胡國澤,滕吉文*,阮小敏,王謙身,閆亞芬,王平,熊盛青
1 吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,長(zhǎng)春 130026
2 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京 100029
3 中國國土資源航空物探遙感中心,北京 100083
本文的研究區(qū)位于我國中部地區(qū)的陜西、四川、重慶地帶,在構(gòu)造上北起南鄂爾多斯盆地,向南經(jīng)過渭河盆地、秦嶺—大巴造山帶,抵達(dá)四川盆地東北緣.由于該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,構(gòu)造單元較多,且具有豐富的金屬、非金屬礦產(chǎn)資源和油、氣、煤等能源,故廣為地球物理學(xué)界所關(guān)注.
鄂爾多斯盆地北接陰山造山帶,南鄰祁連—秦嶺構(gòu)造帶,西起賀蘭山西緣斷裂帶,東止離石斷裂帶.自顯生宙以來,發(fā)育了不同時(shí)期的沉積建造,并經(jīng)歷了加里東期、印支期、燕山期、喜馬拉雅期的構(gòu)造發(fā)展過程,形成了極為復(fù)雜的構(gòu)造形態(tài),且為我國極為重要的油、氣、煤能源和金屬礦產(chǎn)資源的聚集地域,儲(chǔ)量十分豐富(滕吉文等,2008,2009a,2010;張永謙等,2011;李振宏和胡健民,2010;江為為等,2000).因此界定該盆地的沉積建造和結(jié)晶基底,無論是對(duì)研究盆地的形成與演化,還是對(duì)研究資源與能源的形成、運(yùn)移、儲(chǔ)存和分布等都具有極為重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值.
渭河盆地的形成始于始新世,到上新世時(shí)期渭河斷陷帶已形成,由于受到秦嶺造山帶、北山山前斷裂帶等相鄰正斷層傾滑運(yùn)動(dòng)的控制,故斷陷帶演化的過程主要表現(xiàn)為大幅度的沉陷、擴(kuò)張并接受了較厚的沉積,在其內(nèi)部產(chǎn)生了一系列向南傾斜的斷層差異運(yùn)動(dòng),且在新近時(shí)期垂直差異運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈(韓恒悅等,2002;丁祖玉等,2000;馮希杰等,2008).因此,分析這一地區(qū)的深部結(jié)構(gòu)及地質(zhì)構(gòu)造對(duì)研究秦嶺造山帶的形成、演化乃至對(duì)地震活動(dòng)性都具有一定的指導(dǎo)意義.
秦嶺造山帶是橫亙于我國中部著名的復(fù)合型陸內(nèi)造山帶,是于早古生代華北克拉通與揚(yáng)子克拉通相向運(yùn)動(dòng),進(jìn)而擠壓、碰撞所形成,其后又經(jīng)歷了長(zhǎng)期的陸內(nèi)造山作用,故在中國大陸內(nèi)部構(gòu)造格局中占有十分突出的地位.秦嶺造山帶地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜,對(duì)它的研究和探索將有助于研究華北克拉通與揚(yáng)子克拉通兩大塊體的相向運(yùn)動(dòng)軌跡、碰撞作用過程及界帶的構(gòu)造變形(Dong et al.,2011;程順有等,2003;袁學(xué)誠等,1994).同時(shí)秦嶺造山帶又是我國重要的多金屬成礦區(qū)(帶)之一(Zhang et al.,2006;張建新等,2011;張國偉等,1996).因此對(duì)秦嶺造山帶的研究與探索乃是大陸內(nèi)部各塊體之間相互作用與深層動(dòng)力過程的典型地域,具有重要的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)意義.同時(shí)也是揭示和探索深部,特別是第二深度空間(500~2000m)金屬礦產(chǎn)資源與建立戰(zhàn)略后備基地之必須(滕吉文等,2009c).
大巴山構(gòu)造帶位于川陜交界處,是四川盆地與秦嶺造山帶的過渡部位,在構(gòu)造上位于揚(yáng)子地塊北緣.近年來,盆-山耦合關(guān)系已經(jīng)成為大陸動(dòng)力學(xué)研究的熱點(diǎn)和前沿領(lǐng)域之一,由于這一地帶所處構(gòu)造部位的特殊性(它是秦嶺造山帶與四川盆地之間的過渡部位),使之成為研究盆地成因與造山帶耦合的關(guān)鍵地帶.川東北地帶普光和龍崗大氣田的發(fā)現(xiàn),顯示出該地區(qū)油、氣勘查的前景和巨大的潛力(張?jiān)罉虻龋?010;馬永生等,2005;董有浦等,2011).因此研究該區(qū)構(gòu)造形成的深層過程和動(dòng)力機(jī)制及演化歷史,具有十分重要的理論和實(shí)際意義.
四川盆地是一個(gè)海、陸相沉積的雙相盆地,歷經(jīng)了古生代至晚三疊世的克拉通演化階段和晚三疊世以來的前陸盆地發(fā)展階段,盆地在印支期形成了雛形.以后經(jīng)過喜馬拉雅運(yùn)動(dòng),并導(dǎo)致該地帶的區(qū)域褶曲、變形與沉積,多期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使盆地內(nèi)的地層經(jīng)歷了較為復(fù)雜的變形與剝蝕.四川盆地是我國重要的石油和天然氣產(chǎn)地之一,多年來在該盆地進(jìn)行了大量的地質(zhì)調(diào)查和地球物理勘探工作,發(fā)現(xiàn)了大量的石油和天然氣賦存區(qū)域,為國家的建設(shè)和發(fā)展提供了強(qiáng)有力的能源儲(chǔ)備(李飛等,2011;汪澤成等,2006;馬永生等,2006;劉伊克和常旭,2003).研究該區(qū)的沉積層厚度和結(jié)晶基底的起伏特征將有助于對(duì)大陸內(nèi)部各塊體之間的相互作用和動(dòng)力學(xué)機(jī)理的理解,乃至對(duì)印度板塊與歐亞板塊的陸-陸碰撞、青藏高原的隆升和油、氣田的勘探與開發(fā)都有著重要的指導(dǎo)意義.
本文根據(jù)最新的跨越南鄂爾多斯盆地、渭河盆地、秦嶺—大巴造山帶和四川盆地東北緣地域,即沿榆林—咸陽—萬源—涪陵地球物理綜合大剖面的高精度實(shí)測(cè)地磁異常場(chǎng)數(shù)據(jù)和航磁異常數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)處理和正、反演等求得了該區(qū)上地殼巖系的地磁場(chǎng)屬性、沉積建造與結(jié)晶基底起伏和構(gòu)造分區(qū).探討了該區(qū)域不同構(gòu)造單元之間的地球物理邊界場(chǎng)與耦合響應(yīng)及其形成與演化的深層過程.在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)該區(qū)域的油、氣能源和金屬礦產(chǎn)資源的分布特征及前景進(jìn)行了探討.
