阴山造山带—鄂尔多斯盆地岩石圈层、块速度结构与深层动力过程

阴山造山带位于鄂尔多斯盆地的北缘,这一地带不仅是构造活动强、弱的变异地域,且为盆、山的耦合地带,故在造山带与盆地地域具有各异的深层动力过程.本文基于高精度人工源地震宽角反射、折射探测和高分辨率的数据采集,通过反演求得了满都拉—鄂尔多斯—榆林—延川长达650 km剖面辖区的岩石圈精细层、块结构.研究结果表明:①沿该剖面由南向北地壳厚度为40～45 km;在不同构造单元其介质、结构均不相同;速度分布、空间结构形态和界面起伏及属性亦存在着明显差异;上地幔顶部速度为8.0～8.1 km/s;②沿剖面存在5条深、大断裂,且将该区切割成为壳、幔结构明显差异的4个构造单元,即鄂尔多斯盆地、盆山耦合地带、阴山造山带、内蒙构造带,它们各自具有固有的深层过程和动力学响应.同时厘定了阴山造山带与内蒙构造带之间的白云鄂博深、大断裂带是古亚洲洋的南界.在这里不仅导致了阴山造山带的形成,而且聚集了诸多的金属矿产资源,地震亦频繁活动.基于上述研究表明,阴山造山带—鄂尔多斯盆地耦合地带的壳、幔结构复杂、呈现出速度结构各异的层、块状展布.显然,在这一错综的成山、成盆、成岩、成矿和成灾地带,有着特异的深层过程和动力机制.

阴山造山带及鄂尔多斯盆地北部地区上地壳的地震波属性结构及岩性推断

通过对跨越阴山造山带及鄂尔多斯块体北部的长剖面进行人工源宽角反射/折射地震探测,采集了地震记录中Sg震相的走时,并进行了反演,求得了沿剖面辖区的上地壳S波速度结构模型.同时利用P波和S波速度结构求取了剖面沿线上地壳中泊松比的分布.根据所得到的地震波场属性与结构,结合该区已有的地质研究成果和钻孔信息,推断了剖面沿线不同构造块体的物性分布特征.研究结果表明:沿该剖面自南向北包括鄂尔多斯块体北部、呼包凹陷盆地、阴山造山带和苏尼特褶皱系等四大不同构造块体,它们无论是在地震波速度结构、泊松比分布特征以及岩性构造特征等方面均呈现出明显的差异.在上述研究的基础上,探讨了沿剖面各构造块体的矿产资源以及油、气、煤等能源的赋存及勘探开发前景.

阴山造山带和鄂尔多斯盆地北部磁异常场与结晶基底特征研究

阴山造山带与鄂尔多斯盆地跨越不同的构造单元,是典型的盆、山耦合地带,且是构造活动强、弱的变异地域,了解该区结晶基底分布特征对于深化认识盆山耦合的深部要素和深层动力学过程具有十分重要的意义.本文在最新的高精度的地磁观测剖面和数据采集基础上,与航磁异常场在该区域上的展布进行集成研究.通过磁场特征分析以研究盆地和造山带地域的构造分区和结晶基底起伏,进而对该区的油、气能源和金属矿产资源分布特征及前景进行探讨.这一研究成果为进一步深化认识该区的深部构造格局及其深层动力学过程提供了深部介质磁性结构与属性的重要判据.

鄂尔多斯地块北部至阴山造山带深部电性结构特征研究

在SinoProbe-01项目的资助下,完成了一条跨越鄂尔多斯地块北部、河套断陷盆地和阴山造山带的大地电磁剖面,剖面长约440 km,共包括24个宽频测点和4个宽频一长周期联合测点.采用NLCG算法对TE和TM模式数据进行了二维反演,获得了该剖面的二维电性结构模型.结果表明:鄂尔多斯地块北部由浅至深电性结构比较简单,成层性较好,大体可分为低阻沉积盖层-高阻上地壳-低阻下地壳和上地幔顶部三层;河套断陷盆地和阴山造山带电性结构相对复杂,电阻率高低相间.鄂尔多斯地块北缘、河套断陷盆地以及阴山造山带区域的壳幔高导体可能与硫化物和部分熔融作用有关,而鄂尔多斯地块内部大规模的壳幔高导层可能是由高导矿物引起的.河套断陷盆地的沉降、阴山造山带的地势抬升和鄂尔多斯地块北缘东胜一杭锦旗一带的的隆起之间有着紧密的关系,它们的形成可能与区域伸展构造环境条件下的软流圈物质上涌有关.

