張永謙 呂慶田 嚴(yán)加永 徐峣 林吉焱 皮嬌龍 陳淼 張文文

1.中國地質(zhì)科學(xué)院，北京 100037 2.中國地質(zhì)調(diào)查局中國地質(zhì)科學(xué)院地球深部探測中心，北京 100037 3.中國地震局地球物理勘探中心，鄭州 450002 4.中國地震局地球物理研究所，北京 100081

中國大陸現(xiàn)今面貌的形成源于不同構(gòu)造塊體之間多期次的碰撞，包括三疊紀(jì)時期(250～220Ma)華北與華南塊體的碰撞，晚侏羅世(165±5Ma)到早白堊世時期東亞大陸的多方向匯聚，以及新生代時期印度-歐亞塊體之間的碰撞(任紀(jì)舜,1994;董樹文等,2000;張國偉等,2004;Yin and Harrison,2000;Dongetal.,2008;Yin,2010)等。而在華南大陸內(nèi)部各塊體之間的相互作用則更早，華南大陸是全球新元古代以來地質(zhì)演化歷史最為復(fù)雜的地區(qū)之一，其構(gòu)造格架主體由揚(yáng)子塊體、華夏塊體以及夾持于其間的江南造山帶等三部分組成。自中-新元古代以來華南大陸地區(qū)長期處于全球超大陸聚散與南北大陸離散拼合交接轉(zhuǎn)換地帶的總體構(gòu)造動力學(xué)背景中，而自中、新生代以來又在現(xiàn)代全球板塊構(gòu)造演化格局中通過板塊構(gòu)造和陸內(nèi)構(gòu)造多期復(fù)合演變而成，是創(chuàng)新大陸地質(zhì)理論和認(rèn)知大陸演化過程的經(jīng)典地區(qū)(張國偉等,2013)。

江南造山帶位于揚(yáng)子塊體與華夏塊體之間，在地理位置上西起桂北，經(jīng)黔西南、黔東北、湘西、贛西北、贛東北、皖南、浙西至浙北，形成一條約1500km長、200km寬的條帶狀構(gòu)造帶(王孝磊等,2017)。在地質(zhì)上，江南造山帶地表主要呈現(xiàn)為前寒武紀(jì)地質(zhì)單元，其西北側(cè)與揚(yáng)子塊體的接觸邊界為沿著前寒武紀(jì)地層出露的柳州-凱里-張家界-九江-祁門-黃山一線(王孝磊等,2017)，其東南側(cè)與華夏塊體的接觸邊界則主要為江紹斷裂帶(圖1)。目前學(xué)術(shù)界較廣泛認(rèn)同江紹斷裂帶在江西萍鄉(xiāng)以東北方向的位置，但對其向西南方向如何延伸仍然尚存爭議(Wangetal.,2005;Shuetal.,2009,2021;Dengetal.,2019;Zhangetal.,2021a)。江南造山帶由懷玉、障公、九嶺、湘北、桂北5個新元古代地體組成(王孝磊等,2017;Lietal.,2016;Shuetal.,2009,2021;Yaoetal.,2014)。最新研究認(rèn)為在980～840Ma期間，隨著古華南洋向揚(yáng)子陸塊之下俯沖，形成了華南新元古代溝-弧-盆體系；隨后，在860～820Ma期間，華夏與揚(yáng)子陸塊碰撞拼合，在揚(yáng)子?xùn)|南緣出現(xiàn)了區(qū)域規(guī)模的低綠片巖相變質(zhì)巖、韌性剪切變形和巖漿活動，并最終形成了江南造山帶(Shuetal.,2009,2021)。

