秦岭造山带分割了中国南北大陆，经历了特提斯洋盆和古特提斯洋的演化，经历了多次的板块离散、汇聚与碰撞(许志琴等，2015)，发育早古生代岩浆岩，其造山带的基本构造格架一直存在分歧与争议。华北板块南向运动的挤压作用影响着秦岭造山形成(滕吉文等，2014a，2014b)，同时扬子板块向胶—辽—朝地体发生北向俯冲作用(许志琴，2007；滕吉文等，2014a，2014b)。秦岭—大别—苏鲁地区是一个典型的多阶段复合型造带，其聚合过程可能持续了200 Ma 以上(吴元保等，2009)。东秦岭以商丹缝合线为界划分为北秦岭和南秦岭两个构造单元(张国伟等，2001)。北秦岭主要由新元古代—早古生代中-高级变沉积岩和变火成岩组成，主要包括秦岭混杂岩、宽平群和二郎平群(Li et al.，1993；Dong et al.，2011)。南秦岭构造带早古生代碱基性岩浆活动与古特提斯洋裂解作用下的地壳伸展和基性岩浆侵位有关(陈虹等，2014)，晚古生代到三叠纪为中级变沉积岩和变火成岩组成(Li et al.，1993)。商丹特提斯洋在古生代中期向北闭合，使得南秦岭与北秦岭发生弧陆碰撞并闭合(Hacker et al.，2004；Dong et al.，2011；Wu and Zheng，2013)。

秦岭长期在特提斯构造域众多陆壳块体群分离、拼合、增生过程中形成(张国伟，1996a，1996b)。漫长的演化历史使得现今的秦岭构造呈现出复杂的结构，与北侧渭河地堑形成了独具特色的盆山构造格架，其深部结构特征值得关注。秦岭造山带对于中国东部大陆构造的形成与演化具有控制作用(李立等，1998)。叶县—南漳东秦岭大地电磁剖面揭示扬子地块向北楔入到南秦岭地壳之下，南秦岭呈现低阻、高大地热流的结构特征，推断为上地幔低阻层上隆(李立等，1998)。南秦岭发育多层次的逆冲推覆构造，与大巴山一脉相承(董云鹏等，2008)。陕西周至—四川达县大地电磁探测揭示南秦岭具有厚岩石圈结构特征(程顺有等，2004)。渭河地堑南侧为北秦岭造山带，北侧与鄂尔多斯地块相连，形成于晚中生代—新生代，渭河地堑的演化受制于秦岭造山带(张朝锋，2011)。渭河地堑基底以渭河断裂为界分为南北两区，北部基底为中-上元古界、下古生界的加里东构造层和残留的上古生界、中生界燕山构造层的沉积岩层；南部基底主要由太古界、元古界变质岩和加里东期—燕山期的花岗岩组成，以长安—临潼为界将南部基底可进一步划分为东部太古界变质岩区和西部元古界变质岩区(张朝锋，2011)。渭河地堑内部断裂多以东西向分布为主，包括渭河断裂、尚村—狄寨断裂、礼泉—蒲城—合阳断裂等。深反射地震表明秦岭山前、渭河以及莫霍深部断裂具有地壳尺度上部正断、下部逆断的复杂组合，形态具有较强的地壳活动性(任隽等，2013)。

本文首次以宽频大地电磁和长周期大地电磁数据反演了秦岭造山带和渭河地堑的岩石圈电性结构。通过布设31个宽频大地电磁和8个长周期大地电磁测深点，揭示秦岭造山带和渭河地堑的深部结构，为研究造山带—盆地的深部接触关系、时空发展、形成机制和相互联系提供地球物理证据。

本文研究的大地电磁剖面南起汉阴北，经旬阳坝镇、江口镇、涝峪镇、户县、兴平市，北到礼泉县，剖面全长为170 km，共布设31个宽频大地电磁测深点，平均点距为5 km，布设8个长周期大地电磁测深点，平均点距为20 km。大地电磁剖面自南向北穿过秦岭造山带、渭河地堑两个构造单元(图 1)。

图 1(Fig.1)

图 1 秦岭—渭河地堑MT剖面测点分布图 蓝色三角为宽频测点，频率为320～0.0005 Hz；红色方框为长周期测点，频率为0.1～0.00001 Hz Fig.1 The MT stations distributions in the Qinling-Weihe graben

秦岭地区地形陡峻、交通不便，故测线并非一条直线，测点布设在测线方向上有所偏差。野外宽频数据采集使用的仪器为加拿大凤凰公司生产的MTU-5型大地电磁仪，五分量观测，观测时间均大于20 h，长周期数据采集使用的仪器为乌克兰LCISR研究所生产的LEMI-417型大地电磁仪，观测时间大于5天。利用凤凰公司SSMT 2000软件及ⅣAN编制的长周期数据处理程序，拼接后获得了测点320～0.00001Hz的大地电磁测深数据，利用长周期数据控制岩石圈尺度的电性结构，利用宽频数据控制地壳尺度的电性结构。图 2为电性测点的视电阻率—相位曲线。

