059

3 成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059

4 中國(guó)煤炭科工集團(tuán)西安研究院，西安 710077

1 引 言

揚(yáng)子地塊西緣屬古特提斯的重要組成部分，同時(shí)又處在特提斯構(gòu)造域與古亞洲構(gòu)造域的重要分界帶，歷經(jīng)特提斯演化、陸內(nèi)造山等過程，地質(zhì)構(gòu)造非常復(fù)雜.龍門山造山帶位于松潘—甘孜地塊與揚(yáng)子地塊的碰撞銜接處，北東與秦嶺褶皺系相連，南西與康滇南北構(gòu)造帶相接，它既是青藏高原的東界，又是中國(guó)大陸地殼中著名的造山帶和地震帶，歷來為中外地質(zhì)學(xué)家所注目［1－5］.目前對(duì)龍門山地區(qū)淺部逆沖推覆構(gòu)造及其深部結(jié)構(gòu)從地質(zhì)、地震和重磁等方面進(jìn)行了較詳細(xì)的研究與探索，但對(duì)龍門山及鄰區(qū)的深部殼幔電性結(jié)構(gòu)和上揚(yáng)子地塊西部邊界的研究不多.在龍門山及鄰區(qū)已開展的寬頻大地電磁測(cè)深（MT）工作已經(jīng)取得了一些重要的成果［6－15］，但由于MT儀器（V8或MT－24NS）采集的信號(hào)頻帶（320～1／2000Hz）有限，對(duì)該地區(qū)殼幔電性結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)不足.長(zhǎng)周期大地電磁測(cè)深法（LMT）是基于大地電磁理論，儀器（LEMI－417）采用具有良好低頻特性（10～30000s）的磁通門磁力儀，是對(duì)MT在低頻段的擴(kuò)展，但因其無法采集高頻信號(hào)，一般將兩套儀器配合使用［16］.為了獲得深達(dá)上地幔的信息，根據(jù)剖面長(zhǎng)度和探測(cè)深度的關(guān)系［17］，LMT剖面長(zhǎng)度一般要設(shè)置長(zhǎng)達(dá)數(shù)百至上千公里，此時(shí)測(cè)線在空間上是一條明顯彎曲的弧線，在二維大地電磁數(shù)值模擬方法中，直角坐標(biāo)系下的模擬已經(jīng)相當(dāng)成熟［18－21］，但對(duì)非直角坐標(biāo)系還尚未有相關(guān)研究.

在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目揚(yáng)子地臺(tái)西緣深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)與油氣賦存背景研究項(xiàng)目資助下，本課題組完成了甘肅碌曲—四川龍門山—重慶合川的長(zhǎng)周期大地電磁測(cè)深剖面，重點(diǎn)分析龍門山逆沖構(gòu)造帶下腹結(jié)構(gòu)特征及其與兩翼的四川盆地和松潘—甘孜地塊的關(guān)系，以揭示龍門山地殼與上地幔深部電性結(jié)構(gòu)特征和構(gòu)造動(dòng)力學(xué)特征，為龍門山逆沖推覆構(gòu)造深部根源的認(rèn)識(shí)和揚(yáng)子地臺(tái)西緣邊界的認(rèn)識(shí)提供新的依據(jù).

2 數(shù)據(jù)采集和分析

長(zhǎng)周期大地電磁剖面所在區(qū)域構(gòu)造背景如圖1所示，測(cè)線北起甘肅碌曲（34°46′N，102°34′E），南東至重慶合川（29°59′N，106°13′E），長(zhǎng)約620km，地質(zhì)構(gòu)造上穿越松潘—甘孜地塊、龍門山構(gòu)造帶，其北端和南段分別進(jìn)入西秦嶺造山帶和川中南凹陷帶.沿剖面共布設(shè)MT測(cè)點(diǎn)86個(gè)，平均測(cè)點(diǎn)距7km，并平均間隔19km布設(shè)了33個(gè)LMT測(cè)點(diǎn)（圖1中的實(shí)心圓點(diǎn)）.

圖1 大地電磁測(cè)深剖面位置圖Fig.1 Location map of the magnetotelluric sounding at Longmenshan

MT和LMT資料采集分別使用加拿大鳳凰（Phoenix）公司V8儀器和烏克蘭科學(xué)院LVIV空間研究中心研制的長(zhǎng)周期大地電磁儀LEMI－417，為使同一測(cè)點(diǎn)獲得的MT數(shù)據(jù)和LMT數(shù)據(jù)具有可比性，以利于后期數(shù)據(jù)拼接處理，LMT和MT測(cè)點(diǎn)設(shè)置在完全重合的位置，在布置測(cè)站時(shí)兩套觀測(cè)系統(tǒng)采用同樣的電極坑和電極，在選點(diǎn)、布站和數(shù)據(jù)采集各環(huán)節(jié)都嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行.為了保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，所有測(cè)點(diǎn)均采用了遠(yuǎn)參考道技術(shù)，每個(gè)MT測(cè)點(diǎn)觀測(cè)時(shí)間不少于20h，LMT不少于10天，兩種儀器數(shù)據(jù)拼接后有效頻率范圍為320Hz～30000s.MT資料采用Phoenix公司SSMT2000和MTeditor軟件進(jìn)行預(yù)處理，LMT資料使用俄羅斯科學(xué)院地球物理所地球電磁中心提供的PRCMTMV 軟件［22－26］進(jìn)行預(yù)處理.

