无论是成矿学的发展，还是深部找矿的现实需求，重大问题的解决都离不开深部探测.通过不同尺度的综合地球物理探测，理解成矿的深部动力学过程和决定矿床空间分布的地壳结构；了解成矿、控矿地质要素的空间分布，为深部找矿提供必要的深部信息.

矿床的形成，尤其是大型、超大型矿床的形成是巨量物质和能量聚集的结果，它们受地球不同尺度的动力系统控制，从全球、区域到微观尺度(Blewett et al.，2010).深入理解一个矿床的形成过程，要从地质结构、动力、物理和化学等方面理解成矿的全过程，即成矿系统.成矿系统可以定义为：所有决定矿床形成和保存的地质要素和过程(Wyborn et al.，1994).该系统可以从5个方面来描述：1)地球动力学背景；2)地壳结构框架；3)成矿流体来源和流体源区性质；4)流体通道和迁移路径；5)成矿物质沉淀机理(Barnicoat et al.，2007).对成矿系统各组成部分的探测和解剖，不仅是理解成矿过程的基础，还将有效提高成矿预测的成功率.

矿产勘查走向深部已成为国际大趋势.近100多年的勘查实践表明，勘查技术的每次进步都会带来一批新矿床的发现，并使勘探深度不断加大(Gordon，2006).在探测的基础上，开展三维地质建模可以了解一个地区的结构框架，助力深部成矿预测.近年，三维地质建模已经成为矿体形态描述和深部成矿预测的常规手段，尤其是反射地震技术，在 三维地质建模中起到关键约束作用(e.g.，Milkereit et al.，1992; Goleby et al.，2002; Malehmir et al.，2006，2007; and Lü et al.，2013a).

长江中下游成矿带是我国东部的“矿业走廊”，产出有200多个大中型铁、铜、金等多金属矿床(Pan et al.，1999).为什么在此狭窄的空间内发生了巨量金属富集？深部发生了什么地球动力学过程？长期以来一直是矿床地质学家关注的重大科学问题.25年前，常印佛等(1991)在其“长江中下游铜铁成矿带”一书中指出，“长江中下游是一个陆内成矿带，在各方面均存在自己的特色，它不同于碰撞造山成矿带，也不同于大陆边缘成矿带，和典型的裂谷成矿带也有很大差别”.20多年过去了，大量高精度年代学工作进一步证实了长江中下游的成矿作用发生在145 Ma到120 Ma，峰值在140 Ma和125 Ma(Zhou et al.，2008)，成矿时间晚于扬子与华北板块汇聚碰撞(Zhao et al.，1987；Li et al.，1989；Yin and Nie.，1993)约80多个百万年，成矿阶段完全处于大陆内部环境.相对于洋-陆俯冲(Kerrich and Wyman，1990; Kerrich et al.，2000)和陆-陆碰撞(Hou and Cook，2009; 侯增谦，2010)构造背景下的深部过程和成矿系统研究而言，大陆内部深部过程与成矿系统的研究还很薄弱，核心在于对复杂的大陆岩石圈结构和深部过程知之甚少.

最近10多年，在长江中下游成矿带深部相继发现了姚家岭、沙溪、泥河、小包庄、杨庄、城门山深部等10多个大型、超大型铜、铁矿床，深部成矿与找矿潜力再次引起科学界和工业界的高度重视.深部的找矿潜力到底有多大、多金属如何开展深部找矿等问题再次摆在矿床学家和勘探工作者面前.

在国家深部探测专项(SinoProbe)、地质调查项目和国家自然科学基金支持下，自2009至2014年，SinoProbe-03项目组在长江中下游地区开展了多尺度、综合地球物理探测研究工作.包括成矿带尺度的综合探测、矿集区尺度的三维地质建模和深部成矿预测，以及矿田尺度的三维探测与矿体定位.在不同尺度的探测中，针对遇到的特殊问题还开展了技术攻关，取得了一批技术创新成果.本文将主要回顾三个层次的综合探测在长江中下游成矿带岩石圈结构、深部过程、区域构造，典型矿集区三维结构和方法技术探测试验方面取得的新认识、新进展，希望能 对关注和研究长江中下游成矿带，以及开展深部探测和勘探技术方法研究的科研工作者有所帮助和借鉴.

在国家“深部探测技术与实验(SinoProbe)”等多个项目的支持下，作者对长江中下游地区进行了系统的多尺度综合地球物理探测(吕庆田等，2011)，总体部署可以概括为：“一网、两带、四区、多点”(图 1).

岩石圈及上地幔结构探测的“一网、两带”部署.“一网”是指覆盖长江中下游地区的宽频地震台网.作者先后部署了47台和20台宽频地震台连续观测了5年，加上收集到的130多个固定地震台站数据，形成了覆盖整个地区的宽频地震台网.利用这些数据，先后开展了远震层析成像(Jiang et al.，2013，2014，2015)、噪声成像(Ouyang et al.，2014)、各项异性(Shi et al.，2013；欧阳龙斌等，2015)和P波、S波接收函数研究(史大年等，2012)等.“两带”是指两条跨越长江中下游成矿带的综合探测廊带，简称“北带”和“南带”(图 1).“北带”大致以宁芜矿集区为中心，呈NW-SE走向，北西起自安徽省利辛县境内，经马鞍山，南东到达浙江湖州境内，全长约450 km；“南带”位于安庆南侧，呈NW-SE走向，北西起自湖北境内的英山县(大别山内)，经安徽的太湖和望江县，南东到达江西开化县境内，全长约350 km.沿地质廊带开展了深地震反射(Lü et al.，2015a)、宽角反射/折射(徐涛等，2014；张明辉等，2015)、大地电磁(强建科等，2014；王显莹等，2015)探测.在“北带”还部署了密集(台站平均间距5 km)的宽频地震观测(史大年等，2012).探测目标是揭示巨型成矿带的岩石圈结构、形成的深部构造背景、动力学过程，以及矿集区形成的深部控制因素.

矿集区三维结构探测的“四区”部署.“四区”是指宁芜、铜陵、庐枞和贵池矿集区，各矿集区的剖面部署和工作程度有所差别，其中以庐枞、铜陵矿集区最为详细.庐枞矿集区开展了5条相互交叉的高分辨率反射(Lü et al.，2013b，2015b；吕庆田等，2014b)、MT剖面探测(肖晓等，2011，2014)，以及区域重磁物性填图与三维建模研究(祁光等，2014；严加永等，2014a；郭冬等，2014).铜陵矿集区开展了6条NW-SE向的高分辨率反射地震剖面(Lü et al.，2012)和6条MT剖面探测(Tang et al.，2013；汤井田等，2014)，以及区域航磁岩性填图(严加永等，2009)与重力三维反演建模研究(兰学毅等，2015)等工作.探测的主要目标是揭示矿集区三维结构及主要控矿地质体(构造、地层和岩体)的深部延伸，建立矿集区区域成矿模式，为深部找矿勘查提供深部信息.总体技术思路是用骨干剖面为约束，利用区域重、磁位场三维反演技术(Lü et al.，2013a)构建矿集区三维地质-地球物理模型，并在关键地区实施钻探验证.

典型矿床(田)深部探测的“多点”部署.“多点” 是指在庐枞、铜陵等矿集区，选择典型类型矿床，如庐枞的沙溪斑岩铜矿(Chen et al.，2012；严加永等，2014b)、泥河(祁光等，2012；张昆等，2014；)、罗河“玢岩型”铁矿(吕庆田等，2010)；铜陵矿集区舒家店斑岩铜矿床(胡英才等，2014)、姚家岭锌金多金属矿等，开展三维综合地球物理方法探测试验.目的是检验方法应用效果、完善三维反演技术、开展深部及外围成矿预测.

图 1

Fig. 1

图 1 长江中下游成矿带及典型矿集区多尺度综合地球物理探测工作部署图 1 -主要断裂；2-固定地震台站；3-流动地震台站；4-MT测深点；5-反射地震剖面，浅蓝色为非SinoProbe剖面；6-广角反射接收 点；7-广角反射激发点.TLF-郯庐断裂；XHF-响水—淮阴断裂；CHF-滁河断裂；MSF-茅山断裂；JNF-江南断裂；SDF-寿县—定远断裂；XMF-晓天—磨子潭断裂；XGF-襄樊—广济断裂. Fig. 1 Map showing the layout and location of multi-scale integrated geophysical exploration over the middle and lower Yangtze Metellogenic belt and major ore-districts 1 -Major faults; 2- Permanent seismic stations；3- Portable broad-b and seismic stations；4-MT sounding points；5-Reflection seismic profile，light blue are non-SinoProbe profiles；6-Wide-angle stations；7-Wide-angle shot points. TLF-Tan-Lu Fault；XHF- Xiangshui-Huaiyin Fault；CHF-Chehe Fault；MSF-Maoshan fault；JNF-Jiangnan Fault；SDF-Shouxian-Dingyuan Fault；XMF-Xiaotian-Mozitan Fault；XGF-Xiangfan-Guangji Fault.

