中國陸域居里等溫面深度特征

熊盛青, 楊海, 丁燕云, 李占奎

1 中國國土資源航空物探遙感中心， 北京　100083 2 國土資源部航空地球物理與遙感地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京　100083

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中國陸域居里等溫面深度特征

熊盛青1,2, 楊海1, 丁燕云1, 李占奎1

1 中國國土資源航空物探遙感中心， 北京100083 2 國土資源部航空地球物理與遙感地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京100083

基于最新編制的1/100萬全國航陸域磁異常圖數(shù)據(jù)，采用功率譜法對(duì)中國陸域的居里點(diǎn)深度進(jìn)行了估算，獲得了8004個(gè)居里點(diǎn)深度，完成了中國陸域居里面深度圖的編制，首次完整的展現(xiàn)了中國陸域的居里面起伏特征.研究表明，居里面在穩(wěn)定地塊表現(xiàn)為坳陷，埋深為28～45 km，如塔里木盆地，準(zhǔn)噶爾盆地，柴達(dá)木盆地，可可西里—巴顏喀拉坳陷區(qū)，揚(yáng)子盆地區(qū)，華北盆地區(qū)，松遼盆地，二連盆地，巴彥浩特—武威—潮水盆地，珠江口—瓊東南盆地等.華北盆地區(qū)的居里面深度與塔里木陸塊和揚(yáng)子陸塊有較大的差異，相對(duì)偏淺，這可能與華北陸塊遭受了復(fù)雜的后期改造，導(dǎo)致軟流圈上隆和巖石圈減薄有關(guān).可可西里—巴顏喀拉地塊是青藏高原北部發(fā)育的呈NWW向展布的巨型居里面坳陷帶，其原因是該地區(qū)發(fā)育大面積的三疊系沉積地層和較少的巖漿活動(dòng)，這些穩(wěn)定的地塊都具有莫霍面隆起和居里面坳陷的特征.在活動(dòng)頻繁的造山帶居里面以隆起為特征，埋深為18～26 km，如東北部山嶺區(qū)、西北部山嶺區(qū)、秦嶺—大別山地區(qū)、西昆侖—西藏—三江—康滇地區(qū)、東南沿海地區(qū)等.這反映了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及巖漿活動(dòng)所引起的地殼地溫梯度的差異.根據(jù)我國816個(gè)大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)，對(duì)比研究居里面深度與地溫梯度和大地?zé)崃鞯年P(guān)系，結(jié)果顯示居里面深度與熱流值并非線性關(guān)系，居里面深度大于30 km時(shí)，熱流值較低，均小于100 mW·m-2；在居里面深度小于30 km的地區(qū)，熱流值變化范圍較大.并且，隨著熱流值的升高，熱流值有向中國東部沿海、藏南—三江地區(qū)、秦嶺—大別地區(qū)、遼東等集中的趨勢(shì)，這些地區(qū)都呈現(xiàn)出居里面隆起的特征，是地?zé)豳Y源勘探開發(fā)的重要遠(yuǎn)景區(qū).

居里等溫面； 大地構(gòu)造； 大地?zé)崃鳎?功率譜法； 地?zé)幔?中國陸域

1　引言

居里等溫面，簡稱居里面，首次出現(xiàn)于Spector和Grant(1970)的文獻(xiàn)中，英譯為“Curie Point isotherm”，Bhattacharyya和Lue(1975)沿用了這一概念，將其稱為“Curie Point isotherm surface”.許多學(xué)者也給出了不同的稱謂，如居里深度(Curie Depth)、居里點(diǎn)深度(Curie Point Depth)、居里溫度等溫面(Curie Temperature isotherm)、居里溫度等溫面深度(Depth to Curie Temperature isotherm, CTD)、磁性層底面深度(Magnetic Layer Bottom Depth, MLBD)等等.居里面實(shí)質(zhì)上就是地球巖石圈上部磁性殼層的底界面.磁性殼層由具磁性的巖石礦物質(zhì)組成，其中鈦鐵礦，磁黃鐵礦的消磁溫度為300～350 ℃，磁鐵礦消磁溫度為585 ℃，含鈷鎳鐵礦的消磁溫度為760～800 ℃.當(dāng)含有上述礦物的巖石埋藏深度由地表向下增加，其溫度也隨之不斷提高，當(dāng)達(dá)到上述磁性礦物的消磁溫度界面埋藏深度時(shí)，它們的鐵磁性特征相繼消失，該界面就稱之為居里面.

居里面作為巖石圈的溫度界面，展示了大陸地殼磁性層以及熱流的分布狀態(tài)，在大地構(gòu)造、地震、地?zé)?、礦產(chǎn)資源、油氣資源以及火山活動(dòng)等研究中都有非常重要的意義(郝書儉等, 1982; 王鈞等, 1990; 劉沈衡和申寧華, 1999; Tanaka et al., 1999; 熊盛青等, 2001, 2013, 2014; Ruiz and Introcaso, 2004; Chiozzi et al., 2005； Bilim, 2007; Trifonova et al., 2009; 劉益中等, 2012; Bansal et al., 2013).自20世紀(jì)80年代美國航空航天局(NASA)和美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)在實(shí)施“MAGSAT”計(jì)劃后幾十年中，“Oersted and CHAMP”和“SWARM”計(jì)劃的相繼開展，掀起了國際上研究居里面的高潮，美國、日本、巴西、印度、東南亞、土耳其等國都對(duì)居里面進(jìn)行了研究，探討了大地構(gòu)造格架、大地?zé)崃饕约暗卣鸬扰c居里面的關(guān)系(Tanaka et al., 1999; Dolmaz et al., 2005; Bouligand et al., 2009; Rajaram et al., 2009; Guimaraes et al., 2014).