剖面經(jīng)過的各地塊典型測(cè)點(diǎn)MT和LMT視電阻率和阻抗相位曲線如圖2所示，MT曲線在周期接近上千秒時(shí)跳動(dòng)較大、誤差較大，LMT在周期數(shù)十秒之前視電阻率普遍偏低，這些都是儀器自身頻帶響應(yīng)局限，但在100s左右兩者曲線都基本重合.因此對(duì)兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，100s之前采用MT數(shù)據(jù)，100s之后采用LMT數(shù)據(jù)，有效頻率范圍320Hz～30000s.位于西秦嶺造山帶內(nèi)的LMT－2號(hào)測(cè)點(diǎn)和位于松潘—甘孜地塊內(nèi)的LMT－7號(hào)測(cè)點(diǎn)曲線形態(tài)相似，但松潘—甘孜地塊上地殼電阻率更高，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)由淺到深都表現(xiàn)為“低阻－高阻－低阻－高阻－低阻”電性特征；龍門山造山帶內(nèi)的LMT－19號(hào)測(cè)點(diǎn)電阻率整體較高，上地殼高阻層相對(duì)西秦嶺造山帶和松潘甘孜地塊要薄，深部表現(xiàn)為電阻率較高的高阻塊體；四川盆地內(nèi)的LMT－29號(hào)測(cè)點(diǎn)整體電阻率較低，兩種極化模式的曲線在地殼范圍內(nèi)基本重合，淺部的低阻可能是四川盆地沉積巖層的反映.

采用 Groom－Bailey［27］阻抗張量分解法對(duì)拼接后的阻抗計(jì)算表明，絕大多數(shù)測(cè)點(diǎn)受局部畸變影響不嚴(yán)重，得到的主軸方位角基本與測(cè)線垂直，因此將阻抗旋轉(zhuǎn)至測(cè)線方向上.Swift［28］和 Bahr［29］二維偏離度都顯示，除了龍門山構(gòu)造帶及鄰區(qū)的部分測(cè)點(diǎn)二維偏離度相對(duì)稍高，剖面其它位置測(cè)點(diǎn)二維偏離度基本都小于0.3，因此沿剖面的電性結(jié)構(gòu)可以用二維模型進(jìn)行反演.

3 扇形邊界條件下的大地電磁反演

如圖3所示，一方面，測(cè)線長(zhǎng)達(dá)數(shù)百至上千公里時(shí)，測(cè)線的弧形狀態(tài)比較明顯；另一方面，若測(cè)線所在平面與地球截面圓的半徑較小，比如平行于緯線的高緯度地區(qū)，此時(shí)測(cè)線弧形狀態(tài)也較明顯.對(duì)于長(zhǎng)剖面、大深度的長(zhǎng)周期大地電磁測(cè)深，另一個(gè)重要的問題就是場(chǎng)源平面波假設(shè)的正確性，總結(jié)前人研究成果［30－36］可以看到，對(duì)于長(zhǎng)周期大地電磁測(cè)深，場(chǎng)源為平面波的假設(shè)已經(jīng)比較牽強(qiáng).

在球坐標(biāo)系下，假定地下介質(zhì)是二維的，取走向?yàn)棣确较?，將麥克斯韋方程按分量展開，并考慮到?／?θ＝0，得到兩個(gè)獨(dú)立的方程組，此時(shí)場(chǎng)源電磁波可看作反向傳播的柱面波.

將上兩式中的第二、三式帶入第一式，得到Eθ和Hθ應(yīng)滿足的偏微分方程

采用有限單元法［37］作正演，用非線性共軛梯度法［38］（NLCG）進(jìn)行反演，由于 NLCG反演算法對(duì)初始模型依賴較大，因此在二維反演前采用一維自適應(yīng)正則化反演［39］結(jié)果作為初始模型.為觀察扇形邊界模型和矩形邊界模型反演結(jié)果區(qū)別，設(shè)計(jì)一模型如圖4所示，剖面長(zhǎng)1200km，在深度30～60km之間存在一個(gè)1000Ωm高阻層，100～125km之間有兩個(gè)10Ωm左右對(duì)稱的低阻體，背景電阻率100Ωm；其中高阻層長(zhǎng)度為剖面長(zhǎng)度的9／10，兩個(gè)低阻體長(zhǎng)度和中心相對(duì)距離分別為剖面長(zhǎng)度的1／3和1／2；反演深度200km，剖面平行處于北緯60°，迭代次數(shù)同為30次.

反演結(jié)果如圖5所示，相同長(zhǎng)度1200km的矩形邊界模型和扇形邊界模型雖然都反演出了高阻層和兩個(gè)低阻體的結(jié)構(gòu)，但仍存在明顯的差別.TE模式矩形邊界模型反演結(jié)果低阻體呈現(xiàn)中間薄、兩端厚，而扇形邊界模型反演結(jié)果的低阻體厚度基本保持一致，在兩端稍微變尖，TM模式扇形邊界模型的低阻體長(zhǎng)度明顯小于矩形邊界模型.可以看出，雖然矩形邊界模型的反演結(jié)果也能近似的反映地電結(jié)構(gòu)，但是扇形條件反演結(jié)果更加接近地球的球狀模型，其呈現(xiàn)的是一種整體向測(cè)線兩邊拉伸后的虛擬結(jié)果，而采用扇形邊界模型更加直觀、合理，更加接近地球的真實(shí)形態(tài).

根據(jù)不同區(qū)域結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并結(jié)合已有地質(zhì)資料對(duì)所有測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了極化模式識(shí)別，針對(duì)反演模式的選擇，優(yōu)先考慮用TM模式進(jìn)行二維反演，其次是TE＋TM和TE模式［40－42］.采用扇形邊界條件下的NLCG反演算法，從圖6可以看出二維反演模型的理論響應(yīng)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致，因此其獲得的電性結(jié)構(gòu)模型能夠比較真實(shí)的反映殼幔電性分布結(jié)構(gòu)特征.

