武陵—江南造山帶中段地殼結(jié)構(gòu)及其物質(zhì)組成差異
——基于地球化學(xué)和地球物理異常特征研究

陳昌昕 , 嚴(yán)加永 , 劉衛(wèi)強(qiáng), 羅 凡 , 張 沖,徐 峣, 程志中, 汪 洋

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037; 2)自然資源部深地科學(xué)與探測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100094;3)自然資源部深地動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 北京 100037;4)東華理工大學(xué)地球物理與測(cè)控技術(shù)學(xué)院, 江西 南昌 330013;5)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心, 北京 100037; 6)合肥市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院, 安徽 合肥 231200

華南陸塊由華夏地塊和揚(yáng)子地塊及兩者于新元古代俯沖、碰撞形成的江南造山帶組成, 其后,在不同地質(zhì)時(shí)期, 經(jīng)歷復(fù)雜的板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及陸內(nèi)多期次構(gòu)造演化過程, 最終形成了目前的基本面貌(舒良樹, 2012; 張國(guó)偉等, 2013)。武陵—江南造山帶中段地區(qū)位于華南陸塊中西部, 在圖 1中用藍(lán)色框標(biāo)出, 研究區(qū)包含四川盆地東部, 江南造山帶中段部分區(qū)域(圖1)。已有研究表明受中—新生代構(gòu)造演化過程影響, 在武陵—江南造山帶地區(qū)西部形成了典型的侏羅山式褶皺帶。復(fù)雜的褶皺變形特征表現(xiàn)為在華鎣山斷裂以東及齊岳山斷裂以西以隔擋式褶皺為特征, 而齊岳山斷裂以東及張家界斷裂以西以隔槽式褶皺為特征(顏丹平等, 2018; 王宗秀等,2019; 李春麟等, 2020; 張永謙等2021)。研究區(qū)西部是我國(guó)重要的含油氣地區(qū), 隨著“頁巖氣革命”的推進(jìn), 涪陵地區(qū)已成為國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際重要的頁巖氣研究基地。如果說石油是工業(yè)發(fā)展的“血液”, 金屬礦產(chǎn)則是工業(yè)發(fā)展的“骨骼”(秦克章等, 2017)。研究區(qū)東部以金屬礦產(chǎn)為主, 尤其區(qū)內(nèi)湘西—鄂西成礦帶在成礦作用和礦床系列與華南東部欽杭成礦帶、武夷成礦帶、南嶺成礦帶和長(zhǎng)江中下游成礦帶亦大不相同(羅凡等, 2019; Yan et al., 2021)。湘西—鄂西成礦帶是全國(guó)20條重點(diǎn)成礦帶之一, 跨越湘、鄂、川、黔、陜五省及重慶直轄市, 礦產(chǎn)資源豐富,優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)有錳、釩、鐵、銻、鉛、鋅、金、銀、煤炭、重晶石、黏土等, 且具有明顯的地層相關(guān)特性,是我國(guó)重要的鎢銻金-鉛鋅銅-鐵錳多金屬成礦帶(周云等, 2014; 肖克炎等, 2016; 羅凡等, 2019; Yan et al., 2021)。

縱貫中國(guó)南北的大興安嶺—太行山—武陵山重力異常梯度帶(南北重力梯度帶, 圖1中灰色實(shí)線)穿過研究區(qū), 將研究區(qū)一分為二。已有地質(zhì)及地球物理研究表明南北重力梯度帶東西兩側(cè)的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造背景、巖漿活動(dòng)、大地?zé)崃髦?、地殼厚度、淺層及深部物質(zhì)組成和巖石圈結(jié)構(gòu)等方面都存在巨大差異(馬杏垣, 1989; Deng and Levandowski,2018; Deng et al., 2021)。梯度帶兩側(cè)差異是不同地質(zhì)時(shí)期、不同構(gòu)造作用下深部與淺部綜合作用的結(jié)果, 因此, 可以利用地球物理及地球化學(xué)方法探測(cè)其不同尺度深部過程遺留“痕跡”。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖(改編自Shi et al., 2015)Fig. 1 Regional geological map (adapted from Shi et al., 2015)

大量的基礎(chǔ)地質(zhì)和地球物理工作為武陵—江南造山帶中段地區(qū)構(gòu)造特征研究奠定了良好基礎(chǔ)。但侏羅山式褶皺的形成過程及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制尚存在爭(zhēng)議; 武陵—江南造山帶中段地區(qū)湘西—鄂西成礦帶是我國(guó)重要的多金屬成礦帶, 西部則是我國(guó)重要的含油氣地區(qū), 造成這一現(xiàn)象的深部結(jié)構(gòu)差異仍未厘清; 南北重力梯度帶東西地球物理場(chǎng)和構(gòu)造差異的原因及其動(dòng)力學(xué)背景仍在探討中; 以上爭(zhēng)議均與深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成差異有關(guān)。因此, 加強(qiáng)武陵—江南造山帶中段地區(qū)深部結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成研究,可以為深入理解華南陸塊地質(zhì)背景及演化過程和資源組合差異提供地球物理和地球化學(xué)約束。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

新元古代時(shí)期, 揚(yáng)子與華夏地塊發(fā)生俯沖、碰撞和拼貼, 形成統(tǒng)一的華南大陸, 揚(yáng)子地塊是華南陸塊重要組成部分, 東與華夏地塊以江南造山帶相隔, 北與華北板塊以秦嶺—大別造山帶相望, 西部及南部以龍門山斷裂和馬江斷裂為界分別與松潘—甘孜地塊及印支地塊相接(舒良樹, 2012; 張國(guó)偉等,2013)。武陵—江南造山帶中段區(qū)域位于華南陸塊中西部, 橫跨揚(yáng)子地塊東部和江南造山帶中段大部分區(qū)域, 受華南陸塊多階段的碰撞、拼貼、裂解和再造等構(gòu)造演化影響, 武陵—江南造山帶中段區(qū)域構(gòu)造樣式復(fù)雜(張國(guó)偉等, 2013; Wang et al., 2013; 王宗秀等, 2019)。

