大陆地壳的基本特征 对比描述大陆地壳与大洋地壳的特征

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(一)大陆地壳

根据研究区内大陆地壳分层性质,概括大陆地壳的总体特征如下:

1.上地壳

该层地震波速一般<6.0km/s,局部达6.2km/s,岩石密度<2.67~2.77g/cm3,局部达2.82g/cm3,主要由中、新生代沉积岩系、火山-沉积岩系、中-新元古代浅变质岩以及中酸性-酸性花岗岩组成;在大别、武夷隆起均有古元古代高角闪岩相变质岩出露,大别隆起中乃至有高压-超高压榴辉岩相岩石暴露至地表。该层厚度<12km。

2.中地壳

该层地震波速为5.7~6.2km/s,密度为2.72~2.85g/cm3,主要由中-古元古代角闪岩相变质岩系及花岗岩组成。该层平均成分属中酸性,厚度约10~20km。在介于中下地壳之间(中地壳底部和下地壳上部)的14~15km至17~20km的深部,多出现低密度低速带,推测它为中、下地壳之间的构造滑脱面,或为花岗岩层。

3.下地壳

该层地震波速为6.3~7.6km/s,密度为2.82~3.10g/cm3,主要由太古宙中酸性(少量基性)麻粒岩相变质岩和不同时代的花岗岩组成,该层厚度一般约10~20km,在江南隆起厚度较薄,仅6~14km。该层为强塑性变形带,可能因部分熔融作用以及幔源岩浆的底侵作用,在下地壳底层成分出现基性或中基性。

(二)不同单元的地壳结构

1.大别隆起(长丰-安义断面)

该断面北起长丰,经晓天、岳西、宿松、黄梅、瑞昌,南止于江西安义,穿越华北地壳南缘和大别山造山带进入扬子板块。

据董树文(1998)对断面的深地震测深成果的解译成果,其地壳分上、中、下三层。

1)上地壳:出现多层叠覆构造,Vp为5.5~6.5km/s,厚度为12km左右。浅部0~6km处上盖层速度变化大,反映盆山叠覆构造,在大别山内出现一系列向北倾的不同变质岩片组成。

2)中地壳:为柔性变形层,Vp为6.15~6.3km/s,厚度变化大(约6~13km)。底界面波状起伏,在大别山区下凹,厚度明显加厚,表现出强烈的塑性流变状态。

3)下地壳:为偏酸性闪长质层,Vp为6.35~6.75km/s,厚度10~20km。起伏变化大,在大别山下最深,相对其南、北的扬子、华北板块的地壳厚度,出现6~8km的山根。根据速度、泊松比推断其总体相当于偏酸性闪长质岩石,基性麻粒岩成分含量不高。

2.下扬子拗陷

据HQ-13剖面研究(陈沪生等,1999),下扬子拗陷的地壳结构根据反射面可以识别出7个反射层,分别是陆相新生代沉积物、中生代沉积层、海相中-古生代沉积层、浅变质岩系、深变质岩系、中地壳(低速层)、下地壳。但是,其地壳仍然可以归为三层结构,自第1~4层为上地壳,深变质岩系组成了中地壳,中-上地壳之间为低速层出现位置,该剖面提供的有关数据及结构特征如下:

1)上地壳:该层Vp为<6.0km/s,且自上而下速度增高,厚度为8~12km左右。浅部由沉积盖层、下部为浅变质岩系组成,其速度变化大,物性特征上除古生代地层具有中高阻、中密度、中高速度外,其余均属具有低磁、低阻、低密度、低速的物性层。在4~8km处存在一滑脱层。

2)中地壳:由深变质岩系组成。其Vp为5.7~6.3km/s,厚度变化大(约6~10km)。它属磁性基底构造层,物性特征表现为高磁、高密度、高速度和高阻,可称“四高”物性层。在8~12km处存在一滑脱层。在12~18km处存在一滑脱层。

3)下地壳:为硅镁质层,Vp为6.8~7.6km/s,厚度10~20km。地震反射界面显示波状流纹结构和柔性变形特点,反映受过较强的水平挤压力作用,也说明该层具有较高温度,可塑性强。顶部出现一低速高导层,可能是重要的滑移面或均衡调节层。

另根据HQ-13、HQ9大地电磁资料,下扬子拗陷为垂向低电阻区,在郯庐断裂带和芜湖两地的莫霍面明显上隆,对应新生代玄武岩和中生代火山岩侵位中心位置。

3.江南隆起(屯溪-温州断面)

根据屯溪-温州断面资料(孔祥儒等,1993),区内地壳有5个震波反射界面,将地壳分为3层:

上地壳:底界面P1北西部最厚处16km,一般10~11km。江南由古元古界结晶基底和元古界褶皱基底组成。

中地壳:底界面(P4)深度28~25km,推测主要为花岗质层和部分前寒武纪结晶基底岩系,其间有低速高导层(P2、P3),在区内埋深为19~20km,速度5.8~6.11km/s,电阻率仅n—n·10Ωm,层厚1.5~5km,为一显著的壳内拆离带,其中增厚处可能为固结较差的岩浆或熔融层。

