二连一东乌旗贺根山缝合带超宽频带地壳结构与上地幔结构

二连一东乌旗贺根山缝合带超宽频带地壳结构与上地幔结构

1缝合带位置及地质背景现代矿床地质调查的目标是从地表到地壳内隐藏伏击矿，以及寻找和预测大型和大型矿床的地幔等深部构造来控制和影响地壳上部矿床的形成和分布。地壳幔异常高度构造带与成矿活动密切相关。因此，以地壳异常高度构造为代表的深部构造与成矿活动之间的关系是当前地质调查的课题和未来地质调查的发展趋势。在地壳幔构造的研究方面，在超宽频率范围内测量地球电磁强带的深度是一种明显的方法。由于自然平面波的源，通过过度周期观测和近、近周期观测相互正交，我们获得了深部地电结构的信息。在海西建湖带的构造体系中，属于古代七岛格亚湖群的南非弧系。这是中王朝和西伯利亚板块协调带的位置[11、12、13、14、15、16和17]。沿着蛇绿混合带，发现了许多铬（铁）矿和铸铁。对岩石类型的分析可能与切割岩圈之间的断层有关。为了研究第2条河根山东省吴旗市的深部构造环境，提供矿产资源调查、预测和评价的地质背景。根据天津市地质调查中心在冷根山带建立了26个长周期的地压测量井，以了解缝煤带的正确位置及其地压结构的结构特征，为区域成矿预测提供地质依据。研究区位于内蒙古东部116°24′～116°56′E,44°07′～44°58′N的范围内,南起锡林浩特白音宝力格,北至东乌旗,点距3～6km,剖面长度100km,走向NW30°,跨锡林浩特岩浆弧、贺根山蛇绿岩带、扎兰屯一多宝山岛弧三大单元,在西拉木伦河的北部属于天山一兴蒙造山系一大兴安岭弧盆系(图1).在缝合带附近地表多见火山岩建造.剖面穿过地段构造及岩性变化复杂,地表自北至南覆盖古生界泥盆系长石石英砂岩、粉砂岩夹生物碎屑灰岩及火山岩(贺根山附近);石炭系安山岩、凝灰岩、凝灰质砂岩、粉砂岩夹灰岩;二叠系砂岩、页岩、板岩、生物碎屑灰岩、火山碎屑岩、硅质岩、中酸性火山熔岩、凝灰岩、角斑岩,辉长岩、闪长岩;侏罗系中性火山熔岩、中酸性碎屑岩夹火山碎屑沉积岩(锡林浩特岩浆弧附近);白垩系砂砾岩、粉砂岩局部钙质结核等,测线的周边则多被新生界地层覆盖(据全国1:50万数字地质图数据库,1999).从电性特征上分析(徐常芳,2003),上地壳盖层的导电性主要取决于沉积岩地层的电阻率,其次是岩浆岩和变质岩,存在石墨化、富金属矿物和断裂破碎富水情况下表现为低阻;地壳上地幔的导电性则多与局部熔融和石墨化有关;壳内高导层位于中地壳和下地壳的上部,一般认为是岩石局部熔融或石墨等高导物质富集、封存造成,而上地幔高导层多认为与流体相关.在板块俯冲或碰撞带附近由于能量释放过程中多伴基性超基性岩浆流体的喷发,在岩浆通道范围因流体或铁镁质的存在表现为明显的低阻,冷凝稳定块体则表现出相对高阻特性.2观测结果与分析野外采集采用了三台加拿大凤凰公司生产的V5-2000系统.传统的超宽频带大地电磁法多采用宽频带大地电磁仪(n×10-3～n×102Hz)和长周期大地电磁仪LIMS系统(0.1～n×10-5Hz)配套使用的方法,处理时将两套仪器获取的数据拼接起来,因而需要两套系统具有相同频点,其观测结果要保证一致.笔者在分析研究凤凰公司MTC50磁棒尾支渐近线趋势响应的前提下,采取了长周期(72h)连续观测,室内对获取的同一时间序列数据分段处理,提取拼接后功率谱数据成果的方法,得到了稳定可靠超低频响应数据,观测周期320～1/15000Hz,频点数46个.依据趋肤深度公式,按研究区的平均电阻率以15Ωm计算,其理论探测深度可达170km,由于后面的频点叠加次数相对较少,在讨论电性结构模型时,仅考虑120km深度以上的反演结果.3数据处理和分析3.1旋转主轴后曲线特征资料处理采用仪器厂商提供的SSMT软件统一处理,单点资料预处理采用时间序列“Robust估计”方法,并借助一定区域内磁场信号的稳定性原理,采用了测点间互参考技术,明显改善了单点大地电磁测深资料的数据质量,获取了高质量的大地电磁观测数据,测点曲线优良率100%.