论塔里木地台与华北地台的关系

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1、论塔里木地台与华北地台的关系张 振 法(内蒙古第一地球物理地球化学勘查院,呼和浩特 010020)摘 要 地质、 地震测深、 大地电磁测深、 重磁场特征和古地磁综合研究结果表明,阿拉善 敦煌陆块是具有完整、 统一的前寒武系结晶基底的刚性块体。它的西界位于若羌 星星峡断裂;东界位于贺兰山;南缘楔入青藏高原之下;北缘插入兴蒙古生代褶皱系之下,范围颇大(91E106E ,38N42N)。阿拉善 敦煌陆块是华北地台重要组成部分,它不但阻挡了印度板块挤压主应力的向北传递,而且把塔里木地台和华北地台紧密连接在一起,组成更加巨大的中华地台。关键词 重磁场特征,地震测深,大地电磁测深,古地磁,阿拉善 敦煌陆块

2、,中华地台。0 前言华北地台与塔里木地台的关系是一个地学界非常关心又十分重要的争议的问题。长期以来,众说纷云,莫衷一是,其中最有代表性的是:(1)目前塔里木地台与华北地台是不相连的,它们之间有海西褶皱带相隔1; (2)北山晚华力西地槽褶皱带属天山晚华力西地槽褶皱系2;(3)北山地槽属哈萨克斯坦板块(李春煜) ; (4)北山地体属哈萨克斯坦板块(王泽九等) ; (5)塔里木地台可能通过敦煌地轴,过安西、 玉门与中朝地台次级构造单元阿拉善台隆相连(任纪舜) ;(6)库鲁克塔克 卡瓦布拉克 星星峡以及穹塔格 马宗山一带是同一构造单元,称为塔里木台缘隆起带,隆起带向东延至酒泉以北的金塔附近,即与中朝准

3、地台相接(陈哲夫、 梁云海)。要想解决两大地台的关系,首先要搞清阿拉善 敦煌陆块的性质和范围,其次要弄清塔里木地台的范围,只有这两个问题清楚了,塔里木地台与华北地台的关系自然就迎刃而解了。1 阿拉善 敦煌陆块的性质和范围31. 1 磁场特征纵观若羌 星星峡到贺兰山,长1 700 km ,宽600 km范围内磁场面貌,总体特征为区域性负磁场1,即自西向东展布的库姆塔格沙漠、 北山区、 巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠区,均为宽缓、 开阔的区域性负磁场(图1)。据各家各派对全球磁场综合观察与研究结果,像这样特大型区域性负磁场背景都是由前寒武系弱磁性结晶基底引起,而中生界和古生界沉积盖层,不管有多么厚,多么

4、广大,都不能造成区域性磁异常(管志宁、 沃尔克等)。本区所见前寒武系深变质岩出露区与负磁场和重力高一致。例如,太古界敦煌群(2 9363 488 Ma)大面积出露的敦煌、 白山、 三危山区13;下元古界北山群(2 2032 950 Ma)大面积出露的马宗山、 旱山、 圆包山、 北山区13 ,14,及元古界和太古界大面积出露的库姆塔格沙漠、1997年8月21日收稿,同年10月14日收修改稿。第22卷第5期物 探 与 化 探Vol. 22 ,No. 51998年10月GEOPHYSICAL 2 零等值线; 3 负等值线; 4 综合地学剖面位置; 5 若羌 星星峡断裂; 6 雅布赖山;7 龙首山、

5、合黎山;8 北山;9 敦煌盆地;10 三危山;11 钻孔据张德润和 中国西北地区航空磁测T等值线图 摘绘巴丹吉林沙漠、 腾格里沙漠和吉兰泰地区都与负磁场和重力高区一致,反映出元古界、 太古界弱磁性深变质岩广泛分布的特点,这与内蒙地轴大面积分布的太古界集宁群、 胶东台隆元古代粉子山群、 太古代胶东和泰山杂岩系、 五台山区的五台群、 晋西北的桑干群等所形成的区域性 负磁场和重力高是很相似的。国外也有大量实例,比如,西伯利亚地台东区和西区,元古界和太古界弱磁性变质岩系所形成的区域性负磁场和重力高与华北地台和阿拉善 敦煌陆块是极 其相似的。 多数学者把若羌 星星峡以东、 贺兰山以西的大型区域负磁场解释

6、为古生界褶皱基底引起。但是,古生界软基底只能引起杂乱无章和正负相间的局部磁异常。像阿拉善 敦煌陆块 特大型宽缓、 稳定的区域负磁场,不可能由古生界褶皱基底引起,显然是中元古界和太古界弱 磁性基底所致3。1. 2 重力场特征 据中国大陆布格重力异常图及有关省区布格重力异常图可知,若羌 星星峡以东、 贺兰山以西(库姆塔格沙漠、 北山区、 巴丹吉林沙漠、 腾格里沙漠和吉兰泰地区) ,区域重力场宽缓、 开阔、 平静、 稳定,布格重力异常值约为( - 140- 250)10- 5m/ s2,为相对重力高区;南侧祁连褶皱区,布格重力异常值约为( - 250- 420)10- 5m/ s2;北侧蒙古褶皱区亦

7、为相对重力低区。阿拉善 敦煌陆块布格重力异常值比其南北两侧褶皱区要高(100200)10- 5m/ s2。它们的总体特征是区域重力高和负磁场,从其深部重磁场看,重力高和负磁场表现得更加明 显、 清楚。该区莫霍面深度45 km ,蒙古褶皱区南缘莫霍面也是45 km4,所以深部因素对地表重力分布的影响基本相同。本区山体为山形异常区,镜像关系和山根效应不明显,与华北地台区完全相同5。限于篇(图)幅,本文仅给出哈拉湖 额济纳旗布格重力异常剖面图15,并附有蒙古 西