中国大陆基底构造的地球物理解释 地质理论
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4.2.2\u3000\u8d70\u6ed1\u62c9\u5206
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[25]\u4e01\u56fd\u745c\uff0c\u5362\u6f14\u4fe6.\u5bf9\u6211\u56fd\u73b0\u4ee3\u677f\u5185\u8fd0\u52a8\u72b6\u51b5\u7684\u521d\u6b65\u63a2\u8ba8.\u79d1\u5b66\u901a\u62a5\uff0c1986,\uff0818\uff09:1412\uff5e1415.
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王懋基
（地质矿产部航空物探遥感中心，北京 100083）
摘要 区域地球物理研究对了解中国大陆基底构造做出了重要贡献。重力趋势模式和磁异常特征可用来绘制前寒武纪基底。具有不同构造特征地体的成对重力异常，提供了识别缝合带及有关俯冲方向的方法，横穿数条缝合带的地球物理断面支持这一论据。应用区域均衡异常和自由空间异常有利于深入了解大尺度地壳构造和近代板块动力学。
关键词 区域地球物理 基底构造 中国大陆
1 引言
当今对中国基底构造存在不同的认识，利用新近编制的重力和航磁图研究基底构造有了重要进展。重磁数据通过适当的滤波和分析处理，结合地质和其他地球物理资料可用来研究基底构造——主要是应用重力趋势模式和磁异常特征划分前寒武纪基底，根据成对重力异常标志识别古缝合带，根据均衡异常和自由空间异常分析古构造的性质。本文提出了中国大陆基底构造格架和主要构造带分布特征的新认识。
2 重力和航磁数据来源
编制中国1∶5000000比例尺的重力及航磁图利用了已有的数据库。航磁数据是从地质矿产部航空物探遥感中心获得的，测线间距从500m,1～2km直到5～20km[1]。为了进行数据处理，原始观测数据内插成5km×5km网格。对各测区的磁场水平进行了统一调平，从数据中消除国际地磁参考场，进行背景场改正。重力数据由地质矿产部区域重力调查方法技术中心根据不同测量数据编制而成。选择了大约20000个重力点，测点密度东部约为每378km2一个点，西部约为每644km2一个点[2]，数据内插成10km×10km网格用于数据处理。重、磁数据用计算机绘制等值线，并绘成彩色立体阴影图。
3 前寒武纪基底填图
前寒武纪基底填图的目的是圈定前寒武纪地块的分布，并确定其基底岩性。我们用剩余重力异常和水平重力梯度确定重力趋势和重力场分区。趋势可以看成是主要岩石单元走向的反映，而重力域确定了地壳中相关构造的主要区域。异常趋势在确定基底构造中非常有用，它们具有大的幅度和确定的模式[3,4]。
在异常趋势图上（图1），可以圈定前寒武纪地块的分布，并确定相邻地块的相对年代，趋势被边界斜截的地块要比边界的年代老，而趋势与边界平行的地块要比其他地块年青，并与边界的年代相同。
图1 根据局部重力异常描绘的重力趋势图
粗线是大的重力梯级带（成对重力异常），表示重力域边界；长细线是根据趋势推断的边界；短线表示重力异常轴
前寒武纪地块基本上是以明显不规则的趋势为特征，例如准噶尔地块（XIV）、塔里木地块（XII）、阿拉善和西宁-兰州地块（VII）等。圈定前寒武纪地块后，再根据磁场特征（幅度、形状和方向）确定地块的基底性质，可识别出相应不同地质年代的四类前寒武纪基底：磁性（AR—Pt1）、中等磁性（Pt1-2）、弱磁性（Pt1-3）和无磁性（Pt3）基底，其中磁性基底特征最为明显，显示高幅度和块状形态。图2表示中国大陆磁性基底的分布。中等磁性地块显示平稳场中的宽缓正、负异常，弱磁性地块显示弱的正、负磁场背景。
4 古缝合带的地球物理标志
