西藏高原南部雅鲁藏布江缝合带地区地壳电性结构研究

Tan H D , Wei W B , Martyn Unsworth , et al. Crustal electrical conductivity structure beneath the Yarlung Zangbo Jiang suture in the southern Xizang plateau. Chinese J . Geophys . (in Chinese) , 2004 , 47 (4) :685～690 西藏高原南部雅鲁藏布江缝合带地区 地壳电性结构研究 谭捍东1 　魏文博1 　Martyn Unsworth2 　邓　明1 　金　胜1 John Booker3 　Alan Jones4 1 中国地质大学地球物理与信息技术学院 ,地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室 ,北京 100083 2 University of Albert , Edmonton , Canada 3 University of Washington , Seattle , USA 4 Geological Survey of Canada , Canada 摘 　要 　为了探测西藏高原南部雅鲁藏布江缝合带地区地壳浅部和深部构造沿东西和南北方向的变化特征 ,在 雅鲁藏布江缝合带地区布设了三条南北向剖面 (错那 —墨竹工卡、亚东 —雪古拉、吉隆 —措勤) ,采用超宽频带大地 电磁测深方法进行了地壳、上地幔电性结构探测研究 ,发现该区主要电性结构特征为 :1. 雅鲁藏布江缝合带附近 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 层发育大规模的高阻体 ,岩体延伸最深达 30km以上 ,是冈底斯花岗岩体的反映. 2. 雅鲁藏布江缝合带的南部有小 规模的良导体 ,在其下方和北侧发育有大规模良导体. 3. 沿剖面从南往北壳内普遍发育良导体 ,各良导体主体间 是不连续的 ,规模逐渐增大 ,总体北倾 ,在缝合带附近产状较陡. 4. 在雅鲁藏布江缝合带附近良导体由西往东规模 逐渐增大 ,导电性逐渐变好 ,相对雅鲁藏布江在剖面上的位置逐渐南移. 这些重要的电性特征可能是印度板块向北 俯冲所形成的 ,深部大规模的良导体特征沿东西向的差异可能是板块碰撞引起物质沿东西向运移作用的结果. 关键词 　电性结构 　大地电磁测深 　雅鲁藏布江缝合带 　西藏高原南部 文章编号　0001 - 5733(2004) 04 - 0685 - 06 　　中图分类号　P631 　　收稿日期　2003 - 08 - 07 ,2004 - 04 - 05收修定稿 CRUSTAL ELECTRICAL CONDUCTIVITY STRUCTURE BENEATH THE YARL UNG ZANGBO JIANG SUTURE IN THE SOUTHERN XIZANG PLATEAU TAN Han2Dong1 　WEI Wen2Bo1 　Martyn Unsworth2 　DENG Ming1 J IN Sheng1 　John Booker3 　Alan Jones4 1 School of Geophysics and Information Technology , China University of Geosciences ; Geo2detection Laboratory , Ministry of Education , Beijing 100083 , China 2 University of Albert , Edmonton , Canada 3 University of Washington , Seattle , USA 4 Geological Survey of Canada , Canada Abstract 　To study the structure in the shallow and deep crust along the east2west and north2south direction beneath the Yarlung Zangbo Jiang suture in the southern part of Xizang plateau , three magnetotelluric profiles with super2wide band of frequencies ( Cona2Maizhokunggar , Yadong2Xuegula , Gyirong2Coqên) across the 基金项目　国家自然科学基金项目 (40074019) 、国家重点基础研究发展规划项目 ( G1998040800) 、国土资源部“十五”青藏专项 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目 (2001010202)和国土资源部“十五”专项计划项目 (20001010201)联合资助. 