磁場資料在西昆侖地區(qū)構(gòu)造研究中的應用

林曉星， 吳 云， 鄒為雷

(中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

磁場資料在西昆侖地區(qū)構(gòu)造研究中的應用

林曉星， 吳 云， 鄒為雷

(中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

通過研究磁場資料，對西昆侖地區(qū)的斷裂展布以及塔里木地塊與青藏塊體之間的接觸關(guān)系進行了分析，認為柯崗斷裂并未被NW走向的克孜勒陶—庫斯拉普斷裂所截，而是柯崗斷裂阻止了克孜勒陶—庫斯拉普斷裂繼續(xù)向NW方向延伸； 利用2.5D專業(yè)軟件，反演了塔里木地塊與青藏塊體之間的關(guān)系，結(jié)果顯示，雙向?qū)_模式更能獲得磁場資料的支持。

西昆侖； 磁場； 斷裂； 接觸關(guān)系； 反演

0 引言

西昆侖地區(qū)位于“地球第三極”的青藏高原西北部、塔里木盆地的西南緣，作為陸—陸碰撞造山帶的典型地區(qū)[1-2]，這里地質(zhì)現(xiàn)象豐富，是當前國際地學界研究的熱點區(qū)域之一。從構(gòu)造歷史來看，這里是“特提斯域”與“古亞洲域”接壤及轉(zhuǎn)換地帶[3]，與青藏高原的形成與演化有著密切的關(guān)系； 從成礦角度來看，該區(qū)域構(gòu)造變形強烈，巖漿活動頻繁，漫長的地質(zhì)演化歷史及其特殊的大地構(gòu)造環(huán)境，造就了得天獨厚的成礦地質(zhì)條件[4]，是著名的秦祁昆成礦帶的重要組成部分； 另外，塔里木地塊作為印度板塊向北移動的主要阻擋地體，研究其與印度板塊的接觸關(guān)系及其規(guī)模，對于了解因碰撞引起的陸內(nèi)變形之深部過程具有特殊的意義[5]。

但是，由于研究區(qū)特殊的自然地理條件，如高寒、缺氧、地形切割劇烈及交通條件不便，多年來一直是航空磁測的空白區(qū)域。1988年中國國土資源航空物探遙感中心(以下簡稱航遙中心)在研究區(qū)北部的塔里木盆地進行了航磁勘查工作，1998年完成了包括該研究區(qū)在內(nèi)的青藏高原中西部1∶100萬航磁概查。由于研究區(qū)的整體地質(zhì)研究程度較低，因此，對該區(qū)域的認識尚存在較大的分歧。近年來，隨著新一輪西昆侖構(gòu)造帶科學研究的展開，特別是通過地球物理與地質(zhì)等多方面資料的綜合分析與解釋，對西昆侖構(gòu)造帶有了進一步的認識。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，利用編制的全國航磁資料提取了研究區(qū)內(nèi)1∶50萬航磁ΔT化極資料，對該區(qū)域的斷裂構(gòu)造展布及其與塔里木地塊之間的關(guān)系進行了探討。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于昆侖山西段，其西南與巴基斯坦(巴控克什米爾地區(qū))相望，坐標范圍為N36°00′～37°20′，E76°10′～79°30′，面積約44 000 km2，行政區(qū)劃主要隸屬喀什地區(qū)喀什庫爾干縣、葉城縣及和田地區(qū)皮山縣、和田縣及墨玉縣。

20世紀60年代該區(qū)開始進行較系統(tǒng)的地質(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)勘查工作，內(nèi)容主要包括區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、區(qū)域地球物理、區(qū)域地球化學、遙感地質(zhì)及銅多金屬礦、鐵礦等少數(shù)礦種的礦產(chǎn)資源勘查與研究工作，但受自然條件限制，該區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)工作主要以各種低精度測量為主，礦產(chǎn)資源調(diào)查評價亦僅限于交通相對有利的局部地段，是我國地質(zhì)工作程度較低的地區(qū)之一。

該區(qū)主體為昆侖山山脈，其北部為塔里木地塊(華北板塊)，南部為羌塘地塊(華南板塊)，如圖1所示。該區(qū)以康西瓦大斷裂為界，分為古亞洲構(gòu)造域和特提斯構(gòu)造域2個一級構(gòu)造域，其中古亞洲構(gòu)造域又可分為塔里木南緣凹陷帶、鐵克里克隆起帶和西昆侖中間地塊及顯生宙巖漿弧帶3個次級構(gòu)造單元[6]。