地震波速度是物质、温度和流体的综合反应，上地幔速度及变化一定程度上反映了热状态和物质的性质和变化.利用深部探测部署的宽频地震台和收集到的固定地震台站数据，项目组应用多种层析成像方法获得了上地幔及岩石圈的速度分布和各向异性参数；利用深地震反射/折射和MT探测获得了更加精细的地壳速度、反射结构和电性结构，分析这些结果，对认识长江中下游成矿带岩石圈结构、深部过程和变形提供了重要的约束.

利用长江中下游成矿带及邻区省份46个固定台站和20个流动台站数据，选择678个远震时间，提取了17118条P波到时数据，开展了远震层析成像反演(Jiang et al.，2013; 江国明等2014).成像结果显示，从地壳到上地幔(400 km)，成矿带P波速度呈现两高一低的“三明治”结构，即0~50 km深度表现为高速异常，100 km和200 km深度表现为低速异常，而300~400 km深度又表现为高速异常.三维异常形态基本上平行于成矿带走向(NE-SW)，而且南部较深、北部较浅，总体向南西倾斜.

利用138个固定地震台和19个流动台站数据，项目组还开展了噪声及双平面波层析成像反演(Ouyang et al.，2014)，得到了长江中下游地区从地表到250 km深度范围内的三维S波速度结构.结果表明在6 km深度范围，盆地区总体表现为低速特征，河淮、苏北和江汉盆地表现出比南阳和合肥盆地更低的速度；大别—苏鲁造山带和华南褶皱带表现为高速特征；在26 km深度，大别造山带表现为低速特征.最显著的特征是在长江中下游成矿带下方100 km到200 km深度范围内存在一个明显的低速体，且从西南的九瑞矿集区到东北的宁芜矿集区，该低速体深度逐渐变浅，速度逐渐变低(Ouyang et al.，2014)，这一特征与远震层析成像结果总体一致.

为研究上地幔和岩石圈内部主要界面的起伏，项目组利用“北带”密集部署的宽频地震台数据，开展了接收函数研究，选取了信噪比较高的4851个远震P波和205个远震S波接收函数参加了叠加成像(史大年等，2012；Shi et al.，2013).结果显示，研究区内上地幔中410 km和670 km间断面比较平坦，深度未见有明显异常，但Moho面具有明显的“幔隆”特征.在P波接收函数成像剖面上，Moho面具有最强转换振幅、连续，且存在着明显的横向起伏变化，Moho最浅出位于宁芜矿集区下方，大约在29 km；向东西两侧逐渐加深，最深处在郯庐断裂附近，约36 km，扬子和华北克拉通内部Moho 基本在32~33 km之间.S波接收函数更适合上地幔结构成像，与P波接收函数不同，它们不受来自地壳多次波的干扰.S波接收函数结果显示大约在70 km深度有一个负转换界面，很可能是软流圈顶界面的反映.这一结果与Chen等(2006)和Sodoudi等(2006)在大别和郯庐断裂带获得的结果一致.S波接收函数结果说明长江中下游成矿带存在软流圈顶界面的隆起.

根据速度分布特征，吕庆田等(2014a)认为，P波层析成像第一层高速异常的分布大致反映长江中下游成矿带的岩石圈厚度60~70 km，与该剖面的接收函数结果非常一致(Shi et al.，2013).上地幔的速度异常通常由温度和物质组成的变化引起，高速异常对应着“冷的”、坚硬的物质(比如俯冲的板块或岩石圈)，而低速异常则对应着“热的”、较软的物质(比如软流圈热物质).研究区的“三明治”速度结构或可解释为俯冲的古老洋壳残余，或拆沉的岩石圈根部.吕庆田等(2014a)认为“三明治”速度结构可能与岩石圈的拆沉有关，高速体可能是增厚的岩石圈(下地壳)拆沉、并下沉到该深度的残留体；而位于100~200 km之间的低速体应该是上升的软流圈物质，它们替代了拆沉的岩石圈.这与长江中下游成矿带的岩浆岩普遍具有与埃达克(adakite)岩石类似的地球化学特征相吻合，它们来自增厚的岩石圈(下地壳)拆沉、熔融的结果.

使用国际上通用的横波分裂测量方法(Vinnik et al.，1989; Silver and Chan，1991; Silver and Savage，1994)，项目组对研究区开展了SKS和SKKS各向异性参数测量和研究(Shi et al.，2013).研究结果表明，快波偏振方向沿“北带”廊带有较大的变化，且规律性明显.华北地台内部可观测到的快波偏振方向总体呈NW-SE方向.“北带”廊带北西端到滁河断裂，可以看到快波偏振方向呈顺时针逐渐旋转，直到大致平行断裂带的NE向.长江中下游成矿带内大多数的台站快波的偏振方向在45°N—65°E之间，大致平行构造走向.江南断裂以东，快波偏振方向从近似平行构造线方向又变为WNW-ESE.

研究区各向异性参数的另一个特征是快波偏振方向随震源方位不同而变化.比如，对大多数来自南东134°方向的地震，江南断裂附近台站的快波偏振方向一致呈65°N—85°E；但对来自北西317°方向的地震，快波偏振方向呈120°N—130°E.这种现象的可能解释是地幔变形在有限空间内突然变化，导致各向异性横向变化迅速.长江中下游出现的这种变化，可能的解释是来自不同方向的SKS、SKKS穿过了不同的各向异性层，造成在短距离内发生较大变化，这种特征通常在造山带、陆内裂谷带等狭窄线性构造区遇到(Nicolas，1993)，反映上地幔流动变形方向在造山带下的突然变化.

引起横波分裂的原因通常认为是最后一次造山运动形成、并“冻结”在上地幔的“化石”各向异性(Silver and Chan，1991)，或者是现今软流圈流动形成的地幔各向异性(Vinnik et al.，1989)，或者是上述两者成因兼而有之(Vinnik et al.，1992).华北克拉通、长江中下游成矿带和扬子克拉通分别具有NW-SE，NE-SW和WNW-ESE的快波偏振方向，区域上形成各向异性的“三明治”结构.表明在总体NW-SE挤压下，长江中下游成矿带上地幔由于受到华北克拉通的阻挡，在长江中下游地区发生了切向(垂直挤压应力方向)流动变形，而上地壳仍然发生NW-SE向的褶皱或冲断变形.这种解释与层析成像发现的上地幔NE-SW走向的低速体十分吻合.沿成矿带中央的马鞍山(MAS)、安庆(ANQ)台站上具有最大的快慢波延迟，这与上地幔低速体的空间位置十分吻合，很有可能该低速体的NE-SW向的流动变形是产生上地幔各向异性的机制.

接收函数成像研究中，Shi等(2013)发现长江中下游成矿带的下地壳与其周边的下地壳在结构上存在明显的不同.在22 km处存在一个近水平的反射(/转换)界面，极性为负，表示该界面下面为相对低速层.该界面对于不同方位入射的地震波，其反射(/转换)极性不同.对于沿成矿带走向(NE-SW)方向入射的地震波，其下地壳表现为高速特征，而对于垂直于成矿带走向方向入射的地震波，其下地壳却又表现为低速特征.说明长江中下游成矿带现今的下地壳存在着明显的地震波各向异性.通过理论正演模拟，Shi等(2013)认为长江中下游成矿带下地壳具有约5％的各向异性，各向异性层对称轴方向呈NE-SW向，厚约10 km，且以11°倾角向南西(225°)方向倾斜.由于中下地壳深度缺少裂隙(Kern，1982)，下地壳的地震波各向异性不大可能是裂隙引起的，最有可能是各向异性矿物晶体，如黑云母、角闪石，甚至橄榄石定向排列引起的.角闪石和橄榄石分别被认为是下地壳(Tatham et al.，2008)和上的地幔(Mainprice and Nicolas，1989)地震波各向异性的主要来源，因为它们晶体的排列方向都易随变形而改变.根据上述分析，下地壳的各向异性可以解释为强烈壳幔相互作用、流动变形留下的动力学“痕迹”，其中包含岩浆过程的贡献.

分析多条跨越长江中下游成矿带不同位置的深反射地震剖面(Lü et al.，2015a； 吕庆田等，2015c)，发现成矿带及邻区地壳结构和变形具有以下特征：1)“三层”非耦合地壳结构；2)大尺度褶皱、逆冲变形和对冲构造；3)成矿带对应“鳄鱼嘴”构造，指示存在“陆内俯冲”；4)Moho“鼻状”隆起.