我國的居里面研究始于20世紀(jì)80年代，侯重初、李保國、劉壽彭、楊華(地礦部北京計(jì)算中心、地礦部航空物探總隊(duì))編制了1:1200萬《磁性構(gòu)造層底面深度圖》，這幅基于老航磁資料編制的陸域及領(lǐng)域居里等溫面深度圖是我國目前唯一的全國性研究成果.張昌達(dá)等(2013)將侯重初和楊華的成果圖件進(jìn)行了簡化，用等深線表示，從中國的地質(zhì)特征出發(fā)對(duì)居里面特征進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述.也有許多學(xué)者對(duì)新疆、青藏高原、松遼盆地、南海、渤海、黃海等局部地區(qū)的居里面特征進(jìn)行了研究，涉及大地構(gòu)造、地?zé)峥碧?、油氣勘探、地震等多個(gè)領(lǐng)域(劉光夏等，1996；張先和趙麗，2003; 胡旭芝等，2006； 韓波，2008； 李春峰等，2009；吳招才等，2010； Gao et al., 2013).但是，由于當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)條件的限制，航空磁測的精度較低，并且青藏高原西部還是航空磁測的空白區(qū)，導(dǎo)致計(jì)算的中國陸域居里面深度圖也不完整.也沒有開展過全國性的大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)與居里面深度的對(duì)比研究.本文依據(jù)最新編制的全國航磁圖數(shù)據(jù)，計(jì)算中國陸域的居里面深度，編制中國陸域居里面深度圖，并對(duì)居里面特征及其與大地?zé)崃髦g的關(guān)系進(jìn)行研究.

2　居里面深度計(jì)算方法及結(jié)果分析

目前，基于磁異常來計(jì)算居里面深度的方法主要有兩大類，一類是基于單體磁異常的譜分析方法(Vacquier and Affleck, 1941; Bhattacharyya and Leu, 1975)；另一類是基于統(tǒng)計(jì)磁異常分析(Spector and Grant, 1970)，主要計(jì)算方法有三種：

(1) 譜峰法(Spectral peak method)(Connard et al., 1983; Okubo et al., 1985; Blakely, 1988; Ross et al., 2004; Ravat et al., 2007)；

(2) 譜斜率法(Spectral slope method)(Hahn et al., 1976; Shuey et al., 1977; Agrawal et al., 1992)；

(3)基于自相似模型的冪定律改正(Power-law correction)(Maus et al., 1997; Ravat et al., 2007; Bouligand et al., 2009).

經(jīng)反復(fù)對(duì)比試驗(yàn)，本次計(jì)算采用的方法是頻率域高階導(dǎo)數(shù)功率譜法，這種方法就是基于Spector-Grant在統(tǒng)計(jì)模型的基礎(chǔ)得出的等效理論，即多個(gè)橫向隨機(jī)分布物體磁場頻譜的統(tǒng)計(jì)平均值與單個(gè)物體磁場等效(Spector and Grant, 1970).方法原理與計(jì)算方法詳見侯重初(1989)論文，在此不再贅述.這種以區(qū)域磁異常組合為基礎(chǔ)的方法被許多的學(xué)者廣泛應(yīng)用(Connard et al., 1983； Okubo et al., 1985; Blakely, 1988; Tanaka et al ., 1999; 胡旭芝等, 2006; 李春峰等, 2009)，并獲得了理想的結(jié)果.

截至2011年底，中國陸域基本實(shí)現(xiàn)了航空磁力測量全覆蓋，共完成各類比例尺(1∶100萬—1∶5千)航空磁測568個(gè)測區(qū)的測量和解釋工作.編圖共選擇使用了409個(gè)測區(qū)的航磁數(shù)據(jù)，其中包括143個(gè)高精度航磁數(shù)據(jù)，266個(gè)中精度測量數(shù)據(jù).編制最終圖件覆蓋面積為979.6萬km2.居里點(diǎn)深度的計(jì)算就是基于該新編制完成的1∶100萬中國陸域航磁ΔT化極場網(wǎng)格數(shù)據(jù).采用中國國土資源航空物探遙感中心自主研發(fā)的GeoProbe MAGER軟件完成數(shù)據(jù)處理與成圖.計(jì)算的步驟如下：

(1) 以中國陸域全變傾角化極磁場數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源進(jìn)行計(jì)算，數(shù)據(jù)的網(wǎng)格為5 km×5 km；

(2) 根據(jù)全區(qū)磁異常特征，確定一適當(dāng)大小的方形窗口及其滑動(dòng)距離，滑動(dòng)窗口縱橫向可以重疊，窗口的大小以選4～6 倍的頂部埋深為宜，經(jīng)過多模型和實(shí)測數(shù)據(jù)的反復(fù)試驗(yàn)，本次計(jì)算確定滑動(dòng)窗口大小為100 km×100 km；

(3) 計(jì)算窗口內(nèi)數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)功率譜；

(4) 根據(jù)對(duì)數(shù)功率譜計(jì)算直立棱柱體的頂深、中心深度或底面深度，并把底面深度值放在窗口中心作為該點(diǎn)處的居里面深度；

(5) 按照沿測線與測點(diǎn)方向分別重疊50 km滑動(dòng)距離移動(dòng)窗口至下一個(gè)位置進(jìn)行計(jì)算，重復(fù)(1)和(2)兩步，直至得到全區(qū)反演居里面結(jié)果，共獲得8004個(gè)深度點(diǎn)；

(6) 編制中國陸域居里面深度圖如圖1所示.