作者简介　谭捍东 ,男 ,1966 年生 ,博士 ,副教授 ,主要从事地球物理的研究与教学工作. E2mail : thd @cugb. edu. cn 第 47 卷 第 4 期 　2004 年 7 月 　　　　　　　　　　 地 球 物 理 学 报 CHINESE JOURNAL OF GEOPHYSICS 　　　　　　　　　　 Vol. 47 , No. 4　 July , 20 0 4 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net Yarlung Zangbo Jiang suture were deployed. The result shows that large2scale high resistive bodies exist near the Yaluzangbu suture surface , which extend to the maximum depth of more than 30km. They are the reflection of the Gangdese granite. There are small2scale conductive bodies in the southern part of the Yarlung Zangbo Jiang suture , and large2scale ones under the suture and in the northern part . Conductive bodies widely spread in the crust from south to north along the profiles. They are discontinuous with each other , and become larger in scale from south to north. They decline to the north , and are the steepest near the suture becoming deeper gradually from about 20km depth in the south part to about 70km depth in the middle of the suture. Under the Yarlung Zangbo Jiang suture , the conductive bodies becomes larger in scale , more conductive gradually from west to east . These important electrical characters are possibly caused by the India plate underthrusting to the north. The variation in characters of the large2scale conductive bodies from west to east may be the proof that plate collision causes materials moving to the east . Key words 　Electrical conductivity structure , Magnetotelluric sounding , Yarlung Zangbo Jiang Suture , Southern Xizang Plateau. 1 　引　言 西藏高原南部雅鲁藏布江缝合带是印度板块与 欧亚板块碰撞过程的关键地段 ,其深部结构成为地 学界研究的重点 ,被国内外地学工作者所关注. 西 藏高原作为陆陆碰撞的典型地区 ,是研究陆内造山 带地质演化和壳幔深部动力学过程与表面地壳运动 之间相互作用的极为理想的天然实验室 ,是当今地 学界研究的热点地区. 研究西藏高原的形成演化不 仅在科学上对于解决大陆动力学和全球变化等重大 理论问题有重要意义 ;而且对于探讨高原区域内的 矿产油气和地热资源的形成条件和分布规律 ,以及 气候与环境的演化规律 ,解决西藏及邻区的区域可 持续发展问题有十分明显的实际意义. 大地电磁法是一种天然源的频率域电磁法. 