根据反射同相轴的密度、形态、倾向、连续性和相互之间的交叉关系，长江中下游地区的地壳结构具有明显的分层特征(Lü et al.，2013b，2015a)，大致可分为上、中、下三层(图 2).上地壳(TWT，0～4.0 s)：反射密集、形态多变；中地壳(TWT，4.0～7.0 s)：反射密集，形态以大尺度、长“波长”为特征；局部卷入上地壳，更多的参与下地壳变形；下地壳(TWT，7.0～11.0 s)：反射相对稀疏(火山岩盆地区除外)，以大区域“单斜”和水平反射为特征.需要指出的是，根据反射特征对地壳结构的划分与传统 的以地壳物质和地震波速度为依据的划分(Holbrook et al.，1992; Rudnick and Fountain，1995)有些差异；另外，不同地区和构造背景的地壳结构也存在较大差异，如铜陵隆起与庐枞凹陷等，一些地方中、下地壳很难分开，呈现出“双层结构”.

图 2

Fig. 2

图 2 “北带”地质廊带反射地震偏移剖面及地质解释图（据Lü et al.，2015a） （a）廊带地质图，图中S、O、D、K等为地层符号，数字为CDP号；（b）叠前时间偏移地震剖面；（c）偏移剖面地震线条图，显示主要反射事件；（d）地质解释及主要构造.TLF：郯庐断裂；HXF：淮阴响水—断裂；CHF-滁河断裂；CJF：长江深断裂；MTF：主逆冲断裂；MSF-茅山断裂；JNF-江南断裂；NLF：宁国—溧阳断裂；GWF：广德-无锡断裂；Pt-Pz：元古界-古生界地层；Pz：古生界地层；Mz：中生界地层；A,B,…O,P表示相对独立的块体 Fig. 2 Migrated and interpreted seismic section for the whole deep seismic profile to 13s (TWT) along the north Corridor (Modified from Lü et al.，2015a）) (a)Geology along the deep seismic profile, in which S,O,D,K are strata symbol, the figures are CDP numbers; (b)Pre-stack time migration seismic profile; (c)Line-drawings of the deep seismic profile showing the reflection events, (d)Geologic interpretation and structural lines along the profile. TLF: Tan-Lu fault; HXF: Huaiyin-Xiangshui fault; CHF: Chuhe fault; CJF: Changjiang thrust fault; MTF: Major thrust fault; MSF:Maoshan fault; JNF: Jiangnan fault; NLF:Ningguo-Liyang fault; GWF: Wuxi fault; Pt-Pz:Proterozoic-Paleozoic strata; Pz: Paleozoic strata; Mz: Mesozoic strata; A,B,…,O,P represent comparatively complete blocks.

中、上地壳之间存在明显的滑脱界面(decollement)，深度大致在4.0 s(TWT)，不同地方差异较大.上地壳多数断裂、变形都终止在此深度附近.上地壳与中地壳变形总体呈不耦合状态，但局部也可以看到中、上地壳同步变形的情况；中、下地壳之间虽然没有一个连续的滑脱层，但二者之间明显的反射差异可以推测存在物性界面，使中、下地壳在变形过程中解耦，这个界面大致与地壳中脆型到韧性的转换界面对应，大约在21 km(张国民等，2002).根据华南地区区域地层、构造地质及岩性特征分析，区域滑脱面可能存在于早志留系页岩层、早寒武系黑色页岩层，或震旦粉砂岩和页岩层(朱光等，1999; Yan et al.，2003).上、中地壳之间的滑脱界面在一些地方可能与这些区域滑脱面吻合.

穿过不同构造单元的地震反射总体上呈现出与构造单元性质相对应的反射特征(图 2).伸展凹陷区，如潜山—孔城凹陷、沿江凹陷等，反射剖面清晰地揭示出凹陷盆地的轮廓和内部沉积层结构，以及基底复杂的褶皱、冲断和叠瓦构造；隆起区，既有以强烈挤压为特征的紧闭褶皱，又有蜿蜒起伏的“波浪式”褶皱、漆折和叠瓦(imbrication)，不同规模和尺 度的构造叠加在一起，小到几十米，大到二三十公里.

上地壳变形还呈现出区域变化的特点，大致以“长江深断裂(CJF)”为界(吕庆田等，2015c)，西侧的反射构造总体向NW倾斜(张八岭除外)，东侧的反射构造总体向SE倾斜，构成以长江深断裂(CJF)为中心的“对冲”构造样式(图 2).从郯庐断裂到扬子板块内部，上地壳变形呈现出由紧闭褶皱、冲断和推覆逐渐演变为区域宽缓褶皱、或厢式褶皱.比如，滁全凹陷下方出现一系列近似平行的、倾向NW的反射同相轴，并有规律地被切断.根据凹陷两侧出露的老地层及其变形特征，这些NW倾斜的密集反射反映出盖层曾经历了强烈挤压变形，形成紧闭褶皱、冲断和叠瓦的构造式样，在后期伸展过程中，被区域拆离断层切断.沿江凹陷、宁芜火山岩盆地及其以东，一直到剖面尾端，上地壳表现为大尺度“波浪”式褶皱，在“波谷”和“波峰”之间不乏较陡的冲断和推覆构造(Lü et al.，2015a).这种反射特征反映出盖层变形以大尺度、块体整体变形为特征，形成了地壳尺度的褶皱、冲断和叠瓦，与长江以北的小尺度紧闭褶皱、冲断和叠瓦形成鲜明对比.

深反射地震揭示的最显著的地壳结构特征(Lü et al.，2015a)是在宁芜火山岩盆地、沿江凹陷(长江深断裂)和郯庐断裂之下，出现类似于碰撞造山带的“鳄鱼嘴”构造(Brewer et al.，1980; Meissner et al.，1989)，即中、上地壳物质沿逆冲断裂向上逆冲，而下地壳物质沿着剪切带向下俯冲或叠置，形成“地壳根(crustal root)”，在相邻块体地壳中间形成楔状体.向上逆冲的物质由于进入冷的、刚性的上地壳，很容易被保存再来；但“鳄鱼嘴”构造的“下颚”只有在热流和伸展作用不太强的地方才能保留下来.

从整个长江中下游地区的下地壳(TWT，7.0~10.5 s)反射特征看，主要有两种反射模式，即“单斜”和负向“对冲”模式.在火山岩盆地之下也可看到密集的近水平反射，或与前两种模式叠加在一起.典型的下地壳“单斜”反射，出现在“北带”廊带的深地震反射剖面上(图 2)，介于长江深断裂至茅山断裂之间的下地壳，多组NW倾斜的“单斜(ramp)”反射从中地壳一直延伸到宁芜盆地的上地幔(45 km)，并导致宁芜火山岩盆地和长江深断裂带之下的Moho界面多处错断，这种特征还出现在郯庐断裂之下，但没有宁芜盆地下方典型.只有少数下地壳的倾斜反射错断了Moho面，多数情况则是Moho面切断了下地壳的倾斜反射.一些穿过长江深断裂的剖面下地壳表现为负向“对冲”构造形态(吕庆田等，2015c)，即大致以长江深断裂为界，两侧下地壳反射倾向相反；一些剖面下地壳的近水平密集反射，可能与后期下地壳的强烈岩浆活动和伸展流动有关.“鳄鱼嘴”构造的出现和上地壳强烈的挤压变形使作者提出以下大胆推测：

1)长江中下游成矿带在燕山期可能发生陆内造山运动，在陆内块体之间发生陆内俯冲或下地壳的叠瓦，俯冲产生“壳根”，使地壳增厚.

2)上地壳与中、下地壳在造山过程总体上处于解耦状态.中、下地壳出现拆离的深度约21 km(双程走时7.0 s)，这一深度位于中国东部现今地震震源深度底界(19.0 km)之下约2.0 km，处于地壳内部刚性强度最小的深度，物质处于塑性流动状态(存在壳内薄弱带).

多种地球物理方法探测对长江中下游地区的Moho面形态取得一致的结果.反射地震发现(吕庆田等，2015a)，从华北克拉通到扬子板块内部，Moho界面在29到35 km之间变化，对应宁芜火山岩盆地最浅(29 km，地壳平均速度按6 km·s^-1)，向东西两侧逐渐加深，扬子板块内加深到约33 km，华北板块加深到郯庐断裂下的35 km，合肥盆地的32 km.折射地震联合纵测线和非纵测线地震数据，获得长江中下游成矿带及邻区Moho深度的区域变化，宁芜矿集区内的Moho面深度整体较浅，约32~34 km，华北块体合肥盆地内Moho面深度整体较深，约34~35 km(张明辉等，2015).天然地震网格搜索法获得的Moho深度变化在28~36 km，宁芜矿集区下方约29 km(Shi et al.，2013)；这些 结果与区域重力异常反演的Moho深度(严加永等，2011)在趋势变化上是一致的，即沿成矿带呈“鼻状”隆起.虽然不同方法得出的Moho面的物理意义有所 差别，但各种方法结果的趋势惊人一致，说明地壳减 薄、软流圈上隆确实集中发生在长江中下游成矿带之下.