侯重初等于20世紀(jì)80年代編制的《磁性構(gòu)造層底面深度圖》是我國最早開展全國性居里面研究的成果，該成果幾乎覆蓋了除青藏高原西部以外的整個(gè)中國陸域.通過對(duì)比分析，主要地區(qū)的居里面深度特征如表1所示，兩幅居里面深度圖顯示的特征對(duì)應(yīng)較好，在相應(yīng)的地區(qū)都具有一致的居里面特征，如在塔里木盆地、四川盆地、松遼盆地、準(zhǔn)噶爾盆地等地區(qū)都呈現(xiàn)出居里面坳陷的特征，在東南沿海、拉薩等地區(qū)都是居里面隆起區(qū).在某些地區(qū)也出現(xiàn)了一定的差異，如巴顏喀拉地區(qū)雖然都呈現(xiàn)居里面坳陷的特征，但新的計(jì)算結(jié)果所顯示的居里面坳陷程度要更深一些.兩個(gè)版本的計(jì)算結(jié)果所顯示的居里面深度特征是一致的，但新的計(jì)算結(jié)果普遍偏淺6～10 km.這可能主要是由兩方面原因?qū)е拢皇窃紨?shù)據(jù)有差異，本次計(jì)算是基于全國最新編制的1/100萬中國陸域航磁圖；二是數(shù)據(jù)處理方法的差異，如侯重初(1989)在計(jì)算居里面深度之前，僅對(duì)中國東部的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分帶化極處理，西部地區(qū)未做細(xì)分.本次計(jì)算采用的全國航磁數(shù)據(jù)都統(tǒng)一進(jìn)行了化極處理.

表1　居里面深度計(jì)算結(jié)果對(duì)比表Table 1　Comparison of Curie point depth

圖1　中國陸域居里面深度圖Fig.1　Chinese continental Curie point isotherm map

3　中國陸域居里等溫面特征

我國陸域居里面深度變化特征較好的反映了深部構(gòu)造格局及深部巖石圈地溫梯度變化規(guī)律.經(jīng)過多年研究證實(shí)，在穩(wěn)定的克拉通陸塊區(qū)居里面顯示為深的塊狀拗陷區(qū)，在活動(dòng)性大的造山系及巖漿巖發(fā)育區(qū)居里面主要反映為淺的區(qū)域性隆起區(qū).

3.1居里面坳陷區(qū)

以30 km等深線可圈出幾片大范圍的居里面坳陷區(qū)，其范圍大體上與穩(wěn)定地塊相符，如塔里木盆地、華北盆地區(qū)、揚(yáng)子盆地區(qū)、準(zhǔn)噶爾盆地、柴達(dá)木盆地、可可西里—巴顏喀拉坳陷區(qū)、松遼盆地、二連盆地、巴彥浩特—武威—潮水盆地、珠江口—瓊東南盆地等.居里面埋深主要在28～45 km之間(圖1).總體上顯示為塊狀深坳陷區(qū)，反映為構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的基巖沉降區(qū)，充填并保存的沉積地層厚達(dá)萬米以上，熱流值較低.

(1) 塔里木盆地

居里面總體上顯示為塊狀沉降區(qū)，埋深變化范圍22～42 km之間，大部分在30～40 km之間.據(jù)準(zhǔn)噶爾—天山—塔里木地學(xué)斷面反映出塔里木盆地之下為地幔隆起，頂部深度約為40～50 km，地殼平均速度為6.36 km·s-1，與已知克拉通陸殼的厚度和速度值相近，為一剛性地塊(高銳等，2002).依據(jù)居里面深度變化將其劃分為2個(gè)居里面隆起帶和3個(gè)坳陷區(qū).2個(gè)隆起帶是：阿克蘇—庫魯克塔格隆起帶、柯坪南—塔克拉瑪干隆起帶，居里面深度22～26 km；3個(gè)居里面坳陷是區(qū)：和田坳陷區(qū)、北緯40°坳陷區(qū)和庫車坳陷區(qū)，深度34～42 km.

居里面深度變化清晰的展現(xiàn)了塔里木盆地的大地構(gòu)造特征(圖2)，2個(gè)居里面隆起帶反映了塔北隆起和中央隆起帶；3個(gè)居里面坳陷區(qū)分別對(duì)應(yīng)西南坳陷、北部坳陷帶以及庫車坳陷.柯坪南—塔克拉瑪干隆起帶是塔里木盆地中部規(guī)模較大的局部居里面隆起帶，位置上與塔里木中部的重、磁高異常帶相符，它將塔里木盆地的居里面坳陷特征分為南北兩個(gè)部分.高銳等(2002)通過深地震探測獲得塔中隆起Moho深度為(40±2)km，莫霍面也呈現(xiàn)上隆特征.經(jīng)鉆孔揭露證實(shí)，該帶主要為一隱伏巖漿巖帶，發(fā)育了明顯變質(zhì)、變形的晉寧期火山巖與侵入巖(萬天豐，2011).吳根耀等(2006)認(rèn)為該帶是晉寧期的古碰撞帶，在此之前一直存在南塔里木和北塔里木兩個(gè)地塊，晉寧期才碰撞拼合成為完整的塔里木板塊.居里面隆起特征顯示了該隱伏巖漿巖帶的殘余熱狀態(tài).

(2) 華北盆地區(qū)

包括鄂爾多斯盆地、沁水盆地、渤海灣盆地、華北南部盆地.居里面總體上顯示為塊狀沉降區(qū)，表現(xiàn)出隆起和坳陷相間的團(tuán)塊狀，埋深變化范圍18～37 km之間.據(jù)喀喇沁旗—隨縣地學(xué)斷面反映出華北平原區(qū)之下地幔頂部深度約29～38 km(圖3).經(jīng)對(duì)比石家莊以南的居里面大部分達(dá)到了莫霍面附近，甚至嵌入莫霍面之下約1～6 km，說明上地幔頂部或殼幔過渡層可能也是具有磁性的，其原因還有待進(jìn)一步研究.

居里面深度值表明(圖4)，華北盆地區(qū)居里面埋深起伏變化大，并且居里面深度較塔里木盆地和揚(yáng)子盆地區(qū)偏淺，揭示了華北地區(qū)自中生代以來遭受了強(qiáng)烈的改造，軟流圈上隆及巖石圈的減薄，使華北陸塊的地殼熱結(jié)構(gòu)顯得尤為復(fù)雜.

