INDEPTH IV深反射地震揭示的東昆侖造山帶隆升過程

劉志偉， 趙文津， 吳珍漢， 史大年， 宋洋， 鄧世廣

1 中國地質(zhì)科學院， 北京 100037 2 中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所， 北京 100037

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INDEPTH IV深反射地震揭示的東昆侖造山帶隆升過程

劉志偉1， 趙文津1， 吳珍漢1， 史大年2， 宋洋1， 鄧世廣1

1 中國地質(zhì)科學院， 北京 100037 2 中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所， 北京 100037

INDEPTH IV深反射地震數(shù)據(jù)處理的重點和難點是近地表風化殼靜校正和異常振幅噪音衰減，通過初至波剩余折射靜校正技術(shù)、異常振幅噪聲衰減技術(shù)和CRS優(yōu)化疊加技術(shù)獲得了信噪比較高的地震剖面.由INDEPTH IV深反射地震剖面揭示，東昆侖造山帶上地殼地層具有擠壓走滑、斷展褶皺等動力學特點，巖石圈上、下地殼之間存在不連續(xù)的松潘—甘孜古洋殼反射特征，東昆侖山下偏南局部Moho面以上低頻異常反射特征指示局部熔融、低速高導(dǎo)體存在.綜合INDEPTH IV深反射地震剖面和其他地球物理數(shù)據(jù)分析認為，東昆侖造山帶隆升過程非常復(fù)雜，隆升過程至少經(jīng)過兩次主期變形，一期是中生代三疊紀松潘—甘孜洋向北俯沖引發(fā)被動大陸邊緣造山，另一期是新生代古近紀印度—歐亞板塊碰撞致使羌塘地塊北移造成的上地殼擠壓隆升.利用INDEPTH IV深反射地震單炮、速度和疊加剖面等成果，綜合解譯數(shù)據(jù)，最終提出東昆侖造山帶隆升過程的另一種模式，以有助于深化對東昆侖造山模式的認識.

深反射地震； 東昆侖造山帶； 松潘—甘孜洋殼； INDEPTH IV

1 引言

關(guān)于青藏高原東昆侖造山機制與隆升過程，全球眾多科學家先后進行了多次、多學科研究，基于大量地球物理、地質(zhì)填圖、地球化學等數(shù)據(jù)提出多種造山模式，然而這些模式中關(guān)于深部構(gòu)造部分主要還是以大尺度推斷為主，缺乏實際地球物理小尺度數(shù)據(jù)證據(jù)(趙文津等，2014).在2007年前后，中、美、德、英多國科學家開展“國際合作喜馬拉雅與青藏高原深剖面及綜合研究”(INternationalDEep Profiling of Tibet and Himalayas,INDEPTH)項目第四階段的研究，完成橫穿柴達木盆地與東昆侖山造山帶的地質(zhì)、地球物理深剖面，地質(zhì)任務(wù)是查明上地殼與巖石圈深部的構(gòu)造關(guān)系、探究東昆侖山脈隆升過程與造山機制.深反射地震測線布設(shè)如圖1所示.截至目前，除了深反射地震數(shù)據(jù)外，INDEPTH IV部分研究成果已由趙文津、M.S.Karplus，J.Mechiel、吳珍漢、R.Kind等人發(fā)表文章或?qū)Ｖ?可是，研究成果中深反射地震數(shù)據(jù)利用率很低，僅對5個大炮激發(fā)、天然地震臺站數(shù)據(jù)進行處理與分析，數(shù)據(jù)處理僅提取縱波接收函數(shù)大尺度反演地下界面，依賴廣角地震速度模型Karplus等提出東昆侖的新造山模式(Karplus et al.，2011).INDEPTH IV深反射地震采集觀測系統(tǒng)設(shè)計針對性不強和野外施工困難，造成原始數(shù)據(jù)信噪比低、噪音干擾嚴重等問題，嚴重阻滯地震處理進程，經(jīng)過INDEPTH項目組長期研究，深反射地震剖面信噪比有所提高，巖石圈構(gòu)造特征較為明顯.本文作者們肯定前人部分研究成果，但認為東昆侖造山帶巖石圈從淺至深還存在一些地質(zhì)構(gòu)造問題，如淺層逆沖斷裂系構(gòu)造模式、隱伏的北昆侖斷裂存在形式，同時針對東昆侖構(gòu)造模式除“地殼流”概念之外是否還應(yīng)考慮其他方案(趙文津等，2014；趙凌強等，2015).本文利用INDEPTH IV深反射地震單炮、速度和疊加剖面等成果，綜合解譯數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)東昆侖造山帶上地殼存在擠壓走滑動力學特征的深部證據(jù)、上下地殼間存在松潘—甘孜古洋殼不連續(xù)反射和下地殼Moho界面上存在低速高導(dǎo)體反射波異常，并提出東昆侖造山帶隆升過程的另一種模式，以助于深化認識東昆侖造山模式.