基于不同的地质、地球化学和地球物理数据，很多学者提出过长江中下游地区的构造背景和深部动 力学模式.归纳起来有：“大陆挤入(Indenter Model)” 模式(Yin and Nie，1993)，碰撞后陆内转换断层模式(Okey et al.，1992)，同碰撞转换断层模式(Zhu et al.，2009)，地壳拆离模式(Li，1994)，洋脊俯冲模式(Ling et al.，2009；孙卫东等，2010)，以及古太平洋斜向俯冲的左行平移模式(Xu et al.，1987，1994)等.关于成矿岩浆的形成动力学模式主要集中在两类：增厚的下地壳拆沉与熔融(Xu et al.，2002; Wang et al.，2007; 侯增谦等，2007)；俯冲的洋壳熔融，或俯冲引起的富集地幔熔融(Ling et al.，2009; Zhou and Li，2000).鉴于篇幅所限，本文不展开讨论这些模式优缺点，只强调本文取得的重要发现和提出的动力学模式.

归纳起来，多尺度综合探测取得的主要发现：

1)上地壳经历了强烈缩短，下地壳及岩石圈地幔可能发生俯冲，或叠置增厚.

2)岩石圈70~200 km之间存在低速层，300~400 km为高速层.

3)上地幔及下地壳各向异性显示，沿成矿带走向方向软流圈物质发生流动变形.

4)LAB(岩石圈-软流圈界面)和Moho面沿成矿带呈“鼻状”隆起.

上述证据犹如地质历史演化过程中的一张张图片，将其连接起来便可以推测区域构造演化历史.吕庆田等(2015a)结合区域地质构造、岩石地球化学等资料，提出长江中下游地区的构造演化动力学模式如下：

1)中、晚三叠世华南板块(SCB)与华北板块(NCB)的碰撞(印支期造山)在研究区并没有产生强烈的变形和岩浆活动.郯庐断裂表现为同碰撞造山的陆内转换断裂(Zhu et al.，2009)，大别和苏鲁UHP分别在郯庐断裂南北两侧同时形成，期间研究区或发生了逆时针旋转(Gilder et al.，1999).印支期造山运动或只在大别和苏鲁的前陆有限范围造成近E-W向褶皱和冲断.中侏罗世开始，区域构造体制逐渐从特提斯构造域转向滨太平洋构造域(张岳桥等，2009，2012)，并逐渐受控于古太平洋板块向华南大陆低角度NW向俯冲的应力体系，在研究区及整个华南地区产生了强烈的陆内造山(燕山运动).由于受华北板块和大别地块的强力阻挡，长江中下游地区地壳发生强烈变形，上下地壳拆离，上地壳发生强烈褶皱、冲断或推覆，下地壳和岩石圈地幔 发生陆内俯冲或叠置，并使岩石圈增厚(>100 km)，形成了晚中生代沿江陆内造山带.从晚侏罗或早白垩世开始，随着古太平洋板块俯冲应力减弱(或因角度变陡)，增厚的岩石圈因下地壳物质发生榴辉岩化使密度反转处于重力不稳定状态，继而发生拆沉.

2)岩石圈拆沉将导致软流圈物质上隆，替代拆沉岩石圈所占据的空间，并导致沿江造山带急剧隆升和随后的垮塌伸展，以及大规模幔源岩浆活动(Kay and Kay，1993).拆沉的古老下地壳在地幔中熔融，或早期底侵在下地壳的幔源物质再熔融，将产生具有Adakite性质的岩浆，这种岩浆通常容易富集成矿物质，易于成矿(侯增谦等，2007; Wang et al.，2007; Ling et al.，2009).长江中下游很多成矿岩体具有很强的Adakite质岩亲和性，或是由于大量增厚的下地壳物质再熔融的结果(Wang et al.，2007).总之，燕山期的陆内俯冲、岩石圈拆沉、熔融和底侵作用，或许是造成长江中下游晚侏罗和早白垩大规模成岩和成矿作用的主导机制.随着早白垩纪岩石圈的拆沉，区域构造体制逐渐转为稳定的伸展环境，上地壳出现断陷盆地，盆地内出现巨厚的白垩纪红层沉积；岩浆活动逐渐减弱，但局部盆地出现玄武岩喷溢.经历了白垩纪、第三纪的演化，长江中下游地区最终形成现在的“隆”“凹”相间的构造格局，地壳逐渐趋于稳定.

长江中下游成矿带经过复杂的构造演化，最终形成了现今“断隆”、“断凹”相间的构造格局.“断隆区”，如铜陵、九瑞、贵池等矿集区，发育一套高钾钙碱性岩石系列，形成了以矽卡岩-斑岩型铜、铁、金矿床为主的成矿系统(147~137 Ma)；“断凹区”，如宁芜、庐枞等矿集区，发育了一套橄榄安粗岩岩石系列(135 Ma)，形成了以“玢岩”型铁、硫矿床为主的成矿系统(常印佛等，1991；唐永成等，1998；周涛发等，2008).长期以来，对两类不同类型矿集区的深部结构、岩浆系统和主要控矿地质体的空间延伸并不清楚，一定程度上影响了对成矿过程的认识和深部资源潜力的评价.项目组选择两类典型的矿集区：庐枞和铜陵，开展了以高分辨率反射地震为主的综合地球物理探测和建模，在此基础上开展了区域深部成矿预测，简述如下.

庐枞矿集区的综合探测及研究包括：5条相互 垂直的高分辨率反射地震(Lü et al.，2013b，2015b; 吕庆田等，2014b)和大地电磁测深剖面(肖晓等，2011，2014)，总长近300 km，覆盖整个矿集区；区域重、磁研究(刘彦等，2013)、岩性填图(严加永等，2014)和三维建模(祁光等，2014)；区域成矿模式研究(周涛发等，2014)和深部成矿预测等，取得主要进展如下：

基于高分辨率反射地震、MT测深和多尺度重磁边缘检测结果，获得了庐枞矿集区上地壳结构、组成和主要断裂带的分布(Lü et al.，2015b).矿集区东西向结构呈现“两凹一隆”格局，西侧为潜山—孔城凹陷，东侧为庐枞火山岩盆地，二者之间以一隆起相隔(图 3)；两个凹陷除了火山活动强度差异较大外，结构上有类似之处.两个盆地都存在一个基底断裂，控制盆地的发育与演化，但潜山—孔城坳陷基底断裂(CHF)平缓，而火山岩盆地之下的基底断裂(CFZ)陡倾，而且延伸更深(图 3).矿集区南北向结构呈“南凹北隆”阶梯式台升的格局，两个“台阶”断裂分别为汤家院—砖桥断裂(图 4 ④)、庐江—黄姑闸—铜陵拆离断层(LTHT).庐枞火山岩盆地呈不对称“箕状”，四周由向盆地倾斜的边界断裂围限，北、东边界断裂(BF2、LHTD)为深断裂，控制火山岩盆地的发展与演化.庐枞火山岩东北部和东部，发现相对完好的早、中侏罗世沉积盆地，分别呈NWW-SEE和NE-SW走向，深达5.0 km，可能是印支陆-陆碰撞后伸展阶段形成的盆地.

图 3

Fig. 3

图 3 庐枞矿集区LZ-09-01线综合地球物理探测及地质解释剖面图(据Lü et al.，2015b) (a)0~4 s的叠前时间偏移剖面；(b)视电阻率与偏移的叠合剖面；(c)沿测线地质图；(d)在地震线条图上的地质解释剖面. 1-出露或推测的花岗岩体；2-推测的白垩系火山岩或沉积盆地基底；3-推测的主要断层或拆离断层；4-推测的第三系沉积间断面；5-推测的正断层；6-推测的侏罗纪磨山组或罗岭组底界面；7-推测的断层或拆离断层；8-推测的区域滑脱面；9-推测的逆冲断层；Pt-S: 晚元古至志留系地层; S-T：志留系至三叠系地层; J1-2：早中侏罗统地层; K: 白垩系地层(K1f: 浮山组; K1sh: 双庙组; K1zh: 砖桥组; BF1: 庐枞盆地西边界断层; BF2: 庐枞盆地东边界断层; CHF: 滁河断裂；CFZ: 盆地中央断裂带; L4、L5指示剖面 LZ-09-04和LZ-09-05在此剖面上的位置. Fig. 3 Integrated geophysical section and geologic interpretation of line LZ-09-01 in LuZong ore district(after Lü et al.，2015b) (a)Pre-stack time migration profile to 4.0 s;(b)Superposition of migrated seismic section and MT resistivity model;(c)Geology along the profile;(d)Geologic interpretation made on the skeletonized seismic profile.1-crop out or inferred granitic plutons; 2-crop out and inferred basic plutons; 3-inferred base of Cretaceous volcanics or sedimentation; 4-inferred major fault or décollement; 5-inferred Tertiary sedimentary discontinuity; 6-inferred normal fault; 7-inferred base of the Jurassic Moshan and Luoling Formation; 8-inferred fault or detachment; 9-inferred regional décollement along the Lower Silurian shale; and 10-inferred thrust fault. Pt-S： Proterozoic to Silurian sequences; S-T：Silurian to Triassic sequences; J1-2：Lower and Middle Jurassic sequences; K：Cretaceous sediments(K1f: Fushan Form.; K1sh: Shuangmiao Form.; K1zh: Zhuanqiao Form.); BF1: West boundary fault of Luzong; BF2: East boundary fault; CHF: Chuhe fault，and CFZ: Central fault zone; L4 and L5 indicate the locations of profiles LZ-09-04 and LZ-09-05.