圖2　塔里木盆地居里面特征(大地構(gòu)造單元?jiǎng)澐忠岳钬埖龋?010)Fig.2　Curie point isotherm of Tarim basin(Tectonic units from Li et al., 2010)

圖3　喀喇沁旗—隨縣剖面磁性層居里面分布Fig.3　Curie point isotherm of Kalaqinqi-Suixian geoscience transects

圖4　華北盆地區(qū)居里面特征Fig.4　Curie point isotherm of North China basin area

鄂爾多斯盆地有2個(gè)居里面坳陷區(qū)，分布在盆地的中北部，埋深都在28～36 km，圍繞坳陷區(qū)的隆起區(qū)居里面埋深在20～26 km.地震測深剖面顯示，盆地莫霍面深度大約為39～46 km，地殼平均速度較高，約6.3 km·s-1，殼內(nèi)無低速層發(fā)育，反映了鄂爾多斯地塊內(nèi)部變形弱的穩(wěn)定構(gòu)造特征(鄧晉福等，2007).盆地內(nèi)居里面深度均淺于莫霍面深度.沁水盆地呈南北向展布的居里面坳陷，埋深在28～36 km.渤海灣—華北南部盆地居里面的起伏變化較大，約18～30 km.除渤海灣盆地北部的遼東灣居里面較淺外，其他地區(qū)居里面普遍較深.平原地區(qū)居里面變化較劇烈，居里面有從陸地向渤海有明顯變淺的趨勢(shì)；太行山以東、郯廬斷裂帶以西的河淮平原居里面亦表現(xiàn)出隆起和坳陷相間的團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu)，深度為23～34 km.

在華北陸塊北緣、魯西—山東半島、郯廬斷裂帶變質(zhì)基巖和巖漿巖大面積出露，表明這些區(qū)域巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，因而使大地?zé)崃髦瞪?，居里面均顯示出條帶狀上隆，埋深為18～23 km.

(3) 揚(yáng)子盆地區(qū)

包括四川盆地、江漢盆地、南黃?！K北盆地、右江—十萬大山盆地，居里面總體上顯示為塊狀沉降區(qū)，埋深變化范圍在25～40 km之間.

四川盆地是我國中西部非常重要的含油氣盆地，地殼厚度約41～43 km，地殼平均速度約6.15 km·s-1，上地幔頂部介質(zhì)速度約8.15～8.20 km·s-1，地殼、上地幔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，與鄂爾多斯盆地、塔里木盆地相似，為典型的克拉通地殼結(jié)構(gòu)特征(嘉世旭等，2014).四川盆地居里面主要有2處坳陷：雅安—綿陽坳陷區(qū)和湘鄂西—黔西南坳陷區(qū)，埋深為28～40 km，中部被華鎣山斷裂帶所分隔，華鎣山斷裂北至萬源，經(jīng)達(dá)縣南至宜賓，在華鎣山地區(qū)有峨眉山玄武巖出露，表明該斷裂帶在二疊紀(jì)時(shí)為一切穿硅鎂層的深大斷裂，是巖漿活動(dòng)的通道，居里面呈一相對(duì)的“凹中隆”，埋深為29～32 km，表明在深部仍有一定的巖漿熱活動(dòng).盆地西部龍門山斷裂帶，是目前十分活躍的斷裂帶之一，地震活動(dòng)頻繁，也呈現(xiàn)為“凹中隆”特征.江漢盆地主要為居里面坳陷區(qū)，其坳陷程度不及四川盆地，埋深在26～33 km之間.兩個(gè)盆地起伏變化幅度較小，僅南側(cè)的貴陽—威信地區(qū)和四川盆地的宣漢—閬中地區(qū)為居里面隆起區(qū)，前者居里面埋深為22～26 km，并呈北西向的條帶狀，后者埋深為24～26 km，呈塊狀分布特點(diǎn).

下?lián)P子及雪峰山地區(qū)居里面埋深起伏變化大，多以團(tuán)塊狀、條帶狀隆起和坳陷為特點(diǎn).南黃海—蘇北盆地、右江—十萬大山盆地為居里面坳陷區(qū)，埋深為25～36 km.南京地區(qū)、雪峰山—南昌地區(qū)居里面埋深淺，為18～24 km.

(4) 可可西里—巴顏喀拉坳陷區(qū)

可可西里—巴顏喀拉褶皺帶，位于青藏高原北東部，北至昆侖山，南抵金沙江，西起帕米爾高原，東達(dá)龍門山.在中國地質(zhì)圖上可以清晰的分辨該區(qū)域，因其發(fā)育大面積的三疊系沉積地層和較少的巖漿活動(dòng)，三疊系的沉積巖厚度可達(dá)10000 m左右.嘉世旭等(2014)在松潘—甘孜地區(qū)地震測深顯示，該地區(qū)地殼厚約53～57 km，地殼平均速度約6.23 km·s-1.居里面顯示為東寬西窄的長條狀坳陷帶，埋深為30～44 km，成為青藏高原居里面埋深最大的地區(qū)，僅在甘孜—班瑪一帶發(fā)育一條寬約200 km、埋深為20～25 km、走向北東向的居里面隆起帶.

(5) 準(zhǔn)噶爾盆地

準(zhǔn)噶爾盆地是在前寒武系結(jié)晶基底與前石炭系褶皺基底的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的大型沉積盆地(何登發(fā)等，2005).盆地中部居里面呈坳陷性質(zhì)，埋深在28～38 km之間.盆地周圍有3處隆起，分別為準(zhǔn)噶爾北部隆起、西部的車排子隆起以及準(zhǔn)東隆起，居里面埋深較淺，為20～28 km.準(zhǔn)噶爾盆地整體呈居里面坳陷特征，但坳陷程度較塔里木盆地、四川盆地淺，地震測深資料顯示，盆地莫霍面深度變化較大，介于44～56 km之間，有向南北兩側(cè)加深的趨勢(shì)，出現(xiàn)盆地特有的中心莫霍面隆起現(xiàn)象(熊小松等，2010).大地?zé)崃髻Y料顯示，該盆地?zé)崃髦递^低，為一典型的“冷盆地”.