中—新元古代時(shí)期, 華夏地塊向揚(yáng)子地塊俯沖,于兩者碰撞拼貼處, 形成了江南造山帶, 武陵—江南造山帶中段區(qū)域表現(xiàn)為北隆南凹的升降運(yùn)動(dòng)(Li et al., 2002; Zhao and Cawood, 2012; 張國(guó)偉等,2013; Wang et al., 2013; 王孝磊等, 2017)。受Rodinia超大陸裂解事件的影響, 華夏地塊向南漂移, 在華夏和揚(yáng)子地塊間出現(xiàn)了南華紀(jì)裂谷盆地,發(fā)育與伸展有關(guān)的堿性玄武巖和雙峰式巖漿巖, 武陵—江南造山帶中段區(qū)域轉(zhuǎn)入拉張裂陷階段(Li et al., 2003; Wang et al., 2003; Zheng et al., 2008; 李三忠等, 2011)。最終因?yàn)榱压茸饔玫慕K止, 并未形成深切巖石圈斷裂構(gòu)造, 僅形成邊緣海(Ren and Chen,1989; 張國(guó)偉等, 2013)。在早古生代, 華南大陸受控于物質(zhì)和結(jié)構(gòu)的非均衡狀態(tài), 發(fā)生了廣泛的面型陸殼物質(zhì)的變質(zhì)-巖漿活動(dòng), 巖漿物質(zhì)多由陸殼物質(zhì)深部熔融形成, 導(dǎo)致江南造山帶經(jīng)歷了區(qū)域性陸內(nèi)造山作用, 在碰撞擠壓處, 發(fā)生地殼擠壓增厚、部分熔融、大面積褶皺斷裂發(fā)育、巖漿活動(dòng)和變質(zhì)作用廣泛出現(xiàn)。這一期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在江南造山帶和華夏地塊上形成大量近N-S、NNE和NE向構(gòu)造線, 武陵—江南造山帶中段區(qū)域同樣卷入了強(qiáng)烈的擠壓構(gòu)造運(yùn)動(dòng); 同期, 西部揚(yáng)子克拉通并行演化, 形成巨厚沉積, 構(gòu)成了華南早古生代獨(dú)特的大陸構(gòu)造特征(Charvet, 2013; 張國(guó)偉等, 2013)。武陵—江南造山帶中段區(qū)域內(nèi)古生代晚期不整合面為伸展構(gòu)造向擠壓構(gòu)造轉(zhuǎn)換面, 被認(rèn)為是華南印支期擠壓造山或活化造山的開端; 武陵—江南造山帶中段不同區(qū)域先后遭受強(qiáng)烈逆沖推覆作用, 使得基底再次隆升, 逐步轉(zhuǎn)為陸相沉積環(huán)境(李三忠等, 2011)。晚古生代到早中生代, 華南陸內(nèi)沒有出現(xiàn)大規(guī)模幔源火山巖、蛇綠巖、島弧巖漿巖和深海沉積巖, 總體上為海陸交互沉積環(huán)境, 屬于板內(nèi)構(gòu)造背景, 這一階段, 研究區(qū)接受了巨厚海相碳酸鹽沉積(舒良樹, 2012; 舒良樹等, 2020)。古生代末期到早中生代, 華南北側(cè)向華北板塊俯沖, 形成秦嶺—大別造山帶; 南側(cè)受到古特提斯洋閉合影響, 與印支地塊發(fā)生碰撞形成馬江蛇綠巖混雜巖帶; 受南北兩側(cè)擠壓應(yīng)力影響,華南陸塊內(nèi)部發(fā)生廣泛陸內(nèi)變形和巖漿作用, 形成現(xiàn)今大陸基本格架(毛建仁等, 2014; Faure et al.,2014, 2018)。中生代構(gòu)造事件后, 華南地區(qū)從特提斯構(gòu)造域向古太平洋構(gòu)造域轉(zhuǎn)換, 這期構(gòu)造強(qiáng)烈改造-置換了華南陸塊的EW向特提斯構(gòu)造線為NE向古太平洋構(gòu)造線(張?jiān)罉虻? 2012; 董樹文等,2019)。中生代中晚期以來, 受到古太平洋俯沖方向/角度、速率變化以及回撤的影響, 華南東部發(fā)生擠壓與伸展構(gòu)造的交織作用, 造成區(qū)域上強(qiáng)烈的多期次巖漿活動(dòng)和變形疊加; 中西部則呈現(xiàn)出由東向西推進(jìn)的活化變形, 武陵—江南造山帶中段區(qū)域西部形成以隔擋、隔槽式斷層為特征構(gòu)造; 中部形成了持續(xù)至新生代的雪峰陸內(nèi)復(fù)合逆沖推覆構(gòu)造(Chu et al., 2012; 顏丹平等, 2018)。新生代以來, 中國(guó)大陸及周邊發(fā)生了幾個(gè)重要地質(zhì)事件, 約55 Ma印度板塊與歐亞大陸發(fā)生碰撞(許志琴等, 2016)、約40 Ma菲律賓海板塊擴(kuò)張(臧紹先和寧杰遠(yuǎn), 2001)、約35 Ma南海擴(kuò)張(徐義剛等, 2012), 已有研究表明這些重大地質(zhì)事件僅對(duì)華南陸塊產(chǎn)生有限影響, 基本以遠(yuǎn)程應(yīng)力為主, 其陸塊內(nèi)部各塊體處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)(張國(guó)偉等, 2013)。

侏羅山式褶皺是武陵—江南造山帶中段區(qū)域西部最顯著的構(gòu)造特征之一, 褶皺-逆沖作用主要發(fā)生于晚侏羅—早白堊世, 齊岳山斷裂帶被認(rèn)為是隔擋式褶皺和隔槽式褶皺的分界線。齊岳山斷裂帶以西為隔擋式褶皺, 高陡背斜的核部多出露三疊系地層, 寬緩向斜的核部多為侏羅系地層。齊岳山斷裂帶以東為隔槽式褶皺, 寬緩的背斜核部以出露南華系—奧陶系為主, 向斜的核部多為三疊系地層。在齊岳山斷裂帶和張家界斷裂帶之間, 發(fā)育多條與二者平行的次級(jí)斷裂帶。斷裂帶傾向以南東為主, 傾角在深部逐漸變緩, 最終匯聚在主滑脫層之上, 表現(xiàn)出地殼尺度的疊瓦式逆沖斷層特點(diǎn)(顏丹平等,2018; 王宗秀等, 2019)。

湘西—鄂西成礦帶位于東南部揚(yáng)子地塊邊緣(圖 1), 是我國(guó)重要的鎢銻金-鉛鋅銅-鐵錳多金屬礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量和生產(chǎn)基地, 也是我國(guó) 20個(gè)重點(diǎn)金屬成礦帶之一(肖克炎等, 2016)。初步估算鋅鉛資源量超過800萬噸, 遠(yuǎn)景鋅鉛儲(chǔ)量超過1500萬噸。預(yù)計(jì)銻儲(chǔ)量占世界銻總儲(chǔ)量的 70%以上, 是世界著名的銻都, 具有進(jìn)一步找礦潛力(周云等, 2014)。已有研究表明湘西—鄂西成礦帶鉛鋅礦具有以下特點(diǎn): 分布點(diǎn)多、面廣, 且成片、成帶分布; 覆礦層位多, 從震旦系、寒武系至奧陶系均有鉛鋅礦體(層)存在; 成礦具有地層相關(guān)性(曹亮等, 2010); Pb、Zn沉淀成礦與有機(jī)質(zhì)相關(guān); 成礦流體溫度較低, 可能受控于相同的動(dòng)力學(xué)背景(周云等, 2018)。