為了研究南鄂爾多斯盆地—渭河盆地—秦嶺—大巴造山帶—四川盆地東北緣各構(gòu)造單元之間的相互制約和磁性結(jié)構(gòu)差異,本文進(jìn)行了以109°E為主軸,并向東西兩側(cè)各延展約2°的研究區(qū)域內(nèi),即沿榆林—咸陽—萬源—涪陵大剖面和區(qū)域航空磁測(cè)資料進(jìn)行磁性結(jié)構(gòu)的整體與分區(qū)研究(圖1).
已有地質(zhì)構(gòu)造研究表明,南鄂爾多斯盆地和渭河盆地是華北克拉通西部的一部分,具有穩(wěn)定的克拉通基底,發(fā)育了自古生代以來不同時(shí)期的沉積建造,構(gòu)造活動(dòng)微弱;秦嶺造山帶是介于華北克拉通與揚(yáng)子克拉通兩大陸塊之間的大陸碰撞復(fù)合造山帶,自晚古生代以來經(jīng)歷了長(zhǎng)期的陸內(nèi)造山作用,并導(dǎo)致了多期構(gòu)造熱事件和成礦作用,具有復(fù)雜的物質(zhì)組成和結(jié)晶基底(張國偉等,1996);大巴山構(gòu)造帶和四川盆地均屬揚(yáng)子地塊結(jié)晶基底,大巴山弧形構(gòu)造帶是在印支期秦嶺碰撞造山帶南緣前陸的基礎(chǔ)上,經(jīng)歷了多期構(gòu)造疊加所形成的沖斷造山帶(張?jiān)罉虻龋?010;董有浦等,2011);四川盆地是揚(yáng)子克拉通上重要的海陸相疊合盆地,是在上揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的基底上發(fā)展起來的,經(jīng)歷了古生代-早中生代的早期克拉通坳陷和晚三疊世-新生代晚期的前陸盆地演化階段,大多數(shù)地質(zhì)歷史中均接受了穩(wěn)定的克拉通盆地型的沉積,故構(gòu)造活動(dòng)穩(wěn)定.
圖1 榆林—咸陽—涪陵高精度地磁異常場(chǎng)觀測(cè)剖面位置圖Fig.1 Distribution map of the high-precision geomagnetic anomaly field profile from Yulin to Fuling
本文所使用的地磁資料為沿榆林—咸陽—萬源—涪陵綜合地球物理大剖面(圖1)所采集的高精度最新地磁數(shù)據(jù),并進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理與反演計(jì)算.該綜合地球物理大剖面從陜西榆林向南經(jīng)延安、咸陽、鎮(zhèn)巴后進(jìn)入四川省的萬源、達(dá)州后直抵重慶的涪陵,總長(zhǎng)約為1000km,觀測(cè)點(diǎn)距為1km,采用的觀測(cè)儀器為GMS-19T型質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀,共采集到974個(gè)不同點(diǎn)位的地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)1060個(gè),其中有檢查點(diǎn)86個(gè),均方誤差為1.97nT,觀測(cè)精度符合規(guī)范要求.
對(duì)沿該剖面所采集的地磁數(shù)據(jù)進(jìn)行了日變改正和IGRF(International Geomagnetic Reference Field,國際地磁參考場(chǎng))正常場(chǎng)改正后,求得了各個(gè)測(cè)點(diǎn)的地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常值,并繪出沿該剖面的磁異常ΔT分布曲線,再經(jīng)過化極處理則可以得到地磁異常場(chǎng)的垂直分量ΔZ(圖2,兩條曲線均為3點(diǎn)圓滑后成圖).為了削弱局部背景異常的干擾,以呈現(xiàn)出深部磁性異常體,對(duì)原始地磁異常數(shù)據(jù)做了向上延拓處理(圖3).
從曲線的起伏變化形態(tài)可見,不同構(gòu)造單元之間存在著一定的磁性差異.在整體上該剖面由北向南可以分為四個(gè)異常區(qū),即南鄂爾多斯盆地、渭河盆地、秦嶺—大巴造山帶和四川盆地東北緣.
榆林—銅川地帶(南鄂爾多斯盆地)磁異常曲線起伏較平穩(wěn),變化幅度亦小,這是由于鄂爾多斯塊體內(nèi)部自顯生宙以來發(fā)育了不同時(shí)期的沉積建造,而巖漿活動(dòng)和地震活動(dòng)卻少見,構(gòu)造特征比較穩(wěn)定(張?jiān)罉虻龋?006).依沿剖面地磁異常特征圖(圖2)和向上延拓圖(圖3)中的曲線變化均可以清晰地看出榆林以南的靖邊縣有一較大異常體,推斷其為榆林—府谷基底斷裂.而在延安與銅川之間的洛川縣附近磁異常曲線有一凸起,形成極大值,此處為受到北山山前斷裂影響,其幅值變化可達(dá)300nT,它很可能與華北克拉通向南高角度俯沖有關(guān);銅川—咸陽的渭河盆地磁異常曲線相對(duì)光滑平穩(wěn),這是由于渭河盆地有著很厚的新生代沉積,地表被第四紀(jì)所覆蓋,構(gòu)造活動(dòng)微弱,磁異常數(shù)值在該區(qū)域的總體趨勢(shì)為由北向南逐漸減小,由正變負(fù)(樁號(hào)300~450km).
圖2 剖面地磁異常特征圖(CS:可能與華北克拉通向南高角度俯沖相關(guān);YS:可能為揚(yáng)子克拉通以緩角度向北俯沖相關(guān))Fig.2 The characteristic of geomagnetic anomaly along the observed profile(CS:may be associated with NCC subduction southward with high angle;YS:may be associated with Yangtze cratonsubduction northward with low angle)
圖3 向上延拓后的地磁異常圖(a)向上延拓2km;(b)向上延拓4km;(c)向上延拓6km;(d)向上延拓8km.Fig.3 The geomagnetic anomaly map after upward continuation(a)Upward continuation 2km;(b)Upward continuation 4km;(c)Upward continuation 6km;(d)Upward continuation 8km.
