二連一東烏旗賀根山縫合帶超寬頻帶地殼結(jié)構(gòu)與上地幔結(jié)構(gòu)

二連一東烏旗賀根山縫合帶超寬頻帶地殼結(jié)構(gòu)與上地幔結(jié)構(gòu)

1縫合帶位置及地質(zhì)背景現(xiàn)代礦床地質(zhì)調(diào)查的目標(biāo)是從地表到地殼內(nèi)隱藏伏擊礦，以及尋找和預(yù)測大型和大型礦床的地幔等深部構(gòu)造來控制和影響地殼上部礦床的形成和分布。地殼幔異常高度構(gòu)造帶與成礦活動密切相關(guān)。因此，以地殼異常高度構(gòu)造為代表的深部構(gòu)造與成礦活動之間的關(guān)系是當(dāng)前地質(zhì)調(diào)查的課題和未來地質(zhì)調(diào)查的發(fā)展趨勢。在地殼幔構(gòu)造的研究方面，在超寬頻率范圍內(nèi)測量地球電磁強(qiáng)帶的深度是一種明顯的方法。由于自然平面波的源，通過過度周期觀測和近、近周期觀測相互正交，我們獲得了深部地電結(jié)構(gòu)的信息。在海西建湖帶的構(gòu)造體系中，屬于古代七島格亞湖群的南非弧系。這是中王朝和西伯利亞板塊協(xié)調(diào)帶的位置[11、12、13、14、15、16和17]。沿著蛇綠混合帶，發(fā)現(xiàn)了許多鉻（鐵）礦和鑄鐵。對巖石類型的分析可能與切割巖圈之間的斷層有關(guān)。為了研究第2條河根山東省吳旗市的深部構(gòu)造環(huán)境，提供礦產(chǎn)資源調(diào)查、預(yù)測和評價(jià)的地質(zhì)背景。根據(jù)天津市地質(zhì)調(diào)查中心在冷根山帶建立了26個長周期的地壓測量井，以了解縫煤帶的正確位置及其地壓結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征，為區(qū)域成礦預(yù)測提供地質(zhì)依據(jù)。研究區(qū)位于內(nèi)蒙古東部116°24′～116°56′E,44°07′～44°58′N的范圍內(nèi),南起錫林浩特白音寶力格,北至東烏旗,點(diǎn)距3～6km,剖面長度100km,走向NW30°,跨錫林浩特巖漿弧、賀根山蛇綠巖帶、扎蘭屯一多寶山島弧三大單元,在西拉木倫河的北部屬于天山一興蒙造山系一大興安嶺弧盆系(圖1).在縫合帶附近地表多見火山巖建造.剖面穿過地段構(gòu)造及巖性變化復(fù)雜,地表自北至南覆蓋古生界泥盆系長石石英砂巖、粉砂巖夾生物碎屑灰?guī)r及火山巖(賀根山附近);石炭系安山巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、粉砂巖夾灰?guī)r;二疊系砂巖、頁巖、板巖、生物碎屑灰?guī)r、火山碎屑巖、硅質(zhì)巖、中酸性火山熔巖、凝灰?guī)r、角斑巖,輝長巖、閃長巖;侏羅系中性火山熔巖、中酸性碎屑巖夾火山碎屑沉積巖(錫林浩特巖漿弧附近);白堊系砂礫巖、粉砂巖局部鈣質(zhì)結(jié)核等,測線的周邊則多被新生界地層覆蓋(據(jù)全國1:50萬數(shù)字地質(zhì)圖數(shù)據(jù)庫,1999).從電性特征上分析(徐常芳,2003),上地殼蓋層的導(dǎo)電性主要取決于沉積巖地層的電阻率,其次是巖漿巖和變質(zhì)巖,存在石墨化、富金屬礦物和斷裂破碎富水情況下表現(xiàn)為低阻;地殼上地幔的導(dǎo)電性則多與局部熔融和石墨化有關(guān);殼內(nèi)高導(dǎo)層位于中地殼和下地殼的上部,一般認(rèn)為是巖石局部熔融或石墨等高導(dǎo)物質(zhì)富集、封存造成,而上地幔高導(dǎo)層多認(rèn)為與流體相關(guān).在板塊俯沖或碰撞帶附近由于能量釋放過程中多伴基性超基性巖漿流體的噴發(fā),在巖漿通道范圍因流體或鐵鎂質(zhì)的存在表現(xiàn)為明顯的低阻,冷凝穩(wěn)定塊體則表現(xiàn)出相對高阻特性.2觀測結(jié)果與分析野外采集采用了三臺加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V5-2000系統(tǒng).