薛 帥, 盧占武, 梁宏達(dá), 李文輝, 王海燕

1)自然資源部深地動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室, 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 北京 100037;2)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所, 河北 廊坊 065000

新生代印度-歐亞大陸的碰撞匯聚, 形成了規(guī)模宏大的青藏高原, 它南起喜馬拉雅山脈南緣, 北至阿爾金和祁連山北緣, 西臨帕米爾高原和喀喇昆侖山脈, 東接四川盆地(Yin and Harrison, 2000;Tapponnier et al., 2001; Zhu et al., 2013; 許志琴等,2013; 吳福元等, 2020; 侯增謙等, 2021; 朱日祥等,2022)。青藏高原自南向北依次可分為喜馬拉雅地塊、拉薩地塊、羌塘地塊、松潘—甘孜地塊、昆侖—柴達(dá)木地塊和祁連地塊, 分別以雅魯藏布江縫合帶、班公湖—怒江縫合帶(BNS)、金沙江縫合帶和多個(gè)大型斷裂為界(Yin and Harrison, 2000; Tapponnier et al., 2001; Zhu et al., 2013; 曾慶高等, 2020)。其中, 班公湖—怒江縫合帶位于青藏高原中部, 作為青藏高原羌塘地塊和拉薩地塊拼接的板塊縫合帶,它西起班公湖, 向東沿改則、班戈和安多, 然后在丁青向南轉(zhuǎn)向怒江, 全長(zhǎng)超過 2000 km, 普遍研究認(rèn)為是中生代中晚期新特提斯洋北支消減閉合的遺跡(Armijo et al., 1989; Yin and Harrison, 2000; 潘桂棠等, 2004, 2006; Guynn et al., 2006; Zhu et al., 2013,2016; 唐躍等, 2019; 曹勇等, 2019; 曾慶高等, 2020;吳福元等, 2020; 朱日祥等, 2022)。對(duì)班公湖—怒江縫合帶開展了較多研究, 但對(duì)于班公湖—怒江洋(班怒洋)成因、時(shí)代和演化模式等方面還存在較大爭(zhēng)議(吳福元等, 2020; 徐向珍等, 2021; 朱日祥等,2022), 尤其對(duì)于俯沖極性, 一些學(xué)者研究認(rèn)為班怒洋一直向北俯沖至羌塘地塊之下(Yin and Harrison,2000; Kapp et al., 2003; Guynn et al., 2006), 部分學(xué)者認(rèn)為班公湖—怒江洋南向俯沖至拉薩地塊之下(Shi et al., 2004; 潘桂棠等, 2004, 2006; 朱弟成等,2006), 還有部分學(xué)者認(rèn)為它是向南向北雙向俯沖(Zhu et al., 2011, 2016; 王偉等, 2020)。同時(shí), 在班公湖—怒江縫合帶北部存在另一條龍木錯(cuò)—雙湖縫合帶, 分割了北側(cè)的北羌塘和南側(cè)的南羌塘地塊,研究認(rèn)為其記錄了古特提斯洋俯沖閉合的證據(jù)(李才等, 2006; 李才, 2008; 翟慶國(guó)等, 2009; Zhai et al.,2011; 許志琴等, 2013)。

自中新世以來, 青藏高原構(gòu)造機(jī)制發(fā)生轉(zhuǎn)變,由南北向擠壓向東西向伸展轉(zhuǎn)變, 發(fā)育不同方向和規(guī)模的伸展構(gòu)造, 形成一系列裂谷、走滑斷裂和正斷層(Armijo et al., 1989; Yin and Harrison, 2000; Yin,2000; 吳珍漢等, 2002; 丁林等, 2006; Xue et al.,2021; 侯增謙等, 2021)。其中, 位于高原中部的共軛走滑斷層在運(yùn)動(dòng)學(xué)上與N-S向裂谷相連, 被認(rèn)為是高原內(nèi)部最年輕的構(gòu)造變形, 共同吸收并調(diào)節(jié)了高原中部晚新生代以來的南北向擠壓和東西向伸展作用(Yin, 2000; Taylor et al., 2003; 丁林等, 2006;Kapp et al., 2008)。目前, 在青藏高原中部開展了較多的地球物理觀測(cè)工作, 天然地震數(shù)據(jù)和深反射地震剖面顯示, 北拉薩地殼厚度為～68～75 km, 羌塘地塊為～58～69 km, 兩個(gè)塊體在班公湖—怒江縫合帶附近存在～5～10 km 的 Moho錯(cuò)斷(Owens and Zandt, 1997; 王椿鏞等, 2008; 徐強(qiáng)等, 2010; Gao et al., 2013; Lu et al., 2013)。同時(shí), 寬頻帶地震數(shù)據(jù)和大地電磁結(jié)果顯示拉薩地塊和羌塘地塊中下地殼存在S波低速異常、地殼高波速比和低阻異常(Wei et al., 2001; Unsworth et al., 2004, 2005; Solon et al.,2005; 王椿鏞等, 2008; Rippe and Unsworth, 2010;徐強(qiáng)等, 2010; Zeng et al., 2015; Liang et al., 2018;金勝等, 2019; 嚴(yán)江勇等, 2019; Dong et al., 2020;Xue et al., 2021; 牛瀟等, 2021; 薛帥等, 2022)。

