中國(guó)大陸深層區(qū)域構(gòu)造格架
——系列解釋之重力場(chǎng)格架

彭 聰

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037

中國(guó)大陸深層區(qū)域構(gòu)造格架
——系列解釋之重力場(chǎng)格架

彭 聰

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037

截取全球衛(wèi)星重力圖、重力場(chǎng)水平梯度圖、衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)反演海洋重力異常圖、巖石圈重力場(chǎng)和地幔重力異常, 獲得中國(guó)大陸及其鄰區(qū)巖石圈地球物理場(chǎng)特征, 揭示地球內(nèi)部密度結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)要探討了中國(guó)大陸深層區(qū)域構(gòu)造格架——系列解釋之重力場(chǎng)格架。

中國(guó)大陸; 巖石圈; 斷裂帶; 重力場(chǎng); 格架

1 中國(guó)大陸衛(wèi)星重力場(chǎng)特征

世界衛(wèi)星重力場(chǎng)研究的各種理論和假說(shuō)國(guó)內(nèi)學(xué)者已經(jīng)有成熟的探討(郝曉光等, 2010; 段虎榮等, 2010)。利用空間重力異常對(duì)中國(guó)大陸進(jìn)行塊體構(gòu)造單元?jiǎng)澐忠灿袑W(xué)者在嘗試(張訓(xùn)華等, 2010)。本文主要從研究中國(guó)大陸深層區(qū)域構(gòu)造格架的目的出發(fā)給出中國(guó)大陸衛(wèi)星重力場(chǎng)格架。

重力異常主要由密度界面起伏, 物質(zhì)密度橫向不均勻性引起。將斷裂帶扣合在衛(wèi)星重力圖上,重力場(chǎng)特征大的格架一目了然。它和地理單元具有高度一致性。在衛(wèi)星重力場(chǎng)圖上很容易看出斷裂帶圍限的塊狀分布的重力高或重力低。這種特征基本能反映出盆地和造山帶地殼上地幔密度差異的展布范圍。盆地為大片紫色區(qū)域重力場(chǎng), 其范圍為–30至–100 mGal, 例如塔里木盆地、柴達(dá)木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、額爾多斯盆地、四川盆地、華北盆地東部和云貴高原。沿造山帶重力場(chǎng)對(duì)應(yīng)條帶狀金黃色重力場(chǎng), 其范圍為+30至+100 mGal,例如阿爾金、祁連山、天山、喀喇昆侖岡底斯、帕米爾高原、昆侖、巴顏喀拉、阿爾泰、陰山、大小興安嶺和長(zhǎng)白山脈。

圖1 中國(guó)大陸及其鄰區(qū)衛(wèi)星重力異常圖(據(jù)Abdolazim, 2001等)Fig. 1 Marine gravity anomaly map of China’s mainland and its neighboring areas (after Abdolazim, 2001; et al.)

圖1中國(guó)大陸及其鄰區(qū)衛(wèi)星重力異常圖, 由海洋重力異常在線繪圖工具下載數(shù)據(jù)編制(Standard Gravity Anomalies, Marine Gravity Anomalies On-Line Map Construction Tool, http://www.serg. unicam.it/Grav-ity.htm); 斷裂帶編制據(jù)Abdolazim(2001)。

2 中國(guó)大陸重力場(chǎng)水平梯度特征

重力場(chǎng)水平梯度圖用于劃分重力場(chǎng)單元使其很容易。將斷裂帶扣合在重力場(chǎng)水平梯度圖上, 在斷裂帶圍限的塊狀分布的重力高或重力低周邊, 可見(jiàn)重力場(chǎng)水平梯度表現(xiàn)出密集條帶狀, 可以圈定盆地的范圍。最為明顯的莫過(guò)于幾大知名盆地, 例如塔里木盆地、柴達(dá)木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、額爾多斯盆地和四川盆地。而那些密集條帶狀梯度線沿山脈展布, 例如阿爾金、祁連山、天山、阿爾泰山、陰山、大興安嶺和太行山。由于地理位置和地表地質(zhì)構(gòu)造單元的對(duì)應(yīng)性, 重力場(chǎng)水平梯度圖中這些密集條帶狀梯度線使我們能更好地圈定主要地質(zhì)構(gòu)造界限。

圖2中國(guó)大陸及其鄰區(qū)重力場(chǎng)水平梯度圖, 由海洋重力異常在線繪圖工具下載數(shù)據(jù)編制(Gradient of the Gravity Anomaly Field, Marine Gravity Anomalies On-Line Map Construction Tool, http://www.serg.unicam.it/Gravity.htm); 圖中斷裂帶編制據(jù)Abdolazim(2001)。

3 中國(guó)大陸海洋重力異常特征

圖3為中國(guó)大陸及其鄰區(qū)海洋重力異常圖。將斷裂帶扣合在海洋重力異常圖上, 幾大盆地(藍(lán)色)和山脈(紅色)反映清晰, 盆地例如塔里木盆地、柴達(dá)木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、額爾多斯盆地和四川盆地; 山脈例如阿爾金、祁連山、天山、阿爾泰山、陰山、大興安嶺和太行山。海洋重力異常圖也能使我們能更好地圈定主要地質(zhì)構(gòu)造界限。

圖3中國(guó)大陸及其鄰區(qū)海洋重力異常圖, 由全球衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)反演海洋重力異常18.1版(David et al., 1997, 2009)截圖編制; 斷裂帶編制據(jù)Abdolazim(2001)。

圖2 中國(guó)大陸及其鄰區(qū)重力場(chǎng)水平梯度圖(據(jù)Abdolazim, 2001等)Fig. 2 Gradient of the gravity anomaly field of China’s mainland and its neighboring areas(after Abdolazim, 2001; et al.)

