华北克拉通西部地壳与上地幔三维电性结构特征

【作者】 董浩； 魏文博； 叶高峰； 金胜； 景建恩； 张乐天； 谢成良； 尹曜田；

【机构】 地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室； 中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院； 地质过程与矿产资源国家重点实验室；

【摘要】 华北克拉通的主体形成于太古代至元古代,是世界上最古老的克拉通构造之一,其构造格局复杂,其早期演化经历了太古代时期的克拉通化、古元古代时期陆块拼贴与聚合和中新元古代时期的裂陷;显生宙不同时期又经历了多阶段改造甚至破坏。大体可以分为东部,西部及它们之间的泛华北造山带三个主要块体。该地区的地质构造研究,对揭示古老克拉通演化与破坏过程具有十分重要的意义。近年来,利用人工反射和折射地震剖面、宽频地震层析成像和接收函数成像等方法,在本区域进行了许多研究工作,取得了大量波速资料。而相比之下,关于该地区的电性结构研究工作相对较少,虽然近年来已经有一定数量的电性剖面资料的积累,但其剖面覆盖区域较为分散,难以得到区域内电性结构的整体认识。大地电磁测深(MT)方法具有对地下高导构造反映敏感的特点,因此利用其深部探测结果,容易发现地壳和上地幔中存在的局部熔融体、热流体、含盐水溶液和石墨化异常等高导电性结构。为探讨大陆深部的动力学过程和动力学机制提供重要的依据。本项研究选取SINOPROBE-01项目于2009-2011年在华北地区采集的大地电磁测深标准网数据,采用远参考robust估算方法进行资料处理,并使用三维大地电磁反演方法对研究区域的岩石圈电性结构进行了建模和研究,首次获得华北克拉通西部地壳与上地幔的三维电导率模型。得到的模型显示,华北地区的东部和西部的导电性结构有着显著差异。一般认为,华北克拉通的西部未受到中生代以来的"克拉通破坏"事件影响,保留有较为完整的"岩石圈根",其地温梯度不高,具有较高的地震波速和具有较高的电阻率;然而,与这一认识相反的,电性结构模型显示,在华北西部地区,尤其是鄂尔多斯地块北部的内蒙古缝合带/孔兹岩带的中下地壳及上地幔存在着大范围分布的"蘑菇状"高导构造,而与之相对的,其南部地区则存在着相对高阻电性结构,其低阻层埋深在150km以上,表现为稳定的克拉通岩石圈。这一现象可能是由太平洋板块俯冲的对流作用或印度/青藏碰撞的远场效应,造成来自软流圈的热物质上涌,而物质在上升的过程中遇到了古老而稳定的华北克拉通西部板块,无法上升,因此不得不沿着相对薄弱的元古代拼合的鄂尔多斯-阴山的古老缝合带,即内蒙古缝合带/孔兹岩带上升,从而可能使得阴山-鄂尔多斯古缝合带发生了"活化",导致河套地区的局部岩石圈发生了部分改造或破坏,引起了LAB上隆至约90km;从而进一步造成了河套断陷在中新世至上新世的扩张以及鄂尔多斯北部(伊蒙隆起)在新生代的上升事件。因此,与之前的认识不同,中生代晚期的华北克拉通破坏事件很可能已经对华北克拉通西部板块的北缘岩石圈产生了部分改造作用,与保留了较为完整的岩石圈根的南部地区形成了鲜明对比。更多还原