江南造山帶不僅是一個重要的構(gòu)造帶，也是一個重要的成礦帶。圍繞江南造山帶及其鄰近地域，自東北部的杭州灣至西南部的欽州灣，形成了著名的欽杭成礦帶。欽杭成礦帶是華南地區(qū)最為重要的Cu-Au-Pb-Zn-Ag多金屬成礦帶，分布著一大批特大型金、鉛、鋅、鉭、鈾礦床(楊明桂等,2009;毛景文等,2011;孫思辰等,2018;嚴(yán)加永等,2019,2022;Zhaoetal.,2021;趙正等，2022)，同時存在大批鎢、錫多金屬礦產(chǎn)并構(gòu)成了世界上最大的鎢錫成礦帶(毛景文等,2007;嚴(yán)加永等,2019)。欽杭成礦帶及其鄰近的礦床可歸納為兩個主要的成礦系列，即新元古代海底噴流沉積型銅鋅礦床成礦系列和燕山期與花崗巖有關(guān)的鎢錫銅鉛鋅多金屬成礦系列(毛景文等,2011)。而礦床的形成是深部地質(zhì)過程在地殼淺表處的響應(yīng)，認(rèn)知成礦帶深部地殼和巖石圈結(jié)構(gòu)對深入認(rèn)識礦產(chǎn)資源形成的控制因素及形成機(jī)制具有重要意義(徐濤等,2014;林吉焱等,2020;Lüetal.,2013,2015,2021;Linetal.,2021;Zhangetal.,2021a,b)。然而，由于江南造山帶地域的標(biāo)志層位相對缺少，變形程度普遍較強(qiáng)而變質(zhì)程度普遍較低(薛懷民等,2010,2012)，對江南造山帶的組成、結(jié)構(gòu)以及造山作用過程的認(rèn)識目前仍不清晰。

近幾十年來，國內(nèi)學(xué)者使用不同的地球物理探測方法在華南大陸開展了系列深部探測研究，如深反射地震(Dongetal.,2015,2020;Gaoetal.,2016;Lüetal.,2013,2015,2021)、人工源寬角反射/折射地震(鄧陽凡等,2011;徐濤等,2014;蔡輝騰等,2016;林吉焱等,2020;Zhangetal.,2005,2013b;Linetal.,2021)、遠(yuǎn)震層析成像(Jiangetal.,2021;Zhaoetal.,2012;Xuetal.,2022)、接收函數(shù)(趙延娜等,2015;于大勇等,2016;韓如冰等,2019;張永謙等,2019;Guoetal.,2019;Heetal.,2013;Huangetal.,2015;Lietal.,2013,2014,2021;Songetal.,2017;Weietal.,2016;Yeetal.,2019;Zhangetal.,2021a,b)、面波與背景噪聲成像(Shenetal.,2016;Wangetal.,2017;Lietal.,2018;Zhouetal.,2012)以及重磁位場研究(郭良輝等,2016;Guo and Gao,2018;Yanetal.,2021)等。這些成果為深化認(rèn)識和理解華南大陸的深部構(gòu)造與動力學(xué)過程起到了積極的促進(jìn)作用。但針對性研究江南造山帶深部結(jié)構(gòu)的工作仍然有待進(jìn)一步加強(qiáng)。為了更好地理解華南陸內(nèi)成礦系統(tǒng)的深部構(gòu)造背景和動力學(xué)機(jī)制，在國家科技重點(diǎn)研發(fā)計劃“深地資源勘查開采”專項“華南陸內(nèi)成礦系統(tǒng)的深部過程與物質(zhì)響應(yīng)”項目支持下，研究團(tuán)隊在華南大陸，主要是華夏塊體和江南造山帶地區(qū)開展了廣泛的綜合地球物理探測，包括人工源寬角反射/折射地震(林吉焱等,2020;Linetal.,2021)、近垂直深反射地震(呂慶田,2021(1)呂慶田.2021.國家科技重點(diǎn)研發(fā)計劃“深地資源勘查開采”專項項目“華南陸內(nèi)成礦系統(tǒng)的深部過程與物質(zhì)響應(yīng)”項目結(jié)題報告)、大地電磁測深(Xuetal.,2019;Zhangetal.,2020)和寬頻帶地震流動臺站觀測(Zhangetal.,2021a,b;Xuetal.,2022)等。主要目標(biāo)是揭示巖石圈三維結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成，陸塊結(jié)構(gòu)與圈層相互作用，以及關(guān)鍵構(gòu)造單元的地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)和深部過程、塊體邊界與構(gòu)造屬性。本文利用該項目中所布設(shè)的穿越華夏塊體西部和江南造山帶中段的線性寬頻帶地震臺陣數(shù)據(jù)，利用遠(yuǎn)震P波接收函數(shù)方法揭示了該區(qū)的地殼厚度、Vp/Vs分布和殼內(nèi)變形特征，以期為進(jìn)一步深化認(rèn)識該區(qū)地殼的演化過程與深部成礦機(jī)制和動力學(xué)背景提供進(jìn)一步的約束與參考。

