郯庐-大别构造区地壳三维电性结构及其动力学意义

论文摘要

扬子板块与华北板块在中生代开始汇聚碰撞,在汇聚的过程中强烈的造山作用形成了由秦岭、大别和苏鲁造山带组成的中央造山带。伴随着造山作用的还有郯庐断裂带的形成,左旋走滑的郯庐断裂带将大别与苏鲁造山带错开。在造山运动及郯庐断裂带的形成过程中出现了造山带高压超高压变质岩的折返及张八岭隆起的形成等现象。造山运动后的伸展运动及岩浆活动一定程度上改变了造山带和郯庐断裂带形成之初的结构和成分。郯庐-大别构造区的地震活动主要集中在大别造山带北缘的霍山地震区,目前对研究区内的深部孕震环境的研究较少。地球物理方法获得的深部结构在认识和还原郯庐大别构造区演化过程的工作中具有非常重要的作用。已有的地球物理深部结构中大多数多为剖面式资料,无法全方位立体地了解郯庐-大别构造区的深部三维结构,仅有不多的地震层析成像结果其分辨率有限。大地电磁测深方法成本低、不受高阻屏蔽、对深部流体及热物质比较敏感,其中三维反演可以获得三维立体电性结构,而且具有较高的可靠性。因此本论文应用大地电磁方法获得郯庐-大别构造区的深部三维电性结构,基于电性结构对郯庐-大别构造区的形成及演化过程以及深部孕震环境进行研究。在郯庐-大别构造区内搜集已有测点894个,新采集测点159个。由这1053个测点组成了大地电磁数据集。从数据集中提取三条剖面以研究电性主轴从大别造山带至郯庐断裂带随频率和测点的分布特征;提取覆盖大别造山带北缘地震区的密集台站以研究地震区的发震构造和孕震环境;对数据集抽稀后获得覆盖整个郯庐-大别构造区的均匀面状分布的大地电磁台阵,以研究郯庐-大别构造区的三维电性结构。首先利用多测点-多频点阻抗张量统计成像技术统计分析了三条横跨郯庐断裂带南段的大地电磁剖面上的电性主轴的分布特征,从电性主轴的角度描绘了郯庐-大别构造区不同构造的特征及构造间的几何关系。统计结果显示:郯庐断裂带南段在断裂带浅部的电性主轴方位及二维有效因子中有明显的显示,同时郯庐断裂带南段可能未延伸至深部;扬子板块浅部和深部的主轴方位明显不一致,表明浅部和深部之间存在结构不整合,主轴方位表明不同深度的介质受不同方向构造力的作用;北大别块体深浅一致的电性主轴分布特征符合中生代穹隆抬升、增厚的演化过程;大别造山带南部及以南地区深部介质中EW向电性主轴可能是板块汇聚时期扬子板块深部韧性层受NS向挤压应力作用的结果,郯庐断裂带以东地区深部韧性层中NWW向的电性主轴则是扬子板块沿郯庐带向NNE方向运动形成的。对该地区电性主轴的统计结果为认识该地区的深部结构及地下介质的运动极性提供了重要的依据,也为认识大别郯庐构造区的演化过程提供了新的证据。其次在研究区域内地震活动集中的霍山地震区,通过对83个大地电磁测点组成的大地电磁阵列数据进行三维反演获得了地震区深部精细三维电性结构。在这次带地形的反演中使用了多重网格法、印模迭代重构法和非线性共轭梯度法。电性结构显示,北大别、北淮阳区的中上地壳为电阻率1000欧米以上的高阻区,中下地壳为电阻率数十欧米的相对低阻区;六安盆地电阻率整体较低,中地壳存在显著的电阻率为几欧姆米的壳内高导层。北西向的晓天-磨子潭断裂分隔了北大别高阻层和北淮阳高阻层,在浅部向NE倾,深部向SW倾;北东向的落儿岭-土地岭断裂切穿北大别上地壳高阻层。小震双差定位结果表明,地震主要发生在NE向延伸的落儿岭-土地岭断裂附近的北大别、北淮阳中上地壳的高阻区,并集中于NW向的晓天-磨子潭断裂运动所造成的构造薄弱带中。霍山地震区的主要发震断裂为落儿岭-土地岭断裂,断裂的运动变形充分利用了晓天-磨子潭断裂早先活动所形成的构造薄弱带,断裂下方壳源高导体中的流体沿断层传播使断层强度弱化,使得这些薄弱带易于发生小地震。由于北大别、北淮阳构造区显著高阻层的存在,霍山地震区存在发生6级以上中强震的深部孕震环境。最后用大地电磁三维反演方法获得了郯庐大别构造区高分辨率的深部三维电性结构,详细分析了研究区域的深部电性结构特征。在反演中,使用了多重网格法和印模法降低初始模型对反演结果的影响。对结果模型中的三个高导体和有效深部作了灵敏度测试以验证模型的可靠性。对比了带地形反演和不带地形及多重网格法均匀半空间反演之间的差异,表明在反演中加入地形及用多重网格法是十分必要的。反演结果显示大别造山带下方存在高阻异常体,造山带南北两侧的高导体向造山带下方汇聚;大别造山带东部高阻体下方有一显著的高导体;张八岭隆起下方的高阻异常体呈条带状沿郯庐断裂带分布;沿长江地区深度10公里深度存在高导体。基于反演结果模型对大别造山带和郯庐断裂带的形成机制及构造演化过程进行讨论并认为:造山运动中扬子地壳在汇聚边界受到挤压而缩短增厚,形成了大别造山带下方的高阻异常体的初始形态。造山带东侧的挤压褶皱被左旋走滑的郯庐断裂带拖曳,形成了张八岭隆起下方的高阻条带。郯庐断裂带强烈的左旋走滑运动使下扬子上地壳和中下地壳拆离,在白垩纪郯庐断裂带进一步的左旋运动和岩浆活动的共同作用下,该解耦层进一步发展,形成了电性结构中的高导层。造山运动中高压超高压变质岩沿着岩石单元边界向上折返,后造山运动中岩浆沿造山带边缘及高压超高压变质岩的折返时留下的脆弱带上涌,剧烈的岩浆活动改变了造山带深部的结构和成分。

