基于地球物理重磁特征的揚(yáng)子古陸與華夏陸塊邊界劃分

符平禮，陳 康，楊富強(qiáng)，劉文勛，龍永鋒，莫亞軍

(1.廣西壯族自治區(qū)地球物理勘察院，廣西 柳州 545005；2.廣西第七地質(zhì)隊(duì)，廣西 柳州 545005 )

0 引言

由于揚(yáng)子古陸與華夏陸塊廣西段結(jié)晶基底被后期沉積地層覆蓋，揚(yáng)子古陸與華夏陸塊的具體分界一直存在爭議。早期認(rèn)為分界與江南古陸南緣、桂北古島弧密切相關(guān)，以往大致有5種看法[1](圖1)：① 自萍鄉(xiāng)經(jīng)湖南桃江—溆浦、通道，進(jìn)入廣西三江—融安轉(zhuǎn)宜山、南丹，至貴州紫云—云南師宗—開遠(yuǎn)；② 從萍鄉(xiāng)—永州—桂林—南寧—憑祥；③ 三江—融安—宜山—天等—下雷；④ 萍鄉(xiāng)—永州—桂林北—貴州冊亨—云南開遠(yuǎn)；⑤ 萍鄉(xiāng)—北海。以上劃分方案主要以當(dāng)時不同的地質(zhì)構(gòu)造單元劃分方案進(jìn)行劃分，劃分的分界差異較大。

目前，在以往劃分方案以及提取到的一些反映基底形成物質(zhì)記錄等研究成果基礎(chǔ)上，提出了不同時期存在不同的邊界的劃分方案。其中，《廣西地質(zhì)志》[2]推定峒中—小董斷裂帶+欽州一藤縣斷裂帶靈山—藤縣段、三江—融安轉(zhuǎn)宜山、南丹斷裂帶分別為欽杭帶東南、北西邊界(圖1中⑥號線和①號線)，前者是早古生代揚(yáng)子克拉通與云開島弧匯聚碰撞帶，后者是揚(yáng)子陸塊東南緣四堡期陸—弧拼接帶。在中新元古代，它們之間的新元古—早古生代的巨厚沉積區(qū)域?yàn)樵瓪J杭帶廣西段的范疇，至早古生代，(因古華南洋往東南、西南方向的衰減、退縮)該結(jié)合帶主要界于峒中—小董斷裂帶與陸川—岑溪斷裂帶所夾持的三角形區(qū)域內(nèi)，劃歸華夏陸塊。

圖1 揚(yáng)子古陸與華夏陸塊分界廣西段以往分界示意圖

《中國華南大陸構(gòu)造與問題》[3]同樣按不同時期劃分了揚(yáng)子和華夏陸塊的分界，認(rèn)為新元古代中期揚(yáng)子和華夏陸塊沿伏川-九嶺-益陽-四堡一線拼合，形成統(tǒng)一的華南大陸板塊；至早古生代的廣西運(yùn)動(加里東期)，在陸內(nèi)造山作用下沿江紹-萍鄉(xiāng)-欽防一線最終拼合。

上述不同時期存在不同的邊界的劃分方案綜合了歷年各學(xué)科的成果，劃分方案嚴(yán)謹(jǐn)，主要以地質(zhì)、地球化學(xué)(鋯石U-Pb定年、Hf同位素示綜分析、模式年齡等)等方法的成果為劃分依據(jù)，分界深部構(gòu)造的地球物理依據(jù)分析較少。本文以上述不同時期存在不同邊界的劃分方案為基礎(chǔ)，通過獲得的廣西1∶20萬重磁異常，并利用小波多尺度分析[4]、窗口滑動平均[5]等方法進(jìn)行重磁位場轉(zhuǎn)換，深入分析廣西重磁場區(qū)域、局部場反映的深部構(gòu)造特征，探討揚(yáng)子與華夏陸塊廣西段邊界在不同時期的展布，提出了新認(rèn)識和劃分方案。

1 廣西重磁場特征及分區(qū)