大地電磁法作為重要的深部地球物理探測(cè)方法, 對(duì)深部流體(含鹽流體、部分熔融等)比較敏感,在青藏高原及其周緣的深部探測(cè)研究中取得了大量成果(Wei et al., 2001; Unsworth et al., 2004, 2005;Bai et al., 2010; Zeng et al., 2015; Liang et al., 2018;金勝等, 2019; Dong et al., 2020; Xue et al., 2021; 薛帥等, 2022)。因此, 為了研究班公湖—怒江縫合帶深部結(jié)構(gòu)特征, 本文在縫合帶中段開展了大地電磁深部探測(cè)工作, 通過處理和分析大地電磁測(cè)深曲線和相位張量以及開展三維大地電磁反演計(jì)算, 獲得班公湖—怒江縫合帶兩側(cè)的深部電性結(jié)構(gòu), 結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)資料, 討論了研究區(qū)深部電性結(jié)構(gòu)的構(gòu)造意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

本文研究區(qū)位于青藏高原中部的班公湖—怒江縫合帶中段, 大地電磁測(cè)線自色林錯(cuò)東側(cè)起, 穿過班公湖—怒江縫合帶, 至雙湖縣內(nèi)(圖1)。班公湖—怒江縫合帶作為南部拉薩地塊和北部羌塘地塊的重要分界線, 主要由蛇綠巖、復(fù)理石沉積和俯沖雜巖組成, 且沿線及兩側(cè)廣泛分布白堊紀(jì)巖漿巖, 記錄了班公湖—怒江特提斯洋俯沖至閉合以及拉薩地塊和羌塘地塊碰撞過程(Yin and Harrison, 2000; Zhu et al., 2013, 2016; 吳福元等, 2020; 唐躍等, 2019;劉飛等, 2020; 曾慶高等, 2020; 王偉等, 2021)。其中, 班公湖—怒江縫合帶中段的構(gòu)造演化最為復(fù)雜,也稱藏北湖區(qū), 是整條縫合帶內(nèi)最寬廣, 也是蛇綠巖出露范圍最廣的地區(qū)(圖 1), 自南向北呈面狀分布不同的分支縫合帶(如東巧—安多、北拉—拉弄和永珠—納木錯(cuò)), 代表了該區(qū)域不同分支洋盆和小洋盆閉合的遺跡(Zhu et al., 2011, 2013; 唐躍等,2019; 劉飛等, 2020; 曾慶高等, 2020)。

圖1 青藏高原中部地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖和大地電磁測(cè)點(diǎn)位置Fig. 1 Topographic and tectonic map of Tibetan Plateau,and the locations of MT stations in this study

班公湖—怒江縫合帶以南的拉薩地塊是一條巨型構(gòu)造-巖漿巖帶, 廣泛分布著中生代巖漿巖, 內(nèi)部東西向斷裂和次一級(jí)地質(zhì)構(gòu)造明顯發(fā)育(Yin and Harrison, 2000; 潘桂棠等, 2006; 趙志丹等, 2006;莫宣學(xué)等, 2006; 朱弟成等, 2006, 2008; 紀(jì)偉強(qiáng)等,2009; Zhu et al., 2013; 莫宣學(xué), 2020)。Zhu et al.(2011)以獅泉河—納木錯(cuò)混雜巖帶(SNMZ)和洛巴堆—米拉山斷裂(LMF)為界, 將拉薩地塊劃分為北岡底斯帶(或北拉薩地塊)、中岡底斯帶和南岡底斯帶。夾持在傳統(tǒng)的班公湖—怒江帶和南側(cè)的獅泉河—納木錯(cuò)帶之間的北岡底斯帶(北拉薩地塊), 是一套由俯沖增生雜巖和不同規(guī)模弧相關(guān)巖漿巖及磨拉石建造構(gòu)成的增生塊體, 顯示出明顯新生的特征(朱弟成等, 2008; Zhu et al., 2011; 莫宣學(xué), 2020; 唐躍等, 2021)。