沿一系列主要地壳块体的边界出现延伸的正、负成对重力异常，这些异常比相邻异常有高的幅度，其中有许多延伸很长。它们通常被认为是碰撞缝合带的一种标志[5～7]。在地壳块体上目前认为是成对异常的重力梯级带示于图1。研究证明，重力高一般位于年青地体上，负异常总是跨在边界上或大多位于老地壳内，所以接触带通常倾向重力高[7]。当年青地壳向老地壳逆冲时就会发生形变，从而变得更厚、更致密。虽然成对异常的极性对于缝合地体的相对时代是始终一致的，但两种碰撞：陆-陆和陆-弧碰撞会产生不同的重力标志。在某些地区，构造边界上的磁场标志也是明显的，其中正磁异常带与钙碱质岩浆弧有对应关系。应用成对重、磁异常，结合地球物理断面确定缝合带位置可以用下面几个实例加以说明：
图2 中国大陆磁性基底分布图
画阴影线面积指示磁性基底区域：1—准噶尔-哈密；2—伊犁；3—南塔里木；4—敦煌；5—柴达木；6—西宁-兰州；7—阿拉善；8—北鄂尔多斯；9—燕山-吕梁山；10—河淮；11—秦岭-大别；12—扬子
克拉麦里缝合带（图3） 此缝合带以复杂的正、负磁异常带表示出来，沿正异常出现的蛇绿混杂岩带和“I”型深成岩[8]支持准噶尔板块与西伯利亚板块间的碰撞。
中天山缝合带（图3） 此缝合带位于中天山南缘，显示成对重力异常。重力高位于准噶尔板块，重力低位于缝合带上。由于塔里木地块与准噶尔地块间的汇聚作用，发育岩浆弧[9]，形成一条正磁异常带。这个岛弧与大陆块的碰撞过渡为塔里木板块与哈萨克斯坦—准噶尔板块间的陆-陆碰撞带。
西昆仑缝合带（图3） 沿西昆仑山南部，此缝合带位置表示为一条陡重力梯级带，在较薄和较致密的塔里木地块上为较高的重力值。这种特征暗示塔里木地块与昆仑岛弧的碰撞。
喀喇昆仑-澜沧江缝合带（图4） 此缝合带位于冈瓦纳大陆的北缘，以成对重力异常带和重力趋势模式的变化为标志，负异常直接位于沱沱河沿南面的俯冲带上方。西藏板块的地壳密度和厚度大于华南板块，它表征了西藏板块与华南板块碰撞的活动边缘。
雅鲁藏布缝合带（图4） 此缝合带以陡重力梯级带和冈底斯火山弧及雅鲁藏布蛇绿岩带产生的强正磁异常带为特征。元古宙西藏地块的地壳比太古宙印度克拉通的地壳厚和致密。这些特征标志着印度与西藏陆-陆碰撞形成的重要缝合带。
图3 穿越西伯利亚、准噶尔和塔里木板块的阿勒泰—日土地学断面的简化密度模型
密度单位为t/m3，实心圆表示计算重力异常。主要构造单元：①额尔齐斯断裂；②克拉麦里缝合带；③中天山缝合带；④中塔里木断裂；⑤西昆仑缝合带；⑥班公-怒江缝合带
图4 穿越华北、华南和西藏板块的亚东—格尔木地学断面的简化密度模型
密度单位为t/m3。实心圆表示计算重力异常。缝合带：①昆仑—秦岭；②喀喇昆仑—澜沧江；③班公-怒江；④雅鲁藏布江
5 巨型重力线性体
图5给出波长为500～1000km的均衡重力异常图。在中国西部以正、负异常交替为特征的七条引人注目的NW走向巨型线性异常具有重要意义。它们是阿尔泰、准噶尔—哈密、天山—祁连山、南塔里木—柴达木、昆仑—巴颜喀拉、西藏—滇西以及喜马拉雅线性异常，理论应力研究认为，这些异常横向尺度大，不能用岩石层支持的质量来解释，所以主张它们可能是地球企图恢复均衡平衡的遗迹[10]。如果是这种情况，它们代表岩石层的基本划分，并指示古老构造体制的性质，它们的边界通常是缝合带。
图5 中国的中波均衡重力异常图
实线表示正异常，虚线为负异常，等值线距为5×10-5m/s2，粗线表示大的剪切带。主要构造特征的位置：1—阿尔泰隆起；2—准噶尔-伊犁盆地；3—哈密-三塘铺坳陷；4—天山；5—秦岭；6—南塔里木盆地；7—柴达木盆地；8—西宁-兰州坳陷；9—昆仑山；10—阿尼玛卿山；11—巴颜喀拉山；12—西藏地块；13—滇西隆起；14—喜马拉雅山；15—四川盆地；16,17—江南隆起；18—右江裂陷槽；19—浙闽火山岩区；20—华北坳陷；21—鄂尔多斯-阿拉善地块；22—黄河地堑；23—胶辽隆起；24—松辽坳陷；25—佳木斯隆起主要剪切带：（1）—阿尔金；（2）—狼山—林芝；（3）—郯庐
