地球物理学报  2015, Vol. 58 Issue (12): 4490-4504   PDF    
安徽贵池矿集区深部精细结构——来自综合地球物理探测结果的认识
邵陆森1,2, 刘振东1,2, 吕庆田2,3, 严加永1,2, 张昆1,2, 赵金花1,2, 祁光1,2, 张亚伟1,2    
1. 中国地质科学院矿产资源研究所, 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037;
2. 中国地质科学院地球深部探测中心, 北京 100037;
3. 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所, 河北廊坊 065000
摘要: 安徽贵池矿集区是长江中下游成矿带中重要的铜多金属矿集区,随着浅表找矿难度的加大,急需了解矿集区深部结构为深部找矿提供深部找矿提供指示.为揭示贵池矿集区深部地壳结构格架、控岩、控矿构造和岩浆系统的空间结构,深化对成矿作用的认识,在该区实施了两条长度各约60 km垂直于构造走向的反射地震和MT探测剖面,通过对MT数据有针对性的去噪和反演,获得了研究区10 km以浅的地电结构;通过对反射数据的层析反演静校正、叠前保幅多域去噪、精细速度分析和叠前时间偏移等处理,获取了该地区地壳结构的地震成像剖面.结合区域地质构造背景和针对性处理的区域重磁数据,对两条综合探测剖面的反演处理结果进行了分析与解释,研究发现了本区地层的构造反射特征、地壳结构特征和Moho特征,厘定了盖层与基底之间的区域滑脱面、中下地壳滑脱面和Moho面的深度和形态.发现了地壳上冲和俯冲的反射特征,可能是华夏块体与扬子块体晋宁期发生板内碰撞的痕迹.高坦断裂是一个深达地壳级的断裂,其南北两侧具有不同的重磁特征、电性结构特征和地震反射特征,该断裂可能是深部流体上涌的通道,岩浆和地幔热液沿断裂上涌并沿地层和裂隙侵入中上地壳,形成岩基或岩体,或与围岩发生强烈矿化作用形成贵池矿集区多金属矿床.
关键词: 贵池矿集区     深部结构     反射地震     大地电磁     高坦断裂     电性结构     莫霍面    
Deep fine structure of Guichi Ore concentrated area: The understanding of the integrated geophysical detection results
SHAO Lu-Sen1,2, LIU Zhen-Dong1,2, LV Qing-Tian2,3, YAN Jia-Yong1,2, ZHANG Kun1,2, ZHAO Jin-Hua1,2, QI Guang1,2, ZHANG Ya-Wei1,2    
1. MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
2. China Deep Exploration Center—SinoProbe Center, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
3. IGGE, Hebei Langfang 065000, China
Abstract: For the purpose of revealing the deep tectonic background, the crustal structure framework, the spatial structure of magma system and the deep conductivity structure of Guichi ore concentrated area, two magnetotelluric (MT) sounding and seismic reflection profiles each about 60 km long have been conducted perpendicular to geologic strike. The underground conductivity structures extending from the shallow surface down to 10 km have been worked out after denoising and inversion. The regional crustal structure seismic imaging section is gained based on the tomographic static, prestack multi-domain noise attenuation, fine velocity analysis and prestack time migration. In combination with regional geological tectonic setting and the results of regional magnetic and gravity data, the inversion processing results of two comprehensive profiles are analyzed and explained. The formation of the tectonic reflection characteristics, characteristics of crust structure and the characteristics of Moho are founded through the work. The decollement surface between the cover and basement, the detachment surface between middle and lower crust and the depth and type of Moho are confirmed. It is found that the reflection characteristics of the earth's crust and the subduction are the traces of plate collision between the Cathaysia block and the Yangtze block occurred within Jinning period. The Gaotan fault is a fracture deep into the earth's crust, the characteristics of magnetic and gravity, the electrical characteristics and the seismic reflection characteristics are different beside the fault. it is believed that the fault is the upwelling channel of the deep fluid. The mantle hydrothermal and magma intrusive into upper crust along the fracture and formed the batholith or rock mass along the strata and fractures. The polymetallic deposits in Guichi ore concentrated area are formed by the strong mineralization with surrounding rock.
Key words: Guichi ore concentrated area     Deep structure     Reflection seismic     Magnetotelluric     Gaotan fault     The electrical structure     Moho surface    
1 引言

