藏南上地壳低速高导层的性质与分布:来自热水流体活动的证据

沿亚东—谷露裂谷带实施的一系列地球物理探测发现了一组地震亮点。结合其他地球物理探测剖面的资料 ,认为藏南上地壳中存在一个低速高导层 ,这些地震亮点处于这个低速高导层中。人们对这些亮点和低速高导层有两种不同的解释和认识 :一种认为是含盐的超临界流体 ;而另一种认为是地壳中的部分熔融层。由于目前缺少有效的手段和方法 ,对这个低速高导层的性质和分布范围仍只是推测。本文从藏南强烈活动的热水流体系统着手 ,尝试从另一个角度探讨这些地震亮点和低速高导层的性质。通过对热泉气体的 He同位素组成和热水的地球化学特征研究以及前人对温度场的模拟表明 ,该低速高导层的性质为硅酸盐岩浆熔体 ,不是以水为主的流体 ,这就为部分熔融层的存在提供了佐证。本文进一步讨论了该部分熔融层对热泉流体系统的驱动热机作用 ,并根据热泉流体的温度场限定了此部分熔融层的空间分布范围。

天水地区莫霍面附近的高导层及壳幔过渡带

在天水及邻近地区大地电磁测深（ＭＴＳ）和深人工地震测深（ＤＳＳ）资料的基础上，阐述了天水地区深部结构轮廓，本区内莫霍面附近高导层的区域性分布成为其地壳上地幔电性结构最显著的特征之一。这一高导层与该区莫霍面附近剪切波低速槽相应，被推测为该区壳幔的过渡带。本文着重论述了莫霍面附近的高导－低剪切波速度层介质的性态特征及热力学环境，并从天水地区特定的地域环境和深部结构特征出发，对其成因机理作了粗略解释。

中国大陆壳内与上地幔高导层成因及唐山地震机理研究

文中首先给出了中国大陆上地幔高导层埋深图 ,对其物理成因作了解释。然后给出了中国大陆壳内高导层分布埋深图 ,因人们对壳内高导层的成因有多种看法 ,所以文中进行了讨论 ,并认为卤水成因说更有说服力。文中对壳内与上地幔高导层构造成因作了简要阐述。最后 ,由于壳内和上地幔高导层分布埋深与强地震的分布有密切的关系 ,所以作为实例 ,文中给出了唐山地区地壳结构 ,阐述了地壳内深部流体在地震中的作用 ,并给出了主要证据。

地壳内高导层成因、高温高压下卤水物态及其电导率（二）

探讨了地壳内高导层的碳膜成因说和卤水成因说，中下地壳存在卤水，卤水使碳膜连通，增大了岩石的电导率，因而认为卤水是形成壳内高导层的关键物质，进而探讨了不同浓度的卤水在高温高压下的物态及其电导率变化规律，以及壳内高导层中卤水的封存机制．

中下地壳高导层成因研究综述

大地电磁（ＭＴ）测量结果揭示中下地壳较普遍存在高导层。迄今对高导层的成因解释已有多种假说。本文总结了这一领域近十几年来的大量研究成果，对可能的高导机制，特别是含水流体假说、粒间相互连通的碳薄膜假说及剪切带假说等进行了评述，并指出不存在全球性的普遍适用的模式。

天山的壳内高导层与震源环境

对天山地震区存在的壳内高导层和高导层所在地区发生地震的震源深度进行了研究，发现地壳中部的高导层与地震带的震源分布有一定的对应关系，震源深度存在由北向南逐渐加深的趋势，而且与高导层的埋藏深度相当。研究认为，高导层是表征深部震源环境的重要方面之一，它的形成与存在既有内在的原因也应具备一定的外部条件。

青藏高原东边缘冕宁—宜宾剖面电性结构及高导层的地质意义

约50Ma前印度板块与欧亚板块开始碰撞之后，青藏高原发生了令人瞩目的整体隆升，成为晚第三纪以来亚洲乃至全球最为重要的地质事件，并使青藏高原成为大陆岩石圈变形最为强烈的地区之一，是全球学者研究大陆动力学乃至地球动力学的焦点和热点地区。由于印度板块与欧亚板块的碰撞以及组成青藏高原各地块向东和东南的挤出运动，位于青藏高原东边缘大凉山地块及其附近地区具有明显的高原和盆地之间的过渡带特征，地壳变形严重，地壳厚度变化剧烈，并且是重力梯度带和航磁异常明显的地区，也是（GPS）资料显示的地壳运动方向由东向东南发生转变的关键地段。本区不仅蕴藏有丰富的金属矿等矿产资源，也是我国强烈地震最为频繁的地区之一。

