龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶中段雙湖地區(qū)地球物理特征

曾昭發(fā)， 趙雪宇*， 李忠雄， 李靜， 王坤， 馬龍

1 吉林大學地球探測科學與技術學院， 長春 130026 2 中國地質調查局成都地調中心， 成都 610081

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龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶中段雙湖地區(qū)地球物理特征

曾昭發(fā)1， 趙雪宇1*， 李忠雄2， 李靜1， 王坤1， 馬龍2

1 吉林大學地球探測科學與技術學院， 長春 130026 2 中國地質調查局成都地調中心， 成都 610081

龍木錯—雙湖—瀾滄江板塊縫合帶位于青藏高原羌塘中部至藏東一帶，相關研究將其厘定為岡瓦納板塊的北界，對探討青藏高原早期形成與演化歷史及區(qū)域資源勘查與評價有重要的地質意義.本文結合區(qū)域重磁數據、大地電磁數據對該縫合帶地球物理特征進行分析論證.首先基于WGM2012全球重力場模型網格化數據，利用垂向一階導數計算、構造增強濾波等處理方法，推測龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶異常的空間分布.計算的區(qū)域莫霍面在縫合帶南北兩側深度存在較大差異.重力數據及其處理結果論證了龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶存在的可能性.其次，選取了龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶中段雙湖地區(qū)的高質量大地電磁數據進行反演解釋，電阻率反演結果表明縫合帶南北存在較大的電性差異，結合區(qū)域地質情況，推測縫合帶是不同地質體的分界線.最后，對縫合帶地球物理響應特征和地質認識進行了討論.通過對地球物理數據分析處理，為進一步討論縫合帶形成提供了有利的科學依據.

龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶； 衛(wèi)星重力異常； 大地電磁測深； 定性分析

1 引言

青藏高原是由不同地體拼合而成的一個復雜的地質構造單元，地質活動較為復雜，在不同地質時代經歷了多次構造運動，從而形成一系列近東西走向的縫合帶(鄒長橋等，2012a).李才(1987)認為在青藏高原羌塘中部至藏東一帶存在構造帶，即龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶.該縫合帶西起龍木錯，向東經雙湖、巴青，延入藏東地區(qū)，向南與本通—勞務一線相連，全長超過2000 km，被厘定為岡瓦納板塊的北界(李才，1987；李才等，1995).羌塘盆地可劃分為北羌塘坳陷、中央隆起帶和南羌塘坳陷三個構造單元(黃繼鈞，2001；王成善等，2001；王劍等，2004)，南北羌塘以古特提斯洋為界，分別屬于岡瓦納板塊、揚子地塊兩個迥異的生物古地理區(qū)系，發(fā)育不同的沉積建造(李才，1987；劉本培等，2002；李才等，2006).在三疊紀末，洋殼消減完畢，沿瑪岡瑪錯—戈木日—瑪依崗日北坡一帶形成了龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶(李才等，2006；王根厚等，2009).該縫合帶對探討青藏高原早期形成與演化歷史及對區(qū)域資源勘查與評價有重要的意義(李才，1987；李才等， 1995；劉本培等，2002；王根厚等，1995，2009).

李才等(2006，2007a，2007b)認為由于縫合帶兩側岡瓦納與揚子板塊自晚古生代到三疊紀沉積建造、生物演化與地理區(qū)系、巖漿活動、變質作用和構造運動存在巨大差異，從而說明了縫合帶的存在.依據羌塘地區(qū)構造的類型與發(fā)育程度，羌塘盆地可劃分為邊緣逆沖斷層—褶皺帶、內部復式褶皺帶及中央基底變質巖帶(黃繼鈞，2001；雷振宇等，2001；王成善等，2001；王劍等，2004).在縫合帶中，已經發(fā)現了規(guī)模較大的高壓變質巖帶，呈帶狀展布，斷斷續(xù)續(xù)超過500 km.從西段的岡瑪錯、紅脊山，在果干加年山及其以南，榮瑪和角木日，雙湖西恰格勒拉地區(qū)向東直至藏東一帶均有出露高壓變質巖(李才等，2006).李才(2008)認為這是三疊紀古特提斯洋向北西單向俯沖形成.

但是鄧萬明(1996)認為古特提斯洋主體的位置和規(guī)模是不斷變化的，以龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶作為岡瓦納古陸北界是不可取的.Kapp等(2003)推斷是由于金沙江消減帶長距離向南俯沖到羌塘中部引起隆升和伸展剝離作用形成的，故羌塘中部不存在板塊縫合帶，羌北地塊也屬于岡瓦納板塊體系，岡瓦納板塊與揚子板塊界線在金沙江縫合帶.