1.1 重力場基本特征

縱觀廣西布格重力異常圖[6](圖2)，廣西區(qū)域重力場總趨勢為北西低南東高，從北西往南東可分為4個逐級抬升的異常區(qū)，分別為富寧-樂業(yè)重力低區(qū)、百色-河池-全州重力次低區(qū)、龍州-柳州重力次高區(qū)和欽州-梧州重力高區(qū)，反映了北部灣沿海地區(qū)上地幔隆起，桂西地區(qū)上地幔明顯加深的一般規(guī)律。其中，重力低和次低區(qū)為陡變異常區(qū)，對應(yīng)上地幔陡降區(qū)；龍州-柳州次高區(qū)為寬緩異常區(qū)，對應(yīng)上地幔平緩區(qū)；欽州-梧州重力高區(qū)為NE向的重力高異常區(qū)，對應(yīng)上地幔NE向隆起區(qū)。

圖2 廣西布格重力異常平面圖Fig.2 Plan map of Bouguer gravity anomaly in Guangxi

各級異常區(qū)間重力異常等值線陡密，形成了3條一級重力梯度帶，重力梯度帶主要是基底陡變、斷裂、地層升降等引起兩側(cè)區(qū)塊密度差異的反映。

1)樂業(yè)-富寧梯度帶：展布于廣西西部，呈NNE走向，梯度帶區(qū)內(nèi)長約100 km，平均梯度達(dá)(0.5～1.0)×10-5(m·s-2)/km。屬大興安嶺-太行山-武陵山梯級帶廣西段，由于疊加了NW向異常，梯度帶呈彎曲狀。

2)三江-融安-河池-大新梯度帶：展布于廣西西部和北部，呈NE走向，梯度帶區(qū)內(nèi)長約500 km，平均梯度(0.4～0.8)×10-5(m·s-2)/km。梯度帶是陡變重力異常區(qū)與寬緩重力異常區(qū)的分界，亦是陡變重力異常區(qū)內(nèi)NW走向異常的邊界。

3)龍州-南寧-桂平-信都梯度帶：展布于廣西東南面，呈NE走向，梯度帶區(qū)內(nèi)長約580 km，平均梯度(0.3～0.5)×10-5(m·s-2)/km。廣西的東南面展布一組NE向的梯級帶，龍州-南寧-桂平-信都梯度帶是最北面的一條，也是規(guī)模大、連貫性最好的一條，往南的二級北東向梯度帶有憑祥-藤縣-信都梯度帶和北海-博白-岑溪梯度帶。

1.2 重力場的小波多尺度分析

小波多尺度分析[4](也稱多分辨分析)的思想，通過對函數(shù)空間的逐步剖分，將信號在不同層次的函數(shù)空間內(nèi)進(jìn)行分解展開，得到小波分析與多尺度分析的聯(lián)系。也可以從濾波器組的角度理解多尺度分析的性質(zhì)。小波變換過程等效于信號通過一系列低通和高通濾波器輸出的結(jié)果。

函數(shù)空間可以逐級二分產(chǎn)生一系列正交的函數(shù)子空間

(1)

假設(shè)f(x)為V0空間的函數(shù)，則通過函數(shù)空間二分，可以將f(x)分解為兩個函數(shù)子空間V1和W1的分量來表示：

f(x)=A1[f(x)]+D1[f(x)]

(2)

A1[f(x)]為函數(shù)f(x)在V1空間上的投影，稱為f(x)的逼近，D1[f(x)]為函數(shù)f(x)在W1空間上的投影，反映了函數(shù)f(x)在空間V0和V1之間的差異，稱為f(x)的細(xì)節(jié)。

對A1[f(x)]二分并逐級進(jìn)行下去可以得到函數(shù)f(x)在一系列函數(shù)子空間的投影，形成函數(shù)f(x)的小波展開：

(3)

小波分解示意圖見圖3。

圖3 小波分解示意圖Fig.3 Schematic diagram of wavelet decomposition

小波分解的低階小波細(xì)節(jié)不變準(zhǔn)則：在對重力異常進(jìn)行小波變換過程中，階數(shù)n是根據(jù)實(shí)際情況需要人為選定的，不管怎么選擇n，小波變換出來的低階小波細(xì)節(jié)都是一樣的，所不同的只是小波細(xì)節(jié)的個數(shù)和n階逼近。

利用中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)開發(fā)的重磁數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行小波多尺度分析，把廣西布格重力異常分離為6個階次，利用反映中深部重力場的4階、5階逼近和細(xì)節(jié)場進(jìn)行分析(圖4)。