秦嶺—大巴造山帶磁異常曲線起伏跳動(dòng)變化劇烈,且變化幅度亦大.秦嶺造山帶北部磁異常曲線顯示為劇烈的高頻起伏振動(dòng),但幅值變化不大,基本在100nT以內(nèi),說明該區(qū)淺部磁性結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,這可能與中元古代末-新元古代初秦嶺發(fā)展為活動(dòng)的大陸邊緣,且出現(xiàn)兩大塊體俯沖、碰撞、消減及其后的造山作用有關(guān)(王謙身等,2013).秦嶺造山帶形成以后,由于其北緣近乎陡立,并有大量沉積物剝落至其北側(cè),故使得秦嶺造山帶北部分布有大量不同時(shí)代、不同類型的中酸性巖體,且均分布在淺表層.在戶縣附近磁異常迅速增加,形成一個(gè)小突起,為受到八渡—洛南斷裂的影響.秦嶺造山帶南部磁異常曲線隨著緯度的降低而迅速減小,最低可達(dá)-300nT,從圖中可以看出,在鎮(zhèn)巴北側(cè)緯度33°經(jīng)度108.1°處出現(xiàn)磁異常極大值,而在萬源附近緯度32.17°經(jīng)度107.85°處則出現(xiàn)磁異常極小值,這一段曲線的形態(tài)與板狀體磁異常剖面曲線極為相似.基于現(xiàn)有地質(zhì)、地球物理資料的綜合研究表明:秦嶺—大巴造山帶主要是由華北克拉通南緣、秦嶺造山帶和揚(yáng)子克拉通北緣共同構(gòu)成的,它們之間的商丹和勉略構(gòu)造帶為其內(nèi)部的重要界帶,形成了“三塊夾兩縫”的構(gòu)造模式(王宗起等,2009).由此推斷這種曲線形態(tài)為受到秦嶺造山過程的影響,兩個(gè)磁異常極值點(diǎn)則為秦嶺造山帶的邊界(CS,YS),可見秦嶺造山帶的磁性結(jié)構(gòu)與華北及揚(yáng)子克拉通大不相同,其南北向?qū)挾燃s為100km,卻近于水平狀分布,這表明秦嶺造山帶結(jié)晶基底為整體抬升.
圖4 磁源體及結(jié)晶基底埋藏深度圖Fig.4 The burial depth map of magnetic sources and crystalline basement
大巴山構(gòu)造帶處的磁異常曲線表現(xiàn)為劇烈的起伏振動(dòng),總體而言隨著緯度的降低磁異常曲線呈現(xiàn)上升之態(tài)勢(shì),且幅值變化范圍較大,可達(dá)500nT以上.這是由于這一水平向?qū)捑彛瓜驈?qiáng)烈變化的地帶乃是揚(yáng)子克拉通的前緣地帶,而其早古生代地層中又含有大量的基性、超基性侵入巖和火山巖,故這一構(gòu)造帶經(jīng)歷了古生代大陸邊緣伸展裂陷和晚三疊世的碰撞造山作用,其變形強(qiáng)度由北而南依次遞減(董云鵬等,2008),在磁異常曲線上則表現(xiàn)為自北向南磁異常強(qiáng)度逐漸增加,由負(fù)變正.顯然,萬源—達(dá)州間的磁異常大幅度變化乃與揚(yáng)子克拉通的向北俯沖關(guān)切.
四川盆地東北緣,即四川達(dá)州—涪陵之間的磁異常曲線變化幅度較大,在進(jìn)入四川盆地的邊緣地帶,磁異常最高可達(dá)400nT,進(jìn)入重慶之后磁異常曲線變得較平穩(wěn).這是因?yàn)樵谒拇ㄅ璧貣|北緣主要以太古界深變質(zhì)的基性-超基性變質(zhì)巖為基底,而在重慶墊江北側(cè)附近則穿插有一塊中、基性巖漿巖的基底(江為為等,2001),從而導(dǎo)致在這一地帶磁異常變化強(qiáng)烈,并在磁異常曲線上表現(xiàn)為一個(gè)凹谷的形態(tài).
為了研究剖面轄區(qū)的地下磁性結(jié)構(gòu),運(yùn)用歐拉反褶積方法求取了地下磁源體埋藏深度(圖4a).這種方法以歐拉齊次方程為基礎(chǔ),利用磁異常數(shù)據(jù)、水平導(dǎo)數(shù)、垂直導(dǎo)數(shù)以及地質(zhì)體的構(gòu)造指數(shù)來確定磁源體位置.歐拉反褶積方法最大的優(yōu)點(diǎn)是,它不需要假設(shè)任何特定地質(zhì)模型,因此即使在地質(zhì)體不能用一些棱柱體或厚板狀模型來表達(dá)時(shí),也能得到較好的結(jié)果并作出推斷(阮小敏等,2011).由于本文研究區(qū)范圍較大,跨越多個(gè)地質(zhì)構(gòu)造單元,因此不能簡(jiǎn)單地用單一的地質(zhì)模型去表征,利用這種方法則能夠較好的確定磁性體的位置與深度分布.運(yùn)用磁性體上界面頻率域位場(chǎng)快速反演法和磁性上界面廣義逆矩陣反演法(管志寧和劉光鼎,2005)求得了磁性基底頂界面的起伏深度(圖4b為頻率域位場(chǎng)快速反演法所得),所得結(jié)果基本一致,誤差為±1.5km.
由結(jié)晶基底的起伏變化(圖4)可見,南鄂爾多斯盆地磁源深度主要分布在15km以內(nèi),最深可達(dá)20km,結(jié)晶基底上界面埋深為4~6km,由于受榆林—府谷基底斷裂的影響,在靖邊磁源體分布較深,而結(jié)晶基底卻較淺;延安和銅川之間的洛川附近,其北山山前斷裂導(dǎo)致了磁源體埋藏較深,結(jié)晶基底也較淺,僅有4km左右;渭河盆地結(jié)晶基底較深,這是由于新生代以來渭河盆地大幅度的沉陷接受了巨厚的沉積,在總體上結(jié)晶基底由北向南埋深逐漸增加,因?yàn)槭艿搅饲貛X造山帶北側(cè)巖屑剝落后運(yùn)移沉積的影響,而這些巖屑中有部分順磁性或鐵磁性巖石,從而導(dǎo)致了這一地區(qū)磁源體埋藏較淺,即大多分布在10km以內(nèi).在咸陽以南的八渡—洛南斷裂附近,磁源體和基底界面埋藏均較深.秦嶺造山帶北側(cè)主要出露為華北型的基底和蓋層建造,由于巖屑剝落及沉積建造導(dǎo)致淺表層磁性異常體雜亂,而結(jié)晶基底埋藏較深.基于華北克拉通與揚(yáng)子克拉通的相向運(yùn)動(dòng)與俯沖、碰撞造山,且又經(jīng)歷了后期強(qiáng)烈的陸內(nèi)造山運(yùn)動(dòng),致使秦嶺造山帶南部的地層和巖性分布極不均勻,地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜,磁源體分布極不均勻,即從0~20km范圍內(nèi)均有分布.這說明秦嶺造山帶在華北克拉通和揚(yáng)子克拉通兩大板塊碰撞擠壓及后期的造山運(yùn)動(dòng)中,促成了深部物質(zhì)的運(yùn)移、調(diào)整和交換;這里結(jié)晶基底埋藏深度迅速減?。ㄗ钚】蛇_(dá)3km),幾近于出露地表,這是由于在兩大塊體碰撞過程中,深部物質(zhì)上涌,導(dǎo)致沉積地層連同結(jié)晶基底一起向上隆升,故結(jié)晶基底在該處則表現(xiàn)為一個(gè)很大的凸起.大巴山構(gòu)造帶具有晉寧期形成的過渡性基底和大量的古生界蓋層,發(fā)育有多層次的逆沖推覆構(gòu)造,導(dǎo)致這一地區(qū)磁源體和結(jié)晶基底埋藏均較深,磁源體最深競(jìng)可達(dá)到28km,且多分布在中、深層;城口斷裂以北的推覆體沿底板滑脫層向SW推移了約60km,蓋在了揚(yáng)子克拉通之上,造成結(jié)晶基底埋藏較深.四川盆地長(zhǎng)期接受沉積作用,結(jié)晶基底埋藏深度較大,平均值可達(dá)8km左右,磁源體埋藏深度總體較淺,在達(dá)州—墊江一帶埋藏較深,且分布零散,這是由于四川盆地東北緣主要以上元古界板溪群變質(zhì)巖為基底,而在這一地帶穿插有一塊中基性巖漿巖的基底之故.圖4a中兩個(gè)凹谷則可能是兩種不同巖性基底的分界,這一基底展布特征在圖4b中亦明顯可見,它表現(xiàn)為一個(gè)埋深約為6km的凸起平臺(tái),這有可能與秦嶺造山帶南北兩緣華北克拉通和揚(yáng)子克拉通的向南與向北俯沖相關(guān).