4 電性結(jié)構(gòu)特征分析

二維反演電性結(jié)構(gòu)剖面（圖7）顯示了研究區(qū)地殼至上地幔頂部的電性結(jié)構(gòu)特征，圖中莫霍面是根據(jù)地震資料的投影［43－44］.剖面橫向上從北西向南東可劃分為西秦嶺造山帶、松潘—甘孜地塊、上揚(yáng)子地塊三個(gè)大的區(qū)塊，其中松潘—甘孜地塊又可分為若爾蓋地塊和松潘構(gòu)造帶，上揚(yáng)子地塊包含了龍門山碰撞構(gòu)造帶、川西前陸坳陷帶和川中隆起帶；縱向分布上，以龍門山為界的兩端表現(xiàn)為多層結(jié)構(gòu)，其北西段電阻率總體為高－低－高－低的4層結(jié)構(gòu)，南東段為低－高－低的3層結(jié)構(gòu)；另外在深部巖石圈表現(xiàn)為明顯的若爾蓋殼幔高阻塊體、松潘殼幔低阻帶、龍門山殼幔高阻塊體和川中殼幔高阻塊體四個(gè)大的單元.下文對(duì)各區(qū)塊電性結(jié)構(gòu)及特征進(jìn)行詳細(xì)描述和分析.

4.1 西秦嶺造山帶電性結(jié)構(gòu)特征

圖4 矩形和扇形邊界模型Fig.4 Rectangular and sector boundary model

剖面瑪多—略陽(yáng)斷裂帶（F3）以北地區(qū)屬于西秦嶺造山帶，以瑪沁—舟曲斷裂帶為界（F2），又可細(xì)分為甘南構(gòu)造帶和迭山構(gòu)造帶兩個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元.該區(qū)段上地殼表現(xiàn)為平均25km厚、電阻率數(shù)千Ωm的高阻體，推測(cè)為三疊紀(jì)淺變質(zhì)沉積巖系；中、下地殼約25～45km存在一個(gè)中間厚、兩邊相對(duì)較薄的殼內(nèi)低阻層，該殼內(nèi)低阻層電阻率約數(shù)十Ωm，與合作－大井大地電磁測(cè)深剖面的探測(cè)結(jié)果比較一致［12］.莫霍面以下的巖石圈為厚約100km的高阻體，電阻率約為數(shù)百Ωm，向南東逐漸變深變厚；上地幔第一高導(dǎo)層頂界面分布在約130～150km以下，向南東逐漸變深，同地震測(cè)深結(jié)果基本一致［45－46］.

4.2 松潘—甘孜地塊電性結(jié)構(gòu)特征

剖面瑪多－略陽(yáng)斷裂帶（F3）以南、茂汶斷裂帶（F8）以北地區(qū)屬松潘—甘孜地塊，以龍日壩斷裂帶（F5）為界又可劃分為若爾蓋地塊和松潘構(gòu)造帶兩個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元.松潘—甘孜地塊上地殼除了較薄地表低阻層外，主要表現(xiàn)為厚度從10～40km變化明顯的高阻體，地質(zhì)上對(duì)應(yīng)為三疊紀(jì)西康群濁積巖系及其基底變質(zhì)巖系，這可能是在青藏高原逆沖作用下產(chǎn)生的強(qiáng)烈褶皺變形.中下地殼存在一個(gè)較厚、電阻率約為幾Ωm的殼內(nèi)低阻層，形狀上表現(xiàn)為中間龍日壩斷裂下方深約50km、向兩端淺至25km左右，該低阻層北端跟西秦嶺造山帶殼內(nèi)低阻層相連，南端逐漸變淺，并消失于龍門山碰撞構(gòu)造帶的中上地殼低阻層，推測(cè)該低阻層可能是含水或構(gòu)造滑脫或局部熔融增溫引起.殼內(nèi)低阻層的發(fā)育為青藏高原東緣龍門山碰撞造山帶的強(qiáng)烈構(gòu)造變形提供了重要的動(dòng)力學(xué)邊界條件之一.在該區(qū)段殼內(nèi)低阻層中間部位下方存在一個(gè)寬約100km深達(dá)上地幔頂部的松潘殼幔低阻帶，其電阻率約為數(shù)十Ωm.松潘殼幔低阻帶北西側(cè)是西厚東薄若爾蓋高阻塊體，該高阻塊體有從青藏高原向南東往深部俯沖的態(tài)勢(shì).

4.3 上揚(yáng)子地塊電性結(jié)構(gòu)特征

茂汶斷裂帶（F8）以東屬上揚(yáng)子地塊，根據(jù)電性結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合地表地質(zhì)構(gòu)造，又可進(jìn)一步劃分為三個(gè)電性結(jié)構(gòu)差異明顯的龍門山碰撞構(gòu)造帶、川西前陸坳陷帶和川中隆起帶.