1 數(shù)據(jù)采集與接收函數(shù)提取

1.1 寬頻帶流動地震臺站數(shù)據(jù)采集

本研究所用的寬頻帶流動地震臺站測線東南端起至江西省廣昌縣北部，西北端至湖南省瀏陽市北部(以下簡稱廣昌-瀏陽剖面)，是“華南陸內(nèi)成礦系統(tǒng)的深部過程與物質(zhì)響應(yīng)”項目所布設(shè)的福建莆田-湖南瀏陽剖面的北段部分。廣昌-瀏陽剖面全長320km，涉及華夏塊體的西部和江南造山帶的中段部分，并跨越了江紹斷裂和贛江斷裂兩條主要斷裂帶(圖2)。我們按照10km的平均點(diǎn)距布設(shè)了32個寬頻地震流動觀測臺站(圖2和表1)，采用2種型號寬頻帶地震儀進(jìn)行觀測，分別為英國Guralp公司生產(chǎn)的CMG-3TDE地震儀(頻帶范圍120s～100Hz)和CMG-3ESPCD地震儀(頻帶范圍60s～100Hz)。

表1 廣昌-瀏陽剖面寬頻帶地震臺站下方的地殼厚度、波速比和泊松比值

1.2 接收函數(shù)提取與質(zhì)量控制

接收函數(shù)方法基于“等效震源”假設(shè)(Langston,1979)，利用寬頻帶地震記錄中的垂向分量來近似代替變化復(fù)雜的震源子波波形，通過與地震記錄中的水平分量進(jìn)行反褶積運(yùn)算來消除震源影響。從遠(yuǎn)震三分量波形記錄中分離出轉(zhuǎn)換波信息，得到僅與臺站下方介質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)的時間序列，進(jìn)而獲得接收介質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息(Langston,1979)，被證實(shí)是利用遠(yuǎn)震體波波形數(shù)據(jù)研究地殼與上地幔速度結(jié)構(gòu)的有效途徑。

為了提取到優(yōu)質(zhì)的接收函數(shù)并獲得可靠的地殼厚度與Vp/Vs信息，我們采用了如下數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量控制流程：(1)根據(jù)臺站和地震事件位置，挑選出震中距在30°～90°范圍，且震級大于Ms5.0級的地震事件(圖2)；(2)以IASP91模型為基礎(chǔ)計算事件到臺站的初至P波到時，并進(jìn)行波形截取，截取長度為相對于初至P波到時的-20～80s范圍；(3)對波形進(jìn)行常規(guī)預(yù)處理(去均值、去線性趨勢、尖滅等)和帶通濾波，濾波范圍為0.03～5Hz；(4)進(jìn)行原始記錄分量的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)，將波形記錄由原始的Z、N、E坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到Z、R、T坐標(biāo)系；(5)利用時間域迭代反褶積方法(Ammon,1991)提取接收函數(shù)，其中高斯系數(shù)選為2.5，大約對應(yīng)1Hz的截止頻率；(6)針對單個臺站，對所有接收函數(shù)做動校正以消除不同震中距、方位角的影響后，將其中波形明顯畸變的、或Ps震相到時與其他結(jié)果差異較大的接收函數(shù)進(jìn)行剔除。經(jīng)過以上處理和質(zhì)量控制篩選之后，最終保留的接收函數(shù)波形均無明顯畸變、Moho面轉(zhuǎn)換波Ps清晰、后續(xù)的PpPs和PsPs+PpSs震相可辨，如圖3所示，可以用于后續(xù)H-κ掃描和共轉(zhuǎn)換點(diǎn)(CCP)疊加成像研究。