在阻抗张量分解旋转到电性主轴后曲线总体变化不大,地质噪声畸变因子的影响较小.通过对旋转主轴后剖面曲线识别来判别极化模式,统一解释资料的方向,使实测的ρxy和ρyx分别判别归位成ρTM和ρTE.并根据实测资料中相邻频点数据相关性的特点,进行噪音数据的识别、处理以及剖面静态效应的消除.考虑到测点点距3～6km,静态的判别主要依据了单点两支曲线首支重合程度,侧重单点资料,并采用带地形二维反演的手段来处理.从曲线首支重合程度分析,在近地表总体上表现出较明显一维特性.3.2数据分析3.2.1k、ak型盖层曲线类型可定性地反映出地下电性层的分布特征,如电性分层、构造分区、相对埋深和各电性层电阻率的相对变化情况.通过观测编辑处理后的26条测深曲线如图2所示,总体曲线类型以KHK(KHKQ)、K(KQ)、AK(AAK、AKQ)型为主.曲线的首支K或A型与沉积盖层相关,为盖层电性的反映;0.1Hz附近的K型曲线极大值与上地壳高阻基底有关,该极大值偏向低频段的相对低阻与中地壳或下地壳上部的壳内高导层对应,曲线尾支渐进线呈现低阻特性,表明存在上地幔高导层.2、3号点曲线类型HKH过渡为AK型和7、8号点K型过渡为KHK型以及18号点曲线类型的突变分别对应不同构造单元的变化.尤其是在17～24号点,该段对应了贺根山蛇绿混杂岩带,曲线类型变化极为复杂,反映了该缝合带地质构造运动、变形的复杂性.3.2.2hz与tm专线电性主轴方向的选择随频率变化的二维偏离度可以判别构造维数的情况,当数值小于0.3时可近似认为地下为二维特征,从而为反演方式的选择提供依据.图3示,17～26号点缝合带附近低于10Hz存在偏离度S大于0.3的情况,该段与海西期板块缝合带对应,电性结构复杂,具有一定程度的三维特性,在0.1Hz以后数值较高频略大,表明总体深部构造相对复杂.图4玫瑰统计图显示沿测线电性主轴方向变化较大,并存在浅、深部方位扭转现象,缝合带附近表现尤为明显,表明构造应力方向多变.经统计,沿剖面26个测点全频段电性主轴方向总体在60°(150°)附近,结合区域地质资料和电性主轴分析,可以大致判定构造走向总体上在NE60°方向,测线基本垂直构造走向,因而选择沿剖面方向作为TM极化方向.3.3反演方法与模型拟合在研究岩石圈电性的反演方法中,应用较多的是快速松弛反演(RRI)和共轭梯度反演(NLGC),上述的算法都采用了带地形的静位移自动校正.在本次工作中一维算法采用自动OCCAM法和BOSTIC,二维模型采取了共轭梯度和连续介质反演两种方法,综合分析,反演建模采用了共轭梯度法,并进行了多参数选择与反演,最终模型参数采用:ρ=100Ωm,n=100,τau=3,拟合误差2.5%,构筑了120km深度的反演模型.数据选择上采用了TE、TM视电阻率和阻抗相位同时参与反演拟合的思路,极大地提高了反演模型的约束性和反演结果的可靠性.实测模型表明尤其在对上地幔高导层模型优化方面,TM、TE方式的结果比单纯TM更直观,效果更理想.4成果分析4.1块向中朝板块充填消减的理论二维反演模型图5显示各构造单元界限明显,均呈现出南倾趋势,佐证了古亚洲洋板块向中朝板块俯冲消减的理论.壳内存在横向不连续的局部高、低阻块体,各单元差异较大;上地幔电性差异相对较小,存在连续高导层,并在贺根山缝合带附近伴有局部的上地幔高导层隆起区.依据电性结构模型沿剖面自南至北大致可分为四大单元.4.1.1壳内高阻隔.1～7号点归属于锡林浩特块体,地表出露为高阻特性的第三系宝格达乌拉组(N2b)、二叠系哲斯组(P1z)和大石寨组(P1d)地层.存在纵向分层现象,上地壳高阻特性明显,在25km深度存在明显近水平略南倾的连续高导层,阻值约在3Ωm,下地壳高阻特性不明显,但在高导层下存在规模厚度较大的高阻块体,深达90km,因靠近边界,成因有待进一步研究.