龍門山碰撞構(gòu)造帶淺部表現(xiàn)為中高阻塊特征，地質(zhì)上對(duì)應(yīng)為一系列產(chǎn)狀低緩從北西向南東依次疊置的鏟狀斷層.在10～20km深處存在一條向深部、向北西延伸較長(zhǎng)的傾斜低阻帶，推測(cè)為茂汶斷裂帶、映秀斷裂帶（F9）及灌縣—江油斷裂帶（F10）構(gòu)成的龍門山逆沖斷裂體系的深部分布狀態(tài).映秀斷裂帶及灌縣—江油斷裂帶在深部有合并趨勢(shì)，深部可能延伸進(jìn)入殼內(nèi)高導(dǎo)層，三條斷裂在龍門山深部整體上形成范圍較寬的低阻滑脫面.初步推斷龍門山碰撞構(gòu)造帶的形成是由于松潘—甘孜地塊通過地殼內(nèi)的低阻高導(dǎo)層相對(duì)于上揚(yáng)子地塊向南東方向運(yùn)動(dòng)，受到堅(jiān)硬上揚(yáng)子地塊的阻擋而產(chǎn)生塑性形變，將應(yīng)力傳遞給脆性的上地殼，因而產(chǎn)生一系列收斂于殼內(nèi)低阻層的斷裂帶，并逆沖推覆于四川盆地之上.龍門山逆沖帶深部巖石圈總體表現(xiàn)為一個(gè)巨厚的龍門山殼幔高阻體，電阻率高達(dá)幾千Ωm，結(jié)合地震和重力資料［47］，該高阻塊體表現(xiàn)出高阻、高密度和高速的“三高”特征，這可能是汶川8.0級(jí)特大地震最基本的深部結(jié)構(gòu)背景之一［48－49］.此外，根據(jù)剖面電性特征推測(cè)在龍門山殼幔高阻塊體和松潘殼幔低阻帶結(jié)合部位可能發(fā)育一條切割莫霍面的松潘殼幔韌性剪切帶，該韌性剪切帶向上消失在殼內(nèi)低阻層中，向下延伸到上地幔高導(dǎo)層中.在龍門山殼幔高阻塊體汶川地震震源位置向下至漢旺正下方也可能存在一條漢旺殼幔韌性剪切帶（F12），推斷它可能是汶川8.0級(jí)地震的震源斷裂（圖7）.

川西前陸坳陷帶、川中隆起帶電性總體表現(xiàn)為低－高－低三元結(jié)構(gòu)，淺部低阻西厚東薄，而巖石圈高阻塊呈現(xiàn)相反的西薄東厚.構(gòu)造帶上部10～15km左右以上基本都表現(xiàn)為幾Ωm的低阻，推測(cè)為顯生宙沉積層；盆地基底及以下的川中巨厚高阻塊體深至140km左右，從四川盆地向龍門山逐漸變窄，和龍門山高阻塊體相接，推測(cè)其中發(fā)育了合川殼幔韌性剪切帶（F13）和龍泉山殼幔韌性剪切帶（F14）.該區(qū)段上地幔第一高導(dǎo)層頂部埋深在約150km以下.

5 龍門山高阻楔形構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)及逆沖推覆深部根源分析

在龍門山碰撞構(gòu)造帶上地殼向北西傾斜的主滑脫拆離帶以下，松潘殼慢韌性剪切帶以上，存在一高阻楔形體，該楔狀體尖端指向青藏高原東緣，由南東向北西逐漸變窄變尖，消失在松潘甘孜地塊的殼內(nèi)低阻層和松潘殼幔低阻帶結(jié)合部位，形如楔入青藏高原東緣的“楔頭”，這和根據(jù)地質(zhì)和地震資料提出在龍門山碰撞構(gòu)造帶巖石圈存在楔狀構(gòu)造或鱷魚狀構(gòu)造［49－52］的認(rèn)識(shí)比較一致.不僅龍門山碰撞造山帶發(fā)育較典型的巖石圈楔狀構(gòu)造，研究表明國(guó)外陸內(nèi)碰撞造山帶中多存在巖石圈楔狀構(gòu)造，楔狀構(gòu)造是陸內(nèi)碰撞造山帶巖石圈構(gòu)造的基本型式［53］.

剖面電性結(jié)構(gòu)顯示川中殼幔高阻塊體和龍門山殼幔高阻塊體的電阻率存在差異，但整體上看兩者同屬于上揚(yáng)子地塊，龍門山高阻楔形體是龍門山殼幔高阻塊體北西向的延伸，屬上揚(yáng)子地塊剛性基底的一部分.新生代以來，澳大利亞板塊和印度板塊由南向北向歐亞大陸板塊俯沖—碰撞—楔入與太平洋板塊和菲律賓海板塊由東向西向歐亞大陸板塊俯沖—碰撞—楔入動(dòng)力學(xué)作用是亞洲大陸中南部巖石圈最基本的地球動(dòng)力學(xué)態(tài)勢(shì)［48］，另根據(jù)地殼表層地質(zhì)構(gòu)造研究與GPS同震位移數(shù)據(jù)分析［54］，松潘—甘孜地塊與上揚(yáng)子地塊存在相向運(yùn)動(dòng)，形成地殼水平強(qiáng)烈縮短［48－49，55］.在 上 述 動(dòng) 力 學(xué) 與 運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 的 背 景下，結(jié)合剖面電性結(jié)構(gòu)，推測(cè)在上揚(yáng)子地塊西緣向青藏高原東緣龍門山造山帶巖石圈碰撞—楔入過程中，相應(yīng)引起青藏高原東緣地殼表層巖塊和物質(zhì)沿殼內(nèi)低速低阻高導(dǎo)層向龍門山造山帶仰沖推覆，與此同時(shí)，發(fā)生高原東部地殼中下部及上地幔頂部向龍門山造山帶和上揚(yáng)子地塊西緣巖石圈深部俯沖，引起龍門山碰撞造山帶巖石圈內(nèi)部切割莫霍界面的松潘殼幔韌性剪切帶向中上地殼擴(kuò)展，形成了龍門山巖石圈楔狀構(gòu)造.