2 地殼結(jié)構(gòu)的CCP成像

共轉(zhuǎn)換點(diǎn)(CCP)疊加成像(Zhu,2000)可以利用地震波運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)理論把接收函數(shù)波形中所包含的在殼、幔速度間斷面處所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換波震相信息從時間域變換到發(fā)生震相轉(zhuǎn)換的速度間斷面深度，從而便于直觀地對地殼、上地幔中速度間斷面的深度與形態(tài)進(jìn)行討論。該方法將每條接收函數(shù)轉(zhuǎn)換波震相的振幅沿著射線的傳播路徑反投影到殼、幔內(nèi)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的位置，并利用設(shè)置好的疊加箱對轉(zhuǎn)換點(diǎn)處的振幅值進(jìn)行疊加以清晰地得到間斷面的形態(tài)特征。CCP疊加成像技術(shù)的處理過程主要分為兩個步驟：反向投影和疊加。具體步驟如下：首先，利用全球一維速度模型(例如IASP91模型或AK135模型)并結(jié)合研究區(qū)的精細(xì)速度模型計算射線路經(jīng)；然后，利用接收函數(shù)序列上每一時刻與直達(dá)P波到時的時間延遲，將該時刻對應(yīng)的振幅值歸位到相應(yīng)的射線路徑上，從而得到射線路徑上任意點(diǎn)處的振幅值分布，而振幅值則代表了該點(diǎn)處轉(zhuǎn)換震相的能量強(qiáng)弱。為了增強(qiáng)間斷面所產(chǎn)生的有效信號，減弱和消除隨機(jī)噪聲的干擾以得到速度間斷面的良好成像結(jié)果，需設(shè)定一個大小合適的疊加箱并將疊加箱內(nèi)所有點(diǎn)的振幅值進(jìn)行疊加。在CCP疊加成像結(jié)果中，正振幅表示速度向下增加的界面，而負(fù)振幅表示速度向下減小的界面。

本研究中廣昌-瀏陽剖面轄區(qū)的CCP疊加成像結(jié)果不僅對Moho界面的Ps轉(zhuǎn)換波進(jìn)行了良好歸位，清晰展示了Moho界面的空間展布特征，同時也呈現(xiàn)了地殼內(nèi)部的界面起伏形態(tài)。由圖4可見，在廣昌-瀏陽剖面廊帶的地殼內(nèi)部存在一明顯的正極性界面，該界面深度在15～20km之間，盡管并不完全連續(xù)，但振幅較強(qiáng)，形態(tài)清晰可辨，與寬角反射/折射地震測深P波速度結(jié)構(gòu)(Linetal.,2021)中的6.1～6.2km/s速度變化界面位置相當(dāng)。同時，CCP疊加圖像中的Moho界面轉(zhuǎn)換波Ps能量清晰，較好地反映了Moho界面的起伏形態(tài)，且與H-κ掃描和人工源寬角反射/折射地震測深(WARR)方法所得到的地殼厚度結(jié)果一致程度高，進(jìn)一步證明結(jié)果的可靠性。

3 地殼厚度與Vp/Vs分布特征

Moho界面作為地殼與巖石圈之間的一級速度間斷面，其性質(zhì)、形態(tài)、以及兩側(cè)的物性特征均是大陸地殼演化歷史和深層動力學(xué)過程在結(jié)構(gòu)與形態(tài)上的體現(xiàn)。地殼厚度是不同塊體之間碰撞、匯聚擠壓、伸展拉張等演化過程的產(chǎn)物，同時也為全球板塊構(gòu)造以及區(qū)域塊體類型的劃分提供了重要參考(馬學(xué)英,2017;Jietal.,2009,2016)。地殼厚度在不同構(gòu)造單元之間所表現(xiàn)出的差異反映了區(qū)域深部結(jié)構(gòu)及其地球動力學(xué)成因的復(fù)雜性。Vp/Vs是表征地球巖石物質(zhì)成分和彈性力學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)，在巖石力學(xué)中，有相當(dāng)一部分參數(shù)的測量需要以泊松比的測量或估計為先驗(yàn)條件。目前，測量Vp/Vs已成為研究地球內(nèi)部巖石組成、礦物成分的組合方式及物理狀態(tài)的常規(guī)方法之一(Holbrooketal.,1988;Jietal.,2009,2016;Zandt and Ammon,1995;Christensen,1996)。為此，針對Moho界面和地殼Vp/Vs分布特征的研究一直是地球科學(xué)界研究的重點(diǎn)之一，通過地球物理方法探測研究區(qū)Moho界面的起伏形態(tài)與地殼Vp/Vs分布特征，則可對研究區(qū)深部地殼的巖漿活動及成礦過程提供進(jìn)一步約束和探討。