壳内低速高导层成因初步探讨

通过高温高压实验和岩石学矿物学研究,得出矿物脱水引起岩石强度降低、电导率升高的实验结果.为壳内低速高导层的矿物脱水成因假说提供了新的有力的论证.

四川龙门山冲断带(中北段)岩石圈的层圈性和多级滑脱推覆

四川龙门山构造带是我国一条典型的冲断构造带,其岩石圈结构具层圈性,从浅部到深部可分为:上部地壳层(沉积盖层)、中部地壳层、下部地壳层、上地幔顶部层和软流圈以下层。龙门山地区岩石圈的层圈性决定了龙门山冲断带发生了由深部地幔物质的调整,使上地幔顶部层沿软流圈、下部地壳层沿莫霍面、中部地壳层沿壳内高导层由东向西的多级滑脱,从而导致上部地壳层沿其内的塑性层和结晶基底面由西向东的多层次推覆。这种深部多级滑脱和浅部多层次推覆产生了众多的地质现象和地球物理异常。

华北板块南缘壳内拆离及对大别山北麓逆冲断层系形成的影响

大地电磁测深资料表明，华北板块南缘３～１５ｋｍ深处存在一个高导电世的滑移面，大别山隆起区糜梭岩构造指向、大型褶皱轴面产状及飞来峰、钧遗留的椎覆方向等均表明，自海西晚期以来，华北板块南缘上部地壳（而非整个板块）长期沿此构造面向来做大规格拆离运动。至燕山期，这种运动因大别山强烈隆起而受阻，从而派生出向北边冲的大别山北麓逆冲断层系。

郯庐断裂带中段(沂沭断裂带)电性结构研究与孕震环境

穿过郯庐断裂带中段(沂沭断裂带,36°N)所做的大地电磁测深(MT)剖面长约150km.使用Robust技术和远参考道大地电磁方法处理观测数据.通过分析视电阻率、阻抗相位、Swift二维偏离度和区域走向,定性确定测区的电性结构.二维反演解释中选择非线性共轭梯度(NLCG)方法,使用TE、TM两种模式资料联合反演,沿剖面的二维电性结构显示:自西向东,鲁西隆起、郯庐断裂带、胶莱坳陷及鲁东隆起4个电性区块分别对应,鲁东和鲁西隆起区为高阻,郯庐断裂带电性结构复杂,高、低阻相间,胶莱坳陷为低阻(高导)区.沿MT剖面附近曾发生3个地震,其震源区处在电性变化剧烈部位,并在震源区附近存在高导体.

青藏高原东北缘合作—大井剖面地壳电性结构研究

青藏高原东北缘合作—大井剖面的大地电磁探测结果表明,该区域的电性结构呈明显的纵向分层、横向分块的特点,中下地壳普遍存在高导层.青藏高原东北缘西秦岭北缘断裂带、北祁连南缘断裂带、北祁连北缘断裂带(海原断裂带)及龙首山南缘断裂带等区域性断裂带在电性结构模型中均表现为电性梯度带或低阻异常带.电性结构的横向分区与构造上的地块划分有明显的一致性,各个地块的电性结构存在明显差异.西秦岭北缘断裂带作是一个大型的板块边界,但板块结合带附近没有明显逆冲或俯冲痕迹,可能主要以左旋走滑为主.北祁连地块向北仰冲与阿拉善地块向南俯冲边界可能不是海原断裂带,而是龙首山南缘断裂带.西秦岭造山带内的壳内高导层与青藏高原内部存在的高导层具有可对比性,可能是由于部分熔融与含盐水流体共同作用的结果.中祁连地块内的高导层可能是含盐水流体引起的.而北祁连与河西走廊过渡带内的高导层则可能是板块俯冲或仰冲的构造运动痕迹,也可能是由含盐水流体引起的.