6 上揚(yáng)子地塊西緣邊界認(rèn)識(shí)

根據(jù)地表地質(zhì)構(gòu)造和地震資料解析顯示，龍門山構(gòu)造帶及鄰區(qū)巖石圈存在既有顯著區(qū)別又有密切聯(lián)系的兩套斷裂帶系統(tǒng)：一是以地殼表層脆性剪切帶為主的淺層斷裂系統(tǒng)，另一是以切割莫霍界面或殼幔過渡帶的韌性剪切帶為主的殼幔韌性剪切帶［53］或巖石圈韌性剪切帶［56］系統(tǒng).其中淺層斷裂系統(tǒng)通常作為二級(jí)構(gòu)造帶的邊界標(biāo)志，殼幔韌性剪切帶則是巖石圈構(gòu)造單元邊界的標(biāo)志［53］.根據(jù)地表地質(zhì)構(gòu)造，一般將茂汶斷裂帶作為上揚(yáng)子地塊西緣的邊界［57］，但對(duì)上揚(yáng)子地塊西緣深部邊界探討較少.

茂汶斷裂以西淺部表現(xiàn)為高阻，中下地殼存在殼內(nèi)低阻層，而茂汶斷裂以東淺部為低阻，無殼內(nèi)低阻層，因此從電性結(jié)構(gòu)上看以茂汶斷裂帶作為上揚(yáng)子地塊西緣淺部的邊界是合理的.通過前面對(duì)松潘殼幔低阻帶和龍門山殼幔高阻塊體形狀特征的描述，推測(cè)在兩者接觸部位存在一個(gè)松潘殼幔韌性剪切帶，該韌性剪切帶北西向?yàn)樗膳藲め５妥鑾?，而南東為龍門山高阻殼幔高阻塊體，電阻率差異明顯.其他多條大地電磁測(cè)深結(jié)果［7－10］也表明上揚(yáng)子地塊西緣與松潘—甘孜地塊結(jié)合帶的殼幔電性結(jié)構(gòu)存在明顯差異.同時(shí)根據(jù)對(duì)龍門山地震測(cè)深資料的總結(jié)［49－50］，龍門山碰撞構(gòu)造帶東西兩側(cè)地殼速度結(jié)構(gòu)與地幔結(jié)構(gòu)有很大的差異，以東為上揚(yáng)子克拉通型地殼，以西為增厚型地殼.因此根據(jù)本文剖面電性結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合其他地球物理特征及地質(zhì)資料，初步認(rèn)為上揚(yáng)子地塊西緣地表以茂汶斷裂帶為界，巖石圈深部以松潘殼幔韌性剪切帶作為中新生代以來的邊界，以東巖石圈為上揚(yáng)子克拉通型巖石圈，以西的巖石圈為青藏高原增厚型巖石圈.

7 結(jié) 論

7.1 首次采用扇形邊界條件下的大地電磁反演方法建立起龍門山及鄰區(qū)二維殼幔電性結(jié)構(gòu)模型，自北西向南東劃分了若爾蓋殼幔高阻塊體、松潘殼幔低阻帶、龍門山殼幔高阻塊體和川中殼幔高阻塊體四個(gè)深部電性單元.

7.2 龍門山逆沖推覆構(gòu)造帶下方是巨厚的高阻、高速、高密度的龍門山殼幔高阻塊體，并向北西延伸出一個(gè)高阻楔形結(jié)構(gòu).結(jié)合地表地質(zhì)和地球物理特征，初步確定了上揚(yáng)子地塊西緣邊界即地表以茂汶斷裂帶為界，深部以松潘殼幔韌性剪切帶作為中新生代以來的邊界.

7.3 推斷龍門山及松潘—甘孜地塊由于受到來自東南方向巨厚剛性的上揚(yáng)子地塊和西部青藏板塊的雙向擠壓，松潘—甘孜地塊中上地殼向東上揚(yáng)子地塊西緣逆沖推覆，在上地殼表現(xiàn)為薄皮逆沖推覆構(gòu)造，主滑脫面消失在殼內(nèi)低阻層，中下地殼及上地幔頂部有向東向深部俯沖的態(tài)勢(shì)，使得上揚(yáng)子地塊形成一個(gè)殼幔高阻楔形體插入青藏高原東緣.龍門山殼幔高阻楔形體的發(fā)現(xiàn)和揚(yáng)子地塊西緣邊界的進(jìn)一步研究對(duì)龍門山的深部結(jié)構(gòu)研究、油氣資源遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)及地震等災(zāi)害預(yù)測(cè)都有重要的意義.

（References）

［1］朱介壽，蔡學(xué)林，曹家敏等.中國(guó)華南及東海地區(qū)巖石圈三維結(jié)構(gòu)及演化.北京：地質(zhì)出版社，2005.Zhu J S，Cai X L，Cao J M，et al.The three－dimensional structure of lithosphere and its evolution in south china and east china sea.Beijing：Geological Publishing House，2005.

［2］唐方頭，鄧志輝，梁小華等.龍門山中段后山斷裂帶晚第四紀(jì)運(yùn)動(dòng)特征.地球物理學(xué)進(jìn)展，2008，23（3）：710－716.Tang F T，Deng Z H，Liang X H，et al.Late Quaternary kinematic characteristic of the back range faults at the Middle Longmenshan fault zone. Progress in Geophysics （in Chinese），2008，23（3）：710－716.

［3］張國(guó)偉，郭安林，姚平安.中國(guó)大陸構(gòu)造中的西秦嶺—松潘大陸構(gòu)造結(jié).地學(xué)前緣，2004，11（3）：23－32.Zhang G W，Guo A L，Yao P A.Western Qinling－Songpan continental tectonic node in Chinese continental tectonic.Earth Science Frontiers （in Chinese），2004，11（3）：23－32.

［4］王謙身，滕吉文，張永謙等.龍門山斷裂系及鄰區(qū)地殼重力均衡效應(yīng)與汶川地震.地球物理學(xué)進(jìn)展，2008，23（6）：1664－1670.Wang Q S，Teng J W，Zhang Y Q，et al.The effect of crustal gravity isostasy and Wenchuan earthquake in Longmenshan faults and adjacent area.Progress in Geophysics （in Chinese），2008，23（6）：1664－1670.