班公湖—怒江縫合帶以北的羌塘地塊, 內(nèi)部大致以龍木錯(cuò)—雙湖縫合帶為界, 形成“兩坳夾一隆”的構(gòu)造格架, 即南羌塘坳陷(或南羌塘地塊)、中央隆起帶和北羌塘坳陷。研究發(fā)現(xiàn), 南、北羌塘地層沉積建造和古生物組合差別較大, 北羌塘地塊主要發(fā)育泥盆—二疊紀(jì)的砂巖、頁(yè)巖和灰?guī)r, 其中石炭—二疊紀(jì)地層含溫水型華夏植物群, 而南羌塘地塊主要由寒武—志留紀(jì)淺變質(zhì)的灰?guī)r、砂巖和板巖以及石炭—二疊紀(jì)沉積巖夾基性火山巖等兩套地層構(gòu)成,其重要特征是發(fā)育冰川沉積, 并見早二疊世冷水生物群, 南北羌塘碰撞拼合以后, 晚三疊世—新生代沉積巖覆蓋在南北羌塘之上構(gòu)成蓋層(潘桂棠等,2004; 李才等, 2006; 李才, 2008; 翟慶國(guó)等, 2009;Zhai et al., 2011; 許志琴等, 2013; 張以春等, 2019;趙珍等, 2019; 曹勇等, 2019; 吳福元等, 2020)。

2 大地電磁數(shù)據(jù)采集、處理與反演

2.1 數(shù)據(jù)采集與處理

本文沿一條近南北向測(cè)線收集整理和采集了15個(gè)寬頻帶大地電磁測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)(圖 1), 測(cè)線南端起始于北拉薩地塊的色林錯(cuò)東側(cè), 穿過班公湖—怒江縫合帶(BNS)和尼瑪—多瑪左旋走滑斷裂(NDF),北端進(jìn)入南羌塘地塊, 總長(zhǎng)約140 km, 平均點(diǎn)距約10 km。野外大地電磁數(shù)據(jù)分別于2015年和2021年采集完成, 使用加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的 V5-2000系列大地電磁儀器, 每個(gè)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)時(shí)間不小于20 h。

本文采用SSMT2000和MT-Editor軟件對(duì)大地電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻轉(zhuǎn)換、Robust估算(Egbert, 1997)和功率譜挑選等處理, 獲得了大地電磁全阻抗張量響應(yīng)數(shù)據(jù)(Zxx, Zxy, Zyx, Zyy), 頻帶范圍為～320 Hz～2000 s。由于本文研究區(qū)主要位于藏北湖區(qū), 人文和工業(yè)電磁干擾相對(duì)較少, 所以大部分測(cè)點(diǎn)大地電磁數(shù)據(jù)質(zhì)量較好, 圖 2為四個(gè)典型測(cè)點(diǎn)的大地電磁響應(yīng)曲線。測(cè)線南端的測(cè)點(diǎn) S071位于北拉薩地塊, 視電阻率曲線整體表現(xiàn)為隨著周期的增大而逐步減小, 但當(dāng)周期≥～10 s時(shí), yx模式視電阻率先明顯增大然后變小, 該測(cè)點(diǎn)響應(yīng)曲線特征說明測(cè)點(diǎn)下方為低阻結(jié)構(gòu), 但可能中間夾持高阻體。測(cè)線北端的測(cè)點(diǎn)SS08位于南羌塘地塊, xy模式視電阻率隨著周期的增大, 先增大然后減小, 而yx模式視電阻率曲線波動(dòng)較小, 預(yù)示高阻結(jié)構(gòu)下可能分布低阻異常。測(cè)線中部的測(cè)點(diǎn)SS03和SS05位于班公湖—怒江縫合帶和尼瑪—多瑪斷裂附近, 其中測(cè)點(diǎn)SS05靠近多瑪?shù)責(zé)釁^(qū)(圖 1), 與其他測(cè)點(diǎn)相比(如測(cè)點(diǎn) S071和 SS08), 視電阻率曲線波動(dòng)相對(duì)較大,隨著周期的增大, xy模式視電阻率曲線先下降然后抬升再下降, yx模式視電阻率曲線則先緩慢抬升然后再下降, 這種曲線特征可能是由于塊體間縫合帶和斷裂帶引起的結(jié)果。