雙湖地區(qū)有關天然地震研究成果中，中美合作的雙湖—龍尾錯INDEPTH剖面表明雙湖地區(qū)南北地震波速度差異較大，在10 km左右深度速度差達0.7 km·s-1(趙文津等，2008).劉國成等(2014)利用天然地震接受函數反演的方法，通過對羌塘盆地中部地體泊松比計算、莫霍面形態(tài)及其動力學成因的分析，發(fā)現了雙湖縫合帶兩邊明顯的構造分區(qū)特征.天然地震層析成像結果表明羌塘中央隆起帶在其形成過程中確有可能是一個重要的構造邊界，P波異常表明了龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶的特征(鄒長橋等，2012b；鄭洪偉等，2012).

為了進一步論證縫合帶的存在性，本文將結合重磁數據、大地電磁數據，對縫合帶區(qū)域重力特征及雙湖地區(qū)大地電磁反演剖面進行分析，參考有關地質資料，對地層進行了年代歸屬劃分.這些結果為龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶理論發(fā)展提供了有利的科學依據.

2 龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶重磁異常特征

2.1 重力異常特征

龍木錯斷裂南北存在磁性和密度差異(孟令順等，1990).利用1∶250萬布格重力異常數據，通過匹配濾波等處理方式，發(fā)現雙湖—岡瑪錯—龍木錯構造帶是一條明顯的線狀重力異常帶.該帶北側為大面積平緩異常，南側主要以線狀圈閉異常為主(鄭洪偉等，2010，2012).張燕等(2013)利用最新1∶100萬比例尺的重力數據分析認為龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶重力場特征不如班公湖—怒江縫合帶明顯，龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶僅是羌塘區(qū)塊的內部分界線，對青藏高原分割性次于班公湖—怒江縫合帶.

圖1 青藏高原縫合帶與板塊構造簡圖結果據李才等(2006)修改.Fig.1 Sutures and plate tectonic map of Qinghai -Tibet plateauThe result was derived from Li et al.(2006).

上述所提及的重力數據，比例尺較小，分辨率較低，且在部分陡峻山區(qū)、雪線以上和湖泊等受地形條件限制無實測重力數據(張燕等，2013).根據衛(wèi)星數據利用地球重力場模型的位系數確定覆蓋全球的衛(wèi)星重力異常具有解決上述問題的可能性.衛(wèi)星重力異常為空間重力異常，進行布格改正處理，計算出所謂的“計算布格重力異?！?下文簡稱布格重力異常)，可用來進一步分析地質構造(王謙身等，2007).

1) 數據來源網址為http:∥bgi.omp.obs-mip.fr

本文所選用的數據為國際大地測量和地球物理學聯合會組織BGI1)公開的WGM2012模型網格化數據，分辨率為2′×2′，由Balmino等于2012年提出，選用的泰勒展開級數N=40，保證了重力數據0.1 mGal的精度值.根據該數據繪制出了如圖2所示的青藏高原區(qū)域衛(wèi)星布格重力異常圖.

從圖2可見青藏高原區(qū)域布格重力異常值范圍在-520～60 mGal之間，表現出周邊異常值高，內部異常值低的特征.于田、葉城以北和普蘭、日喀則以南區(qū)域表現重力高異常，異常值大于-200 mGal，變化較大；格爾木、都蘭盆地及其以東區(qū)域，重力異常中等，變化較為平滑.在青藏高原內部，異常表現為低緩的負異常，在普蘭—日喀則周邊和龍木錯—雙湖—瀾滄江以北地區(qū)為兩個相對重力低的區(qū)域.青藏高原自南向北依次有以下重力梯度帶：南部的仲巴—定日—日喀則—拉薩—林芝一線的重力梯度帶；中部的革吉—改則—錯勤—申扎一線的重力梯度帶；北部的龍木錯—雙湖—瀾滄江重力梯度帶和東昆侖南緣至昆侖山口一線的重力梯度帶.這些梯度帶同圖1中的縫合帶有著較好對應.雙湖地區(qū)以北重力異常值逐漸降低，到青藏高原重力異常值極低點區(qū)域；以南重力異常值逐漸升高，到改則—安多一線的相對高值異常區(qū).