［5］戴黎明，李三忠，陶春輝等.印度板塊擠壓驅(qū)動(dòng)龍門山斷裂帶活動(dòng)的三維數(shù)值模型.地球物理學(xué)進(jìn)展，2011，26（1）：41－51.Dai L M，Li S Z，Tao C H，et al.Three－dimensional numberical modeling of activity of the Longmenshan fault zone driven by the India Plate.Progress in Geophysics （in Chinese），2011，26（1）：41－51.

［6］趙國(guó)澤，陳小斌，王立鳳，等.青藏高原東邊緣地殼“管流”層的電磁探測(cè)證據(jù).科學(xué)通報(bào)，2008，53（3）：345－350.Zhao G Z，Chen X B，Wang L F，et al.Evidence of crustal‘channel flow’in eastern margin of Tibet plateau from MT measurements.Chinese Science Bulletin.（in Chinese），2008，53（3）：345－350.

［7］李立，金國(guó)元.攀西裂谷帶及龍門山斷裂帶地殼上地幔的大地電磁測(cè)深研究，物探與化探.1987，11（3）：161－169.Li L，Jin G Y.magnetotelluric sounding study of crust and upper mantle in the Panxi‘Rift Zone’and the Longmenshan fault zone.Geophysical ＆ Geochemical Exploration.（in Chinese），1987，11（3）：161－169.

［8］王緒本，朱迎堂，趙錫奎，等.青藏高原東緣龍門山逆沖構(gòu)造深部電性結(jié)構(gòu)特征.地球物理學(xué)報(bào)，2009，52（2）：564－571.Wang X B，Zhu Y T，Zhao X K，et al.characteristics of the Longmenshan， Eastern Qinghai－Tibet Plateau. Chinese Journal of Geophysics.（in Chinese），2009，52（2）：564－571.

［9］王緒本，余年，朱迎棠，等.龍門山逆沖構(gòu)造帶大地電磁測(cè)深初步成果.成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，33（4）：398－403.Wang X B，Yu N，Zhu Y T，et al.Preliminary result of magnetotelluric sounding in the Longmen thrust belt of West Sichuan，China.Journal of Chengdu University of Technology（Science＆Technology Edition）.（in Chinese），2008，35（4）：398－403.

［10］孫潔，晉光文，白登海，等.青藏高原東緣地殼上地幔電性結(jié)構(gòu)探測(cè)及其構(gòu)造意義.中國(guó)科學(xué)，D輯，2003，33（增刊）：173－180.Sun J，Jin G W，Bai D H，et al.Sounding of electrical structure of the crust and upper mantle along the eastern border of Qinghai－Tibet Plateau and its tectonic significance.Science in China （Ser.D）.（in Chinese），2003，33（Supp.）：173－180.

［11］湯吉，詹艷，趙國(guó)澤，等.青藏高原東北部瑪沁—蘭州—靖邊剖面地殼上地幔電性結(jié)構(gòu)研究.地球物理學(xué)報(bào)，2005，48（5）：1206－1216.Tang J，Zhan Y，Zhao G Z，et al.Electrical conductivity structure of the crust and upper mantle in the northeastern margin of the Qinghai－Tibet plateau along the profile Maqên－Lanzhou－Jingbian.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2005，48（5）：1206－1216.

［12］金勝，張樂天，金永吉，等.青藏高原東北緣合作—大井剖面地殼電性結(jié)構(gòu)研究.地球物理學(xué)報(bào)，2012，55（12）：3979－3990.Jin S，Zhang L T，Jing Y J，et al.Crustal electrical structure along the Hezuo－Dajing profile across the Northeastern Margin of the Tibetan Plateau.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（12）：3979－3990.

［13］詹艷，趙國(guó)澤，王繼軍等.青藏高原東北緣海原弧形構(gòu)造區(qū)地殼電性結(jié)構(gòu)探測(cè)研究.地震學(xué)報(bào)，2005，27（4）：431－440.Zhan Y，Zhao G Z，Wang J J，et al.Crustal electric structure of haiyuan arcuate tectonic region in the northea stern margin of qinghai－xizang plateau，china.Acta Seismologica Sinica.（in Chinese），2005，27（4）：431－440.

［14］馬曉冰，孔祥儒，劉宏兵，等.青藏高原東北部地區(qū)地殼電性結(jié)構(gòu)特造.地球物理學(xué)報(bào)，2005，48（3）：689－697.Ma X B，Kong X R，Liu H B，et al.The electrical structure of northeastern Qinghai＿Tibet Plateau.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2005，48（3）：689－697.

［15］萬戰(zhàn)生，趙國(guó)澤，湯吉，等.青藏高原東邊緣冕寧—宜賓剖面電性結(jié)構(gòu)及其構(gòu)造意義，地球物理學(xué)報(bào)，2010，53（3）：585－594.Wan Z S，Zhao G Z，Tang J，et al.The electrical structure of the crust along Mianning－Yibin profile in the eastern edge of Tibetan plateau and its tectonic implications.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2010，53（3）：585－594.

［16］魏文博，金勝，葉高峰，等.大陸巖石圈導(dǎo)電性的研究方法.地學(xué)前緣，2003，10（1）：15－23.Wei W B，Jin S，Ye G F，et al.The research methods about the conductivity of continental lithosphere.Earth Science Frontiers.（in Chinese），2003，10（1）：15－23.

［17］楊靜，陳小斌.剖面長(zhǎng)度對(duì)大地電磁二維TM模式反演的影響.地震地質(zhì)，2010，32（3）：372－381..Yang J，Chen X B.Effect of profile length on the twodimensional MT inversion of TM mode.Seismology and Geology.（in Chinese），2010，32（3）：372－381.