圖1 INDEPTH IV深反射地震測線位置(藍色圓點：檢波點，紅色三角：炮點, KS1—KS5：大炮)Fig.1 INDEPTH IV deep-reflection seismic survey map (Blue circle：Receiver, red triangle：Shot, KS1—KS5：Big Shot)

2 構(gòu)造背景

研究表明，青藏高原昆侖山脈被左行走滑的阿爾金斷裂分為東西兩部分，東昆侖山整體處于青藏高原內(nèi)部偏北，平均海拔約5000 m，比北部柴達木盆地高出近一倍(許志琴等，2001).在整個中國地質(zhì)構(gòu)造背景下，東昆侖造山帶處于巨型緯向構(gòu)造體系中秦嶺—昆侖構(gòu)造帶上，造山帶局部遭受強烈擠壓變形，形成緊閉平行的密線狀褶皺，其中，主要壓性斷裂皆向北傾斜，內(nèi)部地塊或巖層皆向南推覆、逆掩，尤其是印支運動以來產(chǎn)生的大規(guī)模動力變質(zhì)帶(Yang et al.，1996；劉和甫，2001；沈正康等，2003).INDEPTH IV近地表地質(zhì)構(gòu)造及巖石出露情況如圖2所示，主要包括南北昆侖斷裂(SKF,NKF)及隱伏的北昆侖逆沖斷裂(NKT)，東昆侖山脊部遍布多時代變質(zhì)巖系，北部柴達木盆地為第四系沉積覆蓋，南部為中生代和新生代沉積地層.東昆侖造山動力變質(zhì)帶主要由前寒武紀、早古生代-晚古生代早期、晚古生代-早中生代、晚中生代-新生代構(gòu)造巖漿巖組成，同時含有前寒武紀片麻巖、新元古代至三疊紀低級變質(zhì)沉積巖和侏羅紀-新生代陸相沉積地層(陳宣華等，2002；吳珍漢等，2009).

地球化學及熱年代學表明，東昆侖大陸地殼主要形成于早元古代晚期，代表性的前寒武紀變質(zhì)基底巖系主要有北部白沙河巖群、小廟巖群和南部苦海雜巖，小廟巖群中變質(zhì)鋯石顯示反映出清水泉蛇綠巖為代表的中元古代洋盆閉合和南北基底塊體的拼合(Liu et al.，2005).在古生代期間，東昆侖中段長期處于古亞洲南部邊緣，發(fā)育溝-湖-盆構(gòu)造系，形成奧陶紀納赤臺群綠片巖、泥盆紀流紋安山巖、早石炭世枕狀玄武巖和二疊紀綠片巖及中酸性侵入巖(倪晉宇等，2010；Zhang et al.，2011).中生代早中期，東昆侖中部仍處于古亞洲大陸南緣構(gòu)造環(huán)境，三疊紀發(fā)育碳酸鹽巖-碎屑巖沉積，在燕山期廣泛發(fā)生綠片巖相區(qū)域變質(zhì)、韌性剪切變形和巖漿侵位(陳宣華等，2002).自早白堊世起，東昆侖中段開始處于較穩(wěn)定的濱淺海環(huán)境，形成厚達千米的灰?guī)r和碎屑巖沉積；晚白堊以來，東昆侖地區(qū)結(jié)束海相沉積歷史，轉(zhuǎn)為陸內(nèi)構(gòu)造活動環(huán)境(吳珍漢等，2009).古近紀早期東昆侖南緣形成古新統(tǒng)-始新統(tǒng)風火山群礫巖和漸新統(tǒng)雅西錯群砂礫巖，新近紀主要發(fā)育湖相沉積地層，如中新統(tǒng)五道梁群泥灰?guī)r和砂礫巖，中新世晚期-上新世部分地區(qū)發(fā)育湖相粉砂巖(Yuan et al.，2006；吳珍漢等，2009).早更新世東昆侖南部處于湖相沉積環(huán)境，晚更新世-全新世發(fā)育多期冰川作用及冰磧、冰水沉積與河流沉積(吳珍漢等，2009).第四紀在東昆侖南部發(fā)育長度超過2000 km的大型左旋走滑斷裂系，即東昆侖活動斷裂，在東昆侖中段有西大灘活動斷裂和庫塞湖活動斷裂組成，近地表東西向地震變形帶指示在晚更新世-全新世曾發(fā)生多期強烈地震活動(吳珍漢等，2009；姜高磊等，2015).