它 以天然的平面电磁波为场源 ,通过在地表观测相互 正交的电磁场分量来获取地下地电构造信息. 在研 究壳幔构造方面 ,大地电磁法和地震方法是两种主 要方法 ,两者相互验证、相互补充 ,在世界范围内解 决大陆动力学问题方面已有许多成功的范例. 大地 电磁法在资料采集方面 ,以美国 EMI 公司的 MT24 和加拿大凤凰 ( PHOENIX) 公司的 V2000 为代表 ,一 种网络式的三维数据采集模式取代传统的单站采集 模式 ,大大提高了数据采集的质量和效率. 在资料 处理解释方面 ,Robust 估计方法取代传统最小二乘 处理方法处理时间序列资料 ,能最大程度地压制不 相关噪声的影响 ,获得高质量的阻抗张量元素[1 ] ;阻 抗张量分解技术能有效分析地下地电构造的复杂程 度和提供丰富的有关地下构造信息[2 ] ;二维反演算 法[3 ,4 ]走向成熟 ,达到了实用化程度 ; 三维正反演算 法[5 ,6 ]成果不断涌现. 这些重要进展构成了现代大 地电磁探测技术的特点. 在西藏 ,已开展过的横跨雅鲁藏布江缝合带的 大地电磁测深工作有 : (1) 1977 年 ,由中国科学院地 球物理研究所在雅鲁藏布两侧的那曲、聂当、江孜、 帕里和亚东等地完成的 5 个大地电磁测站的观 测[7 ] . (2) 1980～1982 年中法合作完成的大地电磁 测深剖面. 剖面长约 400km ,布置 13 个测点 ,平均点 距约 30km[8 ] . (3) 1988 年长春地质学院和中国地质 科学院岩石圈研究中心共同完成的亚东 —格尔木大 地电磁测深剖面. 剖面全长 1650km ,布置 30 个测深 点 ,平均点距 45km ,最大点距超出 90km[9 ] . 这项研 究 ,属“亚东 —格尔木地学断面”研究 ,即“GGT”计划 的组成部分. (4) 为了研究拉萨地体和羌塘地体的 电性结构分布情况以及班公错 —怒江和雅鲁藏布江 缝合带的深部电性状况 ,中国科学院地球物理研究 所在 1994 年夏季沿 84°E～86°E 线从吉隆至三个湖 完成了包括大地电磁测深的深部综合地球物理剖 面. 沿测线南起吉隆 ,穿越萨嘎、改则、鲁谷 ,北到三 个湖 ,长约 590km ,共布设了 16 个大地电磁测深 点[10 ] . 以上研究工作的共同特点是 :覆盖雅鲁藏布江 缝合带区域的测点少、点距大、大地电磁资料频带不 够宽、大多采用的是一维反演方法. 这些因素影响 了获得关于雅鲁藏布江缝合带深部结构信息的可靠 性. 但在当时历史条件下 ,这些工作可以说是成功 的 ,它们取得的某些成果 ,至今仍为中外地球科学家 所重视. 在充分分析前人工作的基础上 ,为了利用现代 686 地 球 物 理 学 报 (Chinese J . Geophys. ) 　　　　　　　　　　　　　　　　47 卷 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 大地电磁探测技术研究西藏高原的深部电性结构 , 从 1995 年开始 ,在国土资源部 (原地质矿产部) 、国 家自然科学基金委和美国国家科学基金会资助下 , 中国地质大学 (北京) 、美国华盛顿大学 (西雅图) 和 加拿大地质调查局的科学家们联合在西藏高原进行 了大规模的大地电磁深探测工作[11 ,12 ] . 科学目标之 一就是探测西藏高原南部壳幔电性结构及雅鲁藏布 江缝合带的电性构造特征 ,研究印度板块俯冲的情 况、地下热状态的分布规律 ,为探讨西藏高原隆升机 制提供较准确的地球物理依据. 为了实现这一科学 目标 ,1995 年沿亚东 —雪古拉 ,2001 年沿错那 —墨 竹工卡、吉隆 —措勤 ,共布置了三条横跨雅鲁藏布江 缝合带的大地电磁深探测剖面 ,将宽频带大地电磁 系统 (MT24)和超长周期大地电磁系统 (LIMS 系统) 配套使用 ,实现了超宽频带 (250～3 ×10 - 5 Hz) 大地 电磁信号观测 ,并系统应用现代大地电磁数据处理 和反演技术处理实测资料 ,建立雅鲁藏布江缝合带 壳幔电性结构模型. 2 　野外数据采集 在西藏南部雅鲁藏布江缝合带地区近南北向布 设了三条横跨高喜马拉雅、特提斯喜马拉雅和冈底 斯构造带的大地电磁测深剖面 ,测线位置见图 1. 野 外工作分别于 1995 年和 2001 年夏天进行 ,共完成 测点 78 个 ,其中宽频测点 78 个 ,LIMS测点 46 个 ,沿 南北剖面总长度近 730km. 