圖4 廣西重力異常小波多尺度分析4階、5階逼近和細(xì)節(jié)場剖析圖

1)逼近場特征：如上所述，不同階次的逼近場反映不同深度的重力背景場，階次越高反映越深的重力背景場，對應(yīng)相應(yīng)深度的區(qū)域構(gòu)造背景，從4階、5階逼近場看：① 清晰展示了樂業(yè)-富寧、三江-融安-河池-大新和龍州-南寧-桂平-信都3條一級梯度帶，反映了地殼中深部形成的3條區(qū)域構(gòu)造帶。② 清晰展示了陡變異常區(qū)、寬緩異常區(qū)和重力高異常區(qū)，反映了地殼中深部形成的3個區(qū)域構(gòu)造區(qū)。

2)細(xì)節(jié)場特征：細(xì)節(jié)場是分離的各階界面之間，其地層密度不均勻引起的重力異常，反映不同深度、不同時期的區(qū)域構(gòu)造細(xì)節(jié)。4階、5階的細(xì)節(jié)場很好反映3個一級異常區(qū)中深部不同的區(qū)域構(gòu)造特征：① 陡變異常區(qū)呈NW向展布特征。反映了陡變異常區(qū)(桂西和桂北)NW向的區(qū)域構(gòu)造特征。② 寬緩異常區(qū)異常寬緩、相互疊加，具過渡區(qū)特征?？煞譃楣鹬袑捑彯惓^(qū)和桂東北疊加異常區(qū)。桂中寬緩異常區(qū)反映該區(qū)平緩的區(qū)域構(gòu)造特征，桂東北疊加異常區(qū)反映該區(qū)相互疊加的區(qū)域構(gòu)造特征。③ 重力高異常區(qū)呈NE向展布特征。反映了重力高異常區(qū)(桂東南)北東向的區(qū)域構(gòu)造特征。

1.3 重力場分區(qū)

廣西重力場以中國東部NNE向重力場為區(qū)域背景，樂業(yè)-富寧梯度帶屬大興安嶺-太行山-武陵山梯級帶的廣西段(圖5)，而大興安嶺-太行山-武陵山梯級帶是一條地殼厚度陡變帶，推測是中生代晚期或新生代以來形成的，雖然可以推論其前身可能導(dǎo)源于剪切斷裂，但還不宜于把它與郯廬斷裂帶并提[8]。換言之，樂業(yè)-富寧梯度帶形成于中生代晚期或新生代時期，故不宜作為一級重力場分區(qū)的劃分依據(jù)。

據(jù)以上重力場[9]的特征分析，以三江-融安-河池-大新梯度帶和龍州-南寧-桂平-信都梯度帶為分界，把廣西重力場劃分為3個一級異常區(qū)：陡變異常區(qū)、寬緩異常區(qū)和重力高異常區(qū)。分別反映了廣西上地幔起伏的三個構(gòu)造區(qū)：西北部的NW向凹陷區(qū)，中部緩坡區(qū)和東南部的NE向隆起區(qū)。同時，依據(jù)二級(如桂林-賀州、憑祥-藤縣-信都梯度帶)和三級梯度帶(如田林-百色梯度帶)，布格、局部異常展布特征，小波分析逼近、細(xì)節(jié)場特征，往下劃分了8個二級異常區(qū)和5個三級異常區(qū)(圖6)，反映次一級的上地幔起伏特征。

圖6 廣西布格重力異常分區(qū)圖Fig.6 Zonation map of Bouguer gravity anomaly in Guangxi

1.4 磁場基本特征

縱觀廣西航磁ΔT等值線平面圖[2](圖7)，除桂北、桂東南部分地區(qū)存在與構(gòu)造帶、斷裂帶和巖體相關(guān)的局部較強(qiáng)的磁異常區(qū)(帶)外(強(qiáng)度大者可達(dá)千余nT)，廣西磁場總體寬緩。以環(huán)江—宜山—忻城—上林—大新為界，大致可分為兩大景觀區(qū)，東部為磁力高異常區(qū)，西部為磁力低異常區(qū)，區(qū)域背景上有一個明顯磁場臺階，該線兩側(cè)磁場相差30～50 nT。同時，廣西磁場分區(qū)特征明顯，桂西地區(qū)表現(xiàn)為NW向帶狀磁異常區(qū)，桂中和桂北地區(qū)為磁力高異常區(qū)，桂東南為NE向帶狀磁異常區(qū)，總體反映廣西基底起伏及展布特征。

圖7 廣西航磁ΔT異常分區(qū)圖Fig.7 Aeromagnetic ΔT anomaly zoning map of Guangxi1—一級航磁異常分區(qū)線 2—二級航磁異常分區(qū)線 3—三級航磁異常分區(qū)線