圖2 INDEPTH IV測線主要地質(zhì)構(gòu)造及地表巖石(黃色五角星：KS大炮)Fig.2 INDEPTH IV profile′s primary tectonics and surface rocks(yellow star：KS big shot)

除了上面上地殼沉積巖系和變質(zhì)巖系的指示特征外，深部構(gòu)造認識對東昆侖造山帶隆升過程研究至關(guān)重要.崔軍文等基于亞東-格爾木地學大斷面研究，認為東昆侖北部結(jié)晶基底與柴達木盆地北緣構(gòu)造演化歷史類似，同屬塔里木-中朝板塊(崔軍文等，1992).尹安與Harrison依據(jù)印度—亞洲板塊碰撞導(dǎo)致的青藏高原各地塊隆升縮短的邊界條件，認為柴達木盆地與東昆侖山同屬于一個地塊(尹安，2001).許志琴等認為，柴達木地塊基底類似東昆侖北地體、祁連山地體，同樣經(jīng)歷早古生代變質(zhì)作用，提出了東昆侖地殼內(nèi)先后發(fā)生兩次向北逆沖推覆構(gòu)造、疊合在柴達木盆地上的模式(許志琴等，2006；陳長云等，2013).丁林認為柴達木盆地的性質(zhì)為弧后拉張盆地，其基底具有親昆侖性質(zhì)(Ding et al.，2003).為此，東昆侖造山帶深部構(gòu)造背景描述以東昆侖山—柴達木為一個地塊展開，當前主要存在以下幾種構(gòu)造模式認識.

① 尹安與Harrison提出在早二疊世松潘—甘孜洋開始向北俯沖，導(dǎo)致東昆侖—柴達木地塊南緣深成巖上侵，此時東昆侖山北部、柴達木盆地南緣屬前陸盆地初始階段；三疊紀起松潘—甘孜洋開始海相復(fù)理石沉積，可能在松潘—甘孜地塊之下保留古洋殼殘片(尹安，2001).丁林認為，松潘—甘孜洋三疊紀復(fù)理石沉積物源來自昆侖山—柴達木地塊，復(fù)理石堆積與東昆侖山抬升剝蝕同時進行，柴達木盆地具有弧后盆地性質(zhì)(Ding et al.，2003).本文作者們認為，松潘—甘孜洋向北俯沖必然使東昆侖弧后地帶產(chǎn)生南傾的逆沖斷裂帶，類似反向前陸逆沖帶，即二疊世晚期或者三疊世早期東昆侖弧后地帶成為柴達木盆地初始階段.

② Tapponnier、許志琴、Kind等人均提出，柴達木南緣北昆侖斷裂(NKF)從上至下切斷整個地殼，斷裂傾向略偏南，將厚70 km松潘—甘孜地殼與厚50 km東昆侖—柴達木地殼分隔.松潘—甘孜地塊與東昆侖—柴達木地塊巖石圈與其深部古亞洲巖石圈發(fā)生相對運動，亞洲巖石圈向南俯沖導(dǎo)致東昆侖巖石圈增厚(Tapponnier et al.，2001；許志琴等，2001；Kind et al.，2002).可以看到，北昆侖斷裂南傾是由古亞洲巖石圈南向俯沖的結(jié)果，這與松潘—甘孜洋向北俯沖的認識存在矛盾，同時不能解釋兩地塊的地殼增厚機制.

③ Meyer、DeCelles等人提出，東昆侖—柴達木地塊下地殼隨巖石圈地幔從北昆侖斷裂(NKF)向南俯沖到松潘—甘孜地塊之下，導(dǎo)致部分上地殼向北逆沖，在昆侖—柴達木地塊之上疊合縮短，東昆侖地區(qū)因下地殼下沉而增厚，而柴達木南緣因上地殼擠壓縮短而增厚，整體效應(yīng)是松潘—甘孜地塊增厚(Meyer et al.,1998；DeCelles et al.,2002).可以看到，該模式?jīng)]有說明松潘—甘孜地塊和昆侖—柴達木地塊的不同地殼厚度和Moho面深度變化原因.

④ 尹安等人又提出，松潘—甘孜地殼楔擠入東昆侖—柴達木地塊中地殼部位,東昆侖—柴達木上地殼向南逆沖推覆、下地殼則俯沖到松潘—甘孜地殼楔之下，類似鱷魚嘴模式.由此，東昆侖—柴達木上地殼擠壓過程中產(chǎn)生一系列向南逆沖斷層，導(dǎo)致昆侖—柴達木地塊南緣地殼增厚.盆地巖石圈地幔從NKF底部向松潘—甘孜地塊巖石圈地幔之下俯沖，認為南、北斷裂均從下地殼底部向上伸展，將松潘—甘孜地塊地殼與地殼楔切開(Yin et al.,2008).