(6) 柴達(dá)木盆地

柴達(dá)木盆地地理位置特殊，受到了印度板塊、西伯利亞板塊以及太平洋板塊的共同影響，圍繞中部剛性基底周邊發(fā)育了祁連山、東昆侖及阿爾金三大構(gòu)造體系，盆地內(nèi)新生代地層發(fā)育良好，最大厚度超過12 km(呂寶鳳等，2011).居里面呈坳陷性質(zhì)，埋深在26～40 km之間.地震測深顯示，柴達(dá)木盆地正好處于一個(gè)莫霍面斜坡，深度由52 km加深到75 km.

(7) 松遼盆地

盆地是在比較穩(wěn)定的環(huán)境下形成的，沉積蓋層厚度大，雖然在中生代巖漿活動(dòng)頻繁，但規(guī)模不大，分布局限，對(duì)居里面分布狀態(tài)影響不大，居里面仍呈坳陷性質(zhì)，埋深主要在26～32之間.在長春—哈爾濱—綏化一線呈居里面隆起，這些地區(qū)都廣泛出露華力西期花崗巖，殘余巖漿的熱活動(dòng)以及放射性放熱可能是導(dǎo)致居里面隆起的主要原因，埋深為21～26 km.大慶地區(qū)位于松遼盆地中部，該區(qū)主要呈現(xiàn)出“凹中隆”的居里面特征，埋深為24～26 km.滿洲里—綏芬河地學(xué)斷面顯示松遼盆地位于莫霍面隆起，地殼平均速度為6.15～6.40 km·s-1，莫霍面埋深30～40 km.

(8) 二連盆地

盆地也是在比較穩(wěn)定的環(huán)境下形成的，沉積蓋層厚度大，在中生代巖漿活動(dòng)頻繁，在火山活動(dòng)區(qū)居里等溫面隆升非常明顯，表明來自深部強(qiáng)烈的巖漿或其它地?zé)峄顒?dòng)對(duì)居里面分布狀態(tài)有一定的影響.盆地區(qū)居里面起伏變化較大，巖漿活動(dòng)劇烈的東北部和中偏西部居里面埋深很淺，為19～24 km，南部和最西部地區(qū)為居里面坳陷區(qū)，埋深為25～30 km.

(9) 巴彥浩特—武威—潮水盆地

這3個(gè)盆地位于河西走廊東部，是該區(qū)最重要的盆地群.由于它們是在相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境下形成的，巖漿活動(dòng)微弱，居里面埋深也相對(duì)較大，為25～33 km，其中南部和北部為居里面坳陷區(qū)，埋深為26～33 km，中部為寬約50 km、呈東西向展布的居里面隆起帶，埋深小于25 km.

(10) 珠江口—瓊東南盆地

盆地處于較穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境中，沉積地層厚度大，巖漿活動(dòng)頻繁，多以花崗巖侵入為主，因此顯示為居里面隆起.居里面走向與磁異常走向大體是一致的.由北向南有2個(gè)隆坳相間的特征區(qū)，而且居里面隆坳大體與盆地中發(fā)育的隆起和坳陷相對(duì)應(yīng).如分布于珠江口盆地北部的珠一坳陷、瓊東南盆地為居里面坳陷區(qū)，埋深為26～36 km.

3.2居里面隆起區(qū)

以埋深小于26 km等深線圈出地區(qū)為磁性層減薄或居里面隆起的地帶，這些地帶大體上與造山系對(duì)應(yīng).比較明顯的主要分布于我國東北部山嶺區(qū)、西北部山嶺區(qū)、秦嶺—大別山地區(qū)、西昆侖—西藏—三江—康滇地區(qū)、東南沿海地區(qū)等，居里面埋藏深度主要在20～26 km之間.總體上顯示為條塊狀、條帶狀，反映出這些地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)性大、巖漿活動(dòng)劇烈或較劇烈，熱流值高.

(1) 東北部山嶺區(qū)

包括大興安嶺、張廣才嶺、燕山及膠遼山地，居里面顯示為隆起區(qū)帶，埋深18～24 km，局部地區(qū)埋深為25～26 km.地殼測深揭示，這些地區(qū)地殼內(nèi)發(fā)育低速、低阻層帶，其埋藏深度與居里面深度吻合，推斷殼內(nèi)孕育有高溫?zé)岬V化水及巖漿房，殼內(nèi)部分巖石發(fā)生了消磁及局部重熔活動(dòng).地質(zhì)資料也證實(shí)這些地區(qū)分布了大量不同時(shí)期的花崗巖，放射性放熱也可能是地溫升高的原因之一.

(2) 西北部山嶺區(qū)

包括阿爾泰山、天山、阿爾金山、北山、東昆侖及祁連山，居里面顯示為隆起區(qū)帶，埋深19～24 km，這些地區(qū)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，熱流值高而發(fā)生消磁作用，具磁性的老變質(zhì)巖大面積出露，導(dǎo)致居里面埋深淺(或磁性層薄).發(fā)育其中的盆地和沉積坳陷區(qū)居里面埋深增大為25～32 km，如酒泉盆地、伊寧盆地、焉耆坳陷、庫米什坳陷、哈拉湖—蘇干湖坳陷等.

(3) 秦嶺—大別地區(qū)

秦嶺—大別地區(qū)位于中央造山帶的東段，是揚(yáng)子與華北陸塊間陸—陸碰撞造山帶.深地震探測結(jié)果表明大別構(gòu)造帶具有典型的俯沖、碰撞造山帶地殼結(jié)構(gòu)特征，保存有大量碰撞擠壓及伸展拆離構(gòu)造，造成居里面埋深起伏變化較大.地殼厚度變化范圍為29～40 km，平均為34 km，地殼厚度較薄，無山根(高山等，1999).在洛南至紅安段居里面埋深最淺，為19～24 km，最大起伏有5 km左右，東部過紅安、西部過洛南后居里面埋深增大，為25～29 km，在西安南部局部埋深可達(dá)30～33 km，東段進(jìn)入合肥盆地后居里面埋深由南往北逐漸變深.