① 賽拉加孜卡斷裂； ② 柯崗斷裂； ③ 康西瓦斷裂

2 磁場分區(qū)特征

研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)條件復雜，構(gòu)造運動強烈，巖漿活動頻繁，區(qū)內(nèi)地層發(fā)育齊全，巖漿巖分布廣泛。根據(jù)磁場宏觀分布特征，同時參考該區(qū)域的地質(zhì)演化過程，將研究區(qū)磁場分為3個不同磁場特征區(qū)(圖2)： 普薩—克里陽正負變化磁場區(qū)(Ⅰ)、庫地—庫爾浪正負變化磁場區(qū)(Ⅱ)和麻扎平靜磁場區(qū)(Ⅲ)。

Ⅰ.普薩—克里陽正負緩變化磁場區(qū)； Ⅱ.庫地—庫爾浪正負變化磁場區(qū)； Ⅲ.麻扎平靜磁場區(qū)

圖2研究區(qū)磁場分區(qū)示意及剖面位置

Fig.2Distributionofmagneticfieldandprofilelocationofthestudyarea

普薩—克里陽正負緩變化磁場區(qū)(Ⅰ)位于賽拉加孜卡斷裂以北，向北延出研究區(qū)。該分區(qū)磁場南負北正、西負東正，面貌相對比較平緩。需要說明的是，該分區(qū)的東部磁場平緩升高，似乎與南部的庫地—庫爾浪正負變化磁場特征更為一致，但是，通過對比地勢、地層等資料(圖3)，同時參考衛(wèi)星磁場數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)精度為2′×2′，圖4)，認為北部的正磁場是由結(jié)晶基底引起，而南部庫地—庫爾浪正負變化磁場區(qū)的正磁場是以鐵克里克隆起帶出露的古老變質(zhì)地層為場源，二者場源性質(zhì)明顯不同，故劃分為2個磁場特征區(qū)。

庫地—庫爾浪正負變化磁場區(qū)(Ⅱ)位于賽拉加孜卡斷裂以南，康西瓦斷裂以北地區(qū)，磁場區(qū)總體形態(tài)呈向南東撒開的帚狀，構(gòu)造上該磁場區(qū)位于古亞洲構(gòu)造域內(nèi)，基本與昆侖造山帶相對應； 區(qū)內(nèi)磁場變化劇烈，從-200 nT迅速變化到1 200 nT，宏觀上呈NW及近EW向的條帶現(xiàn)象，磁場區(qū)磁異常特征的復雜性正是板塊的相互碰撞擠壓作用的反映。

麻扎平靜磁場區(qū)(Ⅲ)位于研究區(qū)的西南緣，東北毗鄰庫地—庫爾浪正負變化磁場區(qū)，南、西、東向均延出研究區(qū)，北東以康西瓦深大斷裂為界與庫地—杜瓦正負變化磁場區(qū)相鄰，該磁場分區(qū)與特提斯構(gòu)造域(局部)吻合。本磁場分區(qū)磁場面貌特征較為簡單，以大面積的平靜負磁場為主，局部分布有少量正磁異常； 局部正磁異常是淺層地質(zhì)體的反映，大面積的負磁場是該構(gòu)造域弱磁性基底在磁場上的反映。

1. 第四系； 2. 寒武系； 3. 新近系； 4. 青白口系； 5. 古近系； 6. 薊縣系； 7. 白堊系； 8. 長城系； 9. 侏羅系； 10. 元古宇； 11. 三疊系； 12. 南華系； 13. 二疊系； 14. 冰雪覆蓋； 15. 石炭系； 16. 酸性—中酸性巖； 17. 泥盆系； 18. 中性巖； 19. 志留系； 20. 基性巖； 21. 奧陶系； 22. 蛇綠巖

圖3研究區(qū)地質(zhì)概況

Fig.3Geologicalmapofthestudyarea

圖4 研究區(qū)衛(wèi)星磁場特征

3 巖石物性特征

本文對前人的巖石磁性工作進行了總結(jié)與歸納，其結(jié)果如表1所示。通過分析認為，研究區(qū)沉積巖及淺變質(zhì)巖基本無磁性或弱磁性，地層磁場主要由巖漿巖及古老的深變質(zhì)巖引起。另據(jù)圖3可知，區(qū)內(nèi)古老變質(zhì)巖主要分布在賽拉加孜卡斷裂以南，柯崗斷裂以北地區(qū)，即鐵克里克隆起帶內(nèi)，是引起該地區(qū)強磁異常的主要地質(zhì)體之一； 研究區(qū)巖漿巖主要分布在西昆侖中間地塊及顯生宙巖漿弧帶，為引起該地區(qū)正磁場的主要場源之一。