图 2(Fig.2)

图 2 秦岭—渭河地堑MT剖面典型测点视电阻率—相位曲线 Fig.2 The typical apparent resisitivity and impedance phase curves of Qinling-Weihe graben MT profile

南秦岭地区视电阻率曲线以D型为主，低频电阻率曲线数值较低，为几十～几百Ω·m，北秦岭地区视电阻率曲线呈K型特征，低频电阻率存在较强的各向异性。渭河地堑视电阻率曲线呈HK型，整体上视电阻率值较低，一般为几十Ω·m。高频段从几百Hz到0.1Hz电阻率曲线相对平缓，反映了渭河地堑可能存在较厚的沉积盖层。

2.1 维性分析

阻抗二维偏离度是描述地电结构重要指标，一般认为，其值小于0.3即可认为地电断面具有二维性，并可由二维反演进行资料定量解释，由图 3可以看出，秦岭—渭河地堑MT剖面中-高频段阻抗偏离度小于0.2。总体而言，研究剖面二维性较好，用二维反演所确定的地电特征是可靠的。

图 3(Fig.3)

图 3 秦岭—渭河地堑MT剖面阻抗二维偏离度 Fig.3 The 2D skewness of Qinling-Weihe graben MT profile

考虑到秦岭造山带和渭河地堑断裂带走向，运用大地电磁GB分解张量阻抗分解技术将全剖面进行区域构造走向角分析(见图 1)。可见秦岭造山带和鄂尔多斯地块区域构造走向基本为近东西向。

根据数据维型分析及区域构造走向分析，研究剖面二维性较好，可以用二维反演进行解释。本文采用非线性共轭梯度(NLCG)反演方法对研究剖面进行二维反演。反演参数设置： 初始模型背景电阻率为110 Ω·m的均匀半空间，正则化因子τ=10，横纵光滑比a=1，反演模式视电阻率误差级数为10％，相位误差级数为5％，最大反演迭代数设置为200。最终反演迭代拟合差RMS为2.3。图 4给出了TM模式的反演结果。图 5给出了剖面所有测点数据TM模式的实测数据和模型数据的拟断面图，对比发现实测数据与反演模型数据拟合良好。

图 4(Fig.4)

图 4 秦岭—渭河地堑MT剖面二维反演电性结果 F1. 商丹断裂带；F2. 秦岭北缘断裂带；F3. 渭河断裂；F4. 礼泉—蒲城—合阳断裂；C1～C5、R1和R2. 低阻层 Fig.4 The inversion results of Qinling-Weihe graben MT profile

图 5(Fig.5)

图 5 秦岭—渭河地堑MT剖面实测数据和模型理论数据电阻率和相位拟断面图 a1. 观测数据电阻率；a2. 模型数据电阻率；b1. 观测数据相位；b2. 模型数据相位 Fig.5 TM data of measured apparent resistivity and phase and the 2D model responses

4.1 南秦岭、北秦岭地壳尺度结构差异

中国大陆西北部“古特提斯缝合带”和“秦岭—大别—苏鲁”一线南北两侧存在差异，边界以南的南秦岭为被动陆缘单元，边界以北的北秦岭为主动陆缘单元，而北秦岭东延由于南、北板块之间三叠纪的剪切碰撞作用而尖灭(许志琴等，2015)。根据地表地质和地球物理测深揭示秦岭造山带现今结构与状态呈现为： 深部以近南北向异常状态与结构为特征，而上部地壳更多保留了古生代—中生代初的主造山期形成的东西向构造，上下协调不一致，其间则是最新调整的水平流变过渡层，使秦岭岩石圈呈现为具流变学分层的 “立交桥式” 三维结构模型。这种圈层的非耦合关系，正在现今地幔动力学的演变中向着新的大地构造阶段演化(张国伟等，1996a，1996b)。秦岭造山带是北部华北克拉通向南推挤、南部扬子克拉通向北推挤下隆升的陆内山体，并构筑了其南、北前陆盆地(滕吉文等，2014a，2014b)。秦岭造山带的南、北边界并非是一条边界断层，而应是包括前陆盆地在内的组合界带。本文的研究剖面穿越了东秦岭造山带的南秦岭和北秦岭两个构造单元，大地电磁二维反演所揭示的电性结构表明： 地壳尺度南、北秦岭存在明显的结构化差异，南秦岭下地壳存在明显的低阻层，实测大地电磁测深曲线低频特征较低的电阻率值也反应了该特征，而北秦岭整个地壳呈现为高阻特征。南北秦岭地壳尺度的结构化差异表明了秦岭造山带内部存在不同模式的动力学过程。商丹特提斯洋在古生代中期的向北闭合，使得南秦岭与北秦岭发生弧陆碰撞并闭合(Hacker et al.，2004；Dong et al.，2011；Wu and Zheng，2013)。秦岭造山带表现为复杂的复合型造山带特征。叶县—南漳东秦岭大地电磁剖面揭示扬子地块向北楔入到南秦岭地壳之下，南秦岭呈现低阻、高大地热流的结构特征，联系为上地幔低阻层的上隆(李立等，1998)。南秦岭发育多层次的逆冲推覆构造，与大巴山逆冲推覆构造一脉相承(董云鹏等，2008)。李荣西等(2012)和黄始琪等(2014)也发现大巴山地区存在大规模地质流体。不同构造体制发展演化的复合型造山带，反应了秦岭长期在特提斯构造域众多陆壳块体群分离、拼合、增生过程中形成(张国伟等，1996a，1996b)。依据电性结构特征，本文认为南秦岭继承了北大巴逆冲推覆构造的特征，存在的低阻异常可能为一定规模的地质流体(图 4中C₁)，高导层的存在可能为扬子地块北向挤压作用下的局部熔融体，而北秦岭为相对稳定的结构，岩石圈尺度表现为厚度较大的高阻体特征。