长江中下游地区是中国重要的多金属成矿带,是中国东部大规模成岩成矿作用的代表地区之一,从西向东依次分布有鄂东南、九瑞、安庆-贵池、庐枞、铜陵、宁芜和宁镇7个大型矿集区(图 1),产出各类铁、铜、金矿床约200余处(吕庆田等,2007周涛发等,2008; 常印佛等,1991翟裕生等,1992).长期以来,众多研究者对该区的成岩成矿作用进行了广泛而深入的研究工作,积累了丰富的基础地质资料,取得了许多重要认识(吕庆田等,2004董树文等,2010肖晓等,20112014; 严加永等,2011张昆等,2014Lü et al.,2015a2015b).为探测成矿带岩石圈结构、物质状态和变形特征,分析成矿带深部构造背景、壳幔相互作用及动力学演化过程,揭示成矿带形成的深部控制因素,深化对陆内成矿作用的 认识,近年来,作者所在的深部探测项目组以长江中下游成矿带为研究对象,开展了岩石圈和浅层地壳(5~10 km)的综合地球物理探测和三维地质调查,取得了极为丰富的反射地震、天然地震、MT、高精度重磁等地球物理数据,为进一步研究长江中下游成矿带的形成机制提供了详实的地球物理资料(Lü et al.,2013;吕庆田等,2014a2014bLü et al.,2015a2015b).

图 1 长江中下游成矿带主要矿集区和矿床分布略图(据翟裕生等,1992;Pan and Dong,1999修编) Fig. 1 The main ore concentration areas and ore deposits distribution sketch in the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River metallogenic belt(modified after Zhai et al.,1992; Pan and Dong,1999)

近些年,长江中下游及邻区在岩浆作用的时代框架、岩石成因机制、地球动力学背景以及矿集区尺度的地质调查都取得了很大的进展;董树文等,20092010吕庆田等,2014a2014b宋传中等,200020112014张岳桥等,2012王鹏程等,2015).贵池—青阳地区(贵池矿集区)(彭戈等,2012)位于长江中下游成矿带,前人在此区域内开展了不同程度的地质及成岩成矿研究工作.如,刘一男等(2014)对安庆—贵池矿集区的五横岩体进行了锆石定年及成岩时代的分析;段留安等(2012)田鹏飞等(2012)对贵池抛刀岭金矿进行了岩体年龄分析以及构造活动研究;张智宇等(2010)左胜平(2001)分别对贵池铜山矿区进行了矿体元素分带特征、控矿因素以及构造特征的研究.刘圆圆等(2012)对贵池矿集区马头花岗闪长斑岩和花园巩石英二长岩进行了年代分析并对贵池地区燕山期岩浆作用及其地质意义进行了研究.通过大量检索文献资料不难看出,相对于鄂东南、九瑞、宁芜、庐枞、铜陵矿集区,在贵池地区 开展的地质和地球物理探测和研究工作总体较少,针对性的地球物理工作更是有限,已有的研究工作大多限于矿床尺度及岩矿成岩成矿年代的研究,鲜 见相关借助于地球物理探测资料研究区域构造、深部结构和构造的文献,目前来看,对深部结构的研究主要依赖于编图和早期的区域重磁资料.

贵池矿集区与同处于长江中下游成矿带的庐枞、铜陵矿集区虽有相似的大地构造背景,却有着不同的成矿作用,不能照搬二者的成矿因素和成矿模式,要了解其控制因素的差异,必须从深部寻找答案,有必要开展针对深部的地球物理探测工作.为此,中国地质科学院矿产资源研究所长江中下游深部探测项目组在SinoProbe(吕庆田等,2014a)和三维地质调查项目的支持下,在贵池矿集区部署了2条反射地震剖面,同时沿地震测线重合部署了2条大地电磁探测剖面,通过对这些数据进行有针对性的处理、反演,获得了该区反射地震成像剖面和电性资料,刻画了该地区的深部地壳结构和构造特征,通过解释和研究,结合已有资料,取得了对该区一些地质、地壳结构和构造方面的初步认识,为贵池矿集区深部研究和找矿提供依据.

2 地质背景 2.1 研究区地质特征

研究区位于池州—青阳—九华山以西40余公里范围,北西起于长江南岸,南至石台县城南.大地构造上位于扬子地块北缘的下扬子台坳沿江拱褶断带中的安庆凹断褶束和石台穹褶断束部位,东南接近江南深断裂,处于沿江拱褶断带与皖南陷褶断带的过渡地带(安徽省地质矿产局,1987).