基于在各斷裂構(gòu)造的界帶處磁源體埋藏深度均較深,且分布零散,而結(jié)晶基底卻有深有淺,故表明在斷裂形成過程中存在著深部物質(zhì)與能量的交換作用.這一系列斷裂則可成為深部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的通道,而根據(jù)斷裂傾向和類型的不同,結(jié)晶基底亦會(huì)隨地層起伏而有所升降.運(yùn)用歐拉反褶積方法求取磁源體的深度可較精確地確定斷裂的位置,并可發(fā)現(xiàn)新的斷裂,由于不同構(gòu)造分區(qū)之間的界帶往往以深大斷裂來界定,因此這種方法可以較好的劃定不同構(gòu)造單元之間的界帶.
通過高精度人工源地震深部探測(cè)和數(shù)據(jù)采集與反演結(jié)果界定了北起榆林,向南抵涪陵地帶的結(jié)晶基底速度結(jié)構(gòu),并給出其變異的等值線剖面分布圖(圖5).所得結(jié)果表明:依據(jù)上地殼介質(zhì)的巖性與地震波速度之間的匹配響應(yīng),設(shè)定地震波P波速度為5.8~6.0km/s以上介質(zhì)(見圖5中速度等值線)為沉積蓋層的厚度,即速度為5.8km/s的等值線為結(jié)晶基底的埋藏深度(滕吉文等,2014).通過圖4與圖5的對(duì)比可以看出:結(jié)晶基底的起伏形態(tài)基本相近,兩種方法所得的結(jié)果亦比較一致,僅在一些局部地區(qū)有1~2km左右的差異.由于人工源地震深部探測(cè)方法所得的結(jié)果精度較高,這也就從一個(gè)側(cè)面反映出地磁異常數(shù)據(jù)反演所得的結(jié)果是可信的.
高精度的航空磁測(cè)數(shù)據(jù)與據(jù)此而求得的異常邊界場(chǎng)響應(yīng)是本文研究上地殼磁性結(jié)構(gòu)與物質(zhì)屬性的基礎(chǔ).
在中國國土資源部航空物探遙感中心的支持下收集到研究區(qū)內(nèi)的航空磁測(cè)異常場(chǎng)資料,其比例尺主要為1∶10萬和1∶20萬,網(wǎng)格精度為1km×1km,圖6為據(jù)此求得的航磁異常等值線圖.為了壓制淺部小磁性體的異常干擾,相對(duì)突出深部較大地質(zhì)體的磁異常,對(duì)原始數(shù)據(jù)作了向上延拓處理(圖7).這兩張磁場(chǎng)異常分布圖包含了豐富的磁性結(jié)構(gòu)信息,它們清晰地表明:研究區(qū)內(nèi)主要有3條負(fù)磁異常條帶展布,其走向和幅值各不相同,它們?yōu)檠芯繀^(qū)內(nèi)不同性質(zhì)、不同結(jié)構(gòu)的基巖塊體邊界場(chǎng)特征的反映.為了進(jìn)一步探討研究區(qū)的區(qū)域航磁異常展布,現(xiàn)依航磁異常的分布特性由北向南逐一進(jìn)行分析.
圖5 榆林—涪陵剖面人工地震有限差分走時(shí)反演求得的基底速度結(jié)構(gòu)Fig.5 Velocity structure of crystallizing basement for traveltime conversion of artificial seismic method by Finite-difference along profile from Yulin to Fuling
4.1.1 南鄂爾多斯盆地的磁性結(jié)構(gòu)
南鄂爾多斯盆地表現(xiàn)為正、負(fù)相間的航磁異常特征,但以寬緩的正磁異常區(qū)為主體,其間穿插有兩條主要的負(fù)磁異常展布帶,走向均為NE向,但異常形態(tài)有一定的差異.榆林—靖邊附近為劇烈變化的磁異常梯度帶,呈向東錯(cuò)斷的負(fù)磁異常特征,而宜川—銅川地區(qū)的負(fù)磁異常變化比較寬緩,且向西,即銅川與寶雞之間呈不連續(xù)狀,而在向下延拓10km,20km和30km的圖像中已呈現(xiàn)出清晰的連續(xù)展布,且與榆林—靖邊磁異常帶在西側(cè)相連(圖7a、b十分明顯),由寶雞向北西方向延展,并在平?jīng)鲆晕鞯貛虮毖由?,而向東經(jīng)西安、商洛北構(gòu)成了一條近東西向的狹窄負(fù)磁異常帶.這一近東西走向的負(fù)磁異常帶則為華北克拉通與秦嶺造山帶之間的碰撞、俯沖界帶,位于34°N與35°N之間地帶.于是咸陽、西安則為延安東北部向南經(jīng)銅川、咸陽,向西經(jīng)寶雞,向北經(jīng)平?jīng)鑫鞑康牟粚?duì)稱弧形負(fù)磁異常帶,且與商洛北部,向西經(jīng)西安、咸陽、寶雞,再向西延的近東西向不連續(xù)負(fù)磁異常帶的交匯處.南鄂爾多斯盆地北部表現(xiàn)為EW走向的正磁異常帶,微向南凸.延安一帶則呈現(xiàn)NE走向的高值正磁異常帶,最高值可達(dá)300nT.在慶陽附近則表現(xiàn)為平緩的正磁異常區(qū),并向南凸,其均值為40nT.上述南鄂爾多斯塊體內(nèi)部寬緩的磁異常與塊體邊界異常明顯不同,顯示出南鄂爾多斯塊體整體的剛性塊體特征.以上特點(diǎn)可見:南鄂爾多斯塊體南北兩部分磁異常在延伸方向和異常形態(tài)等方面都有明顯差異,在榆林—靖邊一帶存在較大規(guī)模的磁異常梯度帶,反映出在榆林—靖邊兩側(cè)的基底物性組成、構(gòu)造特征亦不相同,而榆林—府谷基底斷裂則恰為兩種物性基底的分界線.