圖2 典型測(cè)點(diǎn)大地電磁測(cè)深曲線(S071、SS03、SS05和SS08, 測(cè)點(diǎn)位置見圖1)Fig. 2 Typical MT sounding curves along the profile (locations of sites S071, SS03, SS05, and SS08 are illustrated in Fig. 1)

2.2 相位張量分析

大地電磁相位張量分析方法(Caldwell et al.,2004)自被提出后, 由于其不需要事先對(duì)地下電性結(jié)構(gòu)維性作出任何前提假設(shè)等優(yōu)點(diǎn), 被廣泛地應(yīng)用于地下維性和深部電導(dǎo)率變化等分析中(Liang et al.,2018; Dong et al., 2020; Xue et al., 2021; 薛帥等,2022)。大地電磁相位張量常以一系列橢圓來表示,橢圓的長(zhǎng)軸或短軸可用于指示地下電性結(jié)構(gòu)的橫向變化, 橢圓的填充色代表相位張量偏離度β, 當(dāng)|β|值較大時(shí)(如|β|＞3°), 說明深部電性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為三維性(Dong et al., 2020; Xue et al., 2021; 薛帥等, 2022),圖3展示了研究區(qū)域不同周期(～1.0 s、10 s、100 s和1000 s)的大地電磁相位張量。當(dāng)周期為～1.0 s和10 s時(shí)(圖3a和b), 除班公湖—怒江縫合帶附近部分測(cè)點(diǎn), 大部分測(cè)點(diǎn)相位張量|β|值較小, 且橢圓長(zhǎng)軸或短軸方向顯示為近東西向, 說明地下較淺部為相對(duì)簡(jiǎn)單的一維或二維電性結(jié)構(gòu)。當(dāng)周期增大為～100 s時(shí)(圖 3c), 一些測(cè)點(diǎn)相位張量|β|值有所增加。當(dāng)周期為～1000 s時(shí)(圖3d), 雖然較多測(cè)點(diǎn)的相位張量|β|值仍較小, 但較多測(cè)點(diǎn)相位張量橢圓長(zhǎng)軸或短軸方向顯示比較雜亂, 尤其班公湖—怒江縫合帶區(qū)域測(cè)點(diǎn)相位張量, 可能說明深部存在區(qū)域性三維性電性結(jié)構(gòu)。因此, 為了獲得有效可靠的深部電性結(jié)構(gòu), 本文開展了大地電磁三維反演計(jì)算研究。

圖3 研究區(qū)域不同周期大地電磁相位張量(1.0 s、10 s、100 s和 1000 s)Fig. 3 The MT phase tensors in the study area(1.0 s, 10 s, 100 s, and 1000 s)

2.3 三維大地電磁反演

本文采用大地電磁三維反演程序包 ModEM(Egbert and Kelbert, 2012)用于大地電磁數(shù)據(jù)的三維反演計(jì)算, 該算法廣泛應(yīng)用于造山帶大地電磁正反演研究中(Xu et al., 2020; Dong et al., 2020; Xue et al., 2021; 薛帥等, 2022)。在本文三維大地電磁反演中, 每個(gè)測(cè)點(diǎn)有 22個(gè)頻點(diǎn)全阻抗張量響應(yīng)數(shù)據(jù)參與, 等對(duì)數(shù)間隔的分布在周期為0.01～2000 s范圍內(nèi),反演數(shù)據(jù)誤差限設(shè)為|Zxy*Zyx|1/2×5%。三維反演網(wǎng)格模型由長(zhǎng)方體組成, 剖分方式上, 縱向(z)網(wǎng)格首層厚度設(shè)為30 m, 往下各層厚度按照1.2倍數(shù)遞增,直至深度500 km。橫向上(x, y), 在反演模型的中心區(qū)域, 按5 km×5 km網(wǎng)格等間距剖分, 在中心區(qū)域外, 則按照 1.5倍的比例系數(shù)向外擴(kuò)展 10個(gè)網(wǎng)格,共獲得 52(x)×38(y)×51(z)網(wǎng)格。本文的反演初始模型為100 Ω·m均勻半空間, 三個(gè)方向的圓滑參數(shù)均取0.3, 初始正則化因子λ設(shè)為100, 并以10的倍數(shù)遞減。經(jīng)過82次反演迭代, 獲得了三維大地電磁反演結(jié)果, 反演數(shù)據(jù)擬合誤差RMS從14.81降至1.43,大部分測(cè)點(diǎn)擬合誤差 nRMSpreferred_model均表現(xiàn)較小(圖 4), 且三維反演結(jié)果較好的擬合了大地電磁測(cè)深曲線(圖2, 紅色和藍(lán)色實(shí)線)。