［18］William L，Rodi.A technique for improving theaccuracy of finite element solution for magnetotelluric data.Geopphysics，1976，50（7）：483－506.

［19］Philip E.Wannamaker，John A.Stodt，and Luis Rijo.Twodimensional topographic responses in magnetotellurics modeled using finite elements.Geophysics，1986，51（11）：2131－2144.

［20］史明娟，徐世浙，劉斌.大地電磁二次函數(shù)插值的有限元法.地球物理學(xué)報(bào)，1997，40（3）：421－429.Shi M J，XU S Z，LIU B.Finite element method using quadratic element in MT forward modeling.Chinese J.Geophys.（in Chinese），1997，40（3）：421－430.

［21］陳小斌，張翔，胡文寶.有限元直接迭代算法在MT二維正演計(jì)算中的應(yīng)用.石油地球物理勘探，2000，35（4）：487－496..Chen X B，Zhang X，Hu W B.2000.Application of finiteelement direct iteration algorithm to MT 2－D forward computation.Oil Geophysical Prospecting.（in Chinese），2000，35（4）：487－496.

［22］Varentsov Iv M，Sokolova E Yu，Nalivaiko K V.System of EM field transfer operators for the BEAR array of simultaneous soundings：Methods and results.Physics of the Solid Earth，2003，39（2）：118－148.

［23］M Yu，Smirnov.Magnetotelluric data processing with a robust statistical procedure having a high breakdown point.Geophys.J.Int.，2003，152：1－7.

［24］Larsen，Jimmy C.Transfer function：smooth robust estimates by least－squares and remote reference methods.Geophys.J.Int.，1989，99：645－663.

［25］Sokolova E Yu，Varentsov Iv M.EMTESZ－Pomerania WG，RRMC technique fights highly coherent EM noise in Pomerania In：21Kolloquim EM Teifenforschung（Digitaliesiertes Protokoll），Wohldenberg，Germany，2005，124－136.

［26］Smirnov M，Varentsov Iv M.Magnetotelluric data processing from theory to practice，17th EMIW India presented，2004.

［27］Croom R W，Bailey R C.Decomposition of magnetotelluric impedance tensors in the presence of Local three－Dimensional galvanic distortion.Journal of Geophysical Research，1989，94（B2）：1913－1925.

［28］Swift C M.A magnetotelluric investigation of an electrical conductivity anomaly in the southwestern United State［Ph.D.thesis］.Cambridge：Massachusetts Institute of Technology，1967.

［29］Bahr K.Geological noise in magnetotelluric data：a classification of distortion types.Physics of the Earth and Planetary Interiors.，1991，66（1）：24－38.

［30］Coggon J H.Electromagnetic and electrical modeling by the finite element method.Geophysics，1971，36（1）：132－155.

［31］Cagniard.Basic theory of the magnetotelluric method of geophysical prospecting.Geophysics，1953，18（5）：605－635.

［32］Wait J R.On the relation between telluric currents and the Earth′s magnetic field.Geophysics，1954，19（9）：281－289.

［33］Price A T.The theory of magnetotelluric field when the source field is considered.J Geophys Res，1962，67（3）：1907－1918.

［34］Srivastava S P.Methods of interpretation of magnetotelluric data when the source field is considered.J Geophys Res，1965，70（4）：945－954.

［35］Madden T，Nelson P.A defence of Cagniard’s magnetotelluric method.Geophysics，1964，43（5）：89－95.

［36］高文.大地電磁感應(yīng)的場(chǎng)源效應(yīng).地球物理學(xué)報(bào)，1991，34（2）：210－215.Gao W.Line source effects on magnetotelluric responses.Chinese J.Geophys.（in Chinese），1991，34（2）：210－215.

［37］徐世浙.地球物理中的有限單元法.北京：科學(xué)出版社，1994.Xu S Z.FEM in Geophysics.Science Press，Beijing（in Chinese）.BeiJing：Science Press，1994.

［38］William Rodi，Mackie R L.Nonlinear conjugate gradients algorithm for 2＿D magnetotelluric inversion.Geophysics，2001，66（1）：174－187.

［39］陳小斌，趙國(guó)澤，湯吉，等.大地電磁自適應(yīng)正則化反演算法.地球物理學(xué)報(bào)，2005，48（4）：937－946.Chen X B，Zhao G Z，Tang J，et al.An adaptive e regularized inversion algorithm for magnetotelluric data.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2005，48（4）：937－946.

［40］Wannamaker P E，Hohmann G W，Ward S H.Magnetotelluric responses of three－dimensional bodies in layered earths.Geophysics，1984，49（9）：1517－1533.

［41］Wannamaker PE，Booker J R，Jones AG，et al.Resistivity cross section through the Juan de Fuca sub duction system and its tectonic implications.Journal of Geophysical Research，1989，94（B10）：14127－14144.

［42］蔡軍濤，陳小斌.大地電磁資料精細(xì)處理和二維反演解釋技術(shù)研究（二）－反演數(shù)據(jù)極化模式選擇.地球物理學(xué)報(bào)，2010，53（11）：2703－2714.Cai J T，Chen X B.Refined techniques for data processing and 2－D inversion in magnetotelluric（2）－inversion polarization mode selection.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2010，53（11）：2703－2714.

［43］曹家敏，朱介壽，蔡學(xué)林.中國(guó)大陸地殼三維速度結(jié)構(gòu).成都：成都理工大學(xué)檔案館，2007：114－188 .Cao J M，Zhu J S，Cai X L，3－D velocity structure of China continental crust.ChengDu：Chengdu university of technology archives.（in Chinese），2007：114－188.