(4) 西昆侖—西藏—三江—康滇地區(qū)

從居里面深度圖可以看出，大致沿西昆侖北緣、拜若布錯(cuò)、西金烏蘭、玉樹、康定、雷波、昭通、廣南一線以南，包括西昆侖、西藏、三江流域及康滇的廣大地區(qū)，為一大片居里面隆起區(qū).在該區(qū)域內(nèi)發(fā)育有我國規(guī)模最大、連貫最好的蛇綠巖帶和數(shù)條板塊縫合帶，構(gòu)造上最顯著的特點(diǎn)是地殼內(nèi)疊瓦構(gòu)造十分發(fā)育，是印度板塊向歐亞板塊俯沖、碰撞和擠壓，形成前陸褶皺帶的結(jié)果.同時(shí)伴隨構(gòu)造變動(dòng)，在晚古生代和中新生代巖漿活動(dòng)劇烈，使該區(qū)域地溫升高而發(fā)生消磁，磁性層變薄.居里面深度圖顯示，該區(qū)總體上為居里面隆起區(qū)，埋深主要在18～27 km，局部地區(qū)為28～30 km，個(gè)別可達(dá)32 km.不同地區(qū)居里面埋深是有差別的，西昆侖呈現(xiàn)為隆坳的團(tuán)塊狀，隆起區(qū)埋深為20～25 km，坳陷區(qū)埋深26～30 km.

西藏地區(qū)居里面埋深最淺，呈現(xiàn)為大面積隆起區(qū)，埋深為18～30 km.南部雅魯藏布江流域及拉薩地塊呈東西向隆起.西藏中南部埋深較淺，有3個(gè)隆起中心，分別位于西部的改則地區(qū)、中部的申扎南地區(qū)和東部的那曲地區(qū)，居里面埋深為18～23 km，著名的羊八井、那曲地?zé)崽锞臀挥跂|部隆起中心.從反演結(jié)果看，西藏地區(qū)居里面埋深除扎達(dá)—定日坳陷區(qū)、羌塘盆地埋深達(dá)26～33 km外，一般在20 km左右，很少超過25 km，表明西藏地區(qū)地殼溫度較周緣塊體高.

位于揚(yáng)子陸塊區(qū)西部的三江流域和康滇基底斷隆帶，居里面深度范圍在20～33 km之間，個(gè)別地區(qū)淺至18～24 km.北部的若爾蓋地塊及四川陸塊，居里點(diǎn)深度均在30 km以下.上揚(yáng)子的川南滇北地區(qū)也屬陸塊，但其居里點(diǎn)深度較淺，局部地區(qū)淺至20 km，推斷是海西期及以后受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響產(chǎn)生巖漿活動(dòng)而使地溫升高所致.褶皺帶地區(qū)，一般居里深度較淺，玉樹—義敦褶皺帶及金沙江褶皺帶，居里面深度為20～25 km.雅魯藏布江結(jié)合帶居里深度較上二者深，約為26～30 km.楚雄盆地、思茅盆地沉積厚度大，構(gòu)造穩(wěn)定居里點(diǎn)深度大，為26～33 km.康定、西昌南經(jīng)會(huì)理到元謀，是攀西裂谷的軸部，居里深度呈南北向淺埋區(qū)，而兩側(cè)(西側(cè)楚雄盆地、東側(cè)四川盆地等)為居里面深埋區(qū)，說明至今裂谷帶之下的熱源物質(zhì)仍較兩側(cè)豐富，符合地溫場的分布規(guī)律.總的來說，本區(qū)的居里等溫面的起伏形態(tài)自東向西為南北、北西、北西西走向，與本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造線大體相符.

(5) 東南沿海地區(qū)

范圍包括上海、杭州、鉛山、汝城、北海一線以東至海岸線地區(qū).該區(qū)構(gòu)造變動(dòng)和巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，地面出露的主要是含放射性元素較豐富的中生代殼熔性花崗巖及火山巖，表明我國東南沿海陸殼曾在中生代時(shí)期受到強(qiáng)烈改造.目前殼層已經(jīng)基本冷卻穩(wěn)定，結(jié)晶及磁化作用轉(zhuǎn)移至殼下，居里面在下降和調(diào)整.殼塊趨向固結(jié)穩(wěn)定狀態(tài)，地表展布的主要是對(duì)流及殘余熱型低中溫溫泉.

居里面深度圖顯示出，東南沿海地區(qū)居里面埋深起伏變化較大，形態(tài)多呈團(tuán)塊狀和不規(guī)則塊狀，埋深最淺為19 km，最深為30 km，多數(shù)埋藏深度在20～26 km之間.可以看出，居里面深部淺于莫霍面深度(30～32 km)，僅局部地區(qū)埋深與莫霍面一致，如泉州、汕頭地殼測深揭示，居里面與地殼底面(莫霍面)埋藏深度基本一致.

4　居里等溫面與大地?zé)崃?/h2>

大地?zé)崃骱喎Q熱流，是表征地殼淺部熱狀態(tài)的一個(gè)綜合參數(shù)，也是深部溫度計(jì)算的最重要參數(shù).中國的大地?zé)崃鳒y量始于20世紀(jì)70年代初，汪集旸和黃少鵬(1990)和胡圣標(biāo)等(2001)分別發(fā)表了中國大陸地區(qū)大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)匯編第二版和第三版.數(shù)據(jù)顯示，截止1999年，中國大陸地區(qū)共有熱流數(shù)據(jù)862個(gè).此后，相繼在四川、江漢、塔里木和渤海盆地獲得了一批新的熱流數(shù)據(jù)，如今熱流數(shù)據(jù)總數(shù)已達(dá)921個(gè)，本文收集了第二版和第三版數(shù)據(jù)匯編的816個(gè)熱流數(shù)據(jù)，其分布如圖5所示.由圖中可以看出，熱流數(shù)據(jù)主要集中在東南沿海以及華北地區(qū)，西北、西南、東北等地?cái)?shù)據(jù)較少，存在大量的空白區(qū).居里面作為下地殼乃至上地幔的一個(gè)溫度界面，與熱流有非常密切的關(guān)系，兩者相互補(bǔ)充、相輔相成，對(duì)巖石圈結(jié)構(gòu)研究具有重要意義.