圖4 不同測(cè)點(diǎn)的三維反演擬合誤差nRMSpreferred_model以及不同深度靈敏度測(cè)試的測(cè)點(diǎn)擬合誤差分布nRMSfixed_below_10/20/35/50 km (分別替換10 km、20 km、35 km和50 km深度以下電阻率時(shí)的擬合誤差)Fig. 4 Fitting errors of inversion data at different observation sites (nRMSpreferred_model), and fitting errors when replacing resistivity below 10, 20, 35, and 50 km with 100 Ω·m (nRMSfixed_below_10/20/35/50 km)

一般, 大地電磁法可有效約束地下低阻層或高導(dǎo)層頂部, 但對(duì)于高導(dǎo)層的深部延伸則不敏感(Unsworth et al., 2004; Dong et al., 2020; Xue et al.,2021)。為了驗(yàn)證本文反演結(jié)果的可靠性, 我們對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行深度靈敏度測(cè)試, 即將反演結(jié)果中10 km、20 km、35 km、50 km深度以下的電阻率替換為初始模型電阻率 100 Ω·m, 然后計(jì)算不同替換深度下沿測(cè)線分布(不同測(cè)點(diǎn))的擬合誤差nRMSfixed_below_10/20/35/50km。靈敏度測(cè)試結(jié)果(圖4)顯示,當(dāng)替換10 km和20 km以下電阻率為100 Ω·m時(shí),大部分大地電磁測(cè)點(diǎn)表現(xiàn)為明顯增高的擬合誤差nRMSfixed_below_10/20km, 說明本文大地電磁數(shù)據(jù)可有效約束高導(dǎo)體(C1和C2)頂界面。當(dāng)替換35 km深度以下電阻率時(shí), 大地電磁測(cè)點(diǎn)擬合誤差nRMSfixed_below_35km顯著降低, 但大多測(cè)點(diǎn)的擬合誤差仍大于nRMSpreferred_model。而當(dāng)替換深度為50 km時(shí), 大部分測(cè)點(diǎn)的擬合誤差nRMSfixed_below_50km基本和反演結(jié)果一致。因此, 本文大地電磁數(shù)據(jù)有效約束深度應(yīng)≤50 km, 即無(wú)法有效穿透高導(dǎo)異常體(C1和 C2)。

3 三維反演電阻率模型

通過上述大地電磁數(shù)據(jù)處理、分析和三維反演計(jì)算, 獲得了可靠的班公湖—怒江縫合帶中段兩側(cè)區(qū)域的大地電磁三維反演電阻率模型, 圖 5展示了淺表至下地殼的沿南北向測(cè)線大地電磁結(jié)果。在三維大地電磁反演結(jié)果(圖 5)中, 最顯著的電性結(jié)構(gòu)特征是中下地殼存在顯著連續(xù)的低阻高導(dǎo)異常C1+C2。大致以班公湖—怒江縫合帶為界, 中下地殼高導(dǎo)異?？煞譃閮刹糠? 北拉薩地塊的高導(dǎo)異常C1頂界埋深～15 km, 近水平展布, 而縫合帶北側(cè)的南羌塘地塊高導(dǎo)異常C2則以明顯較陡的角度(約30°)北傾, 并在測(cè)線北端逐漸消失。在高導(dǎo)異常(C1和C2)之上, 分布明顯的高阻結(jié)構(gòu)(R1和R2), 高阻結(jié)構(gòu)底部伴隨高導(dǎo)異常(C1和C2)變化而變化, 兩者在班公湖—怒江縫合帶附近區(qū)域被低阻異常LR所隔斷, 低阻異常LR自地表向下延伸, 并與低阻異常C1和C2相連。同時(shí), 在北拉薩地塊地表淺部還分布低阻異常層, 有可能與低阻異常LR相連。

圖5 南北向大地電磁測(cè)線三維反演結(jié)果Fig. 5 N-S cross-section from the preferred 3D inversion result