海西构造旋回阴山幕式造山与鄂尔多斯盆地北部旋回充填的耦合关系

探讨鄂尔多斯盆地沉积物充填规律与阴山造山带间的相互关系,为大型克拉通盆地沉积充填规律与造山带耦合关系提供实证。通过鄂尔多斯盆地北部晚古生代9条野外剖面和133口典型钻井详细的沉积充填序列分析,结果清楚地揭示晚古生代太原-山西期、石盒子期、石千峰期存在明显的3个由粗-细-粗的沉积充填旋回。构造沉降史分析准确标定出285Ma B.P.、274Ma B.P.和256Ma B.P.为造山活动加剧、盆地强烈沉降的时间节点,而这3个时间节点正好对应于太原-山西期、石盒子期、石千峰期3个时期内退积-进积的沉积转换,这说明海西期华北板块向西伯利亚板块俯冲-碰撞造山所导致的阴山古陆的幕式造山运动与盆地的旋回充填存在密切的耦合关系。

高温高压下黑云斜长片麻岩的电性研究

在压力1 GPa、温度250~1 100℃、频率0.1 Hz^1 MHz的条件下,采用阻抗谱方法,对来自阴山造山带的太古代黑云斜长片麻岩进行了电导率实验研究。实验发现:(1)所有样品的阻抗谱都是由一个大的高频半圆弧Ⅰ和一个小的被压缩了的低频弧Ⅱ组成,阻抗弧Ⅰ主要代表矿物颗粒内部传导机制,阻抗弧Ⅱ更有可能代表的是样品和电极之间的传导机制;(2)电导率随温度的变化遵循Arrhenian定律,但在700~750℃间有近一个量级的跳跃,通过对比实验前后样品的显微照片和探针分析数据,认为这一电导率的大幅跳跃可能是样品中黑云母发生大量脱水熔融的缘故;(3)在高温段750~1 100℃,部分熔融样品的电导率主要由钠离子传导控制;(4)在低温段250~700℃,样品的激活能为0.53 eV;在高温段750~1 100℃,样品的激活能为1.41 eV。激活能的改变可能与样品的结构变化有关,还与样品和熔体中钠的含量以及扩散有关。

鄂尔多斯地块深部岩石圈电性结构研究

近年来新的研究成果反应出鄂尔多斯地块岩石圈并不是一个具有深根的完整的刚性块体,尤其在鄂尔多斯北部以及河套地堑发现有大范围的下地壳-上地幔低速低阻物质,如果这一情况属实,那么人们对鄂尔多斯地块的认识将发生大的变化.为此,我们在华北克拉通西部布设了一条穿过鄂尔多斯地块、河套地堑和阴山造山带的南北向大地电磁剖面,试图通过深部电性结构的探测提供更多信息.该剖面全长约850 km,共布设54个宽频测点和17个长周期测点.二维和三维反演结果均表明:鄂尔多斯地块内部以38°N为界,南部和北部电性结构存在明显差异.鄂尔多斯地块南部地壳至上地幔150 km深度范围内整体表现为高阻,具有刚性克拉通的特征;鄂尔多斯地块北部到河套地堑之间下地壳出现低阻层,特别是鄂尔多斯北端与河套地堑接壤地段,深部存在一个规模较大的下地壳-上地幔低阻异常体,该异常体从河套地堑开始,横向上向南延伸到鄂尔多斯地块内部约200 km,纵向上从下地壳向下延伸到上地幔(约100 km深度).根据该异常体的空间特征,参考该区地震波低速异常体的分布,我们认为鄂尔多斯北部及河套地堑中下地壳到上地幔存在热物质,其原因与深部的构造活动有关(软流圈热物质上涌、侧向流动等),这一情况可能反映出鄂尔多斯地块北部岩石圈深部正处于被改造(或者破坏)阶段,这对进一步认识青藏高原东北缘与华北克拉通之间的深部关系具有一定的启示作用.