為了更好的突出異常，此次采用求解垂向一階導數、構造增強濾波等數據處理方法.垂向一階導數結果可突出淺源異常、確定異常體的邊界以及消除或削弱背景異常.圖3為青藏高原布格重力異常垂向一階導數異常圖.龍木錯—雙湖—瀾滄江一線出現了夾在兩相對高值異常中間的串珠狀連續(xù)負異常，推測淺部斷裂構造的存在.另外，構造增強濾波是利用水平導數和垂向導數進行綜合計算(Smith and O′Connell，2005)，可以突出異常變化的部位，反映出地下斷裂構造.圖4為構造增強異常圖，在雙湖附近出現了條帶狀高值異常，推斷是由于地下斷裂構造導致.

圖2 青藏高原區(qū)域布格重力異常圖Fig.2 Bouguer gravity anomaly map of Qinghai-Tibet plateau

圖3 青藏高原布格重力垂向一階導數異常圖Fig.3 Vertical first derivative of Bouguer gravity anomaly map of Qinghai-Tibet plateau

圖4 青藏高原布格重力異常構造增強圖Fig.4 The structure enhancement result of the Bouguer gravity anomaly map in Qinghai-Tibet plateau

圖5 基于布格重力異常數據計算的青藏高原莫霍面深度圖Fig.5 Moho depth of Qinghai-Tibet plateau based on the Bouguer gravity anomaly

通過Parker-Oldenburg方法(Parker，1973；Oldenburg，1974)，可利用重力異常數據求解區(qū)域的莫霍面深度分布.圖5是利用布格重力異常計算出的莫霍面深度結果圖，在雙湖地區(qū)縫合帶兩側具有明顯的深度差異，其北側莫霍面深度在73～77 km左右，南側相對較淺，為65～70 km左右.該差異可以說明縫合帶南北深部結構的不同.求解的莫霍面結果與劉國成等(2014)天然地震獲得莫霍面的深度趨勢變化結果也有著較好的符合.

通過上述分析，可以發(fā)現縫合帶處于重力梯級帶上，且表現出了串珠狀重力一階導數異常、構造增強濾波的高值異常及南北莫霍面的深度差異，進而由淺入深的說明了龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶的存在.

2.2 磁異常特征

研究區(qū)磁異常特征爭議較大.姚正煦等(2002)認為龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶上未發(fā)現航磁異常，不具有縫合帶的磁場標志.熊盛青等(2014)從重、磁場特征分析，發(fā)現瀾滄江斷裂帶沿北西向延伸到安多地區(qū)后沒有向西轉彎，認為龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶的龍木錯—雙湖段可能不存在.但是鄭洪偉等(2012)認為該構造帶磁性南北兩側的基底特征有差異.從賀日政等(2007a，2007b，2009)向上延拓15 km的結果也顯示縫合帶有異常反映，推測是由于該縫合帶地表物質磁性較弱，區(qū)域無磁性巖石蓋層較厚，而使得縫合帶航磁異常特征表現不明顯.

3 雙湖地區(qū)大地電磁測深數據分析與反演解釋

盡管鄭洪偉和賀日政(2006)給出了研究區(qū)地殼幔密度結構，但不夠精細.本文選取了雙湖地區(qū)大地電磁測深數據來進一步分析縫合帶地球物理特征.大地電磁測深法(MT)是分析區(qū)域構造格架、構造單元接觸關系的重要手段，可在縱向上較為精細的分析地層分布.孔祥儒等(1996)通過對青藏高原西部吉隆—三個湖綜合地球物理剖面研究，認為羌塘盆地南北兩側電性結構具有較大的差異，殼幔高阻層變化較大.張勝業(yè)等(1996)在羌塘完成的大地電磁測深工作指出南羌塘的高阻層厚度大、分塊性明顯；北羌塘高阻層較薄，厚度均勻，電阻率值偏低，反映出羌南與羌北基底性質及結構存在較大差異.趙政璋和趙賢正(2001)在羌塘地區(qū)完成的油氣綜合地球物理工作得出沿魯谷—俄久買—俄久賣—雙湖存在一個重要的地球物理界線的結論.但是前人開展的大地電磁工作點距較大，橫向分辨率較低，如1998年和1999年INDEPTH(Ⅲ)-MT平均點距約13～14 km(魏文博等，2006).

3.1 數據質量及處理過程

本文所利用的大地電磁數據使用了德國Metronix公司生產的GMS05與GMS06儀器采集.數據剖面長度約180 km，途經瑪日埃錯、果根錯、昂達爾錯、蒂讓碧錯、美日切錯等地，位置如圖1所示.測線點距約為1 km，有效觀測記錄頻帶為320 Hz～0.001 Hz，優(yōu)級點數量達到80%以上.