⑤ Karplus等依據(jù)INDEPTH IV廣角地震速度反演提出新模式，該模式建立基礎(chǔ)是松潘—甘孜地塊存在兩套韌性層，分別位于地下20～35 km處及50～70 km處.第一種模式認為上地殼韌性層在南部擠壓下進入柴達木地塊上地殼，與北昆侖逆沖(NKT)相連形成昆侖山前鋒，下地殼韌性層擠入柴達木巖石圈地幔中，造成松潘—甘孜地塊與柴達木地塊巖石圈地幔之間18 km臺階，否定北昆侖斷裂為產(chǎn)生莫霍面臺階的主因.另一種模式認為南昆侖斷裂是切斷整個地殼型深大斷裂，將松潘—甘孜地塊與昆侖—柴達木地塊分開，使得松潘—甘孜地塊上地殼韌性層向北移動受阻，未能進入柴達木地殼(與NKT無關(guān)了)，兩地塊間莫霍面臺階是由松潘—甘孜與東昆侖地塊下地殼流向北擠入所造成(Karplus et al.,2011).本文作者們認為兩種模式給出地殼增厚與地表構(gòu)造關(guān)系的明確概念，但是廣角地震速度剖面不能約束昆侖山中、上地殼的逆沖斷裂的存在.

因此，綜合以上地表變質(zhì)巖系和構(gòu)造模式分析，東昆侖造山模式中關(guān)鍵問題包括：南、北昆侖斷裂是否切斷東昆侖—柴達木地塊巖石圈地殼，南、北昆侖斷裂的傾向怎樣，即東昆侖造山帶淺層逆沖斷裂系構(gòu)造模式；松潘—甘孜地塊的古洋殼是否存在，位置如何，這將關(guān)系到隱伏的北昆侖斷裂是否存在的認識；松潘—甘孜地塊下是否存在韌性層，即地殼流存在的客觀證據(jù).下面將以INDEPTH IV深反射地震數(shù)據(jù)處理與解釋為基礎(chǔ)，結(jié)合其他地球物理數(shù)據(jù)，重新認識這些問題.

3 INDEPTH IV深反射地震處理與解釋

INDEPTH IV深反射地震測線位于柴達木盆地南緣與昆侖山結(jié)合部，沿曲馬萊—東大灘—格爾木水泥廠—格爾木市—察爾汗鹽湖布置，地表平均海拔4000 m，柴達木盆地南緣2650 m，東大灘—曲麻萊平均在4500 m以上，昆侖山最高處接近5500 m.地震工區(qū)屬于青藏高原大陸型地貌，地震地質(zhì)條件主要包括三種類型，即第四紀戈壁灘區(qū)、礫石區(qū)、花崗巖區(qū)，均對地震激發(fā)、接收造成不利影響.深反射地震剖面有效長度約100 km，觀測系統(tǒng)設(shè)計采用全排列接收形式，接收點共1000個，間距為50 m；單炮震源采用80 kg炸藥激發(fā)，炮點井深不低于風化殼厚度，炮間距1 km，共95炮，炮點位置向南部山區(qū)延伸；另外還布設(shè)5個大炮，激發(fā)藥量約2 t，位置分布在接收線中間和兩端，如圖1中KS1—KS5所示.受高原地震施工條件限制，炮點和檢波點布設(shè)采用彎線方式，處理中由共中心點(CMP)位置網(wǎng)格化成一條二維線，縱向網(wǎng)格中心間距為50 m(考慮提高覆蓋次數(shù))，橫向網(wǎng)格間距為5000 m，最高覆蓋次數(shù)109次，以此定義地震觀測系統(tǒng)和加載道頭.

觀測系統(tǒng)設(shè)計特殊性和地震地質(zhì)條件復(fù)雜性造成INDEPTH IV深反射地震處理的最大難點是近地表靜校正和噪音衰減，以此制定如圖3的處理流程.流程的核心思想是最大程度提高疊前道集信噪比和疊加速度分析精度，主要分為靜校正、噪音衰減、地表一致性處理、速度分析和優(yōu)化疊加步驟.地表一致性處理步驟類似常規(guī)地震勘探資料處理，下面僅從靜校正、噪音衰減和CRS疊加三方面詳細闡述INDEPTH IV處理過程，再由最終疊加剖面提出構(gòu)造解釋模式.

圖3 INDEPTH IV 地震處理流程Fig.3 INDEPTH IV′s processing flow

(1) 靜校正

對比初至波、面波與近地表高程的變化關(guān)系，INDEPTH IV測線近地表風化殼變化導(dǎo)致初至抖動劇烈、反射波雙曲形態(tài)畸變，使得地震處理中靜校正問題突出、建立近地表模型困難.考慮目前的靜校正方法應(yīng)用條件，至少有兩條原因限制某些成熟靜校正方法的應(yīng)用，其一，單炮初至干擾嚴重，不利于拾?。黄涠?，觀測系統(tǒng)方式不利于基于對稱方式的靜校正應(yīng)用，如EGRM算法或?qū)游龇囱菟惴?王志剛等，2014).因此，無論是基于水平層狀模型，還是基于連續(xù)介質(zhì)模型，僅僅單一靜校正方法不能解決INDEPTH IV深反射靜校正問題，需采用綜合靜校正方法.綜合靜校正重點考慮高程變化和風化層厚度、速度變化，高程變化可采用高程法校正，考慮高程、炮點井深和替換速度等關(guān)鍵參數(shù)，預(yù)期解決靜校正長波長分量；在高程校正基礎(chǔ)上，采用初至波剩余靜校正消除局部風化層厚度和速度變化，關(guān)鍵步驟及參數(shù)是高信噪比初至拾取、初至擬合平滑距離、校正量分解，預(yù)期解決中、短波長靜校正問題.靜校正過程中，考慮高程落差幅度和折射波速度，最終選擇基準面5500 m，替換速度為5000 m·s-1.從單炮效果看，如圖4及圖5所示，高程靜校正與初至波剩余靜校正聯(lián)合，能夠校正地表高程變化和近地表風化殼異常產(chǎn)生反射同相軸的畸變，校正后深層反射同相軸明顯突出.

