鄂尔多斯西北缘与阿拉善接触区的深部电性结构及1739年平罗8级地震发震构造研究

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阿拉善地块和鄂尔多斯地块接触区是华北地块西部的一个板内构造变形强烈的活动带,并位于中国大陆地震频发的南北地震带北端,接触区内发育的贺兰山断裂系统是以走滑和正断层控制形成的盆山构造。在贺兰山断裂系统内的银川断陷盆地曾发生过1739年平罗8级强震,这是由正断层活动引发的地震。通过详细探测贺兰山断裂系统内部及其两侧地块间的深部接触关系和多条断裂的深部延展特征,可以有助于理解阿拉善地块、鄂尔多斯地块以及青藏高原地块之间的相互作用关系、1739年平罗8级地震的发震构造和孕震环境等科学问题。大地电磁探测方法具有对低阻异常敏感且不受高阻体屏蔽等优点,通过三维电磁反演能获取复杂构造环境下确实的深部电性结构特征。2019年在沿北西-南东向跨过贺兰山断裂系统及其邻区的YCL3剖面上,新采集获取了34个优质的宽频带大地电磁数据,结合1条在贺兰山断裂系南端已有的近东西向的HYFN剖面数据,予以揭示阿拉善地块和鄂尔多斯地块接触区的深部结构特征。数据处理中使用相位张量分解技术等对区域维性和电性结构差异进行了定性分析,使用Mod EM三维电磁反演技术对2条剖面的数据进行了三维反演,获取了沿剖面的深部电性结构图像,并结合研究区的地质资料和地球物理研究成果,分析研究了该地区的深部电性结构特征和断裂展布样式,探讨了1739年平罗8级地震的孕震环境和发震构造。论文主要取得如下新成果:(1)对银川、运城、鹤壁和张家口测区新测的约500个大地电磁测点数据进行了详细处理分析,统计和梳理出高速铁路、电气化铁路、风力发电站、光伏发电站、大型输电网、煤矿区、城市综合7种强电磁干扰环境下的45个典型测点,开展了多种模式的精细谱处理,结果表明,高铁、电气化铁路和光伏发电站电磁干扰以近场干扰为主,在视电阻率曲线图中频段呈45°上升,而相位曲线的数值趋于0;大型输电网、煤矿和城市综合电磁干扰现象,在视电阻率曲线上体现为单频点或者多频点的离散“飞点”;风力发电设施对大地电磁测点数据的电磁干扰影响较小。在强电磁干扰源近距离附近开展大地电磁探测,数据采集时长增长至少覆盖2个夜间,使用优质远参考数据进行远参考和非Robust法处理,加之精细选谱,可以有效获取合格乃至优良的大地电磁数据。(2)跨过阿拉善地块、贺兰山隆起、银川盆地和鄂尔多斯地块的YCL3剖面的深部电性结构图像,揭示出各构造单元沿剖面呈现明显的横向不一致的分布特征。阿拉善地块和鄂尔多斯地块西北缘显示为较稳定的层状电阻率结构样式,而贺兰山断裂系统内的贺兰山隆起和银川盆地表现为典型的山脉高阻体和盆地低阻体的盆山构造特征。贺兰山隆起整体呈现稳定的高阻特征,其北段的东侧裹挟低阻体,银川盆地表现为明显西深、东浅的层状低阻断陷盆地样式。(3)贺兰山东麓断裂和黄河断裂是贺兰山断裂系统内明显的大型电性边界带,其中前者表现为东向缓倾延伸至下地壳的深大断裂,而后者则表现为较陡立的向西切入中下地壳的明显电性边界带,两条断裂在深部以东西边界的形态共同形成了“负花状”结构样式,银川断裂以隐伏状态向北延伸,处于该“负花状”结构核心的断裂。平罗地震发生在银川盆地低阻体向贺兰山隆起高阻体过渡区内,是由多条断裂组成的“负花状”断裂系统整体活动共同作用所致。(4)贺兰山隆起东西两侧断陷结构特征明显,指示阿拉善地块与鄂尔多斯地块西北缘呈拉张状态,为贺兰山断裂系统内的走滑和正断裂发育提供了发育环境,与之形成对比的是位于鄂尔多斯西南缘的海原弧形构造带,在青藏高原东北缘与鄂尔多斯西南缘的推挤状态下,该地区深部破碎且形变剧烈,催生了该地区走滑和逆冲推覆断裂的构造环境。
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