該數據經過數據解編轉換、編輯平滑、極化模式識別、靜位移校正、橫向濾波等預處理后，采用非線性共軛梯度二維反演(NLCG)方法進行電阻率反演，結果如圖6所示.建立的模型較好擬合了觀測資料，擬合誤差小于6%.

3.2 數據反演結果在不同區(qū)域表現的電性特征

由圖6可以看出，本剖面不同區(qū)域間電阻率差異比較大.在羌塘盆地不同構造區(qū)，即北羌塘坳陷區(qū)，中部隆起區(qū)和南羌塘坳陷區(qū)，電性特點如下：

(1) 北羌塘坳陷區(qū)(-2 ～ -100號點之間)：本區(qū)域主要表現為低阻特征.自上而下分為三個電性層：表層以相對高阻為主，較薄，深度在幾十米至500 m；第二電性層是以低阻為主，電阻率為幾十歐姆米，深度在1000到6000 m左右；第三電性層為穩(wěn)定的低阻層，電阻率在30～50 Ωm，水平成層.

(2) 中部隆起區(qū)(-100～-200號點之間)：本區(qū)域電阻率特征相對比較簡單，自上而下分為三個電性層，即表層以中低阻為主，深度在幾十米至500 m；第二電性層以中高阻為主，電阻率在幾十歐姆米至100 Ωm，深度在4000 m之內；第三電性層延伸深度相對較大，以高阻為主要特點，電阻率值大于200 Ωm.

圖6 雙湖剖面大地電磁剖面電阻率反演結果圖Fig.6 MT resistivity inversion result map of Shuanghu profile

(3) 南羌塘坳陷區(qū)(-200～-360之間)：本區(qū)域表現為電阻率變化區(qū)，自上而下分為三個電性層，即表層為相對高阻電性層，深度在幾十米至500 m以內；第二電性層以低阻為主，電阻率在幾十歐姆米至100 Ωm之間，深度在4000 m之內；第三電性層延伸深度相對較大，以中等電阻率為主要特點，電阻率值為100 Ωm左右，變化較小.

以上三個分區(qū)在4～10 km深度上存在兩個電阻率特征差異較大的區(qū)域：一個是羌南坳陷區(qū)南段-360～-350號點，電阻率垂向變化不明顯，阻值較低.該區(qū)域在地理位置上靠近地質上的班公湖怒江版塊縫合帶，可能為該縫合帶的電性差異反映.另一個區(qū)域是中央隆起區(qū)與羌北坳陷區(qū)接觸帶(-120～80號點)，上部電阻率分布特征與羌北坳陷的電阻率分布特征較為類似，為中低阻特征，底部出現了與中央隆起區(qū)及羌南坳陷區(qū)的高阻介質類似的電阻率特征.該區(qū)域兩側巨大的電阻率差異表現出了不同物質或地質體.

3.3 反演結果解釋

根據大地電磁反演結果，結合區(qū)域地質資料，對不同電性層進行了地質解釋，如圖7所示.

根據反演電阻率剖面的橫向分布規(guī)律推斷出了13條斷裂.在三個地質單元中表層(深度為50～500 m)表現為變化的略高電阻率值的電性層，三個地質單元表現較為一致，推斷為新生界地層.而第二電性層，南北具有一定的差異，北部表現為低阻異常特征，結合區(qū)域地質調查結果，推斷為白堊系和侏羅系地層；南部也為低電阻率特征，較北部電阻率略高，推斷為侏羅系地層，雙湖地區(qū)南部鉆井在羌D2井850 m處鉆遇到侏羅系曲色組地層(黃華谷，2008).

第三個電性層南北以及中央隆起帶電性具有較大的差別，中央隆起帶下部推斷具有隱伏巖體存在，形成剖面最高電阻率異常；而北部低電阻率異常，結合區(qū)域地震數據解釋結果(李忠雄等，2013)，推斷為三疊系以及下伏早古生代地層；而南部推測的三疊系地層與古生代地層，電阻率較高，與北部相比有較大的差別.

4 結論與討論

根據區(qū)域基礎地質存在的科學問題，我們將WGM2012模型的重力數據及大地電磁數據應用于龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶的研究中.通過對雙湖地區(qū)重力場特征、大地電磁剖面電性特征分析，得到以下幾點認識：

(1) 龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶的重力異常表現為重力梯度帶特征，區(qū)域垂向一階導數異常表現為串珠狀異常及構造增強濾波結果為高值異常，說明淺部斷裂構造的存在.縫合帶南北莫霍面深度具有8km左右差異，說明龍木錯-雙湖區(qū)域具有自深部至淺部重力異常響應，反映出縫合帶經歷了多次活動.區(qū)域無磁性巖石蓋層較厚，基底古生代地層磁性較弱，使得縫合帶航磁異常特征表現不明顯.