从东往西 ,第一条是错 那 —墨竹工卡剖面 (简称 700 线) ,南起自错那 , 终 止于墨竹工卡 ,全长约 240km ,布设测点 29 个 (其中 14 个 LIMS 测点) ;第二条是亚东 —雪古拉剖面 (简 称 100 线) ,南起高喜马拉雅构造带的亚东 ,向北横 穿特提斯喜马拉雅 ,抵达冈底斯构造带南部的雪古 拉 ,剖面全长 250km ,沿剖面布置 29 个测点 (其中 24 个LIMS测点) ;第三条是吉隆 —措勤剖面 (简称 800 线) ,该剖面从南部的吉隆向北 ,经萨嘎 ,至措勤 ,长 约 240km ,布设测点 20 个 (其中 8 个LIMS测点) . 图 1 　研究区构造背景及大地电磁测线位置示意图 Fig. 1 　Sketch map of main geological units and MT profile location 　　以上三条测线均穿过喜马拉雅地体和拉萨地体 (图 1) ,沿线地形复杂 ,测区布线十分困难 ,多数点 距在 10km 左右 ,少数点距放宽到 20～30km ,重点构 造和关键地段作加密观测. 野外数据采集将宽频带大地电磁系统 (MT24) 和超长周期大地电磁系统 (LIMS 系统) 配套使用. 宽频带仪器选用美国 EMI 公司生产的 MT24 大地电 磁系统 ,具有遥感远参考的功能 ,其工作频率范围在 250～0. 0005Hz 之间. 为确保宽频带数据质量 ,每个 测点的记录时间不少于 20h. LIMS 系统是目前用于 观测长周期大地电磁场信号最先进的仪器 ,加拿大 凤凰公司生产 ,采集信号的周期在 20～30000s 之 间. 为了保证获得高质量的长周期数据 ,一般是多 台LIMS系统同时工作 ,每个 LIMS 测站都可互为参 考 ,实现远参考技术 ,每个测点的记录时间一般在三 个星期以上. 7864 期 　　　　　　　　　　谭捍东等 :西藏高原南部雅鲁藏布江缝合带地区地壳电性结构研究 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 3 　资料处理 3. 1 　时间序列资料的处理 时间序列的 Robust 估计求取张量阻抗元素是 目前普遍采用的方法 ,首先对所有测点LIMS仪器和 MT24 仪器记录的时间序列资料进行筛选 ,然后采用 带远参考的 Robust 估计处理时间序列资料 ,最大程 度地保证了估计出的大地电磁响应的可靠性. 3. 2 　两种仪器资料的拼接和个别频点畸变资料的 校正 Rhoplus 理论[13 ]为检验大地电磁响应视电阻率 和相位资料间的一致性提供了重要依据. 采用两套 不同的仪器系统观测 ,在对经 Robust 估计预处理得 到的视电阻率和相位资料进行拼接时 ,大部分测点 拼接正常 ,个别测点发现视电阻率资料间有小的平 移 ,相位资料连接得很好 , 对于这种测点 , 应用 Rhoplus 理论 ,以LIMS资料为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 对 MT24 仪器的视 电阻率资料进行严格的处理 ,很好地解决了资料拼 接中出现的问题. 由于存在干扰噪声 ,加上个别频段信号又很弱 , 虽然记录了长时间的时间序列资料 ,又采用了 Ro2 bust 估计处理方法 ,但仍有个别频点值的分布不正 常 ,或者几个连续的频点不正常. 为此 ,同样运用 Rhoplus 理论对其进行严格的校正 ,用校正后的资料 进行反演 ,确保反演结果不会出现假的构造信息. 3. 3 　对地下地质体构造走向的确定 对张量阻抗进行分解确定地下构造的区域走向 也是比较成熟的技术 ,我们对拼接后的每个点的资 料 ,均进行了阻抗张量分解. 分解结果表明 :对于三 条测线 ,大部分测点在大部分频段范围内具有近东 西向的区域走向分布 ,也有部分测点三维畸变程度 比较严重. 3. 4 　二维反演 二维反演方法较多 ,代表性的是快速松弛反演 法和共轭梯度反演法. 本文采用共轭梯度反演 法[8 ] ,它是当前实用性较强、效果较好的方法之一. 从张量分解的结果可知 ,三条测线大部分测点 具有近东西向的区域构造走向 ,因此进行二维反演 时 ,剖面的投影方向为南北向. 实际测点的分布并 不是严格分布在南北向的直线上 ,为此 ,把每个测点 均垂直投影到南北向的直线上 ,以获得与区域二维 构造平行和垂直的大地电磁响应 (即 TE 和 TM 模 式) . 由于 TM模式的数据相对于 TE 模式的数据来 说对局部三维体的影响不太敏感[14 ] ,考虑到每条测 线均有部分测点三维畸变比较严重的情况 ,对每条 测线均选取 TM极化模式的视电阻率和阻抗相位数 据参与反演 ,经过反复修改反演控制参数 ,达到了整 条断面多参数的最佳拟合. 图 2 给出了 100 线二维 反演模型的理论响应与实测数据拟合程度图 ,其中 f 为频率 , x 为距离 ,ρa 为视电阻率 ,φ为相位. 图 3 给出了三条剖面二维反演获得的电阻率模型 ,其中 D 为深度 ,ρ为电阻率. 