图 4

Fig. 4

图 4 庐枞矿集区地壳结构及断裂系统综合解释图(据Lü et al.，2015b) 正断层和拆离断层的位置由穿过的反射地震剖面解释确定，断裂的平面延伸根据地表地质和重磁多尺度边缘检测结果综合确定.1-第四系; 2-第三系; 3-晚白垩红色碎屑沉积; 4-白垩系浮山组; 5-白垩系双庙组; 6-白垩系砖桥组；7-白垩系龙门院组; 8-白垩系毛坦厂组; 9-侏罗系红花桥组; 10-侏罗系罗岭组和磨山组; 11-三叠系; 12-古生界;13-元古界; 14-太古界; 15-燕山期中酸性侵入岩; 16-燕山期碱性侵入岩; 17-超高压地体;18-矿床. Fig. 4 Joint interpretations of the structure and fault systems for the Lu-Zong ore district(after Lü et al.，2015b) Note that the locations of the normal fault and detachments where the seismic lines pass over are identified by the reflection patterns，and the surface extensions of the fault are traced by the surface geology and the multiscale edge results. 1-Quaternary; 2-Tertiary; 3-Late Cretaceous red clastics; 4-Cretaceous Fushan Formation(Fm.); 5-Cretaceous Shuangmiao Fm.; 6-Cretaceous Zhuanqiao Fm.; 7-Cretaceous Longmenyuan Fm.; 8-Cretaceous Maotanchang Fm.; 9-Jurassic Honghuaqiao Fm.; 10-Jurassic Luoling and Moshan Fm.; 11-Triassic; 12-Palaeozoic;13-Proterozoic; 14-Archaeozoic; 15-Yanshanian interacid intrusion; 16-Yanshanian alkaline intrusion; 17-ultrahigh-pressure terrane;18-deposit.

构造上，矿集区有“三横六纵”断裂系统(Lü et al.，2015b).其中NWW-SEE和NW-SE向断裂有三条，即：

1)庐江—黄故闸—铜陵拆离断层(LHTD)：该断层是矿集区北界的一条重要断层，一直延伸到中地壳，是庐枞矿集区“北隆南坳”的第一台阶，在区域构造演化中具有特殊意义，向东经铜陵一直延伸到杭州湾，往西可能与信阳—舒城断裂相接.

2)汤家院—砖桥断裂：本次探测新发现的一条断裂，构成“北隆南坳”的第二台阶，向西或终止于郯庐断裂，或与磨子谭—晓天断裂相接(图 4④).

3)义津—陶家巷断裂(图 4③)：为庐枞火山岩盆地主体的南界，断裂规模较小，往西终止于郯庐断裂，往东或与木镇断裂相连(MZF).

NE-SW向断裂主要有6条(图 4).即：

1)郯庐断裂：在庐枞地区似乎没有表现出深大断裂的特点.

2)滁河断裂(CHF)：是滁河断裂的南部延伸，控制了潜山—孔城凹陷的发育和演化.该断裂在挤压期或为逆冲断裂，在伸展阶段反转为正断层，而且区域演化过程和强度随空间而变化，在矿集区北部基底隆起区，仍为逆冲断层.

3)长江深断裂带(CJF)：大致沿长江呈弧形分布，由沿江系列拆离断层组成，控制沿江沉积凹陷的形成；挤压期为一组逆冲断层，在庐枞盆地东侧形成双重构造(Duplex)，造成古生代-中生代地层出露.该断裂带的发现第一次揭示了“长江深断裂带”的性质(吕庆田等，2015c).

4)罗河—缺口断裂(图 4①)：大致沿火山岩盆地西缘展布，为庐枞火山岩盆地的西边界断裂.

5)陶家湾—施家湾断裂(图 4②)：大致沿火山岩盆地东缘展布，倾角较陡，为庐枞火山岩盆地的东边界断裂，向南可能与枞阳—黄屯基底断裂交汇；

6)枞阳—黄屯基底断裂(图 4⑤)：大致沿火山岩盆地中心展布，近似直立，是控制火山岩盆地的主要基底断裂，也是上地壳岩浆迁移的主要通道(Lü et al.，2013b).

庐枞矿集区构造变形复杂，表现出时空多变的特点(图 5).上地壳物质组成的区域变化和不均匀主要源于构造变形的结果.上地壳的隆起区仍保留有挤压变形的构造形态，如长江深断裂带、沙溪隆起下面的同心褶皱、庐江北部的尖顶褶皱等(吕庆田等，2014b)，这些挤压构造走向多为北东-南西，与区域构造线方向一致.矿集区广泛分布的沉积盆地、区域拆离断层和正断层，有力证明挤压构造的后期发生了强烈伸展运动，虽然伸展盆地的长轴方向多为北东-南西走向，但一系列向南、或南西倾斜的正断 层(如LHTD)说明伸展运动也不局限于NW-SE向.

图 5

Fig. 5

图 5 庐枞矿集区三维格架图(据Lü et al.，2015b).(a)5条反射剖面线条及电阻率模型；(b)5条反射地震线条图及地质解释 Fig. 5 A 3D representation of the(a)five seismic line drawings profiles overlying on the resistivity model and (b)five seismic line drawings with geologic interpretations，viewed from the south(after Lü et al.，2015b)

庐枞火山岩盆地下地壳的反射与其它地区明显不同，具有很强的反射“各向异性”.沿庐枞盆地中央长轴方向，下地壳顶、底部(6.0 s和10.0 s，TWT)存在一个长距离强反射层，称之为庐枞反射体(LZR).它大致呈弧形，延伸长度在45 km以上，几乎与庐枞火山岩盆地的长度相当(Lü et al.，2013b).在与盆地长轴方向垂直的地震剖面上，LZR也存在，但延伸要短很多(5～10 km).通过对比世界上其它火山岩区中、下地壳的层状、长距离反射层(Jarchow et al.，1993; Pratt et al.，1993; Mandler and Clowes，1997，1998; Ross and Eaton，1997)及由Deemer和Hurich(1994)进行的理论模拟结果，Lü等(2013b)认为下地壳顶、底面的巨型反射层是底侵的基性岩浆沿着NE向的深断裂，或者地壳薄弱带上侵到地壳不同位置的岩浆体，或岩浆分异后的残晶体.综合考虑到上地壳受断裂控制的侵入岩体的分布，Lü等(2013b)提出了庐枞矿集区“多级岩浆系统”结构模型.该模型认为，庐枞矿集区岩浆活动总体上受NE向的盆中深断裂(枞阳—黄屯隐伏断裂)控制，初始岩浆缘于幔源玄武质岩浆的多次底侵，经过“MASH”(Melting-Assimilation-Storage-Homogenization)过程堆积在下地壳底部.在伸展体制下，熔融的岩浆更容易流向压力较小的地区.当熔融体累积达到一定的温度和压力，熔融体在地壳薄弱区开始沿“烟囱状”垂直通道向上运移，上升的岩 浆通道遇到中地壳强各向异性界面(韧性-脆性转换带)将滞留，并逐渐连接形成次一级岩浆房(Vigneresse et al.，1999)，随后彼此相互连接形成了一个横向展 布的大的岩浆房(Rubin，1993; Vigneresse，1995b)，导致庐枞地区NE延长的席状岩浆房(如LZR).新的“MASH”过程可能继续发生，当达到某种压力和温度下，岩浆继续沿断裂向上运移就位至上地壳，形成侵入体，或爆发出地表形成火山岩.

在脆性上地壳，区域变形控制了花岗质岩浆的分离、上升和侵位(Hutton，1992; Vigeresse，1995a; 1995b; 1999)，丰富的A型花岗岩体沿NE向的庐枞火山岩盆地分布，空间上与北东向线性构造相连(严加永等，2011).在岩浆侵入过程中，伸展体制为岩浆注入、侵位形成更高一级的岩浆房创造了条件.上地壳反射的不连续或透明区即为浅部岩浆房、侵入体和喷发的通道.

深部成矿预测在思路上有别于浅部的成矿预测，浅部成矿预测更加注重示矿信息的性质、组合，按照“成矿模式+综合信息”的“二元”判别准则，一般遵循从已知到未知的类比.深部成矿预测首先必需了解三维地质结构，即控矿地质体(地层、构造、岩浆岩)的深部延伸，需要遵循“三维结构+成矿模式+综合信息”的“三元”判别准则.