2 區(qū)域地球化學(xué)

2008年, 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局完成了覆蓋華南地區(qū)12個(gè)省及自治區(qū)的76種元素水系沉積物地球化學(xué)數(shù)據(jù)采集工作(Cheng et al., 2014; Lin et al., 2019)。本文選取位于武陵山—江南造山帶中段區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究。本次選用的數(shù)據(jù)共889個(gè)測(cè)點(diǎn)。受地形等因素的限制, 四川東部及重慶部分地區(qū)未采集數(shù)據(jù)。首先對(duì)889個(gè)測(cè)點(diǎn)的76種元素進(jìn)行了層次聚類分析(Carlsson and Memoli, 2010), 并與研究區(qū)主要地質(zhì)單元進(jìn)行了對(duì)比, 結(jié)果如圖 2所示。當(dāng)聚類數(shù)為 2時(shí), 在江南造山帶西南部出現(xiàn)了分異; 當(dāng)聚類數(shù)為 3時(shí), 江南造山帶西南部和東北部都出現(xiàn)了分異; 當(dāng)聚類數(shù)為 4時(shí), 揚(yáng)子地塊內(nèi)部大致以齊岳山斷裂為界也出現(xiàn)了分異; 當(dāng)聚類數(shù)為 5時(shí), 江南造山帶內(nèi)部出現(xiàn)了進(jìn)一步的分異。

圖2 武陵山—江南造山帶中段區(qū)域化探數(shù)據(jù)聚類分析結(jié)果Fig. 2 Cluster analysis results of regional geochemical data in Wuling-Middle part of the Jiangnan Orogenic Belt

采用相關(guān)分析方法研究了聚類數(shù)為 5時(shí), 各塊體的元素富集規(guī)律, 與區(qū)域地質(zhì)圖進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn):聚類 1富集 Er、Yb、Ho、Tm、Lu、Y、Dy和 Tb等元素, 貧失Ni、Cr、CaO、MgO、Cu和Rh等元素, 可能反映了江南造山帶西南部前寒武基底的分布。聚類 2富集 Sb、Au、Ge、W、Cs、Bi、B和Sn等元素, 貧失MgO、Na2O、K2O、Cl和Ba等元素, 可能反映了白堊紀(jì)礫巖、砂巖等物質(zhì)的分布。聚類 3富集 Sn、Rb、W、Bi、Cs、Be、Th、Tl和Ta等元素, 貧失 Cr、Sr、Eu、V、Ti、CaO、MgO、Co、Ni和Fe2O3等元素, 可能反映了研究區(qū)內(nèi)志留紀(jì)巖漿巖的分布。聚類4富集Na2O和Sr元素, 貧失 Se、N、Br、TC、Hg、Mo、I、U、Cd、S、As、Sb、Zn和B等元素, 屬于揚(yáng)子地塊中靠近江漢盆地、四川盆地的區(qū)域。聚類5富集Cd、F、Mo、Tc、Se、MgO、S、Br、V、P、Mn、CaO、U、Hg、Os、Cl、N、Zn、Cu 和 Ni等元素, 貧失 Ge、SiO2、Al2O3、Na2O、W和Sn等元素, 反映了揚(yáng)子地塊上覆沉積蓋層分布。整體而言聚類1、2、3均位于江南造山帶內(nèi), 沉積蓋層剝蝕嚴(yán)重, 前寒武基底出露、且分布有古生代和早中生代巖漿巖, 聚類4、5位于揚(yáng)子塊體, 上覆巨厚沉積蓋層, 幔源相容性元素富集、殼源不相容元素貧失。

在整體元素聚類分析的基礎(chǔ)上, 挑選了九種對(duì)區(qū)域構(gòu)造有指示作用的元素, 分析了研究區(qū)構(gòu)造特征。根據(jù)前人的研究(任天祥和汪明啟, 2004; 岑況和陳媛等, 2011; 向運(yùn)川等, 2018)可知, 親核親地幔的鐵族元素(Fe、Ni、Cr、Co)和銅元素(Cu)在準(zhǔn)地臺(tái)等陸塊中呈現(xiàn)高背景值分布, 親地殼的 SiO2和K2O等在造山帶呈現(xiàn)高異常分布, 堿土金屬 MgO和 CaO等元素在沉積巖類分布地區(qū)中具有高異常值, 因而上述元素對(duì)陸塊與造山帶的邊界及主要縫合帶、大陸殼消減帶和深大斷裂帶等位置分布具有指示作用。圖3展示了上述九種元素的歸一化異常值。江南造山帶塊體局部貧失MgO(圖3a)、CaO(圖3b)、Ni(圖 3c)、Co(圖 3d)、Cr(圖 3e)、Fe(圖 3f)和Cu(圖3g)等強(qiáng)相容元素, 富集SiO2元素(圖3h)、零散富集K2O元素(圖3i), 這表明江南造山帶整體活動(dòng)性較強(qiáng), 且呈現(xiàn)酸性。揚(yáng)子地塊內(nèi)大致以齊岳山斷裂為界, 東西兩側(cè)元素富集情況存在明顯差異,表明兩側(cè)雖同屬于揚(yáng)子地塊, 但在深部具有不同的構(gòu)造特征。地球化學(xué)聚類結(jié)果表明武陵山—江南造山帶中段不同的塊體之間在物質(zhì)組成及元素富集規(guī)律上存在較大差異, 揚(yáng)子地塊在齊岳山斷裂東西兩側(cè)存在較大差異, 江南造山帶可分為多個(gè)子塊體,同樣反映出江南造山帶由若干不同性質(zhì)的地體組成(舒良樹等, 2012)。

圖3 武陵山—江南造山帶中段九種典型元素的歸一化豐度值Fig. 3 Normalized abundances of nine typical elements in Wuling-Middle part of Jiangnan Orogenic Belt

