彭 聰

中國地質科學院礦產資源研究所, 北京 100037

中國大陸深層區(qū)域構造格架
——系列解釋之重力場格架

彭 聰

中國地質科學院礦產資源研究所, 北京 100037

截取全球衛(wèi)星重力圖、重力場水平梯度圖、衛(wèi)星測高數據反演海洋重力異常圖、巖石圈重力場和地幔重力異常, 獲得中國大陸及其鄰區(qū)巖石圈地球物理場特征, 揭示地球內部密度結構。簡要探討了中國大陸深層區(qū)域構造格架——系列解釋之重力場格架。

中國大陸; 巖石圈; 斷裂帶; 重力場; 格架

1 中國大陸衛(wèi)星重力場特征

世界衛(wèi)星重力場研究的各種理論和假說國內學者已經有成熟的探討(郝曉光等, 2010; 段虎榮等, 2010)。利用空間重力異常對中國大陸進行塊體構造單元劃分也有學者在嘗試(張訓華等, 2010)。本文主要從研究中國大陸深層區(qū)域構造格架的目的出發(fā)給出中國大陸衛(wèi)星重力場格架。

重力異常主要由密度界面起伏, 物質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, 其范圍為–30至–100 mGal, 例如塔里木盆地、柴達木盆地、準噶爾盆地、額爾多斯盆地、四川盆地、華北盆地東部和云貴高原。沿造山帶重力場對應條帶狀金黃色重力場, 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、大小興安嶺和長白山脈。

圖1 中國大陸及其鄰區(qū)衛(wèi)星重力異常圖(據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據編制(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Abdolazim(2001)。

2 中國大陸重力場水平梯度特征

重力場水平梯度圖用于劃分重力場單元使其很容易。將斷裂帶扣合在重力場水平梯度圖上, 在斷裂帶圍限的塊狀分布的重力高或重力低周邊, 可見重力場水平梯度表現出密集條帶狀, 可以圈定盆地的范圍。最為明顯的莫過于幾大知名盆地, 例如塔里木盆地、柴達木盆地、準噶爾盆地、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構造單元的對應性, 重力場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構造界限。

圖2中國大陸及其鄰區(qū)重力場水平梯度圖, 由海洋重力異常在線繪圖工具下載數據編制(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Abdolazim(2001)。

3 中國大陸海洋重力異常特征

圖3為中國大陸及其鄰區(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(藍色)和山脈(紅色)反映清晰, 盆地例如塔里木盆地、柴達木盆地、準噶爾盆地、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構造界限。

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

圖2 中國大陸及其鄰區(qū)重力場水平梯度圖(據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 中國大陸巖石圈重力場特征

全球重力模型國內學者在理論上已經有成熟的探討(鄭偉等, 2010), 本文主要從研究中國大陸深層區(qū)域構造格架的目的出發(fā)給出中國大陸及其鄰區(qū)巖石圈重力場格架。

全球重力場模型為重力場長波長部分, 能夠反映巖石圈尺度質量(密度變化)分布。重力場可以表達地形、地殼結構、巖石類型、殼幔均衡調整、匯聚板塊俯沖帶的界限。將斷裂帶扣合在重力場模型上,可見斷裂帶圍限的塊狀分布的重力高或重力低對應了幾大巖石圈構造單元。大約以東經105°和北緯37°為界, 將中國大陸分為西北、西南、東北和東南四大巖石圈密度單元。

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

5 中國大陸地幔重力異常特征

國內學者很早就開始利用衛(wèi)星重力位系數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大陸深層區(qū)域構造格架的目的出發(fā)給出中國大陸地幔重力場格架。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量(密度變化)分布。將斷裂帶扣合在地幔重力場模型上, 可見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主要活動中心、地幔不均勻性和主要板塊邊界, 例如塔里木、準噶爾、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, 圍限了物質的流動。

圖3 中國大陸及其鄰區(qū)海洋重力異常圖(據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 中國大陸及其鄰區(qū)巖石圈重力場圖(據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 中國大陸及其鄰區(qū)地幔重力異常圖(據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中國大陸及其鄰區(qū)地幔重力異常圖, 由德國波茨坦地學研究中心(GFZ Helmholtz Centre-POTSDAM)網站下載截圖編制(http://www.gfz-potsdam.de/portal/-?$part=binary-con tent&id=1563087&status=300), 斷裂帶編制據Abdolazim(2001)。

通過上面的探討, 我們勾畫出了中國大陸深層區(qū)域構造格架——系列解釋之重力場格架。大約以東經105°和北緯37°為界, 將中國大陸分為西北、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

本文由國家專項“深部探測技術與實驗研究”(編號: SinoProbe-02-06)、行業(yè)科研專項(編號: 201011045)資助。

2012-05-31; 改回日期: 2013-02-06。責任編輯: 張改俠。

彭聰, 女, 1954年生。研究員。主要從事地質地球物理綜合解釋研究, 近年來重點研究中國大陸深層區(qū)域構造格架和礦產資源預測。通訊地址: 100037, 北京市西城區(qū)百萬莊大街26號。電話: 010-68999058。E-mail: pengcong_001@163.com。