宁夏孤形构造带中上地壳电性结构及其构造涵义

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宁夏弧形构造带地处鄂尔多斯地块、阿拉善地块及祁连山碰撞造山带的交接部位,是青藏高原向北东生长的前锋地区,该地区自晚新生代以来一直遭受着地壳缩短和剪切,伴随着垂直差异性隆升作用,形成了典型的挤压盆山构造格架[11],加上没有过多遭受到后期地质事件的改造,因此宁夏弧形构造带成为研究青藏高原向北东生长的动力学机制的理想场所。同时,该区中强地震震活动频繁,历史记载曾发生过近30次7级以上强震,在弧形构造带区域发生过1920年的海原大地震和1927年的古浪大地震,该区也为研究中强地震的孕育环境提供了优越的历史遗产。基于以上原因,宁夏弧形构造带成为地质地球物理学者研究深部地球动力学和地震孕育机制的热点地区。  本文在中国地质调查局计划项目“成矿带区域地球物理调查”的工作项目“宁夏大地电磁测深剖面测量”(1212011120928)的支持下,在宁夏弧形构造带区域沿近南北向和近北东向布置两条大地电磁测深(MT)剖面,以大地电磁测深所获得的中上地壳精细电性结构剖面为主轴,结合研究区的重磁资料、地震资料、地表地质资料及收集到的前人所做大地电磁测深资料,研究弧形构造带内主要边界断裂和次级构造单元的深部电性结构及其空间变化规律,并探讨其地质涵义;同时,通过分析典型地震区的孕震构造,探讨地震孕育机制。通过上述研究,对研究区的深部电性结构、地震孕育构造及动力学特征等得出了一些新的认识:  (1)对宁夏地区的重磁资料进行异常分离、向上延拓等处理,发现宁夏弧形构造带区域的低密度地块主要分布在宁夏西南部和中卫周缘地区,且呈现出西南深、北东浅的空间展布特征;通过对重磁资料进行方向导数求取及梯度算子模、拉普拉斯算子模等线性增强处理,勾画出了宁夏地区较详细的断裂体系及分布其间的盆山构造单元,与通过地质资料重新厘定的构造单元图较为一致;  (2)宁夏弧形构造带精细中上地壳电性结构剖面显示出高阻与低阻地块相间排列及分布其间的电性梯度带,表现为碎块状的构造样式且在深部断续存在壳内低阻高导低速地层,是研究区中上地壳有别于层状电性结构和块状电性结构的最基本电性结构特征,可能是研究区强震或特大地震频发的深部构造背景,上述认识为研究区中上地壳构造解析提供了重要依据。进一步分析NE-11-MT剖面与NS-11-MT剖面中上地壳的电性结构,发现走廊构造带与鄂尔多斯西缘逆冲褶皱带具有相似的电性结构特征,相比于祁连山碰撞造山带,整体表现为相对低阻的特征,推断走廊构造带可能与鄂尔多斯西缘逆冲褶皱带同属于华北地块的西缘部分,上述结论还有待具有更大深度的电性剖面和地质等其它资料证实;  (3)研究区中上地壳电性结构显示地块内部或地块之间存在明显的电性边界带,为局部构造的划分和地块边界位置的确定提供了新的证据。宁夏弧形构造带以西海原―海原―六盘山断裂带、青铜峡―固原断裂带为界,可以分为祁连山碰撞造山带、走廊构造带及鄂尔多斯西缘逆冲褶皱带三个主要构造单元;  (4)祁连山碰撞造山带内的壳内低阻层深度介于20km~30km之间,往北终止于海原边界带并与香山逆冲推覆体下的滑脱层相交汇;兴仁堡-海原坳陷带内的壳内低阻层深度减小为10km~15km之间,往北东终止于中卫―同心断陷带内,并与鄂尔多斯逆冲推覆体下的早元古、中元古滑脱面交汇。宁夏弧形构造带内的壳内低阻层总体表现为西南深北东浅,且呈不连续分布的特征;  (5)发现了中卫―同心断陷盆地内的弧形高阻地块,地震剖面及重力资料在高阻地区表现为高速高密度的特征,推断该高阻高速高密度地块为晚古生代或早中生代发育在盆地基底构造上的“岛链式”古隆起,该发现为地震灾害评估及青藏高原东北缘地区的动力学提供了可靠资料。从卫宁北山闪长玢岩中捕获到的磨圆锆石的年龄与金川矿集区龙首山群岩石中锆石的年龄测定结果较为一致,结合分析大地电磁剖面与地表地质,本文认为中卫―同心断陷带可能一直往西延伸到冷龙岭隆起区,即古浪地震不属于海原断裂带上的地震,而是中卫―同心断陷带内的地震;  (6)通过实测剖面获得的中上地壳精细电性结构剖面,结合研究区的地质和地震资料,确认中上地壳存在有一系列逆冲推覆构造,主要有香山推覆构造、鄂尔多斯西缘逆冲推覆构造,总体呈叠瓦式组合,由北东往南西主滑脱面由浅变深,消失在壳内低阻层中。古生代石炭系滑脱面、早元古或中元古滑脱面及壳内低速高导层构成了研究区主要的动力学边界条件,宁夏弧形构造带中上地壳依托上述边界条件表现为北祁连碰撞造山带向东仰冲、逆冲推覆,阿拉善地块是向南俯冲,鄂尔多斯地块是向西俯冲的动力学态势;  (7)论文证实了中祁连隆褶带、靖远―西吉坳褶带、海原边界带及鄂尔多斯西缘逆冲褶皱带中上地壳存在较完整的高阻刚性地块,发现了在中卫―同心断陷盆地基底上存在“岛链式”的古隆起,结合分析宁夏弧形带区域内壳内低阻层在空间上的分布规律,推断在宁夏弧形构造带及周缘地区存在海原边界带、中卫-同心断陷带及鄂尔多斯西缘逆冲褶皱带等地震潜在危险区。与该区中强地震的发生位置基本一致;  (8)通过对比分析宁夏弧形构造带内主要地震震级与震源断裂附近高阻刚性地块的视电阻率值,发现地震震级的大小与视电阻率的大小成正比关系,这一发现在地震灾害评估中有着重要的意义。局限于统计资料的局限性,2012年与2013将进一步在宁夏地区开展大地电磁测量,获得更多的具有代表性的数据,对上述观点进行验证。
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