3 區(qū)域地球物理

3.1 區(qū)域衛(wèi)星重磁異常特征

重磁位場(chǎng)數(shù)據(jù)是用來刻畫、識(shí)別地下深部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造最有效的方法之一。重磁位場(chǎng)數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著豐富的地下介質(zhì)密度和磁化率物性信息, 可以利用這些物性差異進(jìn)行深部結(jié)構(gòu)、斷裂系統(tǒng)、褶皺變形和陸內(nèi)構(gòu)造機(jī)制等方面研究(嚴(yán)加永等, 2011; 呂慶田等, 2014; 李桐林等, 2018)。衛(wèi)星重磁異常特征解釋被廣泛應(yīng)用在區(qū)域地質(zhì)填圖、劃分?jǐn)嗔褬?gòu)造、區(qū)分地下地質(zhì)體密度、推斷盆地隆起、基底深度、區(qū)分火成巖及其密度特征等方面(嚴(yán)加永等, 2014, 2022;李桐林等, 2018; 馮旭亮等, 2018; 魯寶亮等, 2018;羅凡等, 2022)。本文自由空氣重力異常(圖4a)和均衡重力異常數(shù)據(jù)(Airy-Heiskanen, Tc=30 km, 圖4b)來源于網(wǎng)站(https://bgi.obs-mip.fr/data-products/grids-and-models/wgm2012-global-model/), 數(shù)據(jù)網(wǎng)格 大 小 為 2’×2’(2’約 3.7 km), 坐 標(biāo) 系 統(tǒng) 為WGS84(Balmino et al., 2012; Bonvalot et al., 2012)。布格重力異常選取高階重力場(chǎng)模型 EIGEN-6C4中重力觀測(cè)數(shù)據(jù), 地形校正選取ETOPO1地形高程數(shù)據(jù)(圖 4c); 由于武陵—江南造山帶中段區(qū)域存在較厚的沉積層, 具有不可忽略的影響, 因此需要消除區(qū)域沉積層的影響。利用Crust1.0獲得武陵山—江南造山帶中段區(qū)域的沉積物厚度數(shù)據(jù)(Laske et al.,2013)進(jìn)行沉積層校正, 獲得校正后布格重力異常(圖4d, 羅凡等, 2019)。磁測(cè)數(shù)據(jù)來自EMAG2, 數(shù)據(jù)大小為 2’×2’, 坐標(biāo)系統(tǒng) WGS84, 該數(shù)據(jù)的主體組成部分是衛(wèi)星測(cè)量數(shù)據(jù), 另外還有部分航空測(cè)量、船測(cè)和地面測(cè)量數(shù)據(jù)。衛(wèi)星為CHAMP, 飛行高度350 km, 全球巖石圈磁場(chǎng)模型為MF6, 最終數(shù)據(jù)的參考橢球面是大地水準(zhǔn)面上方4 km。

3.1.1 區(qū)域衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)異常特征

在重力觀測(cè)中, 只經(jīng)過緯度和高度改正的異常叫自由空間異常, 該異常反映的是實(shí)際地球的形狀和質(zhì)量分布與大地橢球的差異, 因此對(duì)地表和近地面的質(zhì)量分布很敏感, 具有很強(qiáng)的地形相關(guān)性。大范圍內(nèi)負(fù)異常表明地殼內(nèi)部存在相對(duì)質(zhì)量虧損; 反之, 則為質(zhì)量盈余。自由空氣異常結(jié)果顯示在四川盆地、武陵山部分地區(qū)及江漢盆地出現(xiàn)明顯負(fù)異常;其余地區(qū)均表現(xiàn)出正異常。值得關(guān)注的是在齊岳山斷裂東西兩側(cè)出現(xiàn)明顯差異, 斷裂以西隔擋式斷裂大范圍分布負(fù)異常, 而斷裂以東隔槽式斷裂則以正負(fù)異常間或分布為特征(圖4a)。

“地殼均衡理論”是假定密度較低的地殼漂浮在密度較高的地幔之上, 地殼和地幔趨于靜止的一種理想狀態(tài)(Watts, 2001)。板塊碰撞、造山等構(gòu)造運(yùn)動(dòng)會(huì)破壞地殼原有的均衡, 因此, 重力均衡異常能夠反映實(shí)際地殼厚度偏離均衡地殼的情況(王謙身等, 2009; 張永謙等, 2010; 陳石和王謙身, 2015)。本文均衡重力異常選用Airy-Heiskanen深度補(bǔ)償模式, 地殼正常厚度(Tc)30 km。均衡正異常反映補(bǔ)償不足, 常與Moho實(shí)際埋深較Tc淺有關(guān), 即“山根”太淺; 均衡負(fù)異常源于補(bǔ)償過剩, 可能反映了Moho超過了地殼正常厚度, 即“山根”太深。具有一定量級(jí)的均衡異常區(qū), 即為反映構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)育的地區(qū), 均衡異常的符號(hào)和幅值反映了垂直運(yùn)動(dòng)的方向和強(qiáng)度, 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)都具有反均衡特征(王懋基和程振炎, 1982)。通過對(duì)理論均衡地殼厚度與實(shí)際地殼厚度進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn), 在均衡重力狀態(tài)異常轉(zhuǎn)換帶及其附近地區(qū)均對(duì)應(yīng)于Moho隆升、幔源熱物質(zhì)上涌, 常常導(dǎo)致地殼的差異運(yùn)動(dòng), 因此構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈而產(chǎn)生深大斷裂。均衡正負(fù)異常轉(zhuǎn)換區(qū)對(duì)應(yīng)張家界斷裂帶, 齊岳山斷裂帶以及四川盆地東北部喇叭狀聯(lián)合弧附近(圖4b)。布格重力異常是經(jīng)過緯度改正、布格改正和地形改正獲得的異常。由于布格改正相當(dāng)于把大地水準(zhǔn)面以上的物質(zhì)質(zhì)量去除, 因此在山區(qū)或者高原布格異常大多為負(fù)值, 布格異常主要反映深部異常質(zhì)量的影響。圖4c顯示研究區(qū)布格重力異常均為負(fù)值, 在南北重力梯度帶以東負(fù)重力異常出現(xiàn)明顯降低, 與地形的相關(guān)性明顯減小。經(jīng)過沉積層改正后, 在四川盆地和江漢盆地布格異常幅值有明顯提升, 在齊岳山斷裂兩側(cè)隔擋和隔槽式褶皺帶范圍內(nèi)異常幅值有約30 mGal差異(圖4d)。