圖6 秦嶺造山帶及鄰域航空磁測(cè)異常場(chǎng)等值線圖Fig.6 Distribution map of the aeromagnetic anomaly contour of the Qinlingorogenic belt and its adjacent areas
4.1.2 秦嶺—大巴造山帶的磁性結(jié)構(gòu)
渭河盆地長(zhǎng)期以來經(jīng)歷了多次的沉積-剝蝕作用,其沉積物主要為泥質(zhì)砂巖,故導(dǎo)致了這一地區(qū)低緩的負(fù)航磁異常區(qū),平均值為-80nT.秦嶺造山帶表現(xiàn)為EW走向的高頻高值正磁異常條帶,這是由于秦嶺造山帶乃擠壓型造山機(jī)制,揚(yáng)子克拉通與華北克拉通在中生代期間的碰撞、拼合對(duì)秦嶺造山帶進(jìn)行了強(qiáng)烈的改造作用.由于造山帶深部軟流層上凸,地幔物質(zhì)和巖漿則沿塊體邊界或以深、大斷裂為通道上涌,在淺、表層則形成大量巖漿巖和高磁性巖體物質(zhì)聚集.揚(yáng)子克拉通北部前淵地帶航磁異常特征表現(xiàn)為近EW走向的負(fù)磁異常展布,其最低值達(dá)到了-300nT.究其原因是在這里發(fā)育有淺變質(zhì)的下古生界及部分變質(zhì)的前寒武系巖系,且分布有部分基性侵入巖、堿性巖和中酸性火山巖.這些巖石都具有一定的磁性,且在揚(yáng)子克拉通向秦嶺—大巴造山帶俯沖、碰撞過程中,因碰撞受力不均一及構(gòu)造活動(dòng)階段性差異導(dǎo)致了接觸帶內(nèi)不同變質(zhì)程度的混雜堆積所致(張燕等,2009).
4.1.3 四川盆地東北緣的磁性結(jié)構(gòu)
進(jìn)入四川盆地以后航磁異常則表現(xiàn)為穩(wěn)定平緩的展布特征,但分布有團(tuán)塊狀的負(fù)磁異常區(qū).這是因?yàn)樗拇ㄅ璧貣|北部地區(qū)位于上揚(yáng)子克拉通的西北緣,晚震旦世以來,該區(qū)處于秦嶺洋被動(dòng)大陸邊緣廣海沉積環(huán)境,沉積了一套淺海臺(tái)型碳酸鹽巖、碎屑巖,沉積環(huán)境總體較為穩(wěn)定.中三疊世末的印支運(yùn)動(dòng),伴隨著勉略洋的關(guān)閉和秦嶺由北向南的陸內(nèi)碰撞與造山過程,四川盆地東部結(jié)束了長(zhǎng)期的海相沉積環(huán)境,轉(zhuǎn)入前陸盆地沉積環(huán)境,沉積了一套自上三疊統(tǒng)須家河組至下白堊統(tǒng)的陸相砂、泥巖層.墊江附近的團(tuán)塊負(fù)磁異常則是由于該處的基性巖漿巖基底局部上凸引起的.
通過高精度實(shí)測(cè)地磁數(shù)據(jù)與航磁異常資料對(duì)比可以看出,在航磁異常等值線圖上沿地面地磁測(cè)量剖面,其磁異常與剖面實(shí)測(cè)地磁數(shù)據(jù)變化形態(tài)基本一致,這便充分說明了兩種磁測(cè)數(shù)據(jù)和反演結(jié)果的相對(duì)應(yīng)和可靠性.這里必須指出的是:圖中南部由西向東的巴中、達(dá)州、萬源、巫溪、恩施一帶的向北突出的三角形正磁異常乃揚(yáng)子克拉通向北俯沖的起始界帶.
航磁異常邊界場(chǎng)特征(圖6)與解析延拓圖像(圖7)的一致性特征表明,這些磁性結(jié)構(gòu)的分布特征乃整個(gè)沉積建造和結(jié)晶基底起伏與巖石磁性的反映,同時(shí)亦說明這種磁性結(jié)構(gòu)展布表征著上地殼深部的巖相和結(jié)構(gòu)的變化響應(yīng).
該研究區(qū)在整體上呈現(xiàn)出正、負(fù)相間的航磁異常,且呈帶狀展布特征,它們是結(jié)晶基底磁性體屬性與結(jié)構(gòu)空間展布的特征反映.依據(jù)研究區(qū)的航磁異常數(shù)據(jù)反演了結(jié)晶基底界面的起伏形態(tài)(圖8),其反演結(jié)果表明:該研究區(qū)內(nèi)基底起伏變化顯著,且極不均勻,由最淺的2km可達(dá)到最深的8km.不同構(gòu)造單元之間結(jié)晶基底埋藏深度差別亦較大,且在35°N以北以NE向展布為主,而在35°N以南則以EW向?yàn)橹?,這種差異可能反映了不同塊體之間的介質(zhì)屬性和構(gòu)造分區(qū)的邊界場(chǎng)響應(yīng).
圖7 航磁異常解析延拓圖(a)上延10km;(b)上延20km;(c)上延30km;(d)上延40km.Fig.7 The analytic continuation maps of aeromagnetic anomaly(a)Upward continuation 10km;(b)Upward continuation 20km;(c)Upward continuation 30km;(d)Upward continuation 40km.
圖8 航磁異常反演結(jié)晶基底埋藏深度分布圖Fig.8 Distribution map of crystalline basement burial depth inverted form aeromagnetic
4.2.1 結(jié)晶基底起伏變化的分區(qū)特征
通過數(shù)據(jù)反演求得的上地殼中結(jié)晶基底起伏可劃分為6個(gè)區(qū)塊(圖8),它們由北向南的分區(qū)變化特征為:
Ⅰ區(qū)在構(gòu)造上位于南鄂爾多斯盆地,該區(qū)結(jié)晶基底埋藏深度較淺,平均深度約為4±0.5km.這是因?yàn)槎鯛柖嗨古璧亟?jīng)加里東運(yùn)動(dòng)后于晚二疊世開始由陸緣盆地向中生代大型內(nèi)陸盆地過渡,至三疊世進(jìn)入了盆地發(fā)展的中期坳陷階段,形成為大型的內(nèi)陸盆地.在三疊紀(jì)末印支運(yùn)動(dòng)和侏羅紀(jì)末燕山運(yùn)動(dòng)的影響下使盆地整體抬升,并受到了不同程度的剝蝕.在榆林—靖邊一構(gòu)造凹陷區(qū),其基地深度最深可達(dá)4±0.5km,而在其南部的延川—延安一帶結(jié)晶基底則為隆起區(qū),基底深度僅為3km左右.