研究区内除侏罗系地层外的其他地层均有出露.其中石台穹褶断束内主要出露震旦系-志留系地层;安庆凹断褶束东南段出露志留系-三叠系地层,而研究区西北部的安庆凹断褶束沿江断陷盆地部位出露白垩系及新生代地层.中生代末期受印支运动影响,发生了强烈的褶皱运动,褶皱构造十分发育.主体褶皱表现为明显的线形褶皱,轴迹方向为NE-NEE 向,高坦断裂以北,背、向斜平行相间;高坦断裂和江南深断裂之间,褶皱枢纽波状起伏(安徽省地质矿产局,1987).

研究区中生代侵入岩发育,其中青阳岩体、贵池岩体、高坦岩体都呈大型花岗岩岩基产出,同时还发育许多与成矿作用关系密切的小型岩株.青阳岩体、高坦岩体等被称为江南系列岩体,岩石类型主要为花岗闪长岩、二长花岗岩,花山岩体、马山岩体、马头岩体、牌楼岩体、铜山岩体等呈小岩株产出的岩体,主要岩石类型为花岗闪长斑岩,分布于高坦断裂两侧,被称为长江系列岩体(顾连兴等,2002董胜,2006杜杨松等,2011).

在地壳结构上,扬子地块具有“ 一盖多底” 的特征,即具有一个统一连续的沉积盖层,从震旦系至中三叠系没有明显间断,分布稳定,大范围内可比性好.而其下所覆的基底却因地而异,不尽相同(常印佛等,1996).长江中下游正处于崆岭—董岭式基底和江南式基底的边界带之上.两套不同的基底界线大致以监利—庐山—青阳—常州断裂为界(徐树桐等,1986).而研究区西北部紧邻安庆地区的崆岭—董岭地体,东南部为江南地体.区内断裂构造发育,除发育有与褶皱伴生的断层外,燕山期形成的北北东向、南北向及北东向断层也很发育.区域深断裂主要是北部东西向的周王深断裂、中部的北东东向高坦深断裂和南部的北东向江南深断裂;区内断裂以滑覆-拆离断层最具特色,属顺层断层系;层间剥 离、滑脱构造和推覆构造(带)的发育,对矿体(床)的局部化富集有重要控制作用(安徽省地质矿产局,1987).

本区矿产形成的诸多控制因素中,岩浆岩是决定性的因素.长江系列的花岗闪长斑岩(石英闪长玢岩、辉石闪长玢岩)小岩株、岩脉与矿化关系密切.江南系列的花岗闪长岩(二长花岗岩、少量钾长花岗岩)大型深成岩基的成矿作用稍差.区内大型深部断裂构造为岩浆上侵提供通道,各层次的滑覆-拆离断层以及其他断裂构造控制了浅部的岩浆岩展布和矿体的赋存.地层对矿床的控制作用主要表现在矿化类型的差异,如志留系砂页岩地层易形成斑岩型和热液型矿化,奥陶系、石炭系碳酸盐岩地层易形成矽卡岩型和热液型矿化(安徽省地质矿产局,1987董胜,2006姚孝德,2013).

2.2 区域地球物理特征 (1)区域岩石物性特征

岩石物性参数是地球物理解释的基础,为了对研究区的地质结构进行更准确的解译,本文搜集了研究区岩石的密度、磁化率及电阻率等参数信息,如表 1所示.

表 1 研究区岩石物性参数统计表 Table 1 The statistical table of petrophysical parameters in research area

从表中可以看出,研究区岩石物性存在较大差异,其中地层密度和电阻率均呈现灰岩、白云岩>板岩、碳质板岩>砂岩、细砂岩的特征,而且所有地层 的磁化率值均较低;岩体的密度和电阻率均低于灰 岩、白云岩,但相对于地层而言,岩体具有较高的磁性.这一差异为研究区的岩体的识别提供了极为重要的依据.

(2)区域重磁特征图 2是区域重磁异常平面图.从图中可以看出,区域重磁异常特征差异明显,沿测线方向重磁异常明显分为两部分: 北西部的低磁高重特征和南东部的高磁低重特征,二者以高坦断裂为界.这一重磁特征对于该区深部地壳特征的划分提供了重要依据.