［44］朱介壽.青藏高原東緣地殼流及其動(dòng)力作用.中國(guó)地球物理年會(huì)，安徽：中國(guó)科技大學(xué)出版社，2012，742.Zhu J S.Crustal flow in eastern margin of Tibet－Qinghai Plateau and Its dynamics（in Chinese）.Journal of the Chinese Geophysical Society，AnHui：China science and technology university press，2012，742.

［45］朱介壽.歐亞大陸及邊緣海巖石圈的結(jié)構(gòu)特性.地學(xué)前緣，2007 ，14（3）：1－20.Zhu J S.The structural characteristics of lithosphere in the continent of Eurasia and its marginal seas.Earth Science Frontiers.（in Chinese），2007，14（3）：21－38.

［46］蔡學(xué)林，朱介壽，曹家敏，等.東亞西太平洋巖石圈三維結(jié)構(gòu)及其地幔動(dòng)力學(xué).地學(xué)前緣，2007，14（3）：21－38.Cai X L，Zhu J S，Cao J M，et al.Three－dimensional tectonics of lithosphere and mantle dynamics of East Asia－West Pacific.Earth Science Frontiers.（in Chinese），2007，14（3）：21－38.

［47］樓海，王椿锨，呂智勇，等.2008年汶川Ms8.0級(jí)地震的深部構(gòu)造環(huán)境遠(yuǎn)震P波接收函數(shù)和布格重力異常的聯(lián)合解釋.中國(guó)科學(xué)（D輯），2008，38（10）：1207－1220.Lou H，Wang C Y，Lv Z Y，et al.The deep structural environment of the 2008 MS8.0Wenchuan earthquake：A joint interpretation of teleseismic P－wave receiver function and Bouguer gravity anomaly.Science in China （Series.D）.（in Chinese），2008，38（10）：1207－1220.

［48］蔡學(xué)林，王緒本，朱介壽，等.汶川8.0級(jí)特大地震震源斷裂特征及其動(dòng)力學(xué)分析.中國(guó)地質(zhì)，2010，37（4）：952－966.Cai X L，Wang X B，Zhu J S，et al.Characteristics and geodynamic analysis of the focal fault for the Great 8.0 MsWenchuan Earthquake.Geology in China.（in Chinese），2010，37（4）：952－966.

［49］蔡學(xué)林，曹家敏，朱介壽，等.龍門山巖石圈地殼三維結(jié)構(gòu)及汶川大地震成因淺析.成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，35（4）：357－365.Cai X L，Cao J M，Zhu J S，et al.A preliminary study on the 3－D curst structure for the Longmenshan lithosphere and the genesis of the huge Wenchuan earthquake，Sichuan，China.Journal of Chengdu University of Technology （Science ＆Technology Edition）.（in Chinese），2008，35（4）：357－365.

［50］蔡學(xué)林，朱介壽，曹家敏.中國(guó)及鄰近陸海地區(qū)軟流圈三維結(jié)構(gòu)及其與巖石圈的相互作用.中國(guó)地質(zhì)，2006，33（4）：804－815.Cai X L，Zhu J S，Cao J M.The 3－D structure of China and adjacent sea and area flow ring and the interaction with the lithosphere.Geology in China.（in Chinese），2006，33（4）：804－815.

［51］蔡學(xué)林，魏顯貴，劉援朝，等.論楔入造山作用—以龍門山造山帶為例.四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，1996，16（2）：97－102.Cai X L，Wei X G，Liu Y C，et al.Theory of wedge orogeny taking the Longmenshan as example.Acta Geologica Sichuan.（in Chinese），1996，16（2）：97－102.

［52］許志琴，楊經(jīng)綏，姜枚，等.大陸俯沖作用及青藏高原周緣造山帶的崛起.地學(xué)前緣，1999，6（3）：139－151.Xu Z Q，Yang J S，Jiang M，et al.Continental subduction and the rise of Qinghai－Tibet plateau peripheral orogenic belt.Earth Science Frontiers.（in Chinese），1999，6（3）：139－151.

［53］蔡學(xué)林，曹家敏，朱介壽，等.中國(guó)大陸巖石圈殼慢韌性剪切帶系統(tǒng).地學(xué)前緣，2008，15（3）：36－54.Cai X L，Cao J M，Zhu J S，et al.System of crust－mantle ductile shear zone in the continental lithosphere in China.Earth Science Frontiers.（in Chinese），2008，15（3）：36－54.

［54］國(guó)家重大科學(xué)工程《中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)》項(xiàng)目組.GPS測(cè)定的2008午汶川MS8.0地震的同震位移.中國(guó)科學(xué)（D輯），2008，38（10）：1195－1206.The Group of National Important Project on the science CrustaL Movement observation Network of China.The Coseismic displacement setting of the Wenchuan Ms8.0Earthquake produced by GPS measurement，2008.Science in China （Series.D）.（in Chinese），2008，38（10）：1195－1206.

［55］劉樹根，田小彬，李智武，等.龍門山中段構(gòu)造特征與汶川地震.成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，35（4）：388－397.Liu S G，Tian X B，Li Z W，et al.Structural features of the central Longmen Mountairvs and the Wenchuan earthquake in Sichuan，China.Journal of Chengdu University of Technology（Science＆Technology Edition）.（in Chinese），2008，35（4）：388－397.

［56］Downes H.Shear zone in the upper mantle－relation between geochemical enrichment and deformation in mantle peridotions.Geology，1990，18：374－377.

［57］四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局.四川省區(qū)域地質(zhì)志.北京：地質(zhì)出版社，1991.Bureau of geology and mineral resources in Sichuan.Volunteer regional geology of Sichuan province（in China）.Beijing：Geological Publishing House，1991.