圖5 INDEPTH IV 靜校正后FFID37單炮記錄(CDP：1860—2380，T：17.5～25s)Fig.5 INDEPTH IV′s shot gather No.37 after an integrated statics(CDP:1860—2380,T:17.5～25s)

(2) 噪聲衰減

INDEPTH IV深反射地震噪音干擾嚴重，信噪比極低，這可能是近五、六年來INDEPTH IV深反射數(shù)據(jù)不能獲得有效反射剖面的主要原因.測線南部單炮(文件號118)見圖6所示，圖中可見，車輛、風、人為干擾十分嚴重，面波、次生折射、異常振幅非常發(fā)育，基本淹沒有效反射波.綜合地震噪聲振幅、頻率和相位分析，除了非地質(zhì)性的因素外，還包括復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造造成的非雙曲線“干擾”，如陡傾角的斷面反射、異常繞射、回折波反射等.因此，INDEPTH IV深反射地震處理中噪聲衰減重點考慮非地質(zhì)性噪聲而保護復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造造成的反射波場.根據(jù)噪聲特點，工區(qū)噪聲可分為規(guī)則和隨機兩大類.

隨機噪聲沒有固定頻率和視速度，地震數(shù)據(jù)中整炮或者區(qū)域表現(xiàn)雜亂無章的背景；規(guī)則噪聲主要包括相對較高振幅的次生折射和低頻面波，二者掩蓋有效反射波，是影響信噪比的主因.圖7所示INDEPTH IV單炮時頻譜、頻率波數(shù)譜，可見有效頻率在5～55 Hz范圍，50 m道距導(dǎo)致在10 Hz發(fā)生空間假頻，因此常規(guī)的高通濾波、FK濾波不能適用(劉洋等，2008).基于以上的認識，對INDEPTH IV深反射數(shù)據(jù)噪聲處理原則或順序是“先低頻、后高頻；先低速、后高速；先規(guī)則、后隨機”，應(yīng)對方法主要采用基于統(tǒng)計學原理的異常振幅壓制技術(shù)，包括LIFT面波衰減、地表一致性ZAP噪聲衰減、分頻掃描多道統(tǒng)計異常振幅AAA噪聲衰減、疊前RNA噪聲衰減、高信噪比濾波等等.圖6單炮FFID118處理結(jié)果如圖8所示,可見大部分高頻噪聲和部分車輛干擾得到壓制.

(3) 優(yōu)化疊加

針對低信噪比地震數(shù)據(jù)，除了靜校正和噪聲衰減外，速度分析和疊加也是關(guān)鍵處理技術(shù).眾所周知，速度掃描是低信噪比地震處理速度分析的常用手段，這也成為INDEPTH IV深反射數(shù)據(jù)精細速度分析的重要手段，速度可靠不僅可以提高信噪比，而且能夠提高反射波剩余靜校正量精度.常規(guī)處理流程中，疊加可以大幅度提高信噪比，然而常規(guī)的CMP疊加是基于水平層狀假設(shè)、平均意義上的疊加，對信噪比較低的INDEPTH IV深反射數(shù)據(jù)還不夠，原因在于覆蓋次數(shù)較低、疊加速度精度不高.CRS疊加方法突破常規(guī)CMP疊加介質(zhì)理論假設(shè)，基于地震波動理論考慮菲涅爾帶疊加效應(yīng)，由位置、傾角、曲率三參數(shù)來刻畫地震波的傳播；CRS優(yōu)化疊加處理一方面可以提高疊加剖面信噪比，另外一方面還可以輸出偏移距規(guī)則化的炮集或者CMP道集，依此再進行速度分析，可以提高速度分析精度(J?ger et al.,2001).最終疊加剖面和速度剖面成果如圖9和圖10所示，此外，圖10上圖是圖9的藍色方框部分局部放大極性振幅顯示，發(fā)現(xiàn)剖面10～20 s位置存在同相軸蚯蚓化、異常低頻反射.