1.5 磁場的窗口滑動平均

采用正方形窗口滑動平均，以一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為中心點(diǎn)，把其正方形窗口內(nèi)所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的異常平均值作為該節(jié)點(diǎn)的區(qū)域異常值，其網(wǎng)絡(luò)化值與該區(qū)域異常值之差作為該節(jié)點(diǎn)的“剩余異常值”[5]。窗口滑動平均法可把航磁ΔT異常分離為一個區(qū)域背景場和一個剩余場。

參數(shù)選擇主要是窗口的大小，經(jīng)試驗(yàn)確定30 km×30 km窗口較好分離廣西航磁ΔT異常，利用中國地質(zhì)調(diào)查局開發(fā)的重磁電數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)(RGIS)提供的模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再用MapGIS繪圖軟件成圖，從獲得的航磁ΔT剩余異常和區(qū)域異常看(圖8、圖9)，大致以環(huán)江—宜山—忻城—上林—大新為界，東西兩大景觀區(qū)異常特征清晰，西部為NW向磁異常區(qū)；東部以龍州-南寧-桂平-信都一線的線性磁異常帶為界，桂中和桂北地區(qū)為磁力高區(qū)，桂東南為NE向異常區(qū)。

圖8 航磁ΔT區(qū)域異常(30 km×30 km)(據(jù)文獻(xiàn)[2])Fig.8 Aeromagnetic ΔT regional anomaly (30 km × 30 km)[2]1—航磁異常正等值線 2—航磁異常零值線 3—航磁異常負(fù)等值線

圖9 航磁ΔT剩余異常(30km×30km)(據(jù)文獻(xiàn)[2])Fig.9 Aeromagnetic ΔT residual anomaly (30km × 30km)[2]1—航磁異常正等值線 2—航磁異常零值線 3—航磁異常負(fù)等值線

1.6 磁場分區(qū)

根據(jù)以上磁異常[10]特征，包括磁場的強(qiáng)度、形態(tài)、范圍、多寡及走向等特征，結(jié)合重力異常特征，梳理出各線性磁異常區(qū)的區(qū)域差異，按三江-融安-河池-大新梯度帶和龍州-南寧-桂平-信都梯度帶重力梯度帶作為分界，把廣西磁場劃分為3個一級異常區(qū)：西北部的NW向磁力低異常區(qū)、中部的磁力高異常區(qū)和東南部的NE向異常區(qū)。據(jù)次級磁異常還劃分了9個二級異常區(qū)和5個三級異常區(qū)，磁異常區(qū)與重力異常區(qū)存在較好的對應(yīng)關(guān)系。

2 揚(yáng)子與華夏陸塊廣西段邊界重磁場的地質(zhì)認(rèn)識

《廣西地質(zhì)志》集廣西幾十年地質(zhì)工作成果之大成，依據(jù)的基礎(chǔ)資料齊全扎實(shí)，運(yùn)用了板塊構(gòu)造的觀點(diǎn)編制大地構(gòu)造圖，其不同時期存在不同邊界的劃分方案符合目前國內(nèi)主流的大地構(gòu)造認(rèn)識。本文沿用其四堡期、早古生代兩個時期邊界的劃分方案，據(jù)廣西重磁場特征和分區(qū)，對邊界的位置和走向進(jìn)行探討，并進(jìn)行邊界的劃分(圖10)。

2.1 劃分三江-融安-河池-大新一線為揚(yáng)子陸塊東南緣四堡期陸—弧拼接帶

拼接帶向北連接地質(zhì)上推斷的伏川-九嶺-益陽-四堡一線拼合帶[3]，與四堡、丹洲群地層走向以及侵入的三防、元寶山巖體走向基本一致，兩側(cè)寒武系地層沉積相差異明顯，西側(cè)為碳酸巖相，東側(cè)為碎屑巖相。

據(jù)重磁場特征劃分的主要依據(jù)：

1)廣西重磁場可分為3個一級異常區(qū)，對應(yīng)3個不同的區(qū)域構(gòu)造區(qū)，三江-融安-河池-大新一線為其中一條區(qū)域構(gòu)造分界。