傳統(tǒng)的超寬頻帶大地電磁法多采用寬頻帶大地電磁儀(n×10-3～n×102Hz)和長周期大地電磁儀LIMS系統(tǒng)(0.1～n×10-5Hz)配套使用的方法,處理時(shí)將兩套儀器獲取的數(shù)據(jù)拼接起來,因而需要兩套系統(tǒng)具有相同頻點(diǎn),其觀測結(jié)果要保證一致.筆者在分析研究鳳凰公司MTC50磁棒尾支漸近線趨勢響應(yīng)的前提下,采取了長周期(72h)連續(xù)觀測,室內(nèi)對獲取的同一時(shí)間序列數(shù)據(jù)分段處理,提取拼接后功率譜數(shù)據(jù)成果的方法,得到了穩(wěn)定可靠超低頻響應(yīng)數(shù)據(jù),觀測周期320～1/15000Hz,頻點(diǎn)數(shù)46個.依據(jù)趨膚深度公式,按研究區(qū)的平均電阻率以15Ωm計(jì)算,其理論探測深度可達(dá)170km,由于后面的頻點(diǎn)疊加次數(shù)相對較少,在討論電性結(jié)構(gòu)模型時(shí),僅考慮120km深度以上的反演結(jié)果.3數(shù)據(jù)處理和分析3.1旋轉(zhuǎn)主軸后曲線特征資料處理采用儀器廠商提供的SSMT軟件統(tǒng)一處理,單點(diǎn)資料預(yù)處理采用時(shí)間序列“Robust估計(jì)”方法,并借助一定區(qū)域內(nèi)磁場信號的穩(wěn)定性原理,采用了測點(diǎn)間互參考技術(shù),明顯改善了單點(diǎn)大地電磁測深資料的數(shù)據(jù)質(zhì)量,獲取了高質(zhì)量的大地電磁觀測數(shù)據(jù),測點(diǎn)曲線優(yōu)良率100%.在阻抗張量分解旋轉(zhuǎn)到電性主軸后曲線總體變化不大,地質(zhì)噪聲畸變因子的影響較小.通過對旋轉(zhuǎn)主軸后剖面曲線識別來判別極化模式,統(tǒng)一解釋資料的方向,使實(shí)測的ρxy和ρyx分別判別歸位成ρTM和ρTE.并根據(jù)實(shí)測資料中相鄰頻點(diǎn)數(shù)據(jù)相關(guān)性的特點(diǎn),進(jìn)行噪音數(shù)據(jù)的識別、處理以及剖面靜態(tài)效應(yīng)的消除.考慮到測點(diǎn)點(diǎn)距3～6km,靜態(tài)的判別主要依據(jù)了單點(diǎn)兩支曲線首支重合程度,側(cè)重單點(diǎn)資料,并采用帶地形二維反演的手段來處理.從曲線首支重合程度分析,在近地表總體上表現(xiàn)出較明顯一維特性.3.2數(shù)據(jù)分析3.2.1k、ak型蓋層曲線類型可定性地反映出地下電性層的分布特征,如電性分層、構(gòu)造分區(qū)、相對埋深和各電性層電阻率的相對變化情況.通過觀測編輯處理后的26條測深曲線如圖2所示,總體曲線類型以KHK(KHKQ)、K(KQ)、AK(AAK、AKQ)型為主.曲線的首支K或A型與沉積蓋層相關(guān),為蓋層電性的反映;0.1Hz附近的K型曲線極大值與上地殼高阻基底有關(guān),該極大值偏向低頻段的相對低阻與中地殼或下地殼上部的殼內(nèi)高導(dǎo)層對應(yīng),曲線尾支漸進(jìn)線呈現(xiàn)低阻特性,表明存在上地幔高導(dǎo)層.2、3號點(diǎn)曲線類型HKH過渡為AK型和7、8號點(diǎn)K型過渡為KHK型以及18號點(diǎn)曲線類型的突變分別對應(yīng)不同構(gòu)造單元的變化.尤其是在17～24號點(diǎn),該段對應(yīng)了賀根山蛇綠混雜巖帶,曲線類型變化極為復(fù)雜,反映了該縫合帶地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動、變形的復(fù)雜性.3.2.2hz與tm專線電性主軸方向的選擇隨頻率變化的二維偏離度可以判別構(gòu)造維數(shù)的情況,當(dāng)數(shù)值小于0.3時(shí)可近似認(rèn)為地下為二維特征,從而為反演方式的選擇提供依據(jù).