最后，經(jīng)過有針對性的靜校正、噪聲衰減和CRS疊加處理，INDEPTH IV剖面信噪比方面有了明顯改善，淺、中、深部反射同相軸顯示清晰.根據(jù)剖面反射同相軸與巖層波阻抗變化(波阻抗為速度與密度之積)對應(yīng)關(guān)系，聯(lián)合單炮分析，解釋INDEPTH IV剖面中主要有三處新發(fā)現(xiàn)，其一，東昆侖造山帶中段上地殼地層具有擠壓走滑、斷展褶皺等動力學特點，圖9中CDP1450位置2～3 s附近反射界面同相軸曲率符號變化，代表東昆侖造山帶東西向走滑特征，總體呈北傾趨勢、向南逆沖推覆，傾角變化向南趨勢漸大；其二，上、下地殼之間存在不連續(xù)松潘—甘孜古洋殼反射特征，主要體現(xiàn)在圖9中CDP115010s、CDP16506s、CDP19505s附近，趨勢向南加深，中間明顯存在斷階；其三，東昆侖山下偏南、局部Moho面以上存在異常低頻反射，出現(xiàn)在圖10a中CDP155014s±4s范圍，圖10b疊加速度場在CDP1550位置明顯存在變化，可能指示局部熔融、低速高導(dǎo)體存在.因此，依據(jù)上述分析，INDEPTHIV深反射地震構(gòu)造模式如圖11所示.

圖6 INDEPTH IV 噪聲壓制前FFID118單炮記錄(T：0～10s)Fig.6 INDEPTH IV′s shot gather No.118 before an integrated noise suppression (T:0～10s)

圖7 單炮FFID118的F-K譜和T-F譜Fig.7 Shot No.118′s F-K and T-F spectrums

圖8 INDEPTH IV 噪聲壓制后FFID118單炮記錄(T：0～10s)Fig.8 INDEPTH IV′s shot gather No.118 after an integrated noise suppression (T: 0～10s)

圖10 INDEPTH IV 地震疊加剖面局部低頻異常(CDP：1040—2160，T：8～19s)及測線疊加速度剖面(CDP：1—3167，T：0～30s)(a) CDP范圍1080—2200地震剖面振幅變面積顯示; (b) 全測線的疊加速度場值.Fig.10 INDEPTH IV′s seismic low-frequency anormably zone (CDP:1040—2160,T: 8～19s) and stacking velocity profile (CDP:1—3167,T:0～30s)

圖11 東昆侖造山帶構(gòu)造模式Pt3：下元古界界面，NKF:北昆侖斷裂，SKF:南昆侖斷裂，F(xiàn)SF:風火山斷裂，KHF:庫塞湖斷裂，NKT：北昆侖逆沖斷裂.Fig.11 East Kunlun orogenic belt′s tectonic modelPt3: Lower Proterozoic base, NKF: North Kunlun Fault, SKF: South Kunlun Fault, FSF: Fenghuoshan Fault, KHF: Kusaihu Fault, NKT: North Kunlun Thrust.

構(gòu)造模式解釋如下：

(1) 晚元古代早期，青藏高原北部處于原特提斯構(gòu)造演化階段，演化延續(xù)到大約早古生代奧陶紀末，此時東昆侖—柴達木地塊屬于原特提斯洋南緣.晚奧陶世原特提斯洋兩側(cè)大陸發(fā)生碰撞，北側(cè)勞亞大陸和南側(cè)岡瓦納大陸連接形成聯(lián)合古陸.碰撞導(dǎo)致東昆侖—柴達木地塊洋殼呈向南俯沖趨勢，詳見構(gòu)造模式圖11中20～37 km深度范圍(Pt3)和疊加剖面圖10中CDP995 11s、CDP1895 6.5s位置反射波組；此外，昆侖山(CDP1535)下6～10 s范圍反射同相軸凌亂，可能與低速體上涌相關(guān).

(2) 從晚古生代石炭紀開始，聯(lián)合古陸大致沿原特提斯東昆侖—柴達木地塊南緣弧后盆地破裂.弧后盆地破裂、擴張導(dǎo)致新洋殼出現(xiàn)，開始古特提斯構(gòu)造演化階段.伴隨破裂擴張，古特提斯洋盆南北兩側(cè)發(fā)生塌陷、巖漿侵入作用，盆地邊緣存在半深水到淺水陸緣沉積，見疊加剖面圖9中CDP12354s、CDP13555s、CDP16853s位置古洋殼的不連續(xù)反射波組和圖11中CDP1125～2250之間5～17 km深度范圍(Z3-O1).

(3) 古特提斯洋于石炭紀晚期或者早二疊世向南、北兩側(cè)俯沖，北側(cè)沿東昆侖南緣縫合帶消亡，大洋巖石圈插入東昆侖—柴達木地塊之下，產(chǎn)生島弧巖漿活動，東昆侖山開始隆升；南側(cè)沿西金烏蘭—金沙江縫合帶消亡，大洋巖石圈插入羌塘地塊之下，導(dǎo)致岡瓦納大陸北側(cè)再度破裂，形成新特提斯洋.在二疊紀晚期，古特提斯陸殼島鏈與兩側(cè)大陸發(fā)生碰撞，使羌塘地塊、可可西里—巴顏喀拉地塊與東昆侖—柴達木地塊拼合，北部拼合痕跡見INDEPTH IV剖面圖9中CDP1148 6s、CDP1508 5s、CDP1868 4s、CDP2150 3s位置的不連續(xù)反射波組,不連續(xù)性反映東昆侖山下可能存在多條南傾的北昆侖逆沖斷裂(NKT)，見圖11.