為了獲得定量的地殼厚度和Vp/Vs信息，我們用H-κ掃描方法(Zhu and Kanamor,2000)對提取到的接收函數(shù)進(jìn)行處理。在H-κ掃描計算中，我們采用同剖面人工源寬角反射/折射地震測深(Linetal.,2021)所獲得的地殼平均P波速度6.3km/s作為背景速度模型，以取得更為可信的掃描結(jié)果，采用0.7、0.2、0.1作為Ps、PpPs和PsPs+PpSs三個震相的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行疊加，并最終取H-κ平面中的振幅極大值點(diǎn)作為最終所得的地殼厚度和平均Vp/Vs值。圖5所示為廣昌-瀏陽剖面東端A040臺站不同震相的H-κ掃描結(jié)果，從中可以看出Ps、PpPs和PpSs+PsPs三個震相的能量均較為集中，H與κ變化趨勢呈負(fù)相關(guān)分布，且各個震相能量譜包絡(luò)斜率有別，適宜于有效定位H與κ能量譜平面的極值點(diǎn)位置。圖6為對廣昌-瀏陽剖面中偶數(shù)點(diǎn)號臺站接收函數(shù)的H-κ掃描結(jié)果，從中可以看出H-κ平面的振幅能量較為集中，掃描結(jié)果收斂性好，未出現(xiàn)多極值情況，最佳估計點(diǎn)位于疊加能量譜單峰處，結(jié)果可信度高。

在對每一個臺站的接收函數(shù)進(jìn)行H-κ掃描之后，將所得結(jié)果匯總即得到沿廣昌-瀏陽剖面轄區(qū)的地殼厚度和平均Vp/Vs的二維分布情況(圖7、表1)。綜合對比廣昌-瀏陽剖面廊帶寬頻帶地震接收函數(shù)CCP疊加成像(圖4b)、人工源寬角反射/折射地震測深(圖4c)和H-κ掃描(圖7b)結(jié)果可見，三者所得到的地殼厚度較為一致。均顯示廣昌-瀏陽剖面廊帶轄區(qū)的地殼厚度在29～35km之間呈穹窿狀展布特征，平均地殼厚度約為31km左右。這個厚度與華夏塊體內(nèi)部和華北克拉通東部相當(dāng)(Zhangetal.,2021a,b)，但小于華北克拉通中部和西部塊體(Weietal.,2016)，也小于全球大陸地殼的平均值(～42km,Christensen and Mooney,1995)。在江南造山帶和華夏塊體西部這種較薄的地殼應(yīng)與晚中生代以來華南大陸巖石圈的整體減薄相關(guān)。

H-κ掃描結(jié)果也提供了對每個臺站下方地殼平均Vp/Vs變化特征的定量估計?？傮w而言，廣昌-瀏陽剖面轄區(qū)的地殼平均Vp/Vs在1.64～1.83之間呈波浪狀起伏變化，平均值為1.72左右，亦小于全球大陸的平均值(～1.768,Christensen and Mooney,1995)，指示該區(qū)的地殼巖石在整體上更偏長英質(zhì)。而在本剖面內(nèi)部，華夏塊體部分的Vp/Vs為1.73，略高于江南造山帶地域的1.70?？傮w而言，本剖面轄區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出薄地殼、低波速比的特征。