2011年，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所編制了新版的熱流圖(汪集旸等，2012)，圖上顯示西藏—三江地區(qū)，東南沿海，華北地區(qū)，松遼盆地等地出現(xiàn)較高的熱流值，內(nèi)蒙—興安地區(qū)，塔里木盆地，準(zhǔn)噶爾盆地，柴達(dá)木盆地，揚(yáng)子盆地區(qū)等均呈現(xiàn)低熱流背景(圖6).熱流分布狀態(tài)與居里面有很好的一致性，在西藏—三江地區(qū)、東南沿海等地有較高的大地?zé)崃髦担永锩嬉惨月∑馂樘卣?；在塔里木盆地，?zhǔn)噶爾盆地，柴達(dá)木盆地，揚(yáng)子盆地區(qū)等熱流值較低的區(qū)域，居里面顯示坳陷的特征；華北地區(qū)，松遼盆地等熱流值相對(duì)較高的地區(qū)，其居里面特征也明顯不同于塔里木盆地和揚(yáng)子盆地區(qū)，埋深較淺.

圖5　中國熱流數(shù)據(jù)分布(熱流數(shù)據(jù)來源于(汪集旸和黃少鵬，1990；胡圣標(biāo)等，2001)Fig.5　Distribution of heat flow data in China(heat flow data from Wang and Huang, 1990; Hu et al, 2001)

圖6　2011年編制中國大陸地區(qū)熱流圖(修改自汪集旸等，2012)Fig.6　Heat flow map of China (modified after Wang et al., 2012)

圖7　大地?zé)崃鞣植寂c居里面深度關(guān)系Fig.7　Relationship between Curie point depth and heat flow

為了研究熱流值與居里面的關(guān)系，本文將大地?zé)崃髦祫澐譃椴煌膮^(qū)間進(jìn)行研究(圖7).熱流值介于0至40 mW·m-2的有99個(gè)數(shù)據(jù)，主要分布在準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地、柴達(dá)木盆地、四川盆地、京津冀等地，以居里面坳陷為主，部分分布在居里面隆起及其邊緣.熱流值介于40至50 mW·m-2的有135個(gè)數(shù)據(jù)，主要分布在準(zhǔn)噶爾盆地、四川盆地、塔里木盆地，華北、遼東等地，以居里面坳陷區(qū)為主，部分分布在居里面隆起及其邊緣.熱流值介于50至60 mW·m-2的有138個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)也主要分布在準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地、鄂爾多斯盆地、四川盆地、華北盆地.熱流值介于60至70 mW·m-2的有204個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)主要分布在東部沿海、汾渭裂谷、康滇裂谷、膠遼等地，以居里面隆起為特征.熱流值介于70至80 mW·m-2的有138個(gè)數(shù)據(jù)，主要分布在東部沿海、秦嶺—大別、膠遼、京津冀等地，主要處于居里面隆起區(qū)及其邊緣梯度帶.熱流值大于80 mW·m-2的有102個(gè)數(shù)據(jù)，主要分布在東部沿海、秦嶺—大別、藏南—三江、遼東等地區(qū)，以居里面隆起為主.可以看出，隨著熱流值的升高，熱流值有向中國東部沿海、藏南—三江地區(qū)、秦嶺—大別地區(qū)、遼東等集中的趨勢(shì)，這些地區(qū)都具有居里面隆起的特征，也是地?zé)豳Y源勘探開發(fā)的重要遠(yuǎn)景區(qū).

按照熱流值的位置提取了對(duì)應(yīng)的居里面深度值，將熱流值及地溫梯度與居里面深度值進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)分別為-0.153和-0.051，可以看出居里面深度與大地?zé)崃骷暗販靥荻瘸嗜醯呢?fù)相關(guān)，沒有很好的線性關(guān)系.但是，由圖8和圖9可以看出，隨著居里面深度增加，地溫梯度和熱流值都發(fā)生了顯著的降低.居里面深度大于30 km時(shí)，熱流值明顯降低，均小于100 mW·m-2.在居里面深度較淺(<30 km)的地區(qū)，熱流值變化范圍較大.因?yàn)榫永锩嬷饕从车氖堑貧ど畈康臒釥顟B(tài)，而大地?zé)崃魉艿目刂埔蛩剌^多.地溫梯度也有類似的變化規(guī)律，居里面深度大于30 km時(shí)，地溫梯度均小于50 K·km-1.

圖8　居里面深度與熱流值分布散點(diǎn)圖Fig.8　Scatter diagram of Curie point depth and heat flow values

圖9　居里面深度與地溫梯度分布散點(diǎn)圖Fig.9　Scatter diagram of Curie point depth and geothermal gradient