圖4 研究區(qū)衛(wèi)星重力異常Fig. 4 Satellite gravity data for the study area

3.1.2 區(qū)域衛(wèi)星磁異常特征

區(qū)域衛(wèi)星磁異常數(shù)據(jù)顯示(圖 5a), 在齊岳山斷裂及其西北出現(xiàn)明顯高磁異常, 張家界斷裂帶附近衛(wèi)星磁異常出現(xiàn)不同程度高值異常。為了便于解釋,采用滑動(dòng)窗口化極方法對(duì)研究區(qū)域的衛(wèi)星磁異常數(shù)據(jù)進(jìn)行化極處理, 得到化極磁異常圖(圖 5b)?；瘶O磁異常結(jié)果表明, 四川盆地出現(xiàn)區(qū)域高磁異常, 區(qū)域主斷裂帶附近出現(xiàn)不同程度高磁異常, 齊岳山斷裂以西隔擋式褶皺帶相比斷裂以東隔槽式褶皺帶出現(xiàn)明顯高磁異常。

磁性基底和居里面是研究深部構(gòu)造及熱活動(dòng)地質(zhì)效應(yīng)的重要磁性界面。磁性基底又稱為磁性層頂界面, 可以利用磁性基底特征研究沉積蓋層厚度、構(gòu)造及其性質(zhì)、圈定隆起和拗陷范圍; 居里面作為磁性層底界面, 反映了現(xiàn)今地殼及巖石圈的熱狀態(tài)。本文對(duì)化極后磁異常數(shù)據(jù)利用場(chǎng)源深度成像(Source Parameter Imaging, Thurston and Smith,1997)。成像結(jié)果顯示(圖5c), 磁性基底呈明顯條帶狀分布, 走向以NE-SW為主, 尤其在華鎣山斷裂、齊岳山斷裂東部和張家界斷裂帶東部, 分別出現(xiàn)磁性基底明顯隆起現(xiàn)象。在湘西—鄂西成礦帶出現(xiàn)由四周向內(nèi)部呈現(xiàn)磁性基底隆起現(xiàn)象。地殼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 ℃。從地表至地下,溫度向下增高, 當(dāng)溫度達(dá)到上述磁性礦物的消磁溫度界面時(shí), 鐵磁性礦物轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判曰蛘邿o磁性,該界面被稱為居里等溫面(熊盛青等, 2016; 陳安國(guó)等, 2017)。居里等溫面(居里面)展示了地殼熱活動(dòng)的地質(zhì)效應(yīng), 在大地構(gòu)造研究中具有十分重要的意義。在穩(wěn)定的克拉通陸塊區(qū)居里面呈現(xiàn)為深的塊狀拗陷, 在活動(dòng)性造山系及巖漿巖發(fā)育區(qū)居里面主要呈現(xiàn)為淺的區(qū)域性隆起(熊盛青等, 2016)。對(duì)化極后磁異常數(shù)據(jù)利用滑動(dòng)窗口的徑向功率譜分析法對(duì)居里面進(jìn)行反演計(jì)算(陳安國(guó)等, 2017), 結(jié)果顯示(圖5d): 武陵山—江南造山帶中段區(qū)域居里面整體表現(xiàn)為凹陷區(qū); 居里面由北西向南東方向減薄, 整體特征表現(xiàn)為西凹東隆; 以南北重力梯度帶為界, 東西兩側(cè)表現(xiàn)出明顯差異。

圖5 研究區(qū)磁異常特征Fig. 5 Magnetic anomalies in the study area

3.2 天然地震接收函數(shù)研究

天然地震接收函數(shù)(Receiver Function)利用反褶積消除震源效應(yīng)和震源附近的傳播路徑影響, 進(jìn)行臺(tái)站下方結(jié)構(gòu)成像。H-κ疊加成像方法是利用接收函數(shù)獲取地殼厚度及地殼平均波速比的常用手段。其基本原理為, 遠(yuǎn)震P波進(jìn)入地殼時(shí)會(huì)產(chǎn)生一次轉(zhuǎn)換震相 Ps和殼內(nèi)多次反射和轉(zhuǎn)換震相 PpPs、PsPs+PpSs, 利用各震相之間的到時(shí)差關(guān)系, 計(jì)算層狀地殼厚度及殼內(nèi)波速比(Zhu and Kanamori, 2000)。莫霍面深度及地殼平均泊松比(σ)變化反映了地殼厚度及殼內(nèi)平均物質(zhì)組成的變化(Christensen and Mooney, 1995; Zhu and Kanamori, 2000), 包含有大陸地殼形成和構(gòu)造演化信息, 對(duì)研究地殼生長(zhǎng)及其地球動(dòng)力學(xué)過程具有重要意義。泊松比(σ)與縱橫波波速比(κ)關(guān)系表示為(1)式(Christensen, 1996)。

常見巖石類型的κ值從1.63到2.08不等, 其中波速比＜1.75、1.75～1.81和＞1.81分別反映地殼具有酸性(長(zhǎng)英質(zhì))、中性和基性(鎂鐵質(zhì))特征(Zandt and Ammon, 1995), 鎂鐵質(zhì)成分的增加和/或長(zhǎng)英質(zhì)成分的減少會(huì)造成波速比的增大; 部分熔融、流體成分增加也會(huì)造成波速比增大。

本文搜集前人已發(fā)表H-κ成果(He et al., 2013;He et al., 2014; Wei et al., 2016; Song et al., 2017;Guo et al., 2019; 韓如冰, 2020; Zhang et al., 2021;Chen et al., 2022; 圖6a), 進(jìn)行插值顯示。由于臺(tái)站間距較大, 穿刺點(diǎn)(pierceing point)僅限于臺(tái)站附近,因此插值結(jié)果僅做區(qū)域地殼厚度和物質(zhì)組成差異研究。結(jié)果表明地殼厚度表現(xiàn)出明顯的東西差異(圖6b), 南北重力梯度帶以東地殼厚度較小, 基本小于38 km; 梯度帶以西地殼均在40 km以上, 尤其在西北部喇叭狀聯(lián)合弧附近, 地殼厚度達(dá)到最大值約50 km。在張家界斷裂、齊岳山斷裂帶附近, 地殼沿?cái)嗔炎呦虺霈F(xiàn)條帶狀增厚特征。波速比結(jié)果顯示(圖6c): 在江南造山帶內(nèi)部地殼平均波速比較低, 基本小于1.7, 表明地殼酸性程度較高; 在川東—武陵地區(qū), 北部喇叭狀聯(lián)合弧周邊和西南部出現(xiàn)波速比高異常, 與地表斷裂系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)。

圖6 臺(tái)站分布及接收函數(shù)結(jié)果Fig. 6 Station distribution and receiver function results