4 討論

4.1 江南造山帶與華夏塊體的地殼整體減薄

地殼速度結(jié)構(gòu)與Vp/Vs特征是地球在漫長的地質(zhì)演化過程中所遺留下來的地震學(xué)痕跡，可借此反推其演化過程的動力學(xué)機(jī)制和變形過程(Shuetal.,2009;Wongetal.,2011;Lüetal.,2013,2015,2021)。廣昌-瀏陽剖面轄區(qū)相對于全球大陸其它地區(qū)在整體上呈現(xiàn)為薄地殼、低波速比的特征，與其它已有的地球物理探測結(jié)果較為一致(鄧陽凡等,2011;蔡輝騰等,2016;林吉焱等,2020;檀玉娟等,2021;Zhangetal.,2005,2013,2021a;Dengetal.,2019;Yeetal.,2019;Dongetal.,2020；Linetal.,2021)。且剖面轄區(qū)的地殼大致呈現(xiàn)穹窿的形態(tài)，Moho界面在該穹窿核部(大致為江紹斷裂和贛江斷裂之間)可淺至29km左右，而向兩側(cè)則逐漸加深至35km左右。從江南造山帶與華夏塊體鄰區(qū)的區(qū)域地殼厚度(圖8a)來看，Moho界面的隆起基本上沿著江紹斷裂和贛江斷裂一帶分布，并形成一個Moho界面局部隆起條帶。該區(qū)的地殼厚度和地形高度呈現(xiàn)較好對應(yīng)特征，在海拔較低處的盆地地區(qū)地殼相對較薄，而在高海拔的山地地區(qū)的地殼則相應(yīng)較厚，鏡像關(guān)系明顯。Guoetal.(2019)在研究華南地區(qū)的地殼均衡程度時曾指出揚(yáng)子塊體的理論均衡地殼厚度要小于實(shí)際地殼厚度，而華夏塊體和江南造山帶地區(qū)的理論均衡地殼厚度則大于實(shí)際地殼厚度。我們基于Airy地殼均衡模型計算了廣昌-瀏陽剖面沿線的理論均衡地殼厚度并與實(shí)際地殼厚度進(jìn)行對比(圖7b)，所得結(jié)果與Guoetal.(2019)的計算基本一致，但在本剖面轄區(qū)的理論均衡地殼厚度與實(shí)際地殼厚度相差較小，基本處于誤差范圍內(nèi)，可以據(jù)此認(rèn)為該區(qū)的地殼均衡程度相對較好。事實(shí)上，在江南造山帶地區(qū)確少有強(qiáng)烈地震發(fā)生，地殼活動性較弱，均衡穩(wěn)定性較好。江南造山帶中段地區(qū)的地殼Vp/Vs值整體較低，局限于兩側(cè)邊界(北側(cè)九江-石臺隱伏斷裂、南側(cè)江紹斷裂和郴州-臨武斷裂)之間，形成一明顯的低波速比條帶(圖8b)。一般而言，組成中上地殼的巖石成分以長英質(zhì)巖石為主，Vp/Vs值較低，而組成下地殼的巖石成分以鐵鎂質(zhì)為主，Vp/Vs值較高。鐵鎂質(zhì)下地殼的伸展減薄(Lüetal.,2013,2015,2021)以及逆沖作用所造成的長英質(zhì)上地殼的增厚(Dongetal.,2015;Guo and Gao,2018)均會導(dǎo)致地殼整體波速比的降低(Jietal.,2009,2016;Guoetal.,2019)。根據(jù)地球化學(xué)和年代學(xué)研究，華南大陸在中生代以前應(yīng)以厚地殼(>45km)和厚巖石圈(ca.110～230km)為主(Zhangetal.,2001;Zhengetal.,2015;Zhuetal.,2017)，也就是說現(xiàn)今地殼相對于曾經(jīng)至少減少了～15km。同測線的人工源寬角反射/折射地震測深所得速度結(jié)構(gòu)(圖4c,Linetal.,2021)顯示該區(qū)下地殼P波速度由6.2km/s逐漸加深至地殼底部的6.6km/s，遠(yuǎn)小于全球大陸平均下地殼速度值，為下地殼厚度減薄和鐵鎂質(zhì)成分減少提供了進(jìn)一步支持。而南華裂谷帶的沉積作用所造成的上地殼長英質(zhì)含量增加也會進(jìn)一步降低地殼整體波速比(Shuetal.,2009;Guo and Gao,2018)。盡管江南造山帶形成于新元古時期，但后期經(jīng)歷了強(qiáng)烈改造，地球物理觀測到的幾何結(jié)構(gòu)與物性特征主要為改造后的地殼形態(tài)。在江南造山帶地域觀測到的地殼厚度和Vp/Vs特征應(yīng)為該區(qū)長期演化過程的復(fù)雜動力學(xué)過程所引起。

4.2 殼內(nèi)變形特征與主要斷裂

廣昌-瀏陽剖面轄區(qū)的CCP疊加圖像顯示了在25～20km深度范圍內(nèi)存在一明顯的正極性振幅界面(圖4b)。該界面在江紹斷裂以東(華夏塊體)相對較為連續(xù)平緩且略微向南東方向下傾形態(tài)。從其埋藏深度和范圍來看，與同一測線人工源寬角反射/折射地震測深所得界面(Linetal.,2021)一致性好(圖4c)，與本剖面向東南延的西華夏塊體殼內(nèi)變形特征(Zhangetal.,2021b)亦具有較好的繼承性。在華夏塊體開展的深反射地震探測揭示了華夏塊體西部的殼內(nèi)結(jié)構(gòu)以近水平層狀反射特征為主，并將其解釋為元古代基底在地殼縮短作用下產(chǎn)生的中下地殼縮短變形(Dongetal.,2020)。而在政和-大浦?jǐn)嗔岩詵|的東華夏地區(qū)，接收函數(shù)CCP疊加圖像呈現(xiàn)出明顯有異于本剖面的變形特征(Zhangetal.,2021b)，其殼內(nèi)界面傾斜角度增大，深部殼幔作用與巖漿活動更為強(qiáng)烈，受古太平洋板塊俯沖與回撤作用影響顯著。這種差異變形特征說明在江南造山帶，其殼內(nèi)結(jié)構(gòu)并未直接受到古太平洋板塊俯沖作用的影響，但俯沖作用的遠(yuǎn)程力效應(yīng)或?qū)υ搮^(qū)的地殼演化和成礦作用有間接影響。