(2) 雙湖地區(qū)的大地電磁剖面電阻率反演結果反映出縫合帶兩側電阻率差異較大.北羌塘區(qū)域表現為自上而下的低阻特性；南羌塘區(qū)域表現為上部低阻特征而下部高阻特征.說明縫合帶南北兩側中生代及之下地層電性的巨大差異，說明南北基底所處不同的沉積環(huán)境.結合李才等研究成果，北側低阻介質為揚子板塊地層，南側為岡瓦納板塊地層.

(3) 根據區(qū)域重力數據處理和大地電磁測深結果，結合區(qū)域地震和地質研究成果，雙湖地區(qū)古生代地層頂界面深度大約為10 km，與人工地震資料(李忠雄等，2013)吻合較好.南北羌塘坳陷區(qū)的地層古生代頂界面相對較淺，但三疊系地層，相對較厚，反映了南北的差異.中央隆起帶由于巖漿作用，整體隆升，造成了侏羅系地層缺失(梁曉，2013).

圖7 雙湖剖面地質解釋剖面圖Fig.7 Geological interpretation map of Shuanghu profile

本文的研究結果對龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶認識深化以及進一步研究提供了部分科學依據，可為將來青藏高原的構造運動分析等提供更為豐富的信息.

致謝 非常感謝審稿專家的辛苦閱稿及提出的寶貴意見，此外也感謝滕吉文院士，李才教授對本文改進提出的寶貴建議！

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(本文編輯 劉少華)

Geophysical characteristics of the Shuanghu District in the Lungmu Co-Shuanghu-Lancang river suture zone

ZENG Zhao-Fa1， ZHAO Xue-Yu1*， LI Zhong-Xiong2， LI Jing1， WANG Kun1， MA Long2

1CollegeofGeoexplorationScienceandTechnology，JilinUniversity，Changchun130026，China2ChengduCenter，ChinaGeologicalSurvey，Chengdu610081，China

Lungmu Co-Shuanghu-Lancang river suture zone is located from the middle of Qingtang area to the east of the Qinghai-Tibetan plateau. This zone was put forward and has been determined as the north edge of the Gondwanaland. It is important for the study of the early formation, evolutionary history of the Qinghai-Tibetan plateau and the exploration and evaluation of the regional resources. The geophysical characteristics of the suture are analyzed with the gravity and magnetotelluric (MT) data. Firstly, we use the vertical first derivative calculation and constrained anisotropic diffusion to process the gravity data of the World Gravitation Model 2012 (WGM2012) in this region, and get the distribution of the study zone. Meanwhile, the Moho interface depth shows the differences between the north part and south part of the Lungmu Co-Shuanghu-Lancang river suture zone. These results could show the possibility of the existence. Secondly, we do the inversion of the MT data in the Shuanghu area, which is in the middle part of the suture zone. The result shows that it is obviously different between the north part and south part. The suture zone may be the edge of the different terranes. At last, we discuss these geophysical characteristics and the related geology understanding. Through the discussion, it shows that the results will be helpful for the future discussion on the suture zone.Keywords Lungmu Co-Shuanghu-Lancang river suture; Satellite gravity abnormity; MT; Qualitative analysis

10.6038/cjg20161221.

國家自然科學基金項目(41574097)，國家重點研發(fā)計劃(2016YFC060110402)，吉林大學研究生創(chuàng)新基金資助項目(2016036)，博士點基金項目(20130061110060),中國地質調查局地質調查項目聯合資助．

曾昭發(fā)，男，1966年生，博士生導師，主要從事地球物理方法理論與應用研究. E-mail：zengzf@jlu.edu.cn.

*通訊作者 趙雪宇，男，1991年生，碩士研究生，主要從事重磁、工程地球物理方法理論與研究.E-mail：zhaoxueyu035035@163.com

10.6038/cjg20161221

P541,P318

2015-12-12, 2016-06-16收修定稿

曾昭發(fā)， 趙雪宇， 李忠雄等. 2016. 龍木錯—雙湖—瀾滄江縫合帶中段雙湖地區(qū)地球物理特征. 地球物理學報，59(12):4594-4602,

Zeng Z F， Zhao X Y， Li Z X. 2016. Geophysical characteristics of the Shuanghu District in the Lungmu Co-Shuanghu-Lancang river suture zone.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),59(12):4594-4602,doi:10.6038/cjg20161221.