论文目录

摘要

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第1章绪论

1.1 研究背景及科学问题

1.2 国内外研究进展

1.2.1 地质构造

1.2.2 构造演化模式

1.2.3 地震活动

1.2.4 地球物理场

1.3 研究意义

1.4 主要研究内容

1.5 研究方案及技术路线

1.6 本章小结

第2章大地电磁测深方法与数据

2.1 地球电磁感应

2.2 传输函数

2.3 测深原理

2.4 阻抗张量中的噪声及抑制方法

2.5 大地电磁数据采集方法

2.6 阻抗张量分解

2.7 阻抗张量分解成像技术

2.8 大地电磁反演

2.9 印模法

2.10 数据的搜集与采集

2.10.1 已有测点的搜集

2.10.2 新增测点的采集

2.10.3 大地电磁总数据集

2.11 本章小结

第3章郯庐断裂带南段大地电磁电性主轴统计

3.1 构造背景

3.2 大地电磁数据集

3.3 数据处理

3.3.1 数据处理流程

3.3.2 L1剖面分测段分频段统计电性主轴

3.3.3 L2剖面分测段分频段统计电性主轴

3.3.4 L3剖面分测段分频段统计电性主轴

3.3.5 判断90°模糊性

3.4 统计结果

3.5 讨论

3.6 结论

3.7 本章小结

第4章大别造山带北缘霍山地震区三维电性结构

4.1 构造背景与地震分布

4.1.1 区域构造背景

4.1.2 地震分布

4.2 数据及定性分析

4.2.1 大地电磁数据集

4.2.2 定性分析

4.3 三维反演和深部电性结构特征

4.3.1 三维反演

4.3.2 深部电性结构特征

4.4 深部孕震环境分析

4.5 结论

4.6 本章小结

第5章郯庐-大别构造区地壳三维电性结构

5.1 大地电磁测深数据

5.2 实感应矢量和相位张量分析

5.3 大地电磁三维反演

5.4 灵敏度测试

5.4.1 结构灵敏度测试

5.4.2 有效深度灵敏度测试

5.5 带地形与初始模型对反演结果的影响

5.6 与已有反演结果对比

5.7 郯庐-大别构造区三维电性结构

5.8 电性结构解释与讨论

5.9 结论

5.10 本章小结

第6章主要成果与展望

6.1 论文取得的主要成果

6.2 存在的问题与展望

参考文献

致谢

作者简介

在学期间发表的论文

硕士期间参与的科研项目

文章来源

类型: 博士论文

作者: 崔腾发

导师: 陈小斌

关键词: 郯庐断裂带,大别造山带,大地电磁测深,三维电性结构,霍山地震区,电性主轴

来源: 中国地震局地质研究所

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地质学,地球物理学,地球物理学,矿业工程

单位: 中国地震局地质研究所

基金: 国家自然基金项目(41574066)郯庐断裂带临沂-广济段深部电性结构及其动力学意义研究,2016,01-2019,12,中国地震局地质研究所所长重点基金(郯庐带合肥-广济段三维电性结构探测),大型先进压水堆核电站国家科技重大专项(2011ZX06002)

分类号: P631.3;P315

DOI: 10.27489/d.cnki.gzdds.2019.000020

总页数: 123

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