Ⅱ區(qū)主要在36°N—34°N之間,屬前陸渭河盆地部分,其基底深度較深,平均為5±0.5km左右.新生代以來,渭河盆地主要表現(xiàn)為大幅度的沉降并接受巨厚的松散沉積,在秦嶺、華山山前斷裂帶等相關(guān)階狀正斷層的正傾滑運(yùn)動(dòng)控制下,整個(gè)斷陷盆地在時(shí)空上呈現(xiàn)出拗陷與隆起,即凹與凸形態(tài)的復(fù)式盆地構(gòu)造系統(tǒng).渭河斷陷盆地南深北淺,向南傾斜,是我國華北克拉通南緣第四紀(jì)以來下陷幅度和堆積厚度最大的地區(qū)之一,也是新地質(zhì)時(shí)期垂直差異運(yùn)動(dòng)和歷史地震十分活動(dòng)的地帶.這一地帶則可能是華北克拉通向南俯沖的初始界帶.
Ⅲ區(qū)地處秦嶺造山帶,這一地區(qū)結(jié)晶基底表現(xiàn)為隆起區(qū),埋藏深度較淺,最淺可達(dá)3km,基底呈EW向展布,與秦嶺造山帶延伸方向一致.秦嶺造山帶是在晚太古-中元古代洋陸相間構(gòu)造基礎(chǔ)上,于晚元古代-中三疊世經(jīng)歷了現(xiàn)代板塊構(gòu)造體制作用,并使在主造山期的華北克拉通、秦嶺、揚(yáng)子克拉通三大塊體相互作用和華北克拉通、揚(yáng)子克拉通向南、北相向俯沖碰撞造山,并由于后造山期強(qiáng)烈的陸內(nèi)造山作用的疊加、改造所形成的復(fù)合型造山帶.在華北克拉通與揚(yáng)子克拉通擠壓、碰撞的過程中,山體深部殼、幔巖層向上突起,故導(dǎo)致了沉積建造和結(jié)晶基底不斷抬升.
Ⅳ區(qū)為大巴山構(gòu)造帶,這一地區(qū)結(jié)晶基底埋藏深度較大,形成一個(gè)凹陷區(qū),平均埋深為6±0.5km,最深可達(dá)7km.大巴山構(gòu)造帶具有晉寧期形成的過渡性基底和大量的古生界蓋層,發(fā)育有多層次逆沖推覆構(gòu)造,而城口斷裂以北的推覆體則沿底板滑脫層向SW推移了約60km,蓋在了揚(yáng)子克拉通之上,造成結(jié)晶基底埋藏較深.
Ⅴ區(qū)為揚(yáng)子克拉通的前陸地帶,即達(dá)州、萬源地域.該區(qū)結(jié)晶基底較兩側(cè)淺,表現(xiàn)為隆起區(qū),平均深度為5±0.5km.該地帶位于揚(yáng)子克拉通北緣,晚震旦世以來,該區(qū)處于南秦嶺洋被動(dòng)大陸邊緣廣海沉積環(huán)境,沉積了一套淺海臺(tái)型碳酸鹽巖、碎屑巖,沉積環(huán)境總體上較為穩(wěn)定.由于喜馬拉雅期的抬升作用,導(dǎo)致這一地域邊緣地帶遭受剝蝕作用,只保留了志留系及以前的地層,從而結(jié)晶基底較淺.這一地帶亦可能是揚(yáng)子克拉通向北俯沖的初始界帶.
Ⅵ區(qū)為達(dá)州以南的四川盆地,該區(qū)結(jié)晶基底埋藏較深,平均深度為7km,最深可達(dá)8km.四川盆地是我國西南地區(qū)唯一的大型中生代沉積盆地,具有較厚的古生代與中生代的海相與陸相沉積和古老的基底構(gòu)造,長(zhǎng)期接受沉積導(dǎo)致結(jié)晶基底埋深較大.四川盆地基底可劃分為結(jié)晶基底和沉積巖變質(zhì)基底.前震旦系結(jié)晶基底地層是一套經(jīng)受中、深程度變質(zhì)且普遍混合巖化的地層,它們的主體是康定群,時(shí)代為晚太古一早元古代.康定群下部為一套中、基性火山巖建造,上部為中、酸性火山碎屑巖及復(fù)理石建造,該群是四川境內(nèi)目前已知最老的一套變質(zhì)巖系.沉積巖變質(zhì)基底地層,包括覆蓋于康定群結(jié)晶基底之上、不整合于震旦系之下的一套前震旦系淺變質(zhì)地層與下震旦統(tǒng)地層(宋鴻彪和羅志立,1995).
4.2.2 結(jié)晶基底埋深和起伏變化動(dòng)力學(xué)響應(yīng)
通過地磁剖面高精度測(cè)量和區(qū)域航磁異常場(chǎng)的反演所得結(jié)晶基底埋深和起伏變化的研究可以做這樣的理解:
(1)34°N以北和31°N以南地帶的結(jié)晶基底.該研究區(qū)不同地帶的結(jié)晶基底磁性結(jié)構(gòu)存在明顯差異,34°N 以北屬中等深度區(qū)(Ⅰ,Ⅱ區(qū)),即4±1km,走向?yàn)镹E向;31°N以南屬相對(duì)高深度區(qū)(Ⅵ區(qū)),即6.5±1km.在南、北兩區(qū)結(jié)晶基底埋藏深度不同,異常分布走向亦不相同,但在整體上二者分布是均勻的,且變化平穩(wěn).同時(shí)也表明它們具有較厚的沉積建造.
(2)31°N—34°N之間地帶的復(fù)雜結(jié)晶基底起伏變化.這一地帶包括三個(gè)區(qū)(帶),即Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ區(qū),它們不論是各區(qū)(帶)之間,還是區(qū)(帶)內(nèi)部變化,不僅是不均勻的,而且尚具有分塊性.該地區(qū)乃秦嶺—大巴造山帶與前陸盆地地帶.這便充分表明:它們受到物質(zhì)分異、調(diào)整和非勻速運(yùn)動(dòng)的制約,且其南、北邊界(CS,YS)形態(tài)亦不相同,前者走向近EW,而后者則為向北凸起狀,似有向北平緩嵌入勢(shì)態(tài),但二者基底埋深卻相近,均為6.5±0.5km左右.
(3)對(duì)圖9所得結(jié)果的理解.主體上要提取它的分區(qū)性和相對(duì)變化規(guī)律,這是因?yàn)槔么艤y(cè)數(shù)據(jù)反演結(jié)晶基底深度時(shí),其本身橫向分辨率遠(yuǎn)大于縱向分辨率,故在橫向的敏感度乃該方法本身的特點(diǎn)所決定.