3.3 人工源地震特征

3.3.1 深地震反射

深反射地震剖面提供了高分辨率地殼內(nèi)反射體的幾何形狀, 深反射地震成像已成為研究大陸基底、解決深部地質(zhì)問題和探測(cè)巖石圈精細(xì)結(jié)構(gòu)的有效技術(shù)手段(呂慶田等, 2015, 2020)。通過對(duì)比研究區(qū)內(nèi)深反射剖面結(jié)果(Dong et al., 2015; 顏丹平等,2018; Li et al., 2019; Zhu et al., 2020), 可以發(fā)現(xiàn)隔擋式褶皺區(qū)域出露地層以晚侏羅統(tǒng)為主, 下覆地層保存較完整, 且變形明顯, 上地殼出現(xiàn)明顯的向西北逆沖推覆特點(diǎn), 中下地殼無明顯可追蹤同相軸;而齊岳山斷裂以東隔槽式褶皺出露地層以二疊系地層為主, 部分地區(qū)出現(xiàn)三疊系地層, 變形主要發(fā)生在淺部, 在深部中下地殼出現(xiàn)拆離斷層。張家界斷裂以東江南造山帶中下地殼出現(xiàn)明顯變形, 斷裂系統(tǒng)發(fā)育, 出現(xiàn)明顯的疊瓦狀反射, 中下地殼分層均勻, 反射軸以雪峰山為對(duì)稱, 東西兩側(cè)分別傾向南東和北西(圖7a)。

圖7 深反射剖面和寬角反射/折射剖面Fig. 7 Deep seismic reflection and wide-angle reflection/refraction profiles

3.3.2 寬角反射/折射

Li et al.(2019)通過對(duì)Sinoprobe專項(xiàng)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行寬角反射/折射處理, 發(fā)現(xiàn)地殼內(nèi)部速度結(jié)構(gòu)具有橫向分塊和垂向分層的特點(diǎn)。以張家界斷裂為界, 東部江南造山帶與西部川東侏羅山式褶皺在速度結(jié)構(gòu)上有明顯差異; 在垂向上, 華鎣山斷裂帶下方出現(xiàn)地殼明顯增厚, 張家界斷裂及其西部梵凈山地區(qū)Moho發(fā)生明顯隆升。以西四川盆地向華鎣山下俯沖, 而華鎣山斷裂帶以東揚(yáng)子地塊東向俯沖,在張家界斷裂東部梵凈山發(fā)生 Moho疊置, 導(dǎo)致張家界斷裂及其西部梵凈山地區(qū)出現(xiàn)明顯Moho隆起(圖 7b)。

4 討論

4.1 江南造山帶地球物理特征及其中生代動(dòng)力學(xué)背景

江南造山帶處于揚(yáng)子地塊和華夏地塊之間, 呈線性隆起, 為一套新元古代溝-弧-盆體系, 是揚(yáng)子地塊和華夏地塊碰撞拼貼的產(chǎn)物(王孝磊等, 2017)。造山帶主體呈現(xiàn)為走向 NW 的大型逆沖斷層-褶皺弧形構(gòu)造體系, 陸內(nèi)變形核部為元古界構(gòu)造隆升帶,自印支中晚期至燕山期呈不對(duì)稱扇形分布(張國(guó)偉等, 2013)。目前, 對(duì)于江南造山帶的范圍仍有不同認(rèn)識(shí)。有學(xué)者根據(jù)巖石學(xué)、區(qū)域構(gòu)造特征或地殼厚度差異提出九江—石臺(tái)—吉首為江南造山帶北部邊界(舒良樹, 2012; He et al., 2013; Yao et al., 2019);Guo et al.(2019)利用接受函數(shù)和重力聯(lián)合反演地殼厚度和物質(zhì)組成差異提出宜昌—吉首—百色為江南造山帶中段北部邊界; 有學(xué)者根據(jù)重磁邊界識(shí)別提出益陽—常德—吉首—銅仁為江南造山帶中段北部邊界(Lü et al., 2020; Yan et al., 2021); Zhang et al.(2021)根據(jù)接收函數(shù)地殼厚度和物質(zhì)組成差異提出江南造山帶中段北界以安化—羅城為界。由于地表沉積覆蓋、地表露頭出露較少以及較低程度的綜合地球物理覆蓋, 江南造山帶北界位于何處, 仍需探討。均衡重力異常顯示在張家界斷裂帶下方出現(xiàn)正負(fù)過渡帶(圖 4b), 由于地殼反均衡運(yùn)動(dòng)作用, 斷裂帶下方地殼的差異運(yùn)動(dòng)造成構(gòu)造活動(dòng)異常, 同時(shí)也說明張家界斷裂為區(qū)域深大斷裂; 而江南造山帶內(nèi)則表現(xiàn)區(qū)域均衡負(fù)異常, 反映出相對(duì)正常地殼,江南造山帶具有較厚“山根”, 或與中生代古太平洋西向俯沖遠(yuǎn)程應(yīng)力有關(guān), 由于堅(jiān)硬的揚(yáng)子地塊阻擋, 俯沖作用最終導(dǎo)致江南造山帶地殼增厚。去除沉積層改正后的布格重力異常結(jié)果顯示: 除了江漢盆地和四川盆地幅值較高外, 江南造山帶大面積覆蓋高幅值負(fù)異常(圖 4d), 反映出地下構(gòu)造復(fù)雜, 具有明顯密度差異?；瘶O磁異常圖中江南造山帶塊狀分布高磁異常(圖 5b), 或與中生代古太平洋俯沖、角度/方向變化、回撤導(dǎo)致區(qū)域擠壓-伸展應(yīng)力變化有關(guān); 磁性基底特征顯示沿張家界斷裂下方出現(xiàn)磁性基底凹陷, 而兩側(cè)出現(xiàn)隆起(圖 5c), 這一現(xiàn)象反映斷裂有一定傾角, 并可以判斷張家界斷裂傾向東南; 隨著斷裂深度的延伸, 其斷裂面所處位置也存在差異, 這樣就合理解釋江南造山帶中段北界存在差別的原因。居里面深度整體表現(xiàn)為拗陷特征(圖5d), 與穩(wěn)定克拉通居里特征相對(duì)應(yīng), 反映出本區(qū)構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)微弱, 巖漿活動(dòng)弱, 大地?zé)崃髦档偷忍卣鳌Ａ硪幻黠@特征是江南造山帶與揚(yáng)子地塊的差異;在區(qū)域凹陷的基礎(chǔ)上, 江南造山帶表現(xiàn)出寬緩隆起特征, 顯示出江南造山帶與揚(yáng)子地塊地殼熱結(jié)構(gòu)的差異。接收函數(shù)H-κ結(jié)果顯示江南張家界斷裂以東地殼厚度小于38 km, 以西則大幅加深至40 km及以上(圖 6b); 波速比結(jié)果顯示僅江南造山帶內(nèi)波速比小于1.7(圖6c), 表現(xiàn)為酸性地殼, 反映江南造山帶內(nèi)地殼基性成分較低。中生代古太平洋西向俯沖,與堅(jiān)硬揚(yáng)子地塊和華夏地塊相比, 俯沖遠(yuǎn)程應(yīng)力引發(fā)江南造山帶中上地殼出現(xiàn)大面積拆離, 導(dǎo)致地殼增厚明顯; 已有研究表明, 古太平洋存在多期次俯沖角度/方向變化以及后撤作用(毛建仁等, 2014; Li et al., 2016, 2018), 擠壓-伸展轉(zhuǎn)換導(dǎo)致地殼減薄,同時(shí), 受地幔上涌影響, 增厚的“山根”開始減薄。已有深反射地震和寬角反射/折射結(jié)果表明, 江南造山帶內(nèi)地殼厚度由東向西逐漸增厚, 且在中地殼出現(xiàn)大面積拆離構(gòu)造; 在上地殼表現(xiàn)出明顯的復(fù)合逆沖構(gòu)造(Dong et al., 2015; 顏丹平等, 2018)。中生代晚期隨著古太平洋板塊俯沖作用遠(yuǎn)程應(yīng)力減弱,擠壓-伸展背景轉(zhuǎn)換, “山根減薄”作用由東向西減弱, 因此造成地殼厚度由西向東減薄, 也合理解釋了為什么江南造山帶范圍內(nèi)波速比較低, 地殼厚度卻表現(xiàn)出由東向西增厚的特點(diǎn)。