4 　结果分析 4. 1 　错那 —墨竹工卡剖面 由图 3a 可见 ,错那 —墨竹工卡剖面电阻率模型 主要的电性特征如下 : (1)雅鲁藏布江缝合带附近及 其北部在上部地壳中存在巨厚的高阻块体 (图 3a 中 Ⅳ) ,延深近 20km. (2)雅鲁藏布江在地表 70 号点附 近横穿此剖面 ,下面的较大规模良导体 (图 3a 中 Ⅱ) 是雅鲁藏布江缝合带的反映 ,此良导体中心埋深在 40km 以下 ,它的南部有较大规模的良导体 (图 3 中 Ⅰ) ,中心埋深在 30km 左右. (3)沿剖面从南往北壳 内普遍发育良导体 (图 3a 中 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) ,各良导体主 体间是不连续的 ,规模逐渐增大 ,总体北倾 ,在缝合 带附近产状较陡 ,深度逐渐变深. (4) 剖面南端中下 地壳电阻率相对较高. 4. 2 　亚东 —雪古拉剖面 由图 3b 可见 ,亚东 —雪古拉剖面电阻率模型主 要的电性特征为 : (1)剖面南端存在较大规模的高阻 块体 ,它是高喜马拉雅结晶岩体的反映. (2) 剖面南 端及雅鲁藏布江缝合带的北部在上部地壳中存在巨 厚的高阻块体 (图 3b 中 Ⅳ) . 下延深度 20～40km. (3) 地壳上部 ,存在不相连接的高导体 (图 3b 中 Ⅰ、 Ⅱ) ,产状向北倾斜 ,在剖面的北端高导体 Ⅱ变成了 向南倾斜. Ⅰ号高导体中心埋深在 20km 左右 , Ⅱ号 高导体中心埋深在 40km 左右. (4) 剖面南端深部电 阻率相对较高. 4. 3 　吉隆 —措勤剖面 由图 3c 可见 ,吉隆 —措勤剖面电阻率模型主要 的电性特征为 : (1) 表层的高阻体 (图 3c 中 Ⅳ) 是不 连续的 ,在剖面的中部 ,岩体延伸最深达 30km ,两侧 的岩体延伸不超过 20km. (2) 雅鲁藏布江在地表 25～26 号点之间横穿此剖面 ,下面的较大规模良导 体 (图 3c 中 Ⅱ)是雅鲁藏布江缝合带的反映 ,此良导 体中心埋深在30km以下 ,它的南部有小规模的良 886 地 球 物 理 学 报 (Chinese J . Geophys. ) 　　　　　　　　　　　　　　　　47 卷 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 9864 期 　　　　　　　　　　谭捍东等 :西藏高原南部雅鲁藏布江缝合带地区地壳电性结构研究 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 导体 (图 3c 中 Ⅰ) ,埋深在 20km 左右. (3) 沿剖面从 南往北壳内普遍发育良导体 (图 3c 中 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) ,各 良导体主体间是不连续的 ,往北规模逐渐增大 ,总体 北倾 ,在缝合带附近产状较陡 ,深度逐渐变深 ,由南 边的中心深度 20km 左右增加到剖面中部的近 70km 深. 过 34 号点后 ,良导体埋深渐渐变浅 ,产状向南 缓倾. (4)剖面南端下地壳电阻率相对较高. 5 　结　论 5. 1 　对 3 条剖面的反演结果进行对比分析 ,可以发 现雅鲁藏布江缝合带的电性结构特征十分相似 ,即 雅鲁藏布江缝合带附近及其北部在上部地壳中存在 巨厚的高阻块体 ,此高阻体是冈底斯花岗岩体的反 映. 雅鲁藏布江缝合带的南部有小规模的良导体 , 附近有大规模良导体 ,且良导体北倾 ,在缝合带附近 产状较陡. 这些重要的电性特征可能是印度板块向 北俯冲的证据. 5. 2 　但在上述相似特征之中还有重要的差别 ,主要 体现在雅鲁藏布江缝合带附近良导体 (图 3 中的 Ⅰ 和 Ⅱ)由西往东规模逐渐增大 ,导电性逐渐变好 ,相 对雅鲁藏布江在剖面上的位置逐渐南移. 这一由西 往东变化的重要特征可能是板块碰撞引起物质沿东 西向运移的潜在证据. 5. 3 　在西藏南部地壳中普遍存在不连续分布的高 导体 ,间接表明了高原地下的热结构特点. 它为研 究西藏丰富的地热资源的成因规律和分布特点提供 了重要依据. 本项研究从电性结构方面为印度板块俯冲 ,雅 鲁藏布江缝合带构造特征 ,以及高原深部壳幔结构 等重大地质问题提供了有价值的新信息 ,对深化西 藏高原隆升 机制 综治信访维稳工作机制反恐怖工作机制企业员工晋升机制公司员工晋升机制员工晋升机制图 的认识将起到积极作用. 参考文献 [ 1 ] 　Egbert G D ,Booker J R. 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