图 2 研究区区域布格重力异常等值线图(a)和化极磁异常等值线图(b) Fig. 2 Regional gravity anomalies(a) and magnetic anomalies(b)
3 数据采集与处理 3.1 测线位置部署

根据探测研究需要,在贵池矿集区部署2条地球物理测线(GC-1和GC-2),实施反射地震和MT探测.图 3为测线在区域地质图(据安徽地调院)上的位置.剖面起自长江南岸,跨贵池矿集区,止于石台县东南的山中.2条线相距约15 km,近似平行,长度各约60 km.

图 3 测线位置及区域地质图
1 -水系;2-第四系;3-古近系;4-白垩系;5-侏罗系;6-三叠系;7-二叠系;8-石炭-泥盆系;9-志留系;10-奥陶系;11-寒武 系;12-元古代地层;13-早白垩世花岗岩;14-晚侏罗世-早白垩世花岗岩;15-晚侏罗花岗岩;16-晚侏罗世花岗闪长岩;17-晚侏罗世二长花岗岩;18-中侏罗世花岗闪长岩;19-MT测线;20-地震测线;21-断裂.
Fig. 3 Location map of MT profile(Line GC-1、GC-2) and regional geological setting
1 -water; 2-Quaternary; 3-Paleogene; 4-Cretaceous; 5-Jurassic; 6-Triassic; 7-Permian; 8-Caboniferous-Devonian; 9-Silurian; 10-Ordovician; 11-Cambrain; 12-Proterozoic; 13-early Cretaceous granites; 14-late Jurassic to early cretaceous granites; 15-late Jurassic granites; 16-late Jurassic granodiorite; 17-late Jurassic granodiorite; 18-middle Jurassic monzonitic granite; 19-MT line; 20-seismic reflection line; 21-fault.

地震和MT数据野外采集工作开始于2013年9月底,结束于2013年12月初.

3.2 地震数据采集与处理 (1)数据采集

数据采集委托中石化地球物理工程公司河南分公司承担,使用Sercel 428XL数字地震仪,检波器采用20DX-10.由于沿剖面激发岩性变化较大,数据采集施工前,在典型岩性位置进行了激发试验,以确定最佳激发井深和药量.在花岗岩、石灰岩、老地层出露区和山区,激发井深确定为18 m,药量16 kg;第四系沉积平原区,激发井深为16 m,药量8 kg,村镇等障碍物区改为深井小药量,井深16~24 m,药量4~6 kg.在实际采集中,根据实际地形、岩性变化情况,在保证安全的情况下适当增加激发井深和药量.由于沿测线地形复杂,山区石灰岩出露,村庄行人交通干扰、矿业活动对数据质量产生了一定影响,造成噪声干扰较大,在后续的数据处理中应注意区分和剔除干扰.采集参数详见表 2.

表 2 贵池矿集区反射地震采集参数表 Table 2 Seismic data acquisition parameters
(2)数据处理

数据处理使用CGG、Focus处理系统及自行研发的一些软件.主要处理步骤包括:静校正、球面发散补偿、叠前多域噪声压制、反褶积、速度分析、剩余静校正、叠加、偏移和保幅叠前时间偏移.表 3列出了处理流程和主要处理参数.

表 3 处理流程和主要参数 Table 3 Flow of data processing and it′s key parameter

复杂山区影响地震数据质量的主要因素是崎岖地表、采矿、工业噪声、风吹草动、有效反射能量弱和地下非均质性等.因此,数据处理集中在以下几个关键步骤.

静校正.剧烈地表起伏和近地表速度变化大地区,一般传统的高程和折射静校正效果差.初至波层析反演静校正得到了更好的效果.

叠前噪声压制.采矿点多,突发干扰、环境噪声、固定噪声和震源相关的噪声是影响信噪比的主要因素.必须在多域(炮域、检波点域、fx域、fk域、共偏移距域等)用多方法和多种处理流程来衰减各种噪声,包括面波、声波去除、高能干扰去除、线性噪声衰减和随机噪声衰减.

速度分析和剩余静校正.叠加速度对于提高剩余静校正的精度至关重要,通常还用于建立叠前时间偏移的初始速度模型.在硬岩山区由于复杂的地表、地下结构以及低信噪比问题,难以求准正确的叠加速度.一般通过常速扫描(CVS)获取速度分布范围,再通过交互速度分析拾取准确速度,同时叠加以监控速度拾取的准确与否.

叠前时间偏移.包括叠前时间偏移速度分析(MVA)和偏移.由于偏移后的道集(CIP)消除了倾角的影响,真正成为了CMP,界面反射能量聚焦,易于求准速度.叠前偏移使复杂构造成像更准确.