表1 西昆侖地區(qū)巖石磁化率統(tǒng)計結(jié)果[7]

4 磁場反映的斷裂特征

利用磁場資料進行地質(zhì)構(gòu)造研究是經(jīng)常使用的重要技術(shù)手段之一。磁場中所表現(xiàn)出來的磁場外貌及形態(tài)變化特征，主要是不同巖石(地層)之間存在的磁性差異以及深構(gòu)造特征。上述差異的形成往往與巖石(地層)中的礦物成分、不同時代地層展布、巖漿活動及構(gòu)造演化等之間存在著密切的聯(lián)系，并且受斷裂的影響和控制。因此，應用磁場資料進行斷裂(包括隱伏斷裂)劃分及研究是一種行之有效的方法[8]。

本文利用航磁資料圈劃了研究區(qū)的主要斷裂分布(圖5)。從圖5可以看出，研究區(qū)分布有4條規(guī)模較大的斷裂，即： 賽拉加孜卡斷裂、柯崗斷裂、康西瓦斷裂和克孜勒陶—庫斯拉普斷裂。

① 賽拉加孜卡斷裂； ② 柯崗斷裂； ③ 康西瓦斷裂； ④ 克孜勒陶—庫斯拉普斷裂

圖5研究區(qū)航磁反映的斷裂分布

Fig.5Distributionoffracturesreflectedbymagneticfieldofthestudyarea

將本文結(jié)果與前人的認識進行對比發(fā)現(xiàn)，二者存在一定的差異： 首先，在文獻[6]、[9]中認為柯崗斷裂西端被NNW向的克孜勒陶—庫斯拉普斷裂所截(圖6)； 而通過分析磁場資料可知，柯崗斷裂與克孜勒陶—庫斯拉普斷裂的磁場特征均為不同特征磁場的分界線、磁場梯度帶，但是柯崗斷裂在磁場圖上的特征更為明顯，NW向連續(xù)性好。從磁場特征上看，柯崗斷裂非但沒有被克孜勒陶—庫斯拉普斷裂所截，反而是柯崗斷裂截斷了克孜勒陶—庫斯拉普斷裂，這種特征在磁場上延圖上(上延范圍見圖5中藍色框范圍)表現(xiàn)得更為清楚(圖7)。由此推測，柯崗斷裂的活動時代可能要晚于克孜勒陶—庫斯拉普斷裂的活動時代，而不是通常認為的柯崗斷裂主要活動于元古宇和古生代； 克孜勒陶—庫斯拉普斷裂主要活動于古生代和中生代[8]。

② 柯崗斷裂； ④ 克孜勒陶—庫斯拉普斷裂

另外，前人研究成果表明，在柯崗斷裂與康西瓦斷裂之間存在一條規(guī)模較大的斷裂(圖6中⑤號斷裂)，即卡拉克斷裂[6,9]，文獻[9]將此斷裂劃為巖石圈斷裂，但是在磁場圖上，并未發(fā)現(xiàn)此斷裂的磁場響應，具體原因有待于進一步研究。

5 塔里木地塊與青藏塊體之間的關(guān)系

西昆侖山在全球板塊構(gòu)造的框架中位于印度板塊與歐亞板塊碰撞作用區(qū)，新生代以來，印度板塊自南向北運動，與歐亞大陸相碰撞并造成青藏高原的隆升，已成為不爭的事實。而塔里木地塊與青藏塊體的關(guān)系一直存在較大的爭議，主要存在以下3種不同的觀點： ①塔里木向南俯沖至西昆侖山下，這種觀點認為，青藏高原的形成是北面塔里木地塊向南的“A”型俯沖[10-13]，其主要證據(jù)是： 自可可西里及向西沿西昆侖南北出露的新生代為主的、以堿性、基性火山熔巖為主及部分鈣堿性火山熔巖的成帶分布，是由于塔里木向南俯沖下插，導致火山巖的噴溢，同時這一觀點也得到了一些地球物理資料的支持。②塔里木與青藏高原對沖，這一觀點由高銳等提出[1，5，13]，他們在橫跨西昆侖與塔里木盆地的深地震反射剖面中發(fā)現(xiàn)了塔里木盆地向南傾斜與西昆侖山向北傾斜的多組強反射，認為它們構(gòu)成了塔里木巖石圈與青藏高原西北緣巖石圈在西昆侖山下相向傾斜碰撞的深地震反射證據(jù)。③青藏高原的俯沖和塔里木盆地被動阻擋，肖序常等[2]通過分析地球物理、地質(zhì)和地球化學資料提出青藏高原西北緣不存在塔里木盆地向西昆侖山作長距離的“A”型俯沖，晚新生代以來巖石圈“面對面的水平擠壓-拆沉作用”是形成西昆侖陸-陸碰撞造山帶的主要原因。西昆侖—塔里木南緣新生代以來受到南來的強勁擠壓應力或其偶力作用，東北部的塔里木地塊基本上為均勻的剛性地體，對南來的擠壓只起到被動阻擋的作用[2，14]。