按照上述深部成矿预测的思路，祁光等(2014)依据5条高分辨率反射地震剖面构建初始模型，利用重磁全三维反演对模型进行修正，建立了矿集区三维地质-地球物理模型，大致刻画了矿集区的结构框架、火山岩、侵入岩和基底地层分布，为深部成矿预测提供深部地质信息.周涛发等(2011)对矿集区各种类型的典型矿床进行研究，建立了矿集区区域成矿模式.模式总结了不同类型矿床的空间分布及控矿要素：盆地内部正长岩中发育脉状铁矿化，断裂带附件发育脉状铜矿化；盆地内部正长岩顶部发育铀矿化；盆地外缘A型花岗岩中的断裂带附近发育 脉状铁矿化；盆地外缘A型花岗岩及与其接触的砂岩中发育铀矿化；盆地中的玢岩型铁矿化主要发育在闪长玢岩体与火山岩地层及基底地层的接触带部位.

在上述研究的基础上，项目组对矿集区大比例尺重、磁、化探等示矿信息进行了系统的提取和分析，通过与已知矿床综合信息异常的对比，建立了“玢岩型”和“斑岩型”等主要矿床类型的找矿模式.按照“三元”信息判别准则，预测了泥河—罗河外围玢岩型铁矿、岳山铅锌矿外围铅锌矿、大矾山深部斑岩型铜矿、沙溪南部岱峤山铜矿、井边—巴家滩铜铀矿和罗岭与正长岩有关的铁矿等多个深部找矿远景区.

在综合分析基础上，在庐枞盆地中部井边—巴家滩铜铀深部找矿远景区内的刘屯附近进行钻孔验证，结果取得重大找矿发现.γ测井(高文利等，2015)和钻孔岩心分析显示，在钻孔深度1500～1740 m之间的正长岩中，发现高强度铀矿化，U异常高于万分之一岩心厚度累计97余米；1848 m以下的二长岩局部也出现U异常.进一步研究认为，深部铀矿化为交代碱性岩复合型铀矿的新认识.通过对铀矿化体的岩石学、矿物学、蚀变特征和含矿岩石的年代学研究，发现U富集存在两期，即岩浆期和岩浆期后热液期，兼具碱性岩型铀矿和交代岩型铀矿特征，属于交代碱性岩复合型铀矿.该认识为深部寻找与A型花岗岩有关的铀矿指明了方向(熊欣等，2014).

铜陵矿集区的综合探测和研究工作包括：6条近乎平行的高分辨率反射地震(Lü et al.，2012)和大地电磁测深剖面(Tang et al.，2013; 汤井田等，2014a)，剖面满覆盖长200 km(图 1)；区域重、磁场研究(严加永等，2015)、岩性填图(严加永等，2009)和三维建模(兰学毅等，2015)；区域成矿模式和成矿机制研究(Xu et al.，2011; 徐晓春等，2014)和深部成矿预测等，以下给出取得主要进展.

铜陵矿集区6条高分辨率反射地震偏移剖面清楚显示，上地壳由各式逆冲和复杂褶皱组成(图 6).以铜陵中央断裂(TCF，向北可能与MTF₁相接)为界，矿集区内部大致可分为北西和南东两个块体.“北西块体”由一系列背斜、向斜构成，从北西到南东依次为：铜官山背斜、朱村向斜、永村桥—舒家店背斜等(图 7).在狮子山北部的顺安、黄浒镇等覆盖区，深部并没有明显的盆地，仍为由中生代-古生代盖层组成的复杂褶皱区.在繁昌的红花山地区，依次有楼屋基背斜和乌金岭背斜.从南到北背斜褶皱轴向由北东、北北东到北东东变化.“南东块体”夹持在丁桥—戴家汇断裂(MTF₂)和铜陵中央断裂(TCF)之间，往南西方向逐渐变窄.该块体与传统的凤凰山复向斜吻合，根据多条反射地震剖面的反射特征，凤凰山复向斜表面上看类似复合向斜，实际上由一系列逆冲岩片和逆冲相关褶皱组成(图 6).宣城—南陵断陷受丁桥—戴家汇断裂(MTF₂)控制，呈不对称“箕状”.往北东方向，盆地“一分为二”，由一个断陷盆地，变为两个盆地，中间夹一隆起，该隆起沿茅山断裂分布.铜陵隆起北部发育有北西-南东展布的火山岩盆地(繁昌火山岩盆地)，盆地内部结构均匀，北深南浅，最深处估计或达3.0 km.火山岩盆地区域上受近东西向的庐江—黄姑闸—铜陵拆离断层和北东向的铜陵中央断裂共同控制.

图 6

Fig. 6

图 6 铜陵矿集区TL-11-04反射地震剖面及地质解释图（位置见图7） （a）沿剖面平面地质图；（b）推测的剖面地质图；（c）叠前时间偏移剖面；（d）地震线条图及地质解释.图(a)中数字为CDP号，图(b)中T、D、C、S、O等为地层符号；TCF：铜陵中央断裂（向北与MTF2相连）；MTF1：主逆冲断裂；K-R：白垩系-第三系地层；Pt：元古界地层；Pz：古生界地层；Mz：中生界地层；D1；上中地壳之间的滑脱层；D2；盖层与基底之间滑脱层 Fig. 6 Migrated seismic section and geologic interpretation for line TL-11-04 of Tongling ore district (see Fig 7 for location) (a)Surface geologic map along the line; (b)Inferred geologic section alog the line; (c)Pre-stack time migration seismic section; (d)The seismic line drawings with geologic interpretation. The numbers in figure (a) are CDP numbers, alphabet T,D,C,S,O et al. are strata symbol. TCF: Tongling Central fault (may connected to MTF2 to the north); MTF1: Major thrust fault; K-R: Cretaceous to Tertiary strata; Pt: Proterozoic strata; Pz: Paleozoic strata; Mz: Mesozoic strata; D1: detachment between upper and middle crust; D2: detachment between cover and basement.

区域断裂系统可以概括为“两横三纵”，共有5条主要断裂(图 7)，它们控制了铜陵矿集区的结构框架.“两横”为北侧的庐江—黄姑闸—铜陵拆离断层，南部的木镇断裂；“三纵”分别为：长江深断裂带(CJF₃)、铜陵中央断裂(TCF)和丁桥—戴家汇断裂(MTF₂).各断裂带的特点如下：

1)庐江—黄故闸—铜陵拆离断层(LHTD)：是庐枞矿集区反射地震探测首先发现的(见前述)巨型拆离断层，呈近东-西走向，向南西倾斜，一直延伸到中地壳.该断裂向东经铜陵北部可能一直延伸到杭州湾，往西或与信阳—舒城断裂相接.

2)长江深断裂带(CJF₃)：由一系列逆冲断层组成的冲断构造系，该构造的发现第一次揭示了“长江深断裂带”的性质，即陆内造山阶段为一组逆冲断裂，伸展垮塌阶段反转为正断层或拆离断层，并控制了沿江凹陷的形成和演化.

3)铜陵中央逆冲断裂(TCF)：一条重要的冲断层，呈北东-南西走向，向南东倾斜，向北可能与NW-11-01剖面的MTF₁逆冲断裂对接.区域上它将铜陵隆起分为两部分，上盘为一系列逆冲岩片叠置构成的复杂冲断构造系.

4)丁桥—戴家汇断裂(MTF₂)：很早就学者提出该断裂是一条控盆断裂，呈北东-南西走向，倾向南东，构成宣城—南陵断陷的北界.该断裂伸展期是控盆断裂，挤压期是一条规模巨大的逆冲断层，向北或一直延伸到宁芜，与下地壳“单斜”反射一起构成具有特色的“鳄鱼嘴”反射构造.

5)木镇断裂(MZF)：由一组向北或北西倾斜的断裂组成，为宣城—南陵断陷的南部边界，呈近东西走向，向西或与义津—陶家巷断裂(图 4②)相接，构成庐枞盆地南部边界.在晚中生代陆内造山期或为断裂弯曲褶皱(fault-bend fold)，伸展期反转为拆离断层，控制盆地的发育.

图 7

Fig. 7

图 7 铜陵矿集区地壳结构及断裂系统综合解释图 CJF: 长江深断裂带；TCF: 铜陵中央逆冲断裂；MTF2: 主逆冲断裂(丁桥—戴汇断裂)；MZF: 木镇断裂；LHTD：庐江—黄故闸—铜陵拆离断裂.1-推断的逆冲构造； 2-逆冲断裂； 3-断裂；4-背斜轴； 5-向斜轴.①-铜官山背斜；②-朱村向斜；③-永存桥—舒家店背斜；④凤凰山复向斜(由一些列叠瓦的逆冲岩片组成). Fig. 7 Joint interpretations of the structure and fault systems of the Tongling ore district CJF: Yangtze River deep fault zone; TCF: Tongling central thrust fault; MTF:Major thrust fault; MZF: Muzhen fault; LHTD: Lujiang-Huangguzha-Tongling Detachement. 1-Inferred thrust; 2-Thrust fault；3-Fault；4-axis of anticline；5-axis of syncline. ①-Tongguanshan anticline; ②-Zhucun syncline；③-Yongcunqiao-Shujiadian anticline；④Fenghuangshan complex syncline (interpreted as a stack of imbricated thrust sheets piled on top of each other).