圖3示,17～26號點(diǎn)縫合帶附近低于10Hz存在偏離度S大于0.3的情況,該段與海西期板塊縫合帶對應(yīng),電性結(jié)構(gòu)復(fù)雜,具有一定程度的三維特性,在0.1Hz以后數(shù)值較高頻略大,表明總體深部構(gòu)造相對復(fù)雜.圖4玫瑰統(tǒng)計(jì)圖顯示沿測線電性主軸方向變化較大,并存在淺、深部方位扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象,縫合帶附近表現(xiàn)尤為明顯,表明構(gòu)造應(yīng)力方向多變.經(jīng)統(tǒng)計(jì),沿剖面26個測點(diǎn)全頻段電性主軸方向總體在60°(150°)附近,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料和電性主軸分析,可以大致判定構(gòu)造走向總體上在NE60°方向,測線基本垂直構(gòu)造走向,因而選擇沿剖面方向作為TM極化方向.3.3反演方法與模型擬合在研究巖石圈電性的反演方法中,應(yīng)用較多的是快速松弛反演(RRI)和共軛梯度反演(NLGC),上述的算法都采用了帶地形的靜位移自動校正.在本次工作中一維算法采用自動OCCAM法和BOSTIC,二維模型采取了共軛梯度和連續(xù)介質(zhì)反演兩種方法,綜合分析,反演建模采用了共軛梯度法,并進(jìn)行了多參數(shù)選擇與反演,最終模型參數(shù)采用:ρ=100Ωm,n=100,τau=3,擬合誤差2.5%,構(gòu)筑了120km深度的反演模型.數(shù)據(jù)選擇上采用了TE、TM視電阻率和阻抗相位同時(shí)參與反演擬合的思路,極大地提高了反演模型的約束性和反演結(jié)果的可靠性.實(shí)測模型表明尤其在對上地幔高導(dǎo)層模型優(yōu)化方面,TM、TE方式的結(jié)果比單純TM更直觀,效果更理想.4成果分析4.1塊向中朝板塊充填消減的理論二維反演模型圖5顯示各構(gòu)造單元界限明顯,均呈現(xiàn)出南傾趨勢,佐證了古亞洲洋板塊向中朝板塊俯沖消減的理論.殼內(nèi)存在橫向不連續(xù)的局部高、低阻塊體,各單元差異較大;上地幔電性差異相對較小,存在連續(xù)高導(dǎo)層,并在賀根山縫合帶附近伴有局部的上地幔高導(dǎo)層隆起區(qū).依據(jù)電性結(jié)構(gòu)模型沿剖面自南至北大致可分為四大單元.4.1.1殼內(nèi)高阻隔.1～7號點(diǎn)歸屬于錫林浩特塊體,地表出露為高阻特性的第三系寶格達(dá)烏拉組(N2b)、二疊系哲斯組(P1z)和大石寨組(P1d)地層.存在縱向分層現(xiàn)象,上地殼高阻特性明顯,在25km深度存在明顯近水平略南傾的連續(xù)高導(dǎo)層,阻值約在3Ωm,下地殼高阻特性不明顯,但在高導(dǎo)層下存在規(guī)模厚度較大的高阻塊體,深達(dá)90km,因靠近邊界,成因有待進(jìn)一步研究.在殼縫合帶附近出露侏羅系中性火山熔巖,帶內(nèi)約5.5km深度存在局部的低阻塊體,很大程度與富鐵鎂質(zhì)基性超基性巖有關(guān).從縫合帶的形狀判斷,其呈倒漏斗狀,存在殼內(nèi)巖漿上移現(xiàn)象,兩側(cè)構(gòu)造體產(chǎn)狀比較均衡,受深部巖漿噴發(fā)影響,上侵現(xiàn)象明顯.在4號點(diǎn)高導(dǎo)層下部深度40～90km深度,兩側(cè)高阻體錯斷,存在殼內(nèi)高導(dǎo)層與上地幔高導(dǎo)層相連通的渠道.4.1.2地殼內(nèi)高導(dǎo)層分布7～17號點(diǎn)歸屬于錫林浩特塊體,地表出露石炭系中統(tǒng)二疊系下統(tǒng)格根敖包組(C2P1g)、二疊系基性輝長巖(Pv)和中性閃長巖(Pσ)以及下統(tǒng)哲斯組(P1z).殼內(nèi)高導(dǎo)層分布不明顯,在11號點(diǎn)4.5km深度存在推測與中基性或超基性巖有關(guān)的低阻塊體,中下地殼表現(xiàn)為中高阻特性,并在8、9號點(diǎn)40km深度顯示存在下地殼高阻分異現(xiàn)象.