3.3 大地电磁数据采集和处理 (1)MT数据采集

大地电磁测点基准点距为1 km,共计测点119个,由于地形及干扰源等影响,剖面上MT测点不能等距且沿直线布设,但为满足规范要求,反应剖面线的地下电性结构,测点与设计测线的垂直距离基本小于点距.

长江中下游地区特殊的构造演化史造就了十分复杂的中浅层构造环境,工区范围内电磁干扰十分严重.为了压制浅层局部构造和电性不均匀体的畸变作用需要采集高达数百赫兹的信号;为了压制噪声,需要长时间采集数据以便挑选信噪比较高的时间段进行处理.野外采集中使用了加拿大凤凰公司的V5型五分量大地电磁仪,采集频率范围320~0.0003 Hz,每个测点测量时间不少于20 h.野外采集时,仪器同时观测Ex、Ey两个电道和Hx、Hy两个磁道的时间序列,测量时严格执行相关技术规程,并利用GPS与不同测站进行同步采集.

(2)MT数据处理和反演

现代大地电磁测深方法的发展,已经形成一系列先进的MT数据处理和反演技术,如:大地电磁 场分量时间序列的Robust处理(Egbert and Booker,1986)、Rhoplus分析(Weidelt and Kaikkonen,1994)、 复阻抗张量分解(McNeice and Jones,2001)等MT数据处理技术和MT二维快速松弛反演(RRI)(Smith and Booker,1991)、二维Occam反演(DeGroot-Hedlin and Constable,1990)、MT二维非线性共轭梯度反演(NLCG)(Rodi and Mackie,2001;胡祖志等,2006)等反演方法.本文运用了Robust处理技术和二维非线性共轭梯度反演(NLCG)反演方法进行数据处理和反演.初始模型是带地形的二维模型,使反演模型尽量与实测地表环境一致,背景电阻率为100 Ωm的均匀半空间,光 滑因子为10,经过100次迭代后,完成反演计算,最后得到了两条大地电磁测深剖面的反演结果,见图 4图 5.

图 4 GC-1线大地电磁二维反演剖面 Fig. 4 The resistivity model of MT profile(GC-1)from 2D inversion

图 5 GC-2线大地电磁二维反演剖面 Fig. 5 The resistivity model of MT profile(GC-2)from 2D inversion

图 6是根据阻抗张量分解得到的测区地下导电介质的电性主轴方向,主轴方向包括相互垂直的两个共轭方向.结果显示本区电性主轴方向较为一致,预示测区构造走向较为清晰,结合地表地质,不难看出(石应骏等,1985陈乐寿等,1990)测线经过区域的构造走向为北东-南西向,从地球物理角度证实了研究区深部构造走向.

图 6 测区电性主轴方向 Fig. 6 Principal axis direction in study area
3.4 重磁数据处理

本文对收集的贵池地区1 ∶ 20万重磁数据进行了进一步处理,通过对区域布格重力异常进行高通滤波处理得到了波长不超过20 km的深部的重力异常分布(图 7).结合地表地质分析可以发现,本区的岩体主要表现为高磁低重的异常特征,其中高坦岩体表现十分突出.

图 7 研究区区域重力异常20 km高通滤波结果 Fig. 7 High-pass residual gravity anomalies of research region(wavelength:20 km)
4 综合解释

对测线穿过的区域重磁数据、MT和地震剖面进行了初步对比解释.区域重磁异常特征、2条地震 成像剖面显示的反射特征和电性结构特征,揭示了 贵池矿集区精细的地壳结构和深部几何形态,为认识该区构造演化、成矿作用和深部找矿提供了重要信息.

4.1 解释规则及方案

根据地震剖面的反射特征对两条剖面进行了地质解释,解释主要在偏移剖面上进行,深部中、下地壳结构则在偏移、叠加和叠加数据的瞬时振幅图像上综合考虑.

对于6 s以上的上地壳地层反射,绕射和倾斜同相轴经偏移后可以收敛归位.而对于8 s以下中下地壳反射能量或同相轴,由于所处深度较深,约20~40 km深度或更深(按6000 m·s-1速度换算),这个深度的反射相对于7000 m左右的偏移距相当于近垂直反射,偏移归位(无论是叠后偏移还是叠前偏移)的效果不如浅部明显,由于偏移的原理和算法本身的局限,偏移后必然带来较大的偏移噪声和画弧,造成本来较弱的深部反射能量被淹没在偏移噪声当中.因此,对于深反射地震数据益直接采用叠加剖面来观察和解释深部地壳反射结构和Moho特征,不会引入由偏移噪声带来的影响和误解.前人也多采用叠加图像来解释深部结构和Moho特征(陈沪生,1988; 王椿镛,1993赵文津等,1996;刘保金等2009).