大别超高压榴辉岩高温高压下电导率实验研究

为研究大陆中下地壳高导层成因及与物质组成之间的关系 ,用模拟实验的方法在不同的温度、压力条件下分别测定了干的和 1mol/LNaCl溶液饱和的榴辉岩的电导率 .结果表明 ,干榴辉岩平行线理方向的电导率比垂直于线理方向的高 ,但两个方向上的活化能相近 .在中下地壳条件下 ,干榴辉岩的电导率比中下地壳高导层电导率值低几个数量级 .常温下1mol/LNaCl溶液饱和的榴辉岩两个方向上的电导率对压力具有不同的依赖性 ;在中下地壳条件下 ,1mol/LNaCl溶液饱和的榴辉岩的电导率可达到一般高导层的电导率值 .无论干的还是饱和的榴辉岩都不能解释大别山 2 0— 50km深处的高导层成因 ,因此 。

华南东部吉安—福州剖面岩石圈电性结构研究

为了研究华南东部地区岩浆活动的深部构造背景,对吉安一福州宽频大地电磁测深剖面数据进行了系统的分析和处理,并利用非线性共轭梯度法进行二维反演,得到了武夷隆起带及周缘地区的岩石圈电性结构;结合区域重磁资料,详细分析了研究区内地壳、上地幔电性结构特征及地质含义.结果表明:华南东部地区岩石圈电性结构存在明显的分区性,并且壳内普遍发育不同成因的高导层,揭示出华南东部地区不同构造单元内的岩浆活动具有不同的成岩构造背景.其中,东南沿海褶皱带深部热侵蚀活跃,岩石圈物质和结构被强烈改造,电阻率普遍较低,软流圈上涌并伴随玄武岩浆底侵,导致岩石圈、地壳剧烈减薄;而武夷隆起带岩石圈电阻率相对较高,印支-燕山早期陆内挤压变形的构造形迹明显,晚中生代岩石圈拉张伸展作用对该地区岩石圈的物质结构有一定的改造.

龙门山逆冲构造带大地电磁测深初步成果

通过对穿过龙门山逆冲构造带中段松潘-中江大地电磁观测资料的处理和反演解释,揭示了松潘-甘孜褶皱带、龙门山及川西前陆盆地30 km深度的地壳电性结构,发现龙门山-松潘地壳15～20 km深部存在西倾连续的壳内高导层,大地电磁测深结果明显显示龙门山深部逆冲推覆构造特征。龙门山深部电性结构初步研究,对于分析其与相邻构造单元的关系,研究青藏高原东缘陆内造山带深部地球动力学过程都具有重要理论意义。

河北石家庄地区深部结构大地电磁探测

石家庄位于太行山隆起带和华北平原冀中坳陷盆地接触区,西邻太行山山前断裂带,1966年在其东南曾发生邢台7.2级强震。为研究该区的深部构造背景,并为分析地震活动性趋势提供基础资料,2010年10月采用宽频带大地电磁法对该区的深部结构进行探测研究。大地电磁剖面穿过石家庄南侧区域,长约167km,获得了64个测点数据。采用远参考和Roubst技术进行数据处理,使用多点、多频率GB张量分解方法计算分析区域的电性走向,使用NLCG二维反演方法对TE和TM模式进行联合反演,获得深部电性结构。太行山山前断裂带浅部东倾的低角度滑脱断层和深部陡立西倾的电性边界带,构成了太行山隆起带和华北平原冀中坳陷接触区的深、浅构造的组合形态;太行山山前断裂带东侧深(10km以下)、浅部(10km以上)结构具有相互独立性,冀中坳陷内的晋县断裂、新和断裂延伸深度不超过10km;邢台百尺口6.2级强余震震源位于上陡、下缓的新河断裂和其下隐伏的深部电性差异带的交会区,交会区上方及其东西两侧为具一定厚度和宽度的高阻体。在太行山山前断裂和新河断裂之间的中下地壳存在高导层,其中心对应石家庄-晋县凹陷。高导层中心部位比东西两侧浅,推测与深部热物质的上升有关。1966年邢台地震群就发生在该地区附近。