(4)秦嶺—大巴造山帶結(jié)晶基底的南北界帶.基于磁異常場(chǎng)數(shù)據(jù)反演在橫向具有高分辨率的特點(diǎn),并對(duì)華北克拉通、秦嶺—大巴造山帶和揚(yáng)子克拉通之間的界帶進(jìn)行了厘定.北界(CS):即秦嶺—大巴造山帶與華北克拉通的界帶為Ⅱ區(qū)與Ⅲ區(qū)之間的分界處,亦即結(jié)晶基底走向由NE向變?yōu)榻麰W向的界帶;南界(YS):即秦嶺—大巴造山帶與揚(yáng)子克拉通的界帶為Ⅴ區(qū)與Ⅵ區(qū)之間的分界處,亦即結(jié)晶基底走向由近EW向變?yōu)镹NW向的邊界.
本研究區(qū)位于中國大陸的中部,是一個(gè)構(gòu)造復(fù)雜、陸內(nèi)盆山耦合的重要地帶,且跨越了多個(gè)構(gòu)造單元,包括了多個(gè)沉積盆地和秦嶺—大巴造山帶,無論是金屬礦產(chǎn)資源還是油、氣、煤能源均十分豐富.但由于以往缺乏將各構(gòu)造單元串起來,并從整體上研究這一成山、成盆、成巖、成礦和成災(zāi)的深部地球物理研究,限制了對(duì)該區(qū)形成、演化深層過程的理解.基于結(jié)晶基底的埋深和起伏形態(tài)與深部斷裂構(gòu)造和物質(zhì)的運(yùn)移密切相關(guān),而沉積建造則是在其基礎(chǔ)上的繼承.因此運(yùn)用高精度實(shí)測(cè)地磁場(chǎng)和航磁異常場(chǎng)將剖面測(cè)量與區(qū)域場(chǎng)結(jié)合起來研究該區(qū)沉積建造和深部結(jié)晶基底的屬性、起伏形態(tài)、構(gòu)造展布和形成及對(duì)其控制要素則是十分重要的,而且可以分析和預(yù)測(cè)金屬礦產(chǎn)資源和油、氣、煤能源的空間分布規(guī)律,即為遠(yuǎn)景規(guī)劃提供深部要素.
鄂爾多斯盆地是我國石油、天然氣、煤、鈾礦等金屬礦產(chǎn)資源和能源同盆共存的富集地域,也是目前我國石油、天然氣儲(chǔ)量、產(chǎn)量增長(zhǎng)最快的盆地之一,資源蘊(yùn)藏十分豐富(劉池洋等,2006).鄂爾多斯盆地是中生代以來疊加在早、晚古生代大型沉積盆地之上的一個(gè)雙相沉積盆地,晚白堊世以來經(jīng)歷了后期改造,但總體上以整體升降為主,內(nèi)部構(gòu)造活動(dòng)不強(qiáng)(秦緒英等,2005;王紅偉等,2013),故為能源與金屬礦產(chǎn)資源的保存創(chuàng)造了良好的條件.鄂爾多斯盆地的資源分布具有一定的規(guī)律性,石油、天然氣、煤和鈾等資源富集在不同時(shí)代地層或同一層位不同層段,形成多層位成礦區(qū)(圖9).石油主要分布在盆地中南部的安塞—平?jīng)鲆粠?,如安塞油田、延長(zhǎng)油田.該區(qū)結(jié)晶基底為一構(gòu)造隆起區(qū),故為石油的生成、運(yùn)移、富集和存儲(chǔ)創(chuàng)造了有利條件.天然氣主要分布在盆地中部的榆林—烏審旗一帶,如烏審氣田、靖邊氣田.該區(qū)結(jié)晶基底為近WE走向的凹陷區(qū),為天然氣的運(yùn)移和存儲(chǔ)提供了封閉空間.煤炭分布較為廣泛,在整個(gè)盆地內(nèi)均有分布.鈾礦則主要分布在盆地的周邊地區(qū)(圖9).總體上具有滿盆煤、南油、北氣和周緣鈾礦的格局(楊偉利等,2010).
秦嶺—大巴造山帶是一個(gè)多旋回復(fù)合的陸內(nèi)碰撞造山帶,是我國重要的多金屬成礦帶之一.自太古代以來經(jīng)歷了多種構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)化,發(fā)生了多期構(gòu)造熱事件,為秦嶺—大巴造山帶地域深部金屬元素在適宜部位的大規(guī)模聚集成礦創(chuàng)造了條件.由于伴隨著多個(gè)構(gòu)造成礦旋回,故所形成的含礦建造、成礦作用、過程及礦床組合具有多樣性.由于華北克拉通和揚(yáng)子克拉通兩大塊體的俯沖、碰撞及其后期的陸內(nèi)造山作用,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜,巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,因此金、銀、鉬、鐵、鉛、鋅、鋁、銅、汞、銻等金屬礦產(chǎn)資源非常豐富,從而使秦嶺—大巴造山帶成為有色金屬和貴金屬的成礦帶域(圖10)(朱賴民等,2008;侯滿堂,2011).
斷裂構(gòu)造與礦產(chǎn)分布密切相關(guān),研究區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)金屬礦產(chǎn)都是由于深部熱液物質(zhì)以深、大斷裂為通道上涌與聚集的產(chǎn)物,因此在各深、大斷裂構(gòu)造帶所轄范圍內(nèi)分布有眾多的各種類型的礦區(qū)和礦帶.當(dāng)然,造山帶地帶的斷裂構(gòu)造在地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)的活動(dòng)時(shí)間、活動(dòng)次數(shù)、活動(dòng)規(guī)模、巖漿活動(dòng)的強(qiáng)弱和蝕變與變質(zhì)作用的深淺等因素對(duì)成礦區(qū)、成礦帶的規(guī)模和性質(zhì)均為極為重要的制約.在秦嶺—大巴造山帶地域?qū)ふ揖哂休^大規(guī)模的金屬礦產(chǎn),應(yīng)主要集中在兩條巖漿巖帶和靠近活動(dòng)大陸塊體的邊緣地帶,如巖漿活動(dòng)帶基性度較高的勉略、商丹和秦嶺北界逆沖斷裂之間地帶(楊振武,2003).當(dāng)今在這一地域礦產(chǎn)資源探查主要限在第一深度空間(0~500m深度范圍內(nèi)),而基于這一地域的結(jié)晶基底起伏、斷裂構(gòu)造和巖漿巖分布可見,向深部第二深度空間(500~2000m)找礦、勘查,以在深處發(fā)現(xiàn)大型、超大型金屬和非金屬礦產(chǎn)及多金屬礦集區(qū)尚具有很大的潛力(滕吉文等,2009b).