4 討論

4.1 深部電性結(jié)構(gòu)特征

本文三維大地電磁反演結(jié)果(圖 5)基本符合研究區(qū)的大地電磁測(cè)深曲線特征(圖 2), 如在北拉薩地塊, 淺部存在低阻異常層, 深部發(fā)育中下地殼高導(dǎo)異常層 C1, 中間分布高阻結(jié)構(gòu) R1, 與該區(qū)域的大地電磁響應(yīng)曲線變化特征(如S071, 圖2a)基本一致。在班公湖—怒江縫合帶附近區(qū)域, 北拉薩地塊下方近水平展布的高導(dǎo)異常 C1逐漸向南羌塘地塊下方北傾的高導(dǎo)異常 C2過渡, 并與淺部發(fā)育中-低阻異常區(qū)LR相連, 隔斷了兩個(gè)塊體的上地殼高阻結(jié)構(gòu)(R1和R2), 這種相對(duì)復(fù)雜的電性結(jié)構(gòu)可能說明拉薩地塊和羌塘地塊之間比較復(fù)雜的碰撞拼合過程。

前期在班公湖—怒江縫合帶區(qū)域已開展了多個(gè)大地電磁研究工作(如INDEPTH-500線, Wei et al.,2001; Unsworth et al., 2004; Solon et al., 2005; Rippe and Unsworth, 2010; Zeng et al., 2015; 金勝等,2019), 大地電磁二維反演結(jié)果均顯示, 在班公湖—怒江縫合帶區(qū)域深部存在低阻異常, 但低阻異常的形態(tài)、延伸和電阻率值等方面存在一些差異, Wei et al.(2001)揭示班公湖—怒江縫合帶下方電性結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單, 大致可分為上部高阻層和下部低阻層,Solon et al.(2005)顯示班公湖—怒江縫合帶下方存在一近直立低阻異常體, 而金勝等(2019)則發(fā)現(xiàn)在班公湖—怒江縫合帶南北兩側(cè)分別發(fā)育較陡立的低阻異常, 這些與本文三維大地電磁反演結(jié)果中低阻異常形態(tài)的差異性, 可能與大地電磁二維和三維反演算法有關(guān)。地殼深部低阻異常在青藏高原地殼和雅魯藏布江縫合帶附近大量被揭示研究(Unsworth et al., 2004, 2005; Liang et al., 2018; Chen et al., 2018;Dong et al., 2020; Xue et al., 2021; 薛帥等, 2022),普遍研究認(rèn)為其可能主要由地殼部分熔融和含鹽流體所致, 并可能形成了向四周流動(dòng)的青藏高原中下地殼流(Unsworth et al., 2005; Bai et al., 2010)。同時(shí),研究區(qū)開展的寬頻帶地震數(shù)據(jù)研究顯示, 拉薩地塊和羌塘地塊中下地殼表現(xiàn)為S波低速異常和地殼高波速比以及塊體間復(fù)雜的莫霍過渡帶, 也支持該區(qū)域存在熱和軟弱地殼物質(zhì)(Owens and Zandt, 1997;潘桂棠等, 2004; 王椿鏞等, 2008; 徐強(qiáng)等, 2010; 嚴(yán)江勇等, 2019; 牛瀟等, 2021)。

班公湖—怒江縫合帶南北兩側(cè)大地?zé)崃鞑町惷黠@, 大地電磁測(cè)線南段東側(cè)的倫坡拉盆地(HF1,圖1), 大地?zé)崃髦悼蛇_(dá)140 m·W/m2, 在測(cè)線中部的班公湖—怒江縫合帶和尼瑪—多瑪斷裂附近發(fā)育有多瑪?shù)責(zé)?圖 1), 而在大地電磁測(cè)線北端和更北部,大地?zé)崃髦得黠@減小至42.7 m·W/m2和58.3 m·W/m2(HF2和 HF3, 圖 1) (潘桂棠等, 2004; 金春爽等,2019)。我們分析認(rèn)為, 班公湖—怒江縫合帶以南的高導(dǎo)地殼部分熔融層(C1)可能通過加熱上覆地層,導(dǎo)致了倫坡拉盆地的高大地?zé)崃髦? 而縫合帶附近的多瑪?shù)責(zé)? 很可能是深部熱物質(zhì)(C1和C2, 圖5)沿古縫合帶和斷裂等軟弱破碎帶上升, 從而發(fā)育了淺部低阻異常 LR和形成了多瑪?shù)責(zé)?。同時(shí), 班公湖—怒江縫合帶以北顯著降低的大地?zé)崃髦? 則很可能與三維大地電磁反演結(jié)果中向北逐漸消失的中下地殼高導(dǎo)異常相關(guān), 也可能對(duì)應(yīng)了向北變薄的地殼厚度(Owens and Zandt, 1997; 王椿鏞等, 2008;徐強(qiáng)等, 2010; Gao et al., 2013)。因此, 班公湖—怒江縫合帶兩側(cè)的大地?zé)崃髦底兓? 可以較好地吻合本文的三維大地電磁反演結(jié)果。