地幔蓋層總體顯示為中低阻,蓋層中的低阻流體在縫合帶附近有向殼內(nèi)高導(dǎo)層延伸的趨勢,表明殼幔高導(dǎo)層間存在一定聯(lián)系,剖面反演成果揭示該段莫霍面的深度約在40～50km附近.4.1.3海西期縫合帶和上地潭小口山區(qū)賀根山蛇綠混雜巖帶在17～22號點(diǎn)間,地表出露泥盆系中下統(tǒng)泥鰍河組(D1-2n)和白堊系下統(tǒng)大唐拐河組(K1d).地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為該帶是中朝和西伯利亞塊體在海西期縫合帶的位置,但由于資料缺乏,其準(zhǔn)確位置難有定論.本研究結(jié)果表明,該帶為兩條深大斷裂所控制,寬度約15km,地殼與地幔連通的高導(dǎo)渠道明顯,存在三個局部南傾的巨型高導(dǎo)塊體,是古亞洲洋殼向南俯沖的有利證據(jù).縫合帶地表的高阻為殘留體,帶內(nèi)的高導(dǎo)塊體與古亞洲洋殘留塊體、巖體熔融、局部鐵鎂質(zhì)物質(zhì)富集或石墨化相關(guān).剖面成果揭示帶內(nèi)莫霍面的深度約在30km,上地幔高導(dǎo)層局部隆起的深度約在55km.4.1.4上地禾高導(dǎo)質(zhì)區(qū)構(gòu)造特征扎蘭屯一多寶山島弧位于賀根山縫合帶以北,地表出露泥盆系中下統(tǒng)泥鰍河組(D1-2n)、泥盆系超基性巖(DΣ)和第三系寶格達(dá)烏拉組(N2b).電性構(gòu)造分層現(xiàn)象明顯,受殼幔巖漿上侵影響,在靠近縫合帶附近構(gòu)造體呈現(xiàn)略北傾現(xiàn)象.在23號點(diǎn)殼內(nèi)巖漿上溢通道明顯,賀根山鉻(鐵)礦分布在附近,推測近地表至5km深度的低阻異常為礦體的綜合反映,15km深度的高導(dǎo)塊體則與巖體的局部熔融有關(guān).但由于受剖面邊界效應(yīng)影響,整體電性結(jié)構(gòu)特征欠明顯,上地幔高導(dǎo)層深度約在70km.4.2巖石圈斷裂fpse據(jù)圖5,結(jié)合20km深度反演建模模型分析,沿剖面存在兩條巖石圈斷裂F1、F2和四條基底斷裂F3～F6及六條蓋層斷裂F7～F12,以及錫林浩特縫合帶殼內(nèi)高導(dǎo)層和地幔流體連通的F0斷裂.巖石圈斷裂F1、F2控制了賀根山縫合帶,是殼幔源物質(zhì)向上運(yùn)移的通道,在地表泥盆系地層覆蓋的地段,已發(fā)現(xiàn)與巖石圈斷裂關(guān)系密切的鈦、鐵礦床,說明F1、F2斷裂與幔源物質(zhì)運(yùn)移活動有關(guān).F3、F4和F5、F6分別為殼內(nèi)巖漿運(yùn)移的通道,通道內(nèi)局部低阻塊體推測與多期構(gòu)造運(yùn)動有某種聯(lián)系,兩處地表分別被中生界和古生界地層所覆蓋,反應(yīng)二者在形成時(shí)期上存在差異,從兩地發(fā)現(xiàn)礦種上的差異也反映了其在成、控礦環(huán)境和時(shí)代上的不同.F7～F12根據(jù)電阻率等值線結(jié)合高低阻異常分布情況判定為沉積蓋層斷裂,斷裂附近局部低阻塊體與深大斷裂形成時(shí)期流體運(yùn)移造成的局部低阻物質(zhì)富集有關(guān).5地殼結(jié)構(gòu)及高導(dǎo)層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析通過對錫林浩特一東烏旗剖面殼幔電性結(jié)構(gòu)特征的解剖,說明利用超寬頻帶大地電磁測深法來研究巖石圈地殼、上地幔電性結(jié)構(gòu)特征,從而研究深部構(gòu)造與成礦遠(yuǎn)景的關(guān)系是一種最經(jīng)濟(jì)、快捷、有效的地球物理勘探方法.(1)通過二維反演模型分析,對剖面地殼、上地幔電性結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析認(rèn)識.沿剖面地殼結(jié)構(gòu)橫向變化復(fù)雜,在錫林浩特縫合帶南殼內(nèi)高導(dǎo)層下存在厚大規(guī)模高阻塊體現(xiàn)象,賀根山縫合帶具有明顯的根部,在兩縫合帶之間未發(fā)現(xiàn)明顯的中下地殼高導(dǎo)層,沿剖面上地幔高導(dǎo)層的埋深約在55～110km