(4) 白堊紀中期，新特提斯洋持續(xù)消減，印度—歐亞碰撞使得喜馬拉雅地塊與羌塘地塊對接.新生代漸新世晚期-中新世早期，喜馬拉雅造山應(yīng)力持續(xù)向北擴展，產(chǎn)生左行走滑的阿爾金斷裂和柴達木盆地南緣昆中斷裂系，北西—南東向和近東西向應(yīng)力使得東昆侖上地殼發(fā)生褶皺相關(guān)斷層，地層普遍向南逆沖，斷層傾角向南增加，東昆侖造山帶隆升加劇,詳見于INDEPTH IV剖面圖9中淺層0～4 s范圍巖層斷裂傾向、褶皺曲率分布形態(tài).

4 隆升過程

INDEPTH IV剖面跨越地質(zhì)構(gòu)造單元包括松潘—甘孜地塊(SG)(三疊系復(fù)理石沉積)、南昆侖斷裂(SKF)(SG內(nèi)部逆沖走滑斷裂構(gòu)造)、北昆侖斷裂(NKF)(昆侖縫合帶)、北昆侖逆沖斷裂(NKT)(推測的向北推覆斷裂).參考INDEPTH IV深反射地震構(gòu)造模式及其他地球物理、地球化學數(shù)據(jù)，作者們闡述東昆侖造山帶的隆升過程如下：

晚古生代原特提斯洋消亡導(dǎo)致東昆侖—柴達木地塊地殼厚度微有增加，按照PREM地球模型計算，地殼厚度約為33 km.早二疊世松潘—甘孜洋向東昆侖—柴達木地塊南部俯沖，導(dǎo)致東昆侖南緣深部巖漿上涌、深成巖侵入，地殼增厚、地勢升高，東昆侖—柴達木地塊初步分成陸緣弧與弧后盆地構(gòu)造單元，隨后兩單元開始不同的演化過程.在松潘—甘孜洋向北俯沖擠壓應(yīng)力下，東昆侖—柴達木地塊結(jié)晶基底將背沖抬升，東昆侖陸緣弧上地殼形成反向前陸逆沖帶，導(dǎo)致昆侖山隆升進入初始階段，這是東昆侖第一次主期造山階段.三疊紀期間，東昆侖山地勢抬高增強了地表風化剝蝕作用，在松潘—甘孜洋形成巨厚復(fù)理石沉積，東昆侖下深成侵入巖大量出露，形成現(xiàn)在地表為深成巖為主的變質(zhì)巖地貌，反向前陸逆沖帶很可能形成南傾的NKT，“隱伏的NKT”有一定理論根據(jù).中生代晚期至新生代以來，受印度—歐亞碰撞北向擠壓應(yīng)力，至少造成青藏高原上地殼擠壓縮短，使東昆侖—柴達木地塊上地殼沿北傾逆沖斷裂再次隆升，這是東昆侖第二次主期造山階段.柴達木盆地作為東昆侖山陸緣弧后地帶，現(xiàn)在地殼厚度約為50 km，即后期造山過程中約增厚17 km；東昆侖山地殼厚度在晚二疊世應(yīng)與柴達木盆地相同，現(xiàn)在地殼增厚達到68 km，后期造山過程中約增厚35 km，幾乎是二疊紀以前東昆侖—柴達木地塊的一倍.總之，東昆侖山造山帶隆升是由古生代末期松潘—甘孜洋向北俯沖與新生代東昆侖—柴達木地塊上地殼向南逆沖導(dǎo)致，造成中上地殼縮短增厚，形成東昆侖向南逆沖推覆系；東昆侖山中下地殼的擠壓碰撞主要來自松潘—甘孜洋向北俯沖應(yīng)力，中下地殼約增加18 km厚的地層，增厚物質(zhì)大部分來自松潘—甘孜地體二疊紀的松潘—甘孜洋殘余洋殼和部分三疊紀復(fù)理石.地殼增厚使得相應(yīng)造山高度達到5 km以上，在重力均衡作用調(diào)整下，東昆侖巖石圈地幔因而加深.依此推測，莫霍臺階應(yīng)當向昆侖山下移動，臺階高度為13 km.