另外, 在高導(dǎo)異常體(C1和C2)之上, 分布兩個(gè)明顯的高阻結(jié)構(gòu)(R1和R2, 圖5), 分別位于北拉薩地塊和南羌塘地塊, 其中南羌塘地塊高阻結(jié)構(gòu) R2明顯厚于北拉薩地塊高阻結(jié)構(gòu) R1, 這種高阻結(jié)構(gòu)應(yīng)該與上地殼地層沉積建造和構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈等相關(guān)。如章節(jié) 1所述, 北拉薩地塊由一套俯沖增生雜巖和不同規(guī)?；∠嚓P(guān)巖漿巖及磨拉石建造構(gòu)成的增生塊體, 具有明顯新生的特征(朱弟成等, 2008;Zhu et al., 2011; 莫宣學(xué), 2020; 唐躍等, 2021), 而南羌塘地塊主要由寒武—志留紀(jì)淺變質(zhì)的灰?guī)r、砂巖和板巖以及石炭—二疊紀(jì)沉積巖夾基性火山巖等兩套地層構(gòu)成(潘桂棠等, 2004; Zhai et al., 2011; 趙珍等, 2019; 曹勇等, 2019; 吳福元等, 2020)。所以,我們分析認(rèn)為高阻結(jié)構(gòu)(R1和 R2)分別暗示了兩個(gè)塊體的不同地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)特征, 較薄的高阻結(jié)構(gòu)R1可能指示北拉薩地塊地殼已廣泛被新生地殼所取代, 而較厚的南羌塘地塊高阻結(jié)構(gòu) R2則說明南羌塘地塊仍大量保留未被破壞的古老地殼, 這也與向北顯著降低的大地?zé)崃髦?HF2和HF3, 圖1)相吻合。

4.2 深部地殼高導(dǎo)異常構(gòu)造意義

如章節(jié) 1所述, 大量地質(zhì)資料顯示, 拉薩地塊和南羌塘塊體之間在中生代存在一個(gè)大洋, 即班公湖—怒江洋(班怒洋), 屬于新特提斯洋北支(Yin and Harrison, 2000; 吳福元等, 2020; 朱日祥等, 2022),可能形成于二疊紀(jì)(Zhu et al., 2016; 張以春等,2019), 并于白堊紀(jì)俯沖閉合(Kapp et al., 2008; 唐躍等, 2019; 曹勇等, 2019), 導(dǎo)致了拉薩地塊和羌塘地塊的碰撞拼合。但對(duì)于班怒洋的俯沖極性仍存在較大爭(zhēng)議, 如一部分學(xué)者認(rèn)為班怒洋持續(xù)向北俯沖至羌塘地塊之下(Yin and Harrison, 2000; Kapp et al.,2003; Guynn et al., 2006), 另一些學(xué)者則認(rèn)為班怒洋是向南北雙向俯沖(Zhu et al., 2011, 2016), 導(dǎo)致了拉薩地塊和羌塘地塊的弧-弧“軟”碰撞, 且南向的俯沖板塊可能發(fā)生了破裂和斷離(Zhu et al., 2016)。同時(shí), 班公湖—怒江縫合帶中段比較復(fù)雜, 分布多條蛇綠巖亞帶(圖1)和微陸塊, 包括東巧—安多、北拉—拉弄和永珠—納木錯(cuò)蛇綠巖亞帶以及安多微陸塊, 可能存在多期次不同分支洋盆或小洋盆俯沖閉合的過程(Guynn et al., 2006; Wang et al., 2016; Zhu et al., 2016; 唐躍等, 2019; 劉飛等, 2020)。