2)表現(xiàn)為一條明顯的區(qū)域重力梯度帶，反映基底構(gòu)造帶特征。

3)三江-融安-河池-大新一線兩側(cè)磁場相差30～50 nT，形成一個明顯磁場臺階，表明兩側(cè)分屬不同的區(qū)域構(gòu)造區(qū)。

黃啟勛等從兩側(cè)硅鎂層和硅鋁層的厚薄、層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造運(yùn)動、低速層和平均密度等地殼的結(jié)構(gòu)特征差異以及兩側(cè)沉積建造、巖漿活動、構(gòu)造差異為依據(jù)對該帶進(jìn)行了論述[11]。

《廣西地質(zhì)志》以三江—融安斷裂轉(zhuǎn)往宜山、南丹斷裂帶作為揚(yáng)子陸塊東南緣四堡期陸—弧拼接帶(圖1中①號線)，把桂北地區(qū)劃分為雪峰—四堡古島弧，而桂西地區(qū)劃分為滇黔桂被動陸緣。以上據(jù)重磁場特征的劃分方案，分界往西南延伸至中越邊境，表明桂北和桂西地區(qū)在中新元古代同屬一個構(gòu)造區(qū)，雪峰—四堡古島弧可能隱伏延伸至桂西地區(qū)。

2.2 劃分龍州-南寧-桂平-信都一線為早古生代揚(yáng)子克拉通與云開島弧匯聚碰撞帶

據(jù)重磁場特征劃分的主要依據(jù)：

1)廣西重磁場可分為3個一級異常區(qū)，對應(yīng)3個不同的區(qū)域構(gòu)造區(qū)，龍州-南寧-桂平-信都一線為其中一條區(qū)域構(gòu)造區(qū)分界。

2)NE向重力高異常區(qū)最北、梯度最大、線性特征最明顯的重力梯度帶，反映基底斷裂、區(qū)域構(gòu)造分界特征。

3)明顯的區(qū)域線性磁異常帶，反映基底斷裂、構(gòu)造分界特征。

據(jù)地質(zhì)-地球物理資料，黃啟勛[11]認(rèn)為處于桂東南地區(qū)的重力高異常區(qū)存在一組NE向迭瓦式深斷裂，龍州-南寧-桂平-信都斷裂帶為深斷裂最北側(cè)的一條，峒中(欽州)—藤縣斷裂帶、陸川岑溪斷裂帶屬中部深斷裂帶，南側(cè)為合浦-蒼梧斷裂帶?！稄V西地質(zhì)志》厘定碰撞帶位于中部的峒中(欽州)—藤縣斷裂帶、陸川岑溪斷裂帶(圖1中⑥號線)。黃啟勛等分析認(rèn)為，碰撞帶應(yīng)位于南側(cè)的合浦-蒼梧斷裂帶。從上述重磁場反映的深部構(gòu)造特征分析，龍州-南寧-桂平-信都一線為一條深部構(gòu)造區(qū)分界，深斷裂帶最具規(guī)模，本文據(jù)此劃分該帶為早古生代揚(yáng)子克拉通與云開島弧匯聚碰撞帶。

3 結(jié)語

重磁場特征分析是了解地球深部構(gòu)造的重要手段之一，利用廣西1∶20萬區(qū)域重磁場，以及小波多尺度分析方法分離的重力逼近場和細(xì)節(jié)場，窗口滑動平均法分離的航磁區(qū)域場和剩余場，展開深部重磁場特征分析，進(jìn)行重磁場分區(qū)和深部構(gòu)造分析。通過上述重磁場特征地質(zhì)認(rèn)識，提出邊界劃分新的認(rèn)識，并對揚(yáng)子與華夏陸塊廣西段分界進(jìn)行了劃分，獲得了較好的劃分效果。

1)利用重磁場分區(qū)、明顯的重力梯度帶、磁場臺階、重磁異常差異，結(jié)合地質(zhì)推斷、區(qū)域構(gòu)造特征及前人對該帶的分析，劃分三江-融安-河池-大新一線為揚(yáng)子與華夏陸塊廣西段晉寧期或四堡期(中新元古代)陸—弧拼接帶。

2)利用重磁場分區(qū)、明顯的重力梯度帶以及重磁場特征的地質(zhì)認(rèn)識，參考前人對重磁異常進(jìn)行的區(qū)域構(gòu)造分析，劃分龍州-南寧-桂平-信都一線為揚(yáng)子與華夏陸塊廣西段早古生代揚(yáng)子克拉通與云開島弧匯聚碰撞帶。

以上重磁場的地質(zhì)認(rèn)識為揚(yáng)子與華夏陸塊廣西段的劃分以及基礎(chǔ)地質(zhì)研究提供了重要的地球物理依據(jù)。