在图5上还识别出代表巨型剪切带的穿越中国大陆的3条巨型线性体，它们是东部的郯庐断裂、中部的狼山-林芝断裂和西部的阿尔金断裂。根据这些线性体两边主要异常的匹配情况，认为这些断裂属左滑性质。
6 区域自由空间重力异常及其与大地构造的关系
局部和区域尺度的自由空间重力异常对影响近代板块作用和古老作用的力提供重要的依据。在长波（λ＜1000km）自由空间重力图上（图6），存在四个明显的重力异常，即西北部的一个负异常、华北和东北的一个正异常、华南的一个负异常以及青藏地区的一个正异常。它们可能是由地幔中的深部质量集中引起的，可能与早期地球的质量分布有关，或者是由近代应力和热状态引起的。宽阔的正异常解释为由于区域挤压和随后的区域隆起；在稳定地块上的负异常是由于区域下降引起的。这些异常暗示在负异常带内的准噶尔、塔里木、柴达木、阿拉善和扬子地块在古元古代可能曾经是一个统一的陆块。东北的松辽地块与华北克拉通可能有成因上的关系。显然，关于塔里木与华北为原始大陆的传统概念不能认为是正确的。
图6 中国长波自由空间重力图
实线表示正异常，虚线为负异常，等值线距为5×10-5m/s2
7 中国的基底构造格架
中国的基底构造略图示于图7。基底构造格架是伴随着对主要构造单元的识别而建立的，其中包括古大陆边缘、不同时代前寒武纪地块的分布、主要断裂以及其他单元。对下面构造问题的认识具有特别重要的意义（图8）：
（1）中国大陆由几个不同的陆块镶嵌而成，中间被增生褶皱带所分开；（2）古元古代时，天山与祁连山可能连接在一个统一的造山带中；（3）当祁连海槽打开时，阿拉善地块从柴达木地块分裂出来；（4）介于祁连山与北秦岭之间的西宁－兰州地块是从柴达木地块被狼山－林芝左旋走滑断层分离出来；（5）塔里木与柴达木地块原来曾经是单一地块，可能在新元古代时被阿尔金走滑断裂所切割而分开；（6）中国东南部曾经是一古陆块[11～13]，新元古代时沿绍兴—萍乡—茶陵—北海界线与扬子地块拼接。随后，自古生代和中生代以来，经历了几期地壳再造，从多次拉张和侵入及火山活动所表征的复杂构造，以及在地块边界上和横贯地块的裂陷槽中重力异常趋势的变化，可以证明地壳的再造作用。
图7 中国大陆基底构造略图
前寒武纪基底：1—磁性（AR—Pt1）;2—中等磁性（Pt1-2）；3—弱磁性（Pt1-3）;4—无磁性（Pt3）;5—再造地块；6—古缝合带；7—古俯冲带；8—逆冲带；9—主要断裂；10—裂谷（a）和裂陷槽（b）;11—构造单元；12—褶皱带（括弧内字母代表褶皱时代）
8 结论
区域地球物理对了解板块构造在中国大陆发展中的重要因素做出了贡献。承认前寒武纪板块构造是基于对不同构造单元的识别，其中特别是古大陆边缘。中国大陆的基底地块及其盖层的主要特征是多期基底活化的结果，反映在重力异常趋势模式、成对重力异常和航磁异常上。地壳块体间的边界往往对应于地壳构造的突变或大的逆冲，地壳的再造通常发生在老地块与年青地块拼接的边界，经再造的前寒武纪地块的某些地区没有明显的地质和地球物理界线。
图8 表示可能的前寒武纪地块和主要褶皱带略图
括弧中的数字为前寒武纪地块：（1）—准噶尔；（2）—吐鲁番；（3）—马宗山；（4）—阿拉善；（5）—伊犁；（6）—塔里木；（7）—柴达木；（8）—西宁—兰州；（9）—羌塘；（10）—冈底斯；（11）—若尔盖；（12）—保山；（13）—华北；（14）—扬子；（15）—松辽；（16）—佳木斯
有两种重力异常对大地构造分析最有用：一种是由古老构造特征和岩石层形变引起的短波和长波自由空间重力异常；另一种是与已知地质密切相关的均衡重力异常。
根据已有资料，我们提出了对中国大陆基底构造架的新认识，主要是对古缝合带、前寒武纪地块及其构造属性以及主要构造特征的识别。了解古构造体制对于基底构造的认识是特别重要的。
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