在壳缝合带附近出露侏罗系中性火山熔岩,带内约5.5km深度存在局部的低阻块体,很大程度与富铁镁质基性超基性岩有关.从缝合带的形状判断,其呈倒漏斗状,存在壳内岩浆上移现象,两侧构造体产状比较均衡,受深部岩浆喷发影响,上侵现象明显.在4号点高导层下部深度40～90km深度,两侧高阻体错断,存在壳内高导层与上地幔高导层相连通的渠道.4.1.2地壳内高导层分布7～17号点归属于锡林浩特块体,地表出露石炭系中统二叠系下统格根敖包组(C2P1g)、二叠系基性辉长岩(Pv)和中性闪长岩(Pσ)以及下统哲斯组(P1z).壳内高导层分布不明显,在11号点4.5km深度存在推测与中基性或超基性岩有关的低阻块体,中下地壳表现为中高阻特性,并在8、9号点40km深度显示存在下地壳高阻分异现象.地幔盖层总体显示为中低阻,盖层中的低阻流体在缝合带附近有向壳内高导层延伸的趋势,表明壳幔高导层间存在一定联系,剖面反演成果揭示该段莫霍面的深度约在40～50km附近.4.1.3海西期缝合带和上地潭小口山区贺根山蛇绿混杂岩带在17～22号点间,地表出露泥盆系中下统泥鳅河组(D1-2n)和白垩系下统大唐拐河组(K1d).地质学家认为该带是中朝和西伯利亚块体在海西期缝合带的位置,但由于资料缺乏,其准确位置难有定论.本研究结果表明,该带为两条深大断裂所控制,宽度约15km,地壳与地幔连通的高导渠道明显,存在三个局部南倾的巨型高导块体,是古亚洲洋壳向南俯冲的有利证据.缝合带地表的高阻为残留体,带内的高导块体与古亚洲洋残留块体、岩体熔融、局部铁镁质物质富集或石墨化相关.剖面成果揭示带内莫霍面的深度约在30km,上地幔高导层局部隆起的深度约在55km.4.1.4上地禾高导质区构造特征扎兰屯一多宝山岛弧位于贺根山缝合带以北,地表出露泥盆系中下统泥鳅河组(D1-2n)、泥盆系超基性岩(DΣ)和第三系宝格达乌拉组(N2b).电性构造分层现象明显,受壳幔岩浆上侵影响,在靠近缝合带附近构造体呈现略北倾现象.在23号点壳内岩浆上溢通道明显,贺根山鉻(铁)矿分布在附近,推测近地表至5km深度的低阻异常为矿体的综合反映,15km深度的高导块体则与岩体的局部熔融有关.但由于受剖面边界效应影响,整体电性结构特征欠明显,上地幔高导层深度约在70km.4.2岩石圈断裂fpse据图5,结合20km深度反演建模模型分析,沿剖面存在两条岩石圈断裂F1、F2和四条基底断裂F3～F6及六条盖层断裂F7～F12,以及锡林浩特缝合带壳内高导层和地幔流体连通的F0断裂.岩石圈断裂F1、F2控制了贺根山缝合带,是壳幔源物质向上运移的通道,在地表泥盆系地层覆盖的地段,已发现与岩石圈断裂关系密切的钛、铁矿床,说明F1、F2断裂与幔源物质运移活动有关.F3、F4和F5、F6分别为壳内岩浆运移的通道,通道内局部低阻块体推测与多期构造运动有某种联系,两处地表分别被中生界和古生界地层所覆盖,反应二者在形成时期上存在差异,从两地发现矿种上的差异也反映了其在成、控矿环境和时代上的不同.F7～F12根据电阻率等值线结合高低阻异常分布情况判定为沉积盖层断裂,断裂附近局部低阻块体与深大断裂形成时期流体运移造成的局部低阻物质富集有关.5地壳结构及高导层结构特点分析通过对锡林浩特一东乌旗剖面壳幔电性结构特征的解剖,说明利用超宽频带大地电磁测深法来研究岩石圈地壳、上地幔电性结构特征,从而研究深部构造与成矿远景的关系是一种最经济、快捷、有效的地球物理勘探方法.(1)通过二维反演模型分析,对剖面地壳、上地幔电性结构特征进行了分析认识.沿剖面地壳结构横向变化复杂,在锡林浩特缝合带南壳内高导层下存在厚大规模高阻块体现象,贺根山缝合带具有明显的根部,在两缝合带之间未发现明显的中下地壳高导层,沿剖面上地幔高导层的埋深约在55～110km