对叠加数据的瞬时振幅剖面进行综合解释是本文首次进行的一种思路尝试,前提是相对保幅的叠前振幅处理技术应用.在保幅处理流程下,地下强的反射被称之为“亮点”(Yilmaz,2001),深部地壳出现的强反射能量团或“亮点”被解释为深部岩浆房存在的证据(董树文等,2010Lü et al.,2013; 吕庆田等,2014a2014b).据此,结合MT反演剖面高阻位置,可以确定深部岩浆房的存在.

图 8中,位于双程时间10~12 s的Moho强反 射能量波组自CDP4000向北西方向抬起至CDP1000,而从剖面的南东端点到剖面中间CDP3200附近,Moho反射则向下倾方向插入北西段底下.CDP3000—5000、时间6~10 s之间有反射能量向北西方向斜向上进入中地壳,尽管偏移剖面偏移噪声较大,结合叠加剖面,在基本相同部位仍然可以看到这一现象.解释时参考了区域重磁平面资料和MT探测剖面.主要解释了断裂系统、地层界面、地壳结构和Moho特征.由于缺少具体的分层数据,只对地层进行了定性解释.

图 8 贵池矿集区GC-1线反射地震偏移剖面的初步解释
从上到下依次为地表高程、地表地质和地震偏移剖面及地质解释. 1-主要断裂;2-隐伏深断裂;3-断层;4-地层界面;5-中下地壳(脆性与韧性)滑脱面;6-盖层与基底滑脱面;7-莫霍面;8-韧性剪切带;9-侵入岩体;10-太古-元古代地层;11-元古-古生代地层; 12-古生-中生代地层;13-白垩-古近系地层;14-古生代地层;15-侏罗纪闪长岩.
Fig. 8 The preliminary interpretatio of migration section of GC-1
The earth′s surface elevation,geology,seismic migrated section and geological interpretation from top to bottom. 1-main fault; 2- inferred concealed deep fault; 3-fault; 4-formation interface; 5-inferred regional decollement of the middle and lower crust(brittle and ductile); 6-inferred regional decollement of the cover layer and basement; 7-Moho; 8-ductile shear zone;9-intrusive body; 10-Ar-Pt strata; 11-Pt-Pz strata; 12-the Paleozoic-Mesozoic strata; 13-Cretaceous-Paleogene strata; 14-the Paleozoic strata; 15-the Jurassic diorite.

两条线的详细解释方案见图 8图 10.为方便和直观,图 811中标出了深度坐标轴供参考,深度是用6000 m·s-1的速度转换的(考虑了pstm求出的均方根速度场从浅到深的速度宏观变化趋势).

图 10 贵池矿集区GC-2线反射地震偏移剖面的初步解释
从上到下依次为地表高程、地表地质和地震偏移剖面及地质解释.图例同图 8.
Fig. 10 The preliminary interpretatio of migration section of GC-2.
The earth′s surface elevation,geology,seismic migrated section and geological interpretation from top to bottom.
The legend same as Fig. 8
4.2 主断裂及反射特征

研究区存在的主要断裂为高坦断裂.图 2的重磁异常图明显可以分为北西和南东两个区域,二者界限分明,其分界线便是高坦断裂.总体上,断裂北西表现为低磁高重,与一般的低磁低密度沉积盆地不同,高重反映了基底的隆起,即基地抬升的沉积地层.南东则表现为高磁低重,是花岗岩、正长花岗岩岩体出露地表或存在地壳浅部的表现.表 1中显示出采集自研究区东南部高坦—青阳一代的岩体岩石密度较低,与重力异常结果一致.