5 結(jié)論

東昆侖造山帶是青藏高原北部最為復(fù)雜的構(gòu)造帶，經(jīng)歷了早古生代、晚古生代、三疊紀多期古大洋板塊俯沖碰撞與溝-弧-盆演化以及中、新生代多期構(gòu)造運動，伴隨多期巖漿活動與構(gòu)造熱事件發(fā)生.基于INDEPTH IV深反射地震數(shù)據(jù)疊前道集振幅、頻率和相位分析，地震處理的重點和難點是近地表風化殼靜校正和異常振幅噪音衰減，通過初至波剩余靜校正技術(shù)、異常振幅噪聲衰減技術(shù)和CRS疊加技術(shù)獲得了信噪比較高的地震剖面.結(jié)合前人研究成果，通過INDEPTH IV深反射地震剖面綜合解釋，形成以下主要認識.

(1) 東昆侖造山帶上地殼地層具有擠壓走滑、斷展褶皺等動力學特點，向南逆沖推覆構(gòu)造發(fā)育，北傾斷裂向南趨勢漸陡；受松潘—甘孜地塊北向擠壓應(yīng)力和柴達木地塊南向阻力影響在東昆侖山前帶存在南傾的北昆侖逆沖斷裂，這是東昆侖造山的第二次隆升主期.

(2) 東昆侖造山帶巖石圈上、下地殼之間存在不連續(xù)古洋殼反射界面，應(yīng)屬松潘—甘孜古洋殼向北俯沖遺跡，同相軸不連續(xù)特征反映東昆侖—柴達木地塊南緣被動大陸邊緣碰撞帶，這是東昆侖造山的第一次隆升主期.

(3) 從地震剖面及速度剖面可以看出，東昆侖山下偏南局部Moho面以上異常低頻反射特征指示構(gòu)造混雜巖存在，混雜巖波阻抗特征與巖石圈上地幔相近，可能代表低速高導(dǎo)、局部熔融體異常顯示，下地殼流概念值得關(guān)注.

東昆侖古、中、新生代構(gòu)造運動復(fù)雜，伴有多期巖漿活動與構(gòu)造熱事件發(fā)生，金屬礦床資源與新生代構(gòu)造運動中熱液活動存在密切聯(lián)系.深入研究區(qū)域構(gòu)造控礦規(guī)律，能夠為東昆侖找礦部署提供重要依據(jù).

致謝 感謝為本文撰寫提供原始數(shù)據(jù)的INDEPTH項目組成員；感謝東方地球物理公司研究院王永明博士、劉建紅博士給予的地震處理指導(dǎo)；感謝中國地質(zhì)科學院深部探測中心陳宣華博士給予的構(gòu)造地質(zhì)幫助.

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(本文編輯 胡素芳)

East Kunlun Orogeny′s uplift uncovered by deep reflection seismic data in INDEPTH IV

LIU Zhi-Wei1, ZHAO Wen-Jin1, WU Zhen-Han1, SHI Da-Nian2, SONG Yang1, DENG Shi-Guang1

1ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China2InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China

A great challenge in INDEPTH IV′s deep-reflection seismic processing is to deal with nearsurface statics and noise attenuation, and a seismic profile with high signal-noise-ratios has been obtained by means of first-break refraction residual statics, abnormal amplitude noise suppression and CRS stacking. The new interpreted profile uncovers that the upper crust of East Kunlun Orogenic belt obviously possess dynamical characteristics of compressional strike-slips and fault-propagation folds, Songpan-Garzê ancient oceanic crust′s reflection discontinuously exists between the upper and lower crusts of lithosphere, and abnormal low-frequency reflection responses may attribute to a partially molten block with lower-velocity and high-conductivity properties. INDEPTH IV′s seismic profiles and other geophysical data prove that the complex uplift process in East Kunlun orogeny experienced twice principal-stage deformations at least, first deformed in one northern subduction of Songpan-Garzê Ocean during the Triassic period and second triggered by a compressional stress from Qiangtang Block moving northward since Cenozoic era. Finally, based on INDEPTH IV′s shot gathers, velocity and stacking profiles presently interpreted, a new uplifting model comes forward to enhance much knowledge to east Kunlun Orogenic belt.

Deep-reflection seismic； East-Kunlun Orogenic Belt； Songpan-Garzê ocean crust； INDEPTH IV

10.6038/cjg20160907.

中國地質(zhì)調(diào)查局項目“青藏高原深部過程與資源環(huán)境效應(yīng)研究”(1212011220903)，美國自然科學基金委員會(NSF)，德國GFZ地學研究中心聯(lián)合資助.

劉志偉, 男, 1976 年生，助理研究員，長期從事地震處理技術(shù)研究, 近年來主要從事深反射地震處理成像技術(shù)研究.E-mail:zwliu007@sina.com

10.6038/cjg20160907

P541

2016-04-27，2016-06-23收修定稿

劉志偉，趙文津，吳珍漢等. 2016. INDEPTH IV深反射地震揭示的東昆侖造山帶隆升過程. 地球物理學報，59(9):3211-3222,

Liu Z W, Zhao W J, Wu Z H, et al. 2016. East Kunlun Orogeny′s uplift uncovered by deep reflection seismic data in INDEPTH IV.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),59(9):3211-3222,doi:10.6038/cjg20160907.