铜陵矿集区构造变形复杂，表现出空间多变的特点.盖层部分以逆冲、漆折、断层相关褶皱等挤压变形构造样式为特点；而基底变形以“宽缓”的褶皱和冲断为特征，二者虽然都为挤压变形，但明显不耦合，之间存在明显的滑脱拆离面(图 6，D2).伸展构 造沿矿集区周边分布，形成沿江凹陷、宣城—南陵断陷和繁昌火山岩盆地，与铜陵隆起之间以拆离断层相间.

与庐枞矿集区相比，铜陵下地壳的反射“弥漫”在整个中、下地壳，总体表现出“单斜”或负向“对冲”的特点(图 6)，但从南到北，“单斜”反射逐渐变为近水平反射，与地表伸展盆地的宽窄存在一定的正相关，反映出伸展强度由弱到强的区域变化.庐枞矿集区下地壳的反射则集中出现在Moho附近和下地壳的顶部，以近水平反射为主.两种反射特点或反映出两类矿集区深部变形和岩浆过程的差异：

1)伸展阶段，庐枞矿集区中、下地壳受到了再改造，水平伸展作用更为强烈；铜陵矿集区则保留了一部分挤压期的构造“痕迹”，如下地壳的近乎“对冲”的反射和错断的Moho等(图 6).

2)岩浆过程可能存在差异.处于强烈伸展的庐枞矿集区，壳幔边界发生基性岩浆底侵和MASH过程后，岩浆从壳幔边界经过中地壳的岩浆房，直接喷发到地表；铜陵矿集区虽然处于伸展状态，但其内部的伸展构造并不发育，伸展期活化的断层多发生在铜陵周边，铜陵仍作为一个挤压的块体，内部没有形成顺畅的通道供岩浆直接喷出地表.项目组还发现，无论是宁芜、庐枞，或是繁昌，火山岩盆地深部都存在直接沟通中下地壳的断裂通道，这或许也是形成火山岩盆地和隆起的重要原因之一.

兰学毅等(2015)以高分辨率反射地震剖面和铜陵矿集区钻孔等资料为约束，利用重、磁二度半反演技术，建立了铜陵矿集区三维地质-地球物理模型，揭示了矿集区结构、构造框架、主要控矿地层(五通组)和岩浆岩的空间展布，预测了深部找矿靶区；严加永等(2009)利用1 ∶ 5万航磁数据，开展了三维岩性识别，给出了中酸性岩体的空间形态，为寻找隐伏矿床提供了有价值的隐伏岩体信息.

铜陵矿集区成矿条件和矿田-矿床空间分布规律研究，不仅对长江中下游地区意义重大，而且对中国东部类似地区的成矿与找矿研究都具有重要指导意义.徐晓春等(2014)在对狮子山矿田深入研究的基础上，确定了代表性矿床的控矿构造和赋矿岩石、矿体和矿石、蚀变和矿化特征，研究了矿体与岩体空间关系及成岩成矿年龄，探讨了成矿物质来源，分析了成岩成矿大地构造背景，在此基础上，建立了以狮子山矿田为代表的铜陵矿集区斑岩型-矽卡岩型-浅成热液型矿床综合成矿模式(徐晓春等，2014).

大比例尺重、磁、化探等示矿信息是进行深部成矿预测的重要基础，项目组使用现代数据处理技术，对矿集区的区域信息进行系统分析、提取和挖掘，通过与已知矿床综合信息异常的对比，建立了“热液型”和“斑岩型”两种主要矿床类型的找矿模式.按照“三元”信息判别准则，预测了西湖铜金矿、包村北铜矿、姚家湾—殷家河口斑岩型铜矿和茗山—永存桥铜金矿深部成矿远景区.

在区内成矿条件、成矿规律和成矿预测研究基础上，选定了永存桥地区作为深部科学钻探地址.经过2160 m钻探验证，取得了一些新的发现和认识：

1)在永存桥背斜核部发现奥陶系，且通过蛤蟆岭金矿的研究证明本地区奥陶系可以成矿，对于寻找铜陵地区深部第二找矿空间意义重大.

2)钻孔中发现铅锌矿化和辉石闪长岩脉，对于在永存桥背斜核部找矿提供了一定的线索.

现代地球物理勘探技术方法层出不穷，而矿床类型、产出环境又多种多样.寻找针对某类矿床的有效方法技术组合，在实际矿产勘查中有重要的现实意义.项目组在庐枞和铜陵矿集区分别选取了代表性的矿床类型，开展了二维和三维多种地球物理勘查方法探测试验，一方面检验了技术，总结了找矿技术组合；另一方面对矿区外围进行了成矿预测.

在矿区及外围开展了大比例尺重、磁位场分离(刘彦等，2012)、全三维反演(祁光等，2012)，AMT、CSAMT、TEM和SIP等电磁探测方法试验(张昆等，2014)，对比了不同方法的探测效果.结果显示，在钻孔资料的约束下，重磁全三维反演可以精确反演矿体空间形态，可以指导钻孔部署.各类电磁法对火山沉积岩和次火山岩体电性特征的宏观反映大体一致，但在细节上存在差异.电阻率的分布可以大致反映次火山岩体和火山沉积岩的范围和形态，一些方法或对浅色和深色蚀变的空间分布范围有一定分辨.提出了利用“重、磁局部同高异常圈定矿体位置、电磁法大致确定矿体深度”的“玢岩型”铁矿找矿方法组合.强调“重磁位场分离”和“全三维反演”在“玢岩型”铁矿深部勘查中的重要作用；认为“全三维反演”技术是认识矿床三维空间结构的可靠手段，其结果甚至可以直接用来估算资源储量.

在沙溪“斑岩型”铜矿区开展了AMT、CSAMT、 TEM和SIP方法试验(Chen et al.，2012)和重磁场三维岩性反演研究(严加永等，2014)，并进行了方法应用效果评估.结果表明AMT等方法可以有效揭示深部岩体的空间分布，对间接预测矿体十分有用.通过三维可视化平台建立了石英闪长岩体3D电阻率模型，很好的展视出了呈瘤状的石英闪长斑岩体在深部的分布状态，为矿区及外围找矿提供了参考.提出了“斑岩型”铜矿综合勘查技术模型，即“重磁和AMT确定岩体深度和形态，激电确定异常性质”.通过对沙溪铜矿及周边重、磁数据的三维反演，结合大地电磁、音频大地电磁和地质解释，推测沙溪主矿体东侧可能还存在两个岩枝，并指出沙湖山和夏家墩等地是寻找斑岩型铜金矿的有利地段；凤台山西部也有可能存在隐伏矿体，是深部找矿的有利靶区.

在舒家店“斑岩型”铜矿区开展了AMT、CSAMT和SIP三种电磁探测方法试验，对比了不同方法的探测效果.结果显示，各种电磁方法对沉积地层和侵入岩体，电阻率特征基本一致.志留系下统坟头组地层电阻率最低，石英闪长斑岩、花岗闪长斑岩和闪长岩的电阻率最高，辉石闪长岩电阻率最低.多期次侵入体的电阻率差异远远大于含矿所造成的电阻率差异，因此，电阻率方法只能通过电阻率填图，实现间接找矿.提出了利用“重、磁局部同高异常圈定成矿岩体、电磁法填图确定侵入体的空间展布”的斑岩型铜矿找矿方法组合.舒家店斑岩铜矿具有电阻率中等，极化率中等，但频率相关系数和时间常数2个结构参数较大的特点.

在姚家岭“热液型”铜矿区开展了TEM和SIP方法试验，并进行了方法应用效果评估.结果表明TEM可以有效揭示深部成矿构造，直接预测矿体位置.复电阻率方法揭示的频散率和相位异常可进一步确定TEM低电阻率异常的性质.在姚家玲背斜构造和岩体内捕虏体控矿模式指导下，提出了“热液型”锌、金多金属矿综合勘查技术模型，即“重磁和各种电阻率测深方法确定岩体深度和形态，激电和化探确定异常性质”的找矿技术组合.通过对姚家岭北部火山岩覆盖区的综合电磁探测结果分析，认为该区可以作为深部找矿靶区.

在东部矿集区开展综合地球物理探测面临诸多挑战，首先是地质结构复杂，地层严重变形，构造和岩浆活动强烈；其次是岩石密度、速度差异较小、成层性差，导致反射信号微弱；最后是干扰严重.各种电磁干扰、矿山干扰、人文干扰严重影响地球物理数据采集的品质.因此，从数据采集、预处理到正反演各阶段都需要方法技术创新.