本文試圖從區(qū)域磁場的角度探討塔里木與青藏塊體之間的接觸關(guān)系。由于討論的內(nèi)容為深部地質(zhì)體特征，為了減少淺層地質(zhì)體磁場的干擾，對磁場數(shù)據(jù)進行了上延濾波處理。通過對比分析，采用上延2 km的磁場數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)，并提取其中特征較為典型的剖面作為反演原始剖面(圖2)，使用2.5D專業(yè)反演軟件計算，結(jié)果如圖8所示。

① 賽拉加孜卡斷裂； ② 柯崗斷裂； ③ 康西瓦斷裂；④ 克孜勒陶—庫斯拉普斷裂

根據(jù)前人的研究成果，反演時塔里木基底深度控制在10～12 km之間[15]，青藏基底深度控制在5～7 km以內(nèi)[16]。據(jù)徐鳴杰等[17]的研究成果，塔里木的地殼厚度超過50 km，而青藏高原由于南北擠壓作用，地殼厚度顯然大于這一厚度； 考慮到深部地質(zhì)體對磁場的貢獻較小，同時參考前人關(guān)于本區(qū)居里面的研究成果[18-21]，認為本區(qū)居里消磁面深度大于35 km，因此本次計算將地質(zhì)體的深度范圍控制在30 km左右。

從反演結(jié)果不難看出，塔里木地殼向西昆侖山下俯沖，但是距離有限，衛(wèi)星磁場特征表現(xiàn)為大面積的負磁場，這也表明在西昆侖山下不存在塔里木的強磁性基底； 青藏塊體由南向北俯沖至西昆侖山下，二者相向俯沖，與高銳等[1，13]通過深地震取得的結(jié)果相吻合。

6 結(jié)論與認識

(1)通過磁場資料，對西昆侖地區(qū)的斷裂構(gòu)造進行了探討，認為柯崗斷裂并沒有被NW走向的克孜勒陶—庫斯拉普斷裂所截，而是柯崗斷裂截斷了克孜勒陶—庫斯拉普斷裂，后者并沒有繼續(xù)向NW方向延伸。

(2)通過 2.5D專業(yè)反演軟件計算，筆者認為青藏塊體與塔里木地塊相向俯沖至西昆侖山下，塔里木地塊并不存在向南長距離的“A”型俯沖； 衛(wèi)星磁場數(shù)據(jù)也表明西昆侖下不存在塔里木高磁基底。

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ApplicationofmagneticdatainthestudyofgeologicalstructureinWestKunlunarea

LIN Xiaoxing, WU Yun, ZOU Weilei

(ChinaAeroGeophysicalSurveyandRemoteSensingCenterforLandandResources,Beijing100083,China)

This paper discusses the distribution of fractures in West Kunlun and the contact relation between Tarim Block and Tibetan Plateau by using magnetic data. And the authors concluded that Kogan fracture is not truncated by the NE Kizilto-Koslap fracture, but it prevents the Kizilto-Koslap fracture from extenting to northwest. The authors also discussed the relationship between Tarim Block and Tibetan Plateau by 2.5 D professional inversion software. The results shows that the bidirectional subduction mode is supported by the magnetic data.

West Kunlun; magnetic; fracture; contact relation; inversion

刁淑娟)

10.19388/j.zgdzdc.2017.06.12

林曉星，吳云，鄒為雷.磁場資料在西昆侖地區(qū)構(gòu)造研究中的應用[J].中國地質(zhì)調(diào)查,2017,4(6): 83-88.

P631.2+22; P542

A

2095-8706(2017)06-0083-06

2017-02-16；

2017-09-18。

中國地質(zhì)調(diào)查局“秦嶺及天山等重點成礦區(qū)帶航空物探調(diào)查(編號： 121201203000160006)”及國家重點研發(fā)計劃“超深層重磁電震勘探技術(shù)研究(編號： 2016YFC0601100)”項目聯(lián)合資助。

林曉星(1981—)，女，高級工程師，主要從事航空物探數(shù)據(jù)處理與綜合解釋工作。Email: linxiaoxing2012@163.com。