地球物理剖面特征 地质概况及地球物理特征
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1.\u533a\u57df\u91cd\u529b\u573a\u7279\u5f81
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QB-1剖面是近南北向横切东秦岭及相邻陆缘的综合地球物理剖面,由原地质矿产部物化探局、第二综合物探大队和成都地质学院于1995年协同完成(袁学诚等,1994;董颐珍,1997)。剖面测线东起河南伊川,经嵩县、栾川、西峡和淅川,止于湖北房县,全长约280km。研究方法综合了人工折射地震、大地电磁、航空磁测与重力测量。
图3-1为QB-1剖面综合地球物理断面图。断面显示出以下基本特征(袁学诚等,1994;董颐珍,1997;张国伟等,2001):
(1)QB-1剖面所穿过的东秦岭地壳厚度相对较薄,没有地壳加厚现象,即无造山带山根。莫霍面呈叠瓦状分布,其深度由北向南从栾川-嵩县段的约34km增加到商丹断裂以南的约40km。
(2)嵩县以北地壳波速向深部连续递增,但电性不均一,存在形态明显南倾的低阻带,被推断为华北陆块南缘与秦岭造山带的俯冲接触界线。本段内地壳可分为三层,其中上地壳厚度约14.3km(波速约5.89km/s),中地壳约8.9km(波速约5.92km/s),下地壳约7.6km(波速约6.60km/s)。
图3-1 QB-1剖面综合地球物理断面图
(据袁学诚等,1994)
表3-1 秦岭造山带及邻区地壳各结构层的岩石组成
(据张本仁等,2002,略做修改)
(3)嵩县以南至栾川断裂附近,上地壳可分为两层,其厚度和波速分别为9.7km和5.68km/s及5.7km和6.07km/s,中、下地壳特征类似于嵩县以北地壳。
(4)在嵩县以南的栾川断裂附近及其以南地区存在深度(10~20km)和厚度(8~17km)不均一的、但连续的中地壳低速带,其中以商丹断裂至郧县以北区段厚度最大,并在栾川-商丹断裂段存在明显的低电阻带;栾川断裂以南低速层的出现和商丹断裂以南低速层厚度的突然增厚被视为华北陆块南缘与北秦岭及北秦岭与南秦岭分界线的重要地球物理标志。
(5)栾川断裂至商丹断裂段,在宽坪群地层出露的偏北区段,上、中、下地壳的厚度分别为12km、11.6km和8.8km,其波速分别为6.06km/s、5.70km/s和6.81km/s。在秦岭群出露的偏南区段,上地壳分为两层,其厚度和波速分别为3.4km、8.6km和5.21km/s、6.06km/s,区段内的低速层中地壳也可分为两层,其厚度和波速分别为7.4km、5.7km和5.94km/s、5.72km/s,区段下地壳的厚度为8.4km,波速为6.66km/s。
(6)商丹断裂至淅川断裂段,上地壳厚度约13.2km,并分为三个速度层,由上至下速度分别为5.39km/s、6.18km/s和5.99km/s;厚度分别为4.5km、5.0km和3.7km。低速中地壳亦由两个速度层组成,速度和厚度分别为5.94km/s、5.72km/s和6.2km、5.7km。下地壳厚度约8.4km,波速为6.66km/s。
(7)淅川断裂至郧县可分为南、北两个区段。北段上地壳分为三个速度层,波速分别为5.30km/s、6.21km/s和5.71km/s,其厚度分别为42km、6.4km和4.2km,中地壳可分为厚度和速度分别为6.1km、5.0km和6.05km/s、6.00km/s的两个速度层。下地壳为8.2km,波速为6.49km/s。南段上地壳也可分为三层,波速分别为5.55km/s、5.92km/s和6.21km/s,厚度分别为6.0km、5.0km和4.0km;中地壳上、下层波速和厚度分别为6.03km/s、5.88km/s和6.3km、5.0km,下地壳厚度8.0km,速度为6.51km/s。
为建立地球物理断面与地壳剖面的三维地球化学结构之间的联系,基于岩石变质相组合与其形成温度-压力之间的对应关系,赵志丹(1995)、高山等(1995,1996)、Gao et al.(1998)对东秦岭及邻区出露于地表的不同变质相(分别代表不同地壳深度)岩石进行了不同温压条件下的实验室地震波速测量,并与地球物理实测数据进行对比,对QB-1地学断面及邻区的地壳结构模型进行了拟合和约束,进而为建立断面的三维地球化学结构模型进行了探讨。本次研究充分参考了上述成果,并结合近期关于研究区内深源捕虏体的岩石学-地球化学研究进展(路凤香等,2002,2003),提出了东秦岭QB-1地学断面岩石圈的组成和结构模型修改图(图3-2),其体现出以下特点:显示造山带的花状构造;南秦岭下地壳和地幔向北俯冲越过栾川断裂进入华北地块;南秦岭中地壳垫置于北秦岭地壳之下;南秦岭向北形成拆离俯冲的总格局;栾川断裂以北后期有太古宙穹窿构造发育;可以与国外造山带的模型对比(详见第六章)。
基于上述地球物理、实验地球化学和地表地质与构造研究成果而提出的QB-1及邻区地壳地质剖面图示于图3-3(张国伟等,1996),其中华北陆块南缘、北秦岭、南秦岭和扬子陆块北缘,分别以栾川断裂带、商丹断裂带和襄广断裂带为地表标志。各构造界面均以较缓角度北倾,其中前两断裂带切割莫霍面,扬子陆块下地壳向北延伸至南秦岭,而北秦岭的中下地壳被南秦岭物质替换。
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