在反射偏移剖面上,高坦断裂明显呈NW倾向,在GC-1和GC-2剖面上都表现的十分清楚(图 8图 10),在叠加瞬时振幅剖面上断面反射突出(图 9图 11).南北两侧地壳表现出不同的反射特征,北西侧CDP500—2500一带,6 s以上地壳反射呈现向北西方向上倾的密集层状强反射特征,断裂北西侧CDP2500—3500一带及地下一直到下地壳范围内,反射剖面主要表现为透明反射特征,结合该部位Moho错断,推断高坦断裂向深部地壳延伸并达Moho错断,深部形成略向SE倾的壳级断裂,成为岩浆上涌喷出和倾入中上地壳的通道.断裂南东侧在偏移剖面的CDP3600—4600一带、2~3 s范围内为一较大范围的略向上拱的密集反射带,成层性差,能量强,这一带在GC-1的叠加剖面上呈现强的弧状反射能量带(位于图 9的B和H位置附近,由于篇幅所限,这两条线的叠加剖面未在本文里展示),在GC-2的叠加剖面上呈现稍散的弱于CG-1线上该带的弧状反射能量带(位于图 11的B和G位置附近),这些反射呈现高频特征,可能为灰岩顶界面反射,或岩浆房反射.结合MT剖面形同部位的高阻电性特征和前述该区带的重磁异常特点,综合分析认为该处是岩浆房存在的可能性更大,也许是高坦岩体隐伏于深部的根.

图 9 GC-1线叠加剖面信号加强处理后的瞬时振幅图像
图中所标识的字母附近为强反射能量团所在位置,表明该产生该反射的地层具有强的波阻抗界面,而波阻抗界面一般对应于该位置的地层界面或岩性界面.图中A、B、C、G、L、H字母标识位置的强反射能量团(“亮点”)可能是岩浆房存在的位置(红虚线圈).
Fig. 9 The instantaneous amplitude image of stack with signal enhancement of GC-1 line
The letters show the locations of strong reflection areas,it shows that the stratums have high impedance interface,and the impedance interface generally corresponds to the location of the strata or lithology interface. A,B,C,G,L,H(light spot)may be the magma chamber.

图 11 GC-2线叠加剖面信号加强处理后的瞬时振幅图像
图中所标识的字母附近为强反射能量团所在位置(除A点外),A位置周边见大范围透明反射,在偏移剖面对应的位置也为杂乱透明反 射,本文认为这个部位是岩浆上涌和侵位的通道,或巨大的内部均匀无反射的侵入体.图中V、L、D、B、G字母标识位置的强反射能量团(“亮点”)可能为岩浆房存在的部位(红虚线圈).
Fig. 11 The instantaneous amplitude image of stack with signal enhancement of GC-2 line
The letters show the location of strong reflection areas(except A),it shows that a wide range of transparent reflection area surround location A,the same as the migrated section. We holds that this area is the magma upwelling and emplacement of channel or huge internal intrusion with no reflection. V,L,D,B,G(light spot)may be the magma chamber.

在剖面的南东段CDP4600—6000、2 s以上,地层反射同相轴表现由浅到深特征,而地表地层为从老到新,表明自南东到北西的老地层逐渐抬高并出露地表.这一带反射能量较弱,局部呈透明反射状,在MT剖面上电性特征表现为中高阻,可能为早古生界稳定沉积的巨厚均一的碳酸盐岩地层所致,向深部延伸至4 s(约10 km深度)的滑脱面.

高坦断裂北侧附近以逆断层为主,剖面南部多发育正断层.见图 8图 10剖面中的解释.

4.3 地壳结构特征

在长江中下游成矿带及邻区发育一个区域性的基底拆离断层面,数年来前人在该区开展的一些反射地震探测均发现了这个大致位于10~12 km的区域滑脱面(董树文等,2009; Lü et al.,2013Lü et al.,20132015a2015b).本次探测结果从反射剖面看,本区同样发育一个盖层与基底的滑脱面D2,大致位于剖面 的3~4 s之间,随基底起伏高低变化,用6000 m·s-1 速度换算,D2面基本位于10~12 km深度范围.

两条剖面上看,贵池矿集区地壳可分为三层结构,上、中地壳以区域滑脱面D2分开,中下地壳之间以剪切带D1为界面.D1界面大致位于6 s上下(深度约18 km上下).这个界面在两条线的偏移剖面显示比较清楚,在GC-2线的叠加剖面上和GC-1线叠加剖面的南段(高坦断裂以南)表现比较清楚.

上地壳呈层状密集反射,表明该带总体上地层自南东向北西方向由深到浅抬高出露地表,地层复杂多变,褶皱发育,断裂系统发育.以高坦断裂为界,剖面北段较南段反射多且能量强.

中地壳层状反射不明显,以高坦断裂为界,北段反射能量较南段多且稍强,表明北段与南段具有不同的基底岩性构成和古老的基底构造.