4 中國(guó)大陸巖石圈重力場(chǎng)特征

全球重力模型國(guó)內(nèi)學(xué)者在理論上已經(jīng)有成熟的探討(鄭偉等, 2010), 本文主要從研究中國(guó)大陸深層區(qū)域構(gòu)造格架的目的出發(fā)給出中國(guó)大陸及其鄰區(qū)巖石圈重力場(chǎng)格架。

全球重力場(chǎng)模型為重力場(chǎng)長(zhǎng)波長(zhǎng)部分, 能夠反映巖石圈尺度質(zhì)量(密度變化)分布。重力場(chǎng)可以表達(dá)地形、地殼結(jié)構(gòu)、巖石類型、殼幔均衡調(diào)整、匯聚板塊俯沖帶的界限。將斷裂帶扣合在重力場(chǎng)模型上,可見(jiàn)斷裂帶圍限的塊狀分布的重力高或重力低對(duì)應(yīng)了幾大巖石圈構(gòu)造單元。大約以東經(jīng)105°和北緯37°為界, 將中國(guó)大陸分為西北、西南、東北和東南四大巖石圈密度單元。

圖4中國(guó)大陸及其鄰區(qū)巖石圈重力場(chǎng)圖, 由全球重力場(chǎng)模型(GGM02S, David et al., 1997, 2009; Tapley et al., 2005)截圖編制; 斷裂帶編制據(jù)Abdolazim(2001)。

5 中國(guó)大陸地幔重力異常特征

國(guó)內(nèi)學(xué)者很早就開始利用衛(wèi)星重力位系數(shù)研究下地幔橫向密度異常分布(王石任等, 1991), 本文主要從研究中國(guó)大陸深層區(qū)域構(gòu)造格架的目的出發(fā)給出中國(guó)大陸地幔重力場(chǎng)格架。地殼重力異常是地形和Moho界面以上地殼密度變化部分引起。由觀測(cè)異常去掉地殼重力異常得到地幔重力異常, 能夠反映地幔尺度質(zhì)量(密度變化)分布。將斷裂帶扣合在地幔重力場(chǎng)模型上, 可見(jiàn)斷裂帶圍限的塊狀分布的重力高或重力低能夠反映所有地幔物質(zhì)主要活動(dòng)中心、地幔不均勻性和主要板塊邊界, 例如塔里木、準(zhǔn)噶爾、四川盆地具有高密度幔根。另外青藏高原周邊高密度的地幔似堵墻, 圍限了物質(zhì)的流動(dòng)。

圖3 中國(guó)大陸及其鄰區(qū)海洋重力異常圖(據(jù)Sandwell et al., 1997, 2009; Abdolazim, 2001等)Fig. 3 Marine gravity anomaly from satellite altimetry of China’s mainland and its neighboring areas (after Sandwell et al., 1997, 2009; Abdolazim, 2001; et al.)

圖4 中國(guó)大陸及其鄰區(qū)巖石圈重力場(chǎng)圖(據(jù)David et al., 1997, 2009; Tapley et al., 2005等)Fig. 4 Gravity anomaly (GGM02S) of China’s mainland and its neighboring areas (after David et al., 1997, 2009; Tapley et al., 2005; et al.)

圖5 中國(guó)大陸及其鄰區(qū)地幔重力異常圖(據(jù)Mikhail Kaban, 2008; Abdolazim, 2001等)Fig. 5 Mantle gravity anomalies of China’s mainland and its neighboring areas (after Mikhail Kaban, 2008; Abdolazim, 2001; et al.)

圖5中國(guó)大陸及其鄰區(qū)地幔重力異常圖, 由德國(guó)波茨坦地學(xué)研究中心(GFZ Helmholtz Centre-POTSDAM)網(wǎng)站下載截圖編制(http://www.gfz-potsdam.de/portal/-?$part=binary-con tent&id=1563087&status=300), 斷裂帶編制據(jù)Abdolazim(2001)。

通過(guò)上面的探討, 我們勾畫出了中國(guó)大陸深層區(qū)域構(gòu)造格架——系列解釋之重力場(chǎng)格架。大約以東經(jīng)105°和北緯37°為界, 將中國(guó)大陸分為西北、西南、東北和東南四大巖石圈密度單元。

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Deep Tectonic Framework of China’s Mainland: Serial Explanation of Gravity Field Framework

PENG Cong
Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037

Lithospheric geophysical field characteristics of China’s mainland and its neighboring areas were cut out from the global satellite gravity map, gravity field horizontal gradient map, marine gravity anomaly map inversed from satellite altimetic data, lithospheric gravity field and mantle gravity anomaly, with the revealing of the density structure in the interior of the Earth. This paper deals in brief with the gravity field framework in deep tectonic framework of China’s mainland.

China’s mainland; lithosphere; fault zone; gravity field; framework

P631.1; P313.2

A

10.3975/cagsb.2013.02.14

本文由國(guó)家專項(xiàng)“深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究”(編號(hào): SinoProbe-02-06)、行業(yè)科研專項(xiàng)(編號(hào): 201011045)資助。

2012-05-31; 改回日期: 2013-02-06。責(zé)任編輯: 張改俠。

彭聰, 女, 1954年生。研究員。主要從事地質(zhì)地球物理綜合解釋研究, 近年來(lái)重點(diǎn)研究中國(guó)大陸深層區(qū)域構(gòu)造格架和礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)。通訊地址: 100037, 北京市西城區(qū)百萬(wàn)莊大街26號(hào)。電話: 010-68999058。E-mail: pengcong_001@163.com。