下地壳:作者取反射波速6.6~8km/s为下地壳。推测主要为麻粒岩或基性、超基性岩,区内厚仅6~8km,是地壳3个分层中最薄的一层,也是拉伸最显著的一层。

4.浙赣拗陷(铅山-波阳段)

根据宁德-湖口断面中铅山-波阳段地震测深资料(赵凤清等,1997),反映浙赣拗陷带具有上、中、下地壳3层结构。

上地壳:Vp为4.6~6.0km/s,密度为2.5~2.75g/cm3,厚度约7~15km。该段上部为沉积盖层,下部为泥沙质变质岩,其埋深<10km。

中地壳:Vp为6.06~6.25km/s,密度为2.79~2.85g/cm3,厚度约10~15km。该段的岩石单元大致相当于经历中深变质程度的基底变质岩,埋深15~20km。

下地壳:Vp为6.30~7.15km/s,密度为2.90~3.10g/cm3,厚度约15km。推测该段下地壳为深变质岩、花岗质岩石等组成,主体成分相当于英云闪长质-安山质。

5.武夷隆起(宁德-铅山段)

根据宁德-湖口断面中宁德-铅山段地震测深成果(赵凤清等,1997),反映武夷隆起的地壳为上、中、下3层。

上地壳:Vp为4.6~6.0km/s,密度为2.5~2.75g/cm3,厚度<10km。该段最上部为加里东期盖层,其下为一套浅变质岩组合。

中地壳:Vp为6.06~6.25km/s,密度为2.79~2.85g/cm3,厚度约10km。主要由麻源群和八都群中深变质岩组成。在中地壳深约14~17km处有一Vp为5.9km/s,密度为2.61g/cm3的低密度层,其厚度<5km。

下地壳:Vp为6.30~7.15km/s,密度为2.90~3.10g/cm3,厚度约15km。推测该段下地壳为花岗质、闪长质变质岩石等组成。其底部波速7.15km/s,较大别山断面底部波速高,反映其底部含有较多的基性岩成分。

6.东南沿海火山岩带(泉州-茶陵段)

该段利用泉州-凤凰断面中泉州-茶陵段地震测深成果(赵凤清等,1997),其地壳结构总体与宁德-铅山段相近,但横向变化较复杂。

上地壳:底界Vp<6.0km/s,密度为2.67~2.79g/cm3,厚度约10km。该段最上部为加里东期褶皱基底和沉积盖层组成,主要为一套沉积-浅变质岩组合。

中地壳:Vp为6.0~6.25km/s,密度为2.79~2.85g/cm3,厚度约10~20km。主要由中深变质岩组成,与麻源群相当。在中地壳深约14~27km处有一Vp为5.9~6.1km/s,密度为2.75g/cm3的低速低密度层,其厚度约5km,反映中地壳下部存在构造滑脱层。

下地壳:Vp为6.30~7.06km/s,密度为2.86~3.07g/cm3,厚度约10~20km不等。该段下地壳岩石组合相当于花岗质-花岗闪长质麻粒岩相副变质岩石等组成。尤其底部含有较多的基性岩成分,它一方面可能是壳内分异作用使下地壳基性化,另则可能是地幔物质添加的结果,从泉州-凤凰断面推断的岩石圈地幔结构特点(图3-2),反映它应是后种原因造成。

图3-2 通过泉州的北西向剖面的岩石圈构造(据袁学诚等1996资料修编)

从上述各地的断面特征,显示东南地区隆-拗区地壳结构总体特征基本相似,但也出现一定的差异,这些差别主要表现在:(1)隆起(山系)与凹陷(盆地)的地壳厚度一般相差3~6km,隆起区的地貌形态与深部莫霍面的起伏变化在一定程度上呈镜像反映;(2)隆起区内普遍缺少低速古生代一新生代沉积盖层,从隆起区出露古老深变质岩以及大量深成花岗岩特征分析,隆起区的现代地壳的分层结构已经是经历了均衡调节结果;(3)据裴荣富等(1999)综合扬子-华夏-东南沿海褶皱带的深部地球物理剖面资料(图3-3),在东南沿海褶皱带,在10~20km处普遍出现厚度较大的高导低速层;华夏陆块内出现的高导低速层位置较浅,大致深度在约10km处,在扬子陆块的高导低速层出现深度和厚度明显不一。目前,对壳内高导低速层存在两种解释:它可能是构造滑脱层,也可能是花岗质岩石的熔融层。但是,区内广泛出现的厚度较大的高导低速层应是花岗质岩石熔融层位置,而相对较薄的高导低速层可能代表了构造滑脱层。华南褶皱系中厚度较大、深度近于一致的高导低速层应是花岗质岩浆房位置;(4)中、上地壳部分,隆起区内出现的高阻层厚度大于拗陷带厚度;而低阻层相反,拗陷带的厚度大于隆起区;(5)江南隆起区的下地壳厚度小于其他地区,可能代表了岩石圈加厚过程中,下地壳部分熔融、重熔后形成大量壳源型花岗岩有关。因此,区内中、深变质岩和花岗岩岩基的发育程度对调节地壳结构具有重要控制作用。

图3-3 扬子-华南地壳结构(速度单位:km/s)



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