在江紹斷裂西側(cè)至宜豐-景德鎮(zhèn)斷裂附近的江南造山帶中段地域，地殼內(nèi)部未見明顯轉(zhuǎn)換波振幅界面，呈近似“透明”狀特征。跨過宜豐-景德鎮(zhèn)斷裂繼續(xù)向西，殼內(nèi)恢復(fù)出現(xiàn)正極性界面。從地表地層出露情況(圖1)來看，在宜豐-景德鎮(zhèn)斷裂以西出露為新元古代地層，而以東則主要為晚古生代以來地層，與深部結(jié)構(gòu)似乎相對應(yīng)。近垂直深反射地震研究結(jié)果亦顯示在江南造山帶偏南東側(cè)部分地殼反射不明顯，而西部雪峰山下方呈現(xiàn)出褶皺和逆沖疊瓦狀的復(fù)雜結(jié)構(gòu)(Dongetal.,2015)。鑒于接收函數(shù)CCP疊加圖像的分辨能力所限且本剖面并未完全跨越江南造山帶，在江南造山帶內(nèi)部這種地殼差異變形機(jī)制及其和淺表地質(zhì)響應(yīng)的關(guān)系有待在結(jié)合更多高精度地球物理探測和綜合地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入探討。

江紹斷裂作為揚(yáng)子塊體和華夏塊體之間的一級邊界斷裂，其性質(zhì)、規(guī)模目前已被廣泛共識。從本研究CCP疊加成像結(jié)果來看，在其兩側(cè)地殼內(nèi)部存在差異特征，但在其正下方兩側(cè)的Moho界面并不存在明顯突變。Yeetal.(2019)在華夏塊體北東段和下?lián)P子地區(qū)的接收函數(shù)研究中也注意到了類似的現(xiàn)象。一種解釋可能是江紹斷裂向地殼深部呈一定角度延伸，導(dǎo)致在Moho界面處的錯段并不在其地表斷層面的正下方，或是其以走滑為主而在垂向錯段較小。Zhangetal.(2013)通過人工源寬角反射/折射探測研究認(rèn)為郴州-臨武斷裂帶是江紹斷裂的南延，并指出該斷裂傾向南東且自淺部到深部的傾角由22°南逐漸變化為17°。另一種解釋則是江紹斷裂作為一條古老斷裂帶，其深部結(jié)構(gòu)已被華南大陸隨后多期次的擠壓和伸展過程所改造，其形成初期的痕跡已較為微弱。而在江紹斷裂東側(cè)的贛江斷裂帶下方，Moho界面錯段明顯，東側(cè)Moho面較淺而西側(cè)較深。這種差異也體現(xiàn)在Vp/Vs分布特征上，贛江斷裂東側(cè)的Vp/Vs值更高，而西側(cè)明顯降低(圖7c)。從巖石學(xué)角度來看，贛江斷裂還被認(rèn)為是一條區(qū)域規(guī)模的晚中生代火山巖分布界線，在其東側(cè)主要為弱過鋁花崗質(zhì)火山-侵入雜巖區(qū)，而其以西則主要為強(qiáng)過鋁型花崗巖區(qū)(徐鳴潔和舒良樹,2001;Shuetal.,2009)。這些特征表明贛江斷裂是一個地殼尺度的深大斷裂帶，在今后對該區(qū)地殼演化和巖漿作用研究中應(yīng)加以關(guān)注。