中国一些含油气盆地深部地壳结构特征与油气田关系的探讨

通过对近代深部地震及大陆电磁资料研究表明,中国大陆含油气盆地具有壳内低速、高导的结构,与世界上含大型、超大型油气田盆地的地壳结构相似。通过对塔里木盆地、准噶尔盆地和下辽河盆地有机质、沥青、原油的Pb、Sr、Nd同位素研究,表明了地幔流体对有机质的作用及沥青、原油的强烈幔源特征和油气田分布区恰好是壳幔结构强烈相互作用的地带。认为这些含油气盆地的深部油气仍有相当良好的前景。

柴达木盆地地壳深部构造特征及油气勘探新领域

柴达木盆地从20世纪50年代以来,已探明三大油气区:西南尕斯库勒一带的第三系油气区,北部冷湖、鱼卡、南八仙一带的侏罗系油气区以及东部三湖地区的第四系天然气区。但未来的油气勘探领域在哪里,这是人们十分关注的问题。盆地榴辉岩、镁铁—超镁铁岩的发现和盆地边缘大量金矿的分布,以及盆地中膏盐、白云岩、伊利石、锶矿床等的存在则表明了盆地广泛存在地幔流体活动。地震测深结果显示:柴达木盆地中地壳广泛发育低速-高导层,这是无机油气的发生器。分析中地壳低速-高导层与深大断裂分布关系,大断裂与不整合面、浅层断裂及储集层的配套关系,对寻找大油气田具有重要指导意义。研究表明,柴西地区深部花岗岩及其风化壳是未来石油勘探的重点,而盆地东部三湖地区深部则是寻找大气田的有利靶区。

上海奉城--浙江湖州长周期MT剖面揭示的深部电性结构

利用GMS-06电磁观测系统对上海奉城—浙江湖州剖面进行了大地电磁数据采集,获得了超过4000s的高质量长周期观测数据,为沪浙地区深部电性结构研究提供了有利条件.通过反演处理,综合倾子解释结果和重磁资料以及最新的地震解释结果,在电性和断裂结构上获得了新的认识,对湖州—苏州、乌镇—马金、枫泾—川沙以及太仓—奉贤这几条深大断裂带的展布以及对区域构造格架的控制作用进行了新的评价,其中枫泾—川沙断裂是上海断隆和湖州—南通台拱之间推覆构造过渡带的控制断裂,太仓—奉贤断裂带的主体位置推断在亭林附近.同时,对高阻基底以上电性层进行了解释,揭示了岩石圈底界面的结构和构造形态,推断湖州—苏州断裂西侧存在壳内高导层.

中地壳的水-岩作用对相关的地球物理性质影响

对于地壳的地球物理详细探测发现中地壳普遍存在着高导层和低速层。高温高压下的矿物(岩石)-流体反应的化学动力学实验和水的性质研究可以提供我们认识地壳的地球物理探测结果的新信息。通常,中地壳大致位于15至25km的深度范围。高导层和低速层普遍存在于中地壳。各地的地壳厚度不同,但是中地壳和高导-低速层的深度范围十分相似。中地壳的顶界温度处于300℃,底界为450℃～500℃范围。为了认识中地壳的高导低速层的起因,作者重点做了模拟中地壳条件下水-岩相互作用实验,同时,分析了水在近临界区至超临界区的突变性质。矿物(钠长石、透辉石、阳起石)与水,玄武岩与水反应的化学动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25℃～400℃和22MPa下完成的。与水反应的矿物或岩石里的各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样。硅酸盐矿物的硅的最大释放速率是在300℃。其它元素,如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。在水中的硅的大释放速率会导致硅酸盐矿物格架解体。作者假定地壳里普遍存在水占1%(体积)。这时,地壳里会发生水-岩相互作用。中地壳的流体处于300℃～500℃。在由亚临界态进入超临界区的演化过程中,在跨越临界温度时水的性质发生剧烈变化,如密度、介电常数等热力学参数。这一变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落,会导致中地壳岩层的硅的淋失,硅酸盐矿物解体,岩石崩塌。同时,在临界区水的性质强烈变化还有水的电导率、迁移性质、等,这会影响中地壳一些物理性质,如中地壳高导层和低速层的出现。