5　結(jié)論

5.1穩(wěn)定的地塊都以居里面坳陷為特征，居里面埋深為28～45 km，如準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地、柴達(dá)木盆地、揚(yáng)子盆地區(qū)、華北盆地區(qū)、松遼盆地、二連盆地、可可西里—巴顏喀拉坳陷區(qū)等.塔里木盆地與揚(yáng)子盆地區(qū)的居里面坳陷特征十分明顯，顯示了剛性基底的特征，居里面埋深約28～42 km.可可西里—巴顏喀拉坳陷區(qū)以巨厚的沉積和較少的構(gòu)造、巖漿活動(dòng)為特征，呈現(xiàn)出NWW向展布的居里面坳陷，埋深為30～45 km.華北盆地區(qū)居里面特征變化較大，因該地區(qū)自中生代以來遭受了強(qiáng)烈的改造，軟流圈上隆及巖石圈的減薄，使華北陸塊的地殼熱結(jié)構(gòu)顯得尤為復(fù)雜.居里面深度明顯淺于塔里木盆地與揚(yáng)子盆地區(qū)，埋深為18～37 km.松遼盆地也具有相對(duì)較高的大地?zé)崃髦?，居里面埋深較淺，為26～32 km.5.2居里面在活動(dòng)的褶皺帶都呈現(xiàn)出隆起特征，比較明顯的主要分布于我國東北部山嶺區(qū)、西北部山嶺區(qū)、秦嶺—大別山地區(qū)、西昆侖—西藏—三江—康滇地區(qū)、東南沿海地區(qū)等，居里面埋藏深度主要在20～26 km之間.反映出這些地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)性大、巖漿活動(dòng)劇烈或較劇烈，熱流值高.東北部山嶺區(qū)，圍繞松遼盆地都有大面積多期次的花崗巖分布，說明該區(qū)構(gòu)造、巖漿活動(dòng)十分活躍，地震測深顯示，在地殼內(nèi)存在低阻、低速層，推測為高溫鹵水或巖漿囊.因此，巖漿活動(dòng)可能是東北部山嶺區(qū)居里面隆起的主要原因，居里面埋深約18～26 km.西昆侖—西藏—三江—康滇地區(qū)是我國最大的一條居里面隆起帶，顯示了印度板塊與歐亞板塊碰撞產(chǎn)生的一系列地溫異常.

5.3居里面深度與816個(gè)大地?zé)崃髦档脤?duì)比分析結(jié)果顯示熱流值及地溫梯度與居里面深度值呈弱的負(fù)相關(guān)，但是不具有簡單的線性關(guān)系，隨著居里面深度增加，地溫梯度和熱流值都發(fā)生了顯著的降低，當(dāng)居里面埋深達(dá)到30 km以上，熱流值均小于100 mW·m-2，地溫梯度均小于50 K·km-1.

致謝本文中國陸域居里面深度圖的編制工作是在中國國土資源航空物探遙感中心多年工作基礎(chǔ)上完成的，集合了前人的許多寶貴成果.在此，感謝為此工作曾付出辛苦的同仁們！感謝匿名審稿專家提出的寶貴意見！

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(本文編輯劉少華)

Characteristics of Chinese continent Curie point isotherm

XIONG Sheng-Qing1, 2, YANG Hai1, DING Yan-Yun1, LI Zhan-Kui1

1ChinaAeroGeophysicalSurvey&RemoteSensingCenterforLand&Resources,Beijing100083,China2KeyLaboratoryofAirborneGeophysicsandRemoteSensingGeology,MinistryofLandandResources,Beijing100083,China

Based on the latest compiled 1/100 million aeromagnetic map data, the Curie point depth was estimated by power spectrum method. The calculation obtained 8004 Curie point depth values in Chinese continent. Eventually, we completely compiled the Chinese continental Curie point isotherm map. This map first fully shows the characteristics of Chinese continental Curie point depth. The study shows that Curie point isotherm is characterized by depression inside the stable blocks with the depth of 28～45 km, such as the Tarim Basin, Junggar Basin, Qaidam Basin, Hoh Xil-Bayan Har Depression area, the Yangtze Basin area, North China basin area, Songliao Basin, Erlian Basin, Bayan-Wuwei-Chaoshui basin, Pearl River Estuary-southeast Hainan basin. The Curie depth of North China basin area is shallower than Tarim continent block and Yangtze continent block, which may be related to North China block suffered a complex post-transformation and resulted in the asthenosphere upwelling and lithospheric thinning. Hoh Xil-Bayan Har block is a NWW trending Curie point isotherm depression area lies within western Tibetan Plauteau, because the area developed a large area of the Triassic sedimentary and less magmatism. The stable blocks coincidently have Moho uplift and Curie point isotherm depression. Conversely, the Curie point isotherm of active orogenic belt is characterized by uplift with the depth of 18～26 km, such as the Northeast mountain area, Northwest mountain area, Qinling-Dabie Mountain area, West Kunlun-Tibet-Sanjiang-Kangdian area, the southeast coastal areas and so on. The uplift reflects the geothermal gradient difference caused by tectonic and magmatic activities. A collection of 816 heat flow data from published literatures are applied to study the relationship between Curie point isotherm and heat flow. The results show that there is not a simply linear relationship between the depth and heat flow, however, when the depth is greater than 30 km, the heat flow values are less than 100 mW·m-2. While the Curie point depth is less than 30 km, the heat flow values are varied in a wide range. The high heat flow values are gathered to the east coast of China, southern Tibet-Sanjiang area, Qinling-Dabie area, east of Liaoning Province where are characterized by uplift of Curie point isotherm. These areas are prospects for future geothermal exploration.

Curie point isotherm; Tectonic; Heat flow; Power spectral method; Geothermal; Chinese continent

10.6038/cjg20161008.Xiong S Q, Yang H, Ding Y Y, et al. 2016. Characteristics of Chinese continent Curie point isotherm.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),59(10):3604-3617,doi:10.6038/cjg20161008.

國家地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)專項(xiàng)“中國陸域航磁特征及地質(zhì)構(gòu)造研究”項(xiàng)目(1212011087009)與國家863主題項(xiàng)目“航空地球物理遙感綜合探測技術(shù)與解釋系統(tǒng)研究”課題(2013AA063905)聯(lián)合資助.

熊盛青，男，1963年生，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士生導(dǎo)師.長期從事航空地球物理、遙感技術(shù)及其地學(xué)應(yīng)用研究工作，現(xiàn)任中國國土資源航空物探遙感中心總工程師.E-mail:xsq@agrs.cn

10.6038/cjg20161008

P541,P314

2015-10-10，2015-12-12收修定稿

熊盛青, 楊海, 丁燕云等. 2016. 中國陸域居里等溫面深度特征.地球物理學(xué)報(bào)，59(10):3604-3617,