4.3 動力學(xué)與成礦作用啟示

在江南造山帶及其鄰域形成了著名的欽杭成礦帶，該帶在新元古代碰撞形成以后，在中侏羅世時期再次活化，于表殼顯示出一種先擠壓后伸展的環(huán)境。按照成礦時代來劃分，其礦床類型可分為元古代海底噴流型銅鋅礦床，以及與中生代中酸性和酸性花崗巖類有關(guān)的銅多金屬礦床和鎢錫多金屬礦床(毛景文等,2007,2011)，而加里東期則是江南造山帶金成礦的一個主要時期(楊光治和顧尚義,2013)。古老的地殼和巖石圈結(jié)構(gòu)與性質(zhì)經(jīng)過后期構(gòu)造演化的不斷破壞與改造，使得對其恢復(fù)與認(rèn)識的難度大大增加(Shietal.,2013)。在本文研究的江南造山帶中段地域，欽杭成礦帶的范圍主要在宜豐-景德鎮(zhèn)斷裂以東地域，其礦床類型主要包括與晉寧期島弧火山作用有關(guān)的同生礦床、與殼源型或殼?；煸葱?中)酸性巖有關(guān)的銅金多金屬礦床。結(jié)合本研究結(jié)果，在江南造山帶中段的東部(宜豐-景德鎮(zhèn)斷裂以東)Moho界面呈明顯上隆，暗示在該區(qū)的深部殼幔物質(zhì)作用強(qiáng)烈。這種“幔隆構(gòu)造”特征與長江中下游成礦帶下方的地殼結(jié)構(gòu)(Lüetal.,2013,2015;Shietal.,2013)具有很強(qiáng)相似性，而在江南造山帶地區(qū)開展的巖石地球化學(xué)研究表明該區(qū)巖石具有埃達(dá)克巖性質(zhì)，且多為高鉀鈣堿性，指示地幔物質(zhì)在其中發(fā)揮了重要作用(王強(qiáng)等,2001,2002;許繼峰等,2001;Xuetal.,2002)。晚中生代以來華南大陸大規(guī)模的伸展作用促使來源于軟流圈地幔的熱物質(zhì)在伸展背景下上涌，對巖石圈和地殼底部進(jìn)行加熱、弱化。這種軟流圈物質(zhì)上涌和熱侵蝕作用可能并不局限于對巖石圈地幔的改造，而是會進(jìn)一步導(dǎo)致古老下地殼中的基性或超基性成分在一定程度上被侵蝕(Thybo and Artemieva,2013)。而構(gòu)造和沉積作用則使得地殼淺部長英質(zhì)成分含量增加(Shuetal.,2009;Guo and Gao,2018)，進(jìn)而導(dǎo)致Vp/Vs進(jìn)一步降低。來源于深部的含礦巖漿熱液在區(qū)域伸展體制下向上運(yùn)移，而江紹斷裂和贛江斷裂等大型斷裂及伴生的次級斷裂為含礦流體的向上運(yùn)移提供了良好的通道和場所，并決定了巖漿在地殼中分異、上升與侵位的形態(tài)，為成礦物質(zhì)在淺部就位提供了良好的成礦環(huán)境(Lüetal.,2013,2015,2021)。

5 結(jié)論

我們利用廣昌-瀏陽寬頻帶流動地震剖面數(shù)據(jù)開展遠(yuǎn)震P波接收函數(shù)研究，獲得了剖面轄區(qū)的地殼厚度和地殼平均Vp/Vs分布，揭示了地殼內(nèi)部界面的變形特征，并在此基礎(chǔ)上對該區(qū)的深部動力學(xué)過程和成礦作用進(jìn)行了探討。

(1)廣昌-瀏陽寬頻帶流動地震剖面下方Moho面深度在29～35km之間變化，呈近穹窿狀分布，平均Moho界面深度為31km左右，低于全球大陸地殼平均值，且與地形高程在整體上呈鏡像相關(guān)，均衡程度較好；

(2)廣昌-瀏陽寬頻帶流動地震剖面沿線地殼Vp/Vs在1.64～1.83之間呈波浪狀起伏變化，平均值為1.72左右，且華夏塊體略高于江南造山帶地域；

(3)贛江斷裂下方兩側(cè)的地殼厚度和Vp/Vs均差異明顯，表明贛江斷裂是一處地殼尺度的深大斷裂；

(4)古太平洋板塊俯沖作用并不直接造成江南造山帶的地殼變形，但俯沖作用的遠(yuǎn)程力效應(yīng)或?qū)υ搮^(qū)的地殼演化有間接影響；晚中生代以來華南大陸區(qū)域性伸展作用是促使該區(qū)深部含礦物質(zhì)上涌并成礦的驅(qū)動力源。

致謝感謝參與本剖面地震數(shù)據(jù)野外采集工作的所有同志們！本工作得到了史大年研究員的指導(dǎo)和幫助，中國地質(zhì)大學(xué)(北京)郭良輝教授、中國地震臺網(wǎng)中心張雪梅研究員、審稿專家和編輯部為本文提出了寶貴意見，在此一并致以衷心感謝！