程顺有等(2003)依据地质和地球物理资料发现，中新生代尤其是晚近时期华北地块和扬子地块向秦岭造山带持续陆内俯冲，由于南秦岭岩石圈向北挤入作用，秦岭造山带的后陆冲断褶带和北秦岭厚皮叠瓦逆冲带现今处于岩石圈叠置加厚与拆沉作用的初始期，并指出秦岭造山带分为厚岩石圈构造带和构造拆沉带。华北与扬子两大块体相向运动的轨迹、碰撞作用的过程和边界带的构造变形尚无定论。深反射地震揭示出四川盆地岩石圈向北楔入到南秦岭岩石圈地幔中，南秦岭造山带地壳存在壳内滑脱层，滑脱层深部延伸指向南北秦岭结合带。大地电磁二维反演结果表明： 秦岭造山带存在巨厚的岩石圈结构，岩石圈厚度可达180～200 km。大地电磁探测发现南北秦岭之间在上地幔存在低阻的异常条带(图 4中C₂)，表明该楔入作用前缘痕迹。扬子向北楔入过程中岩浆作用沿商丹断裂的侵入，使得南秦岭北侧和北秦岭发育大面积的岩浆体，如今表现为地壳尺度的高阻特征，渭河地堑岩石圈厚度较薄明显小于秦岭造山带。整体而言，岩石圈厚度在秦岭和渭河地堑之间发生了明显的错断。

渭河地堑基底以渭河断裂(F₃)为界分为南北两区，北部基底为中上元古界、下古生界的加里东构造层和残留的燕山构造层的上古生界、中生界沉积岩层；南部基底主要为太古界、元古界变质岩和加里东期—燕山期的花岗岩组成，以长安—临潼为界将南部基底可进一步划分为东部太古界变质岩区和西部元古界变质岩区(张朝锋，2011)。渭河地堑内部断裂多以东西向分布为主，包括渭河断裂、尚村—狄寨断裂、礼泉—蒲城—合阳断裂等。深反射地震表明秦岭山前、渭河以及莫霍深部断裂具有地壳尺度上部正断、下部逆断的复杂组合形态具有较强的地壳活动性(任隽等，2013)。GPS水平速度场研究表明，渭河地堑渭河断裂、口镇—关山断裂等深大断裂的汇集处地壳活动性强，表现为伸展运动特征(瞿伟等，2009)。渭河地堑瑞利波速度结构表明，其上地幔盖层较薄，低速层的存在表征了热软流圈上涌(鲍学伟等，2009)。大地电磁反演结果表明渭河地堑存在巨厚的沉积，沉积层厚度由南向北逐渐减薄，有南侧的7～8 km到北侧的3～4 km。下地壳至上地幔区域分布两个低阻块体。S波速度结构揭示渭河地堑也存在明显的沉积层，沉积层下方存在明显的高速扰动(徐树斌等，2013；图 6)。

图 6(Fig.6)

图 6 秦岭造山带、渭河地堑、鄂尔多斯块体S波速度结构图(徐树斌等，2013) Fig.6 Image of the S-wave speed of the Qinling orogenic belt，the Weihe graben and the Ordos block(Xu et al.，2013)

大地电磁测深所揭示的二维地电结构表明了渭河地堑地壳尺度南北向也存在明显的结构差异，该差异可能与渭河地堑上地幔之下存在较大厚度低阻层(图 4中C₅)有关，表征了渭河地堑岩石圈结构呈大陆拉张型特征，上地幔之下存在热的软流圈上涌作用，说明华北板块南向挤压背景下引发的垂向壳幔相互作用应值得关注。