中国大陆造山带地壳密度结构特征

本文探讨中国大陆造山带地壳介质密度的变化特征和不同类型,并用大陆动力学机制解释这些特征产生的原因。根据重力场小波变换的尺度—源深度转换律,进行地面重力异常场多尺度分解,取得了反映中国地壳不同埋藏深度的小波细节,揭示了造山带地壳的密度结构。和克拉通地体不同,中国大陆的造山带下地壳密度都偏低,只有古生代块体弱碰撞形成的摺皱山脉是例外。这些造山带大都与古大洋封闭和俯冲碰撞作用有关。古大洋封闭后在地壳中留下的裂隙和海水,会造成地壳密度降低。中国大陆造山带地壳密度结构大致可以分四类。上中下地壳密度都偏低的属于第一类造山带。第二类造山带上中地壳密度偏低,而下地壳密度偏高。第三类造山带上中地壳密度偏高,而下地壳密度偏低。第四类造山带上中下地壳密度都偏高。通过板块构造原理和岩石物理规律对青藏高原造山带地壳密度结构分类的解释可见,青藏高原南部,中部和北部地壳密度结构分属三类不同的造山带,体现印度次大陆和欧亚板块碰撞不同阶段作用造成的结果。根据地壳密度变低和厚度是否加大,还可以识别板沿和板内造山带。

中国大陆克拉通地体地壳密度结构特征

本文根据重力场小波变换的尺度—源深度转换律,进行地面重力异常场多尺度分解,取得了反映中国地壳不同埋藏深度的小波细节,揭示了克拉通地体地壳的密度结构。中国大陆克拉通地体地壳密度结构的总体特点是:地壳密度总体偏高,尤其是在经历了岩浆底垫作用后,下地壳形成了粗大的和高密度的壳根,而造山带的下地壳通常有低密度的山根。现今的克拉通地体有几个演化的阶段,由陆地核演化为一定规模的克拉通地体可能经历漫长的时间。不同演化的阶段地体的物理性质有明显的变化,要赋予大地构造单元以演化阶段的内涵,才能准确理解它们的行为和属性。同时,根据地壳密度结构成像的结果,可以了解克拉通地体的成熟度。中国大陆克拉通地体或者内部地块的地壳密度结构大致可以分为三类。上中下地壳密度都偏高的属于第一类,称为典型的克拉通,塔里木、阿拉善、华北东部、上中扬子等属于第一类。第二类克拉通地体上地壳密度偏低,而下地壳密度偏高,称为弱结晶基底的克拉通,鄂尔多斯和佳木斯属于第二类。第三类上中地壳密度偏高,而下地壳密度偏低,称为无壳根的克拉通残片,柴达木和准噶尔盆地属于此类,它们可能是古克拉通地体的残片。

塔里木盆地西南部的三维密度扰动成像

塔里木盆地西南部位于昆仑造山带东北方,地壳构造特殊,是中国天然气勘探的重要区域。在地面重力调查的基础上,笔者等对2~15 km的盆地西南部的密度扰动结构进行成像计算,并结合电阻率三维结构对地壳构造进行分析。本文根据重力场小波变换的尺度—源深度转换律,进行地面重力异常场多尺度分解,取得了反映中国地壳不同埋藏深度的小波细节,揭示了研究区地壳的密度结构。结果表明,网度足够密的区域高精度重力场测量可以获得关于沉积盆地深部构造的丰富信息,应用小波多尺度分析和三维反演方法可以把与深层构造有关的地质信息提取出来,客观地为沉积盆地内部构造演化和油气勘探提供依据。塔里木盆地西南部上地壳三维密度扰动成像揭示了昆仑山脉向北仰冲推覆构造楔和山前坳陷带的立体结构,为盆山耦合动力学研究和深层油气勘探提供了新的认识。大地电磁数据三维反演取得的盆地三维电阻率模型,从电性结构角度得到了盆地的三维构造,和盆地西南部的密度结构有很好的相关性,支持了密度扰动成像的有关结论。

青藏高原下地壳热变形和管道流研究

本文应用地球三维成像方法和现代物理学的理论,来说明青藏高原下地壳管道流形成的原因和条件。根据区域重力资料提取的地壳三维密度成像的信息,进一步探讨了青藏高原地壳低密度扰动带反映的地质构造。应用地壳三维密度图像,分析了青藏高原下地壳为什么会形成管道流的原因,圈定了下地壳管道流所在位置。通过连续介质物理学的理论分析了热变形带如何引起下地壳管道流的机制,给出通过密度扰动计算了下地壳热应变率的方程式。结果表明,青藏高原下地壳管道流的热应变幅度大约为15.5mm^3/a。按照方程式和下地壳的密度扰动数据计算了青藏高原下地壳热应变幅度分布图。图中正热应变幅度代表热膨胀,负热应变幅度代表冷收缩;下地壳管道流随应变率从高向低流动。下地壳岩石热应变率最高处指示下地壳管道流的源头,位于喀拉昆仑断裂东侧与雅鲁藏布至班公—怒江缝合带的连接区段,和雅鲁藏布缝合带北侧的拉孜—林芝段。从喀拉昆仑断裂东侧源头的下地壳管道流主要流向北东和北西两个方向。从雅鲁藏布缝合带北侧源头的下地壳管道流主要流向北东到理塘—雅江和滇北地区,然后又分为南北两个方向分流。下地壳管道流位置或可向上挤出到中地壳,引起青藏高原重力不均衡和山脉隆升。同时,三维密度成像的结果支持下地壳流牙膏式向上挤出的蠕动模式。