下地壳GC-1线在高坦断裂南北两侧呈现不同特征,北侧反射近乎透明和稀疏,南侧则反射强于北 侧,且出现似“鳄鱼嘴”状向上仰冲和向下俯冲的痕迹(吕庆田等,2014b;2015b). 在CDP3000—5000、时间10~6 s之间有反射能量自下地壳向北西方向斜向上进入中地壳,在叠加剖面上,这一现象很清楚,在偏移剖面上尽管偏移噪声较大,但在大致相同部位仍然可以看到这一现象,见图 8.GC-2线也出现类似现象,只是在高坦断裂以北反射能量较GC-1线稍强,见图 10.这是深部地壳解耦的特征表现.结合大地构造和演化史及前人研究成果,推测这些地震反射特征可能是这一区域曾经发生过板内俯冲事件的痕迹.

MT剖面暂未反演至MOHO深度,等继续做工作后再补充有关基底的电性结构特征.

中下地壳不同的反射结构特征说明以高坦断裂为界,两侧地壳具有不同的结构和岩性特征,表明了两侧具有不同的基底,结合董树文等(2010)Lü(2013)等的研究,根据本次探测获取的地球物理资料,作者这里推测北侧为崆岭—董岭式基底,南侧为江南式基底,高坦断裂为崆岭—董岭式基底和江南式基底的分界线.这一剖面特征为本区两种基底的存在和“一盖多底”的格局(常印佛等,1996董树文等,2010)提供了反射地震学证据,其发现对于研究区的大地构造研究和深部成矿研究具有重要意义.

4.4 莫霍面形态和埋深

图 9中的GC-1线叠加剖面的瞬时振幅图像上看,莫霍面是位于双程时10~12 s之间的强反射能量波组,波组能量持续时间1 s(约3~4 km条 带).沿测线方向并非平直线而是有形态起伏和错断,反射能量强弱有变化.从剖面的南东端点CDP6000 到剖面中间CDP3200附近,Moho反射的南段向下倾方向似插入北西段底下.自CDP4000—1000,Moho 反射向北西方向稍向上倾呈抬起形态.图 11的GC-2线的瞬时振幅图像也出现相同特征.从2条剖面看,研究区莫霍面自南向北逐渐抬高,由12 s逐渐抬升到约11 s,若换算为深度(按平均速度6000 m·s-1),从南到北深度由36 km左右隆起抬升到33 km左右,中间在CDP3600附近下方、高坦断裂附近发生错断.高坦断裂向下地壳深部延伸方向与Moho错断位置一致.见图 8—11剖面中10~13 s位置.

5 讨论与结论

1)首次在贵池矿集区开展了以高精度反射地震核心的综合地球物理探测,获取了该区高分辨率反射地震数据和大地电磁探测数据.并对数据进行了处理和反演.探测研究获取了深部结构和壳幔岩浆作用的地球物理证据,为认识该区域构造演化、成矿作用和深部找矿提供了重要信息.

2 )保幅叠前时间偏移处理流程和参数有利于获取真实的地壳深部反射能量.尝试在叠加数据的瞬时振幅图像上开展深部构造解释,可准确成像下地壳及Moho形态,使中下地壳反射波组免受深部偏移噪声带来的影响.

3)研究获取了贵池矿集区及其南部地区的地壳精细结构,刻画了区内上、中、下地壳的反射特征和构造形态.上、下地壳沿10~12 km之间的D2滑 脱面走滑、变形、解耦,中下地壳之间以深度约18 km 处的D1(脆性与塑性)滑脱面为界,给出了D1滑脱面的形态和位置.

4 )厘定了以高坦断裂为主的区内断裂系统的形态和性质.高坦断裂是一个壳级深断裂,是区内南北重磁异常的分界线,是岩浆上涌的通道.通道两侧的地壳发育强反射,可能存在岩浆房.

5)证实了研究区“一盖多底”的崆岭—董岭式基底和江南式基底的存在,两种基底以高坦断裂为分界线.

6 )发现研究区的莫霍面在10~12s之间,深度36~33 km,从南到北逐渐隆起,中间在CDP3600附近下方高坦断裂附近发生错断.

致谢 感谢国土资源部科技司、中国地质调查局科外部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、安徽省池州市人民政府及各乡镇政府的大力支持和协助.对杨文平高工及参加野外采集的中石化地球物理工程公司河南分公司2236地震队表示感谢.感谢郭冬、陈应军以及项目组所有参加贵池矿集区MT数据采集及处理的工作人员,感谢审稿专家对文章提出的建设性意见.

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