针对硬岩区反射地震数据采集、处理和解释面临的各种挑战，项目组尝试了各种方法、措施，以提高采集数据的信噪比，形成了适合火山岩、灰岩等硬岩地区的反射地震数据采集集成技术.主要包括：基于波动方程模型正演和照明的观测系统优化设计方法；基于精细表层参数调查的井深设计技术；缓冲激发与泥浆闷井技术；宽线接收技术等¹⁾( 1) 吕庆田，吴明安，汤井田等，2014. 庐枞矿集区立体探测技术与深部成矿预测示范，科研报告.).完善和形成了适合于矿集区和复杂地表的地震数据处理技术流程.主要包括：首波层析静校正技术，地表一致性处理技术(振幅处理、反褶积)，叠前噪声衰减技术；深部高精度速度分析方法，剩余静校正技术，基于起伏地表的叠前时间偏移技术等.实现了硬岩区高质量反射地震成像技术的集成创新.

天然电磁场源具有随机性、信号微弱、且易受干扰等特点，对天然场源电磁探测技术带来极大不便.为此，项目组开展了系列信号处理技术研究，有效提高了天然场源电磁探测技术的适用性.汤井田等(2008)基于Hilbert-Huang变换时频分析方法，提出了利用Hilbert时-频能量谱对大地电磁信号进行时段筛选，以提高信号品质；利用经验模态分解方法及其多尺度滤波特征，有效地分析MT信号中的噪声分布特征，并进行干扰压制.矿集区因采矿活动通常会出现一些振幅大、相对规则的强电磁干扰，汤井田等(2012a)研究了这种干扰的特征，提出了基于数学形态学的信噪分离方法，探讨了传统形态滤波、广义形态滤波和多尺度形态滤波的大地电磁强干扰分离方法，有效改善了大地电磁视电阻率和相位曲线形态(汤井田等，2012b)；在此基础上，研究了Top-hat变换、中值滤波和信号子空间增强的大地电磁二次信噪分离方法(汤井田等，2012c，2014b).针对MT、AMT数据的“死频带”数据畸变问题，周聪等(2015)提出了基于Rhoplus分析的校正方法，给出了该方法的适用条件、关键技术与评价方案，提供了大量实测数据证明了其应用效果.

在二维/三维电磁正反演技术方面，张昆等(2011)推导了井地大地电磁场二维NLCG 反演算法，优化了反演代码，通过对比不同测点埋深的正、反演结果，发现测点埋置在地下能够压制地面噪音，提高反演的分辨能力.在此基础上，通过改进预处理方法，提出了一个新的非线性共轭梯度预处理因子，实现了大地电磁场NLCG三维反演，减低了对初始模型的依赖.通过并行计算方案，实现了PC机上的高效三维反演(张昆等，2013).汤井田等(2014c)实现了有限元-无限元结合的三维电磁正演和反演，极大地减少了计算区域和时间(肖晓等，2014)；Ren和Tang(2014)提出了虚拟场结合多级展开的快速正反演计算策略.在数据采集方面，还提出了时空阵列电磁数据采集和处理方法，可有效实现平面波阻抗与非平面波阻抗的分离，阵列越大、采集时间越长，去噪效果越好.

计算速度是实现重磁三维正、反演的重要因素，陈召曦等(2012a，2012b)基于GPU并行计算方案，实现了任意形体重磁三维正演计算和海量数据的三维反演，利用重磁场进行构造信息提取和岩性填图是目前国际重磁领域的前沿课题，严加永等(2011，2014a)、郭冬等(2014)完善和改进了基于三维重磁反演的多尺度边缘检测技术，发展了基于重磁三维物性反演的三维岩性填图技术.基于地球物理反演的三维地质-地球物理建模技术是目前深部找矿勘查的主要技术，Lü等(2013)提出了地质-地球物理约束下的3D建模方法技术，该方法基于离散体的人机交互重磁三维反演技术，在构造模式、钻孔资料和反射地震剖面的约束下，可实现矿集区5km的“透明化”.该技术在庐枞、铜陵等矿集区和矿田三维建模中取得较好的效果(祁光等，2012，2014).

在深部探测(SinoProbe)专项等多个项目的资助下，作者对长江中下游成矿带及邻区进行了系统的多尺度综合地球物理探测研究工作.在岩石圈深部结构、构造背景和动力学，矿集区三维结构、区域成矿模式和深部成矿预测研究，以及矿田多方法探 测试验等方面取得了一些新进展、新认识，总结如下：

1)长江中下游成矿带是一个构造上非常独特的构造-物理单元.上地幔地球物理特征明显有别于邻区的华北板块和扬子板块：具有较薄的岩石圈厚度，较低的上地幔P波和S波速度、且低速体顶面从南到北逐渐抬升至70 km；上地幔各向异性参数快波偏振方向平行与成矿带走向，与华北和扬子板块形成“三明治”结构；地壳结构与邻区迥异，上下地壳变形呈非耦合状态.上地壳变形以大尺度褶皱、逆冲和双重构造为特征，并大致以长江为界，东西呈“对冲”构造形态；下地壳以长距离“单斜”构造、或负向“对冲”构造为特点，在宁芜火山岩盆地和沿江凹陷之下出现“鳄鱼嘴”构造形态. 根据这些地球物理特征，加上区域构造演化和地表地质证据，作者认为燕山期发生了强烈的陆内造山运动，长江中下游成矿带可能是一个“陆内俯冲带”，上地壳发生强烈挤压变形，下地壳和岩石圈地幔发生“陆内俯冲”或叠瓦，使地壳增厚.在随后的区域伸展变形期，增厚的下地壳和岩石圈地幔拆沉，软流圈上隆，大量幔源物质沿“长江深断裂”侵入到上地壳，控制了区域岩浆岩和成矿带的分布.

2)铜陵和庐枞矿集区都经历了燕山期的陆内造山运动，由于后期伸展的区域不均匀性，形成了现在的“隆起”和“凹陷”.庐枞矿集区由“三横六纵”断层系统组成，多以拆离断层和正断层为特点，但前白垩系基底仍保留挤压构造变形的特征；铜陵矿集区由“两横三纵”断裂系统组成，上地壳主体仍由逆冲、褶皱等挤压构造系统控制，Moho错断仍清晰可见，四周由伸展构造围限.两类矿集区的地壳结构有一定差异，隆起区上地壳较薄、中下地壳较厚；凹陷区则反之.两类矿集区都存在“多级”岩浆系统结构，但由于地壳结构不同、伸展强度不同，造成幔源岩浆侵入和迁移方式存在差异.隆起区或以“弥漫式”“内侵(intraplating)”为特征，凹陷区或以大规模“底侵(underplating)”、MASH过程和岩浆快速向上迁移为特征，这或许是造成两类矿集区成矿差异的原因之一.两类矿集区深部仍有巨大的找矿潜力，庐枞矿集区应加强盆地北部火山岩覆盖层之下的斑岩-矽卡岩型矿床和与正长岩有关的铀矿的勘查；铜陵矿集区则应加强深部斑岩型铜矿和外围热液型铅锌、金多金属矿的勘查.

3)多种地球物理方法探测试验为开展“玢岩型”、“斑岩型”、“热液型”铁、铜、多金属矿床深部勘查提供了方法选择.同时，在勘查程序上，要加强对区域三维地质-地球物理模型的建立和研究，准确了解主要控矿层位、岩体和构造的深部延伸.深部矿产勘查要求地球物理勘查必须走向“精细”化，即从施工设计、数据采集、噪声压制、数据处理和反演解释各环节，都要考虑对有效信号的增强.文中总结的反射地震采集、处理和成像技术为类似地区开展类似工作提供了借鉴；矿集区强干扰下的去噪技术可以用于矿区的MT、AMT和CSAMT探测的噪声压制；在骨干地震剖面、构造地质、地表地质和钻孔地质约束下的人机交互重磁三维反演建模技术，将会在矿集区和矿田层次的“透明化”中发挥更大的作用.

致谢 感谢国土资源部科技司、中国地质调查局科外部、中国地质科学院的有关领导和专项办的领导对本研究的大力支持.数据采集得到了安徽省国土资源厅、安徽省地矿局、安徽省地调院、江苏省国土厅及沿线地方各级政府的大力支持和协助.吉林大学的董世学教授和一些研究生参与了野外采集质量监控工作；北京派特森科技发展有限公司的薛爱民、李兵高工参与了数据处理工作.滕吉文院士、高锐院士、于晟研究员、王椿庸研究员、刘启元研究员、卢民杰研究员、于长青研究员等，一直参与数据采集方案的论证、质量检查和野外验收，对项目取得高质量的数据起到了重要作用.在此，对上述提到的领导、专家一并表示最衷心的感谢！