前期大地電磁研究結(jié)果顯示深部電性結(jié)構(gòu)可以指示古老板塊俯沖信息(Unsworth et al., 2005;Evans et al., 2011; Liang et al., 2018; 金勝等, 2019;Xu et al., 2020; 薛帥等, 2022)。金勝等(2019)利用橫穿班公湖—怒江縫合帶的兩條大地電磁測(cè)線數(shù)據(jù),通過 TM模式的二維反演獲得深部電性結(jié)構(gòu), 研究認(rèn)為深部地殼低阻異常指示了班怒洋的俯沖痕跡,支持班怒洋存在雙向俯沖。班怒洋的俯沖閉合引起了大量巖漿作用和隨后的陸陸碰撞(Zhu et al., 2011,2013), 可類比于其南側(cè)的新特提斯洋沿雅魯藏布江縫合帶的俯沖閉合和隨后的陸陸碰撞過程(Yin and Harrison, 2000)。早期研究顯示, 北向俯沖的印度大陸巖石圈導(dǎo)致了拉薩地塊低速高導(dǎo)中下地殼層的廣泛發(fā)育, 而弱中下地殼層大都終止于南北向裂谷北端(如XDR, 圖1) (Dong et al., 2020; Xue et al.,2021), 未向北繼續(xù)延伸。所以, 本文三維大地電磁結(jié)果中班公湖—怒江縫合帶區(qū)域的低阻高導(dǎo)異常(C1和C2, 圖5)應(yīng)該與新生代印度-歐亞大陸的碰撞匯聚不相關(guān), 而傾向于認(rèn)為其與班怒洋的俯沖閉合相關(guān), 其可能指示了班怒洋的俯沖痕跡, 其中低阻高導(dǎo)異常(C2)的北傾形態(tài)支持班怒洋向北俯沖至羌塘地塊之下。雖然本文中下地殼高導(dǎo)異常沿測(cè)線表現(xiàn)為連續(xù)性, 但考慮到班公湖—怒江縫合帶中段復(fù)雜的構(gòu)造演化史(Guynn et al., 2006; Zeng et al.,2015; Wang et al., 2016; Zhu et al., 2016; 唐躍等,2019; 劉飛等, 2020)、班公湖—怒江縫合帶兩側(cè)中下地殼異常的不同形態(tài)和北拉薩地塊新生地殼特征(朱弟成等, 2008; Zhu et al., 2013), 我們傾向于認(rèn)為班公湖—怒江縫合帶以南的中下地殼高導(dǎo)異常 C1是不同動(dòng)力學(xué)過程的結(jié)果, 可能與該區(qū)域中生代分布的新特提斯洋分支洋盆或小洋盆低角度俯沖閉合相關(guān)。但由于本文大地電磁測(cè)線較短且較稀疏, 無(wú)法有效追蹤高導(dǎo)異常 C1的南部邊界以及高分辨率識(shí)別兩個(gè)高導(dǎo)體C1和C2之間的關(guān)系, 限制了對(duì)該區(qū)域的進(jìn)一步研究工作。

5 結(jié)論

班公湖—怒江縫合帶作為拉薩地塊和羌塘地塊的重要分界線, 其中段具有比較復(fù)雜的構(gòu)造演化史, 但深部結(jié)構(gòu)特征和大洋俯沖極性仍存在較大爭(zhēng)議。本文利用橫穿班公湖—怒江縫合帶中段的近南北向大地電磁測(cè)線, 處理和分析大地電磁測(cè)深曲線特征和相位張量, 然后通過三維大地電磁反演獲得班公湖—怒江縫合帶中段深部電性結(jié)構(gòu)。三維大地電磁反演結(jié)果顯示, 北拉薩地塊、班公湖—怒江縫合帶和南羌塘地塊表現(xiàn)為不同的電性結(jié)構(gòu)特征, 北拉薩地塊分布淺部低阻和深部近水平分布高導(dǎo)異常層, 中間夾持高阻層, 南羌塘地塊則在高阻結(jié)構(gòu)之下發(fā)育北傾的高導(dǎo)異常, 且深部高導(dǎo)異常向北逐漸消失, 而兩塊體間班公湖—怒江縫合帶自淺部至深部分布低阻高導(dǎo)異常。分析認(rèn)為中下地殼高導(dǎo)異常很可能是地殼部分熔融所致, 且深部電性結(jié)構(gòu)變化與沿測(cè)線的大地?zé)崃髦岛偷責(zé)岱植枷喾稀?/p>

同時(shí), 本文研究認(rèn)為三維大地電磁反演結(jié)果中顯著中下地殼高導(dǎo)異常, 可能指示了中生代班公湖—怒江洋的俯沖信息。結(jié)合前期的地質(zhì)資料, 我們認(rèn)為班公湖—怒江縫合帶以北的北傾高導(dǎo)異常支持班公湖—怒江洋向北俯沖至羌塘地塊之下, 而縫合帶以南的近水平中下地殼高導(dǎo)異常, 可能是小洋盆低角度俯沖的部分殘余。

Acknowledgements:

This study was supported by the Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research Program(STEP) (No. 2019QZKK0701), National Natural Science Foundation of China (Nos. 42174094, 41704099 and 42174124), China Geological Survey (No.DD20221647), and Basic Scientific Research Fund of the Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences (No. J2015).