四川盆地是我國南方最大的含油、氣盆地,也是我國典型的雙相疊合盆地,具有悠久的油、氣勘探歷史,至今發(fā)現(xiàn)含氣層層位20多個(gè),氣田173個(gè),油田13個(gè).盆內(nèi)現(xiàn)今大中型油氣田共35個(gè),其中海相大、中型氣田22個(gè),陸相大、中型氣田13個(gè)(圖11)(趙文智等,2007;劉樹根等,2011).川東北屬漸變型盆山結(jié)構(gòu)區(qū),現(xiàn)今大、中型油、氣田共11個(gè),其中大型油、氣田3個(gè)、中型油、氣田8個(gè),主要以氣田為主,如鐵山坡氣田、普光氣田、渡口河氣田、羅家寨氣田、五百梯氣田等(圖11),4個(gè)含氣層位分別為石炭系黃龍組、上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組、下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組和嘉陵江組,以石炭系海相氣藏為主(占盆地海相探明總儲(chǔ)量的21.24%),探明儲(chǔ)量占四川盆地天然氣總儲(chǔ)量13.76%(何建坤等,1997;滕吉文,2003;馬國慶等,2011).由于該區(qū)開發(fā)程度較大,且沉積建造蓋層較厚,因此第二深度空間(5000~10000m)的油、氣探查和開發(fā),以及未來油、氣頁巖的探查均具有很好的前景.
圖9 鄂爾多斯盆地多種能源礦產(chǎn)平面分布圖Fig.9 Distribution map of multiple energy minerals in Ordios basin
圖10 秦嶺造山帶構(gòu)造格架及代表性金屬礦床分布略圖(楊宗讓,2012)1前寒武紀(jì)基底巖系;2秦嶺古島弧;3蛇綠巖帶;4古縫合線;5區(qū)域性斷裂;6花崗巖;7熱水盆地;8主要金屬礦床.Fig.10 Sketch map of Qinlingorogenic belt and the distribution of metallic deposits(Yang,2012)1Precambrian basement rocks;2Qinling ancient island arc;3Ophiolite belt;4Ancient suture;5Regional fracture;6Granite;7Hot water basin;8Major metal deposits.
本文基于高精度地面剖面高精度磁測(cè)和區(qū)域航空磁測(cè)的數(shù)據(jù)采集、反演、分析和研究厘定了該區(qū)的結(jié)晶基底起伏變化和分區(qū)特征,這對(duì)深化認(rèn)識(shí)該區(qū)造山帶與盆地的耦合及其形成與深層動(dòng)力過程有著重要意義.
(1)通過對(duì)秦嶺造山帶及鄰域最新高精度地磁異常場(chǎng)和高精度航磁異常場(chǎng)反演所得結(jié)晶基底形態(tài)和起伏變化結(jié)果表明:不同構(gòu)造塊體之間的磁異常場(chǎng)特征存在明顯差異,且在大型構(gòu)造體(單元界帶)處磁異常場(chǎng)均有明顯反響.這種磁異常場(chǎng)在不同構(gòu)造邊界處的響應(yīng)充分說明:應(yīng)用磁異常場(chǎng)邊界效應(yīng)分析與研究磁性體的分布特征和構(gòu)造單元之間界帶的劃分、異常屬性及形態(tài)分析均是十分重要的,即可以給出深部介質(zhì)和結(jié)構(gòu)深層動(dòng)力過程.
(2)通過最新實(shí)測(cè)地磁數(shù)據(jù)與區(qū)域航空磁測(cè)數(shù)據(jù)及反演所得結(jié)果對(duì)比表明:它們?cè)跈M向上的變化形態(tài)和界帶基本相符,而在向深部延伸,卻反映出磁性結(jié)構(gòu)的深層過程僅在某些局部地帶存在較小差異,這可能是由于實(shí)測(cè)地磁數(shù)據(jù)與航空磁測(cè)數(shù)據(jù)分辨率不一致等因素所致.這便充分說明了兩種數(shù)據(jù)可比性和剖面與區(qū)域擴(kuò)展的可靠性,特別是在橫向上更為清晰.
圖11 四川盆地大中型油氣田分布特征圖(趙文智等,2007)Fig.11 The distribution of medium-large sized oil and gas fields in Sichuan basin(Zhao et al.,2007)
(3)在各斷裂構(gòu)造處磁源體埋藏深度均較深,且分布零散,而結(jié)晶基底分布卻有深有淺.這表明在斷裂形成過程中存在著物質(zhì)的分異、調(diào)整和運(yùn)移,而斷裂則成為物質(zhì)運(yùn)移的通道.根據(jù)斷裂傾向和類型的不同,結(jié)晶基底和沉積建造則隨地層亦有所升降.
(4)沿該剖面的磁異常場(chǎng)特征在總體上為秦嶺以北地磁異常場(chǎng)較為平穩(wěn),走向NE,秦嶺—大巴造山帶以南磁異常場(chǎng)亦變化平緩,而在秦嶺—大巴造山帶磁異常場(chǎng)變化劇烈.華北克拉通和揚(yáng)子克拉通由北向南和由南向北相向運(yùn)動(dòng)、碰撞與俯沖過程中形成了規(guī)模較大的盆、山耦合事件,深部和淺部物質(zhì)以斷裂為通道進(jìn)行著物質(zhì)與能量的交換(滕吉文等,2009),而深部物質(zhì)的上涌則導(dǎo)致了局部地帶結(jié)晶基底的隆升.對(duì)華北克拉通、秦嶺—大巴造山帶和揚(yáng)子克拉通之間的界帶進(jìn)行了厘定.北界(CS):即秦嶺—大巴造山帶與華北克拉通的界帶為Ⅱ區(qū)與Ⅲ區(qū)之間的分界處;南界(YS):即秦嶺—大巴造山帶與揚(yáng)子克拉通的界帶為Ⅴ區(qū)與Ⅵ區(qū)之間的分界處.
(5)秦嶺—大巴造山帶磁異常曲線形態(tài)恰與水平板狀磁異常體曲線相似,它是由于秦嶺—大巴造山帶地帶結(jié)晶基底同步隆升,且已接近地表的原因.通過與理論水平板狀體磁異常曲線的比較可見:秦嶺—大巴造山帶為高磁性異常體,產(chǎn)狀近水平分布,沿剖面南北向?qū)挾葹?00km左右,北界始于鎮(zhèn)巴以北50km處,向南伸展至鎮(zhèn)巴以南50km左右,即萬源附近.
(6)造山帶地域的幾條深、大斷裂構(gòu)造乃深部物質(zhì)上涌的通道,大量巖漿巖的分布指示著金屬礦產(chǎn)資源聚集成為礦床的深層過程;盆地的一些凹陷區(qū)有著較厚的中、新生代的陸相與海相沉積,具有良好的油、氣、煤等能源探查遠(yuǎn)景,研究該區(qū)特異的深部介質(zhì)屬性和結(jié)構(gòu)環(huán)境對(duì)區(qū)內(nèi)大地構(gòu)造格局與動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的研究有助于對(duì)金屬礦產(chǎn)資源和油、氣、煤等能源第二深度空間(金屬礦產(chǎn)資源為500~2000m,油、氣為5000~10000m)的探查和開發(fā),同時(shí)對(duì)地震活動(dòng)的深層動(dòng)力過程也有著重要的指示意義.
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