4.2 川東—武陵地區(qū)深部結(jié)構(gòu)

均衡重力異常結(jié)果顯示齊岳山斷裂為正負(fù)轉(zhuǎn)換帶, 斷裂兩側(cè)隔擋式褶皺和隔槽式褶皺均顯示均衡負(fù)異常(圖 4b), 反映出齊岳山斷裂為一構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域深大斷裂; 西部隔擋式褶皺負(fù)異常值相比東部隔槽式褶皺高, 說明整個(gè)川東—武陵地區(qū)補(bǔ)償“過?！? 且齊岳山斷裂以西隔擋式褶皺“山根”較東部隔槽式褶皺深。沉積層校正后布格重力異常結(jié)果顯示川東—武陵地區(qū)均為負(fù)值。異常特征表現(xiàn)出明顯的分區(qū)性, 以齊岳山斷裂為界, 東部異常幅值要大于西部(圖4d)。這一特征反映出斷裂東側(cè)基底和 Moho面密度差較大, 與東部“山根”較淺或深部具有復(fù)雜構(gòu)造相關(guān)。

已有基礎(chǔ)地質(zhì)研究表明, 齊岳山和張家界斷裂之間, 發(fā)育有多條 NE-SW 向斷裂, 斷裂向深部延伸, 最終匯聚在主滑脫層之上, 形成地殼尺度疊瓦式逆沖斷層(王宗秀等, 2019)。通過化極磁異常獲得的磁性基底深度結(jié)果顯示在齊岳山斷裂下方出現(xiàn)條帶狀基底凹陷, 斷裂兩側(cè)則出現(xiàn)基底隆起條帶(圖5c), 反映出東部隔槽式褶皺范圍內(nèi)受構(gòu)造或深部活動(dòng)影響, 大地?zé)崃髦蹈? 這也反映出華鎣山斷裂、齊岳山斷裂均為區(qū)域深大斷裂, 且傾向東南,因此造成條帶狀磁性基底隆起。

居里面結(jié)果顯示區(qū)內(nèi)幾條重要的斷裂附近均表現(xiàn)出“凹中隆”的特點(diǎn), 表明斷裂深部或仍有一定構(gòu)造活動(dòng)(圖 5d)。H-κ結(jié)果顯示在齊岳山斷裂東南出現(xiàn)條帶狀地殼增厚現(xiàn)象(圖 6b), 直觀反映出齊岳山斷裂為一深大斷裂; 波速比結(jié)果顯示在川東—武陵地區(qū)具有較高波速比, 尤其在 NE-SW 方向出現(xiàn)波速比大于 1.8現(xiàn)象(圖 6c), 在重慶—銅仁一線出現(xiàn)低波速比異常, 由于臺(tái)站稀疏不能準(zhǔn)確圈定高異常范圍(圖 6a)。波速比增加與地表具沉積覆蓋增加、鎂鐵質(zhì)成分的增加和(或)長(zhǎng)英質(zhì)成分的減少、部分熔融或流體成分增加相關(guān), 本文引用臺(tái)站基本分布于山區(qū)或盆山結(jié)合帶附近, 沉積層較薄, 因此與揚(yáng)子地塊穩(wěn)定克拉通具有較厚基性、超基性下地殼有關(guān); 北部喇叭狀聯(lián)合弧區(qū)域、東南部出現(xiàn)波速比大于1.8現(xiàn)象或與新生代以來青藏高原隆升及其遠(yuǎn)程擠壓應(yīng)力有關(guān), 遠(yuǎn)程應(yīng)力引發(fā)揚(yáng)子地塊與秦嶺—大別造山帶相互作用, 造成局部地區(qū)部分熔融。GPS速度場(chǎng)結(jié)果顯示區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)以 SE方向?yàn)橹?局部地區(qū)出現(xiàn) SEE方向應(yīng)力場(chǎng)(Wang and Shen,2020, 圖 8), 也反映出現(xiàn)研究區(qū)應(yīng)力場(chǎng)主要受青藏高原隆升遠(yuǎn)程應(yīng)力作用影響。

圖8 研究區(qū)GPS速度場(chǎng)(據(jù)Wang and Shen, 2020)Fig. 8 GPS velocity field of the study area(from Wang and Shen, 2020)

4.3 南北重力梯度帶地球物理場(chǎng)特征

南北重力梯度帶位于揚(yáng)子地塊和江南造山帶交匯處, 已有研究發(fā)現(xiàn)梯度帶東西兩側(cè)地形起伏、地殼厚度、大地?zé)崃髦岛蛶r石圈厚度存在巨大差異(Deng and Levandowski, 2018), 這其中的原因仍有待深入研究。經(jīng)沉積層校正后布格重力異常結(jié)果顯示南北重力梯度帶兩側(cè)均為負(fù)值, 異常特征以南北重力梯度帶為界, 東部異常幅值要小于西部(圖4d)。這一特征反映出梯度帶東側(cè)基底和Moho面密度差較小, 與東部“山根”坍塌相關(guān)。磁性基底結(jié)果顯示區(qū)內(nèi)出現(xiàn)團(tuán)塊狀拗陷, 且與斷裂表現(xiàn)出明顯相關(guān)性(圖 5c), 居里面深度圖顯示區(qū)域均處在居里面拗陷區(qū), 埋深較大(圖5d), 說明晚期的構(gòu)造、巖漿活動(dòng)較弱, 大地?zé)崃髦挡桓?。梯度帶以東在區(qū)域拗陷的基礎(chǔ)上表現(xiàn)出局部隆起, 顯示出明顯的東西差異, 表明梯度帶東西兩側(cè)深部地質(zhì)背景和演化過程存在差異, 梯度帶以東居里面隆起或與中生代擠壓-伸展構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換引發(fā)深部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及其熱活動(dòng)有關(guān)。接收函數(shù)H-k疊加結(jié)果反映梯度帶東部地殼厚度較薄, 尤其在江南造山帶范圍內(nèi), 地殼厚度小于 40 km, 且東向減薄明顯; 波速比較小, 基本小于1.7(圖6b, c)。中生代晚期, 隨著古太平洋板塊俯沖角度/反向以及回撤影響, 構(gòu)造體制由擠壓向伸展轉(zhuǎn)換, 受地幔上涌影響, 江南造山帶開始坍塌,造成下地殼明顯減薄, 在重力梯度帶兩側(cè)造成地殼深度和物質(zhì)組成迥異的地質(zhì)特征。因此, 也反映出南北重力梯度帶以東主要受古太平洋俯沖作用及其遠(yuǎn)程效應(yīng)影響。

4.4 湘西—鄂西成礦帶物、化探異常分析

均衡重力異常顯示成礦帶正負(fù)異常成片分布,以正異常為主(圖4b)。正負(fù)均衡異常轉(zhuǎn)換帶及其附近地區(qū)由于反均衡作用, 導(dǎo)致構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈, 常常產(chǎn)生深大斷裂, 在成礦帶西北和東南部分別對(duì)應(yīng)齊岳山斷裂和張家界斷裂。成礦帶內(nèi)經(jīng)沉積層校正布格重力異常出現(xiàn)東西差異, 南北重力梯度帶東部相較于西部具有較低的負(fù)幅值異常(圖 4d), 成礦帶莫霍面深35～44 km, 自西向東逐漸減薄; 波速比較高,局部地區(qū)大于 1.8, 與喇叭狀聯(lián)合弧相連(圖 6b, c),或與青藏高原隆升遠(yuǎn)程應(yīng)力作用有關(guān), 造成局部熔融, 還有待進(jìn)一步深入研究。湘西—鄂西成礦帶磁性基底和居里面總體較深(圖5c, d), 表明巖漿活動(dòng)較弱, 成礦物質(zhì)以殼源為主。已有研究表明成礦帶內(nèi)礦床類型多為賦存于碳酸鹽地層中與巖漿活動(dòng)無關(guān)的淺層后生層狀礦床, 成礦帶中主要物源為具有高鉛鋅含量下寒武統(tǒng)—震旦系賦礦地層下伏地層(周云等, 2014, 2018; 李堃等, 2018, 2021)。在晚志留世—早泥盆世, 加里東運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致江南造山帶及其周邊的構(gòu)造變形, 其影響范圍延伸至張家界斷裂一帶, 并在區(qū)域內(nèi)形成了一系列脆-韌性剪切帶, 造成礦源層中鉛鋅元素活化、遷移; 與此同時(shí), 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致地?zé)崽荻仍黾? 使得源于盆地深部上升流體在運(yùn)移過程中與圍巖發(fā)生水-巖反應(yīng); 這其中, 有機(jī)質(zhì)作為還原劑參與硫酸鹽熱化學(xué)反應(yīng), 生成還原硫, 與富含鉛鋅等金屬離子流體混合并發(fā)生反應(yīng),最終在成礦地點(diǎn)發(fā)生沉淀富集成礦。進(jìn)一步分析了研究區(qū)內(nèi)Pb-Zn元素豐度的分布特征。如圖9所示,已探明的典型礦床(張長(zhǎng)青等, 2014)主要位于揚(yáng)子塊體東北部和江南造山帶, 且大部分礦床與化探高值異常相對(duì)應(yīng)。湘西—鄂西成礦帶位于各塊體結(jié)合部, 不同塊體的相互作用為成礦提供了有利條件,成礦帶外圍西南部區(qū)域仍具有較好的成礦遠(yuǎn)景。在湘西—鄂西成礦帶與齊岳山斷裂和江南造山帶邊界處區(qū)域具有多處明顯的化探高值異常, 推測(cè)其存在進(jìn)一步找礦潛力。

圖9 武陵山—江南造山帶中段區(qū)域鉛鋅(Pb-Zn)元素歸一化異常組合Fig. 9 Normalized anomalous combination of lead and zinc (Pb-Zn) elements in Wuling-Middle part of Jiangnan Orogenic Belt

5 結(jié)論

(1)南北重力梯度帶兩側(cè)具有迥異地殼厚度和重磁異常, 梯度帶東側(cè)構(gòu)造演化主要受古太平洋西向俯沖及其遠(yuǎn)程應(yīng)力作用影響; 江南造山帶地殼厚度由東向西增厚, 且波速比較低, 推測(cè)與中生代晚期古太平洋俯沖角度/方向、后撤引發(fā)擠壓-構(gòu)造伸展體質(zhì)轉(zhuǎn)換有關(guān)。

(2)武陵—江南造山帶中段區(qū)域西部侏羅山式褶皺東西兩側(cè)具有差異化結(jié)構(gòu), 東部上地殼隔槽式褶皺斷裂構(gòu)造發(fā)育, 在中下地殼發(fā)育有大尺度疊瓦式逆沖斷層; 西部?jī)H在上地殼尺度存在隔擋式褶皺。

(3)湘西—鄂西成礦帶與齊岳山斷裂和江南造山帶邊界交匯區(qū)域具有多處明顯的化探高值異常,推測(cè)其具有進(jìn)一步找礦前景。

(4)武陵—江南造山帶中段區(qū)域是研究陸內(nèi)變形的絕佳場(chǎng)所, 受限于地球物理工作覆蓋程度較低,難以提供大面積、高精度深部結(jié)構(gòu)屬性特征。仍需加大地球化學(xué)和地球物理綜合解釋投入, 為研究區(qū)域構(gòu)造變形、演化及成礦過程提供進(jìn)一步制約。

致謝: 感謝兩位匿名審稿人和編輯對(duì)文章的完善提供了建設(shè)性意見和建議; 本文利用 GMT制作了部分圖件, 在此致謝。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (Nos. DD20190012 and DD20221643),National Natural Science Foundation of China (Nos.41630320, 42074099 and 42174092), and Key Laboratory of Deep-Earth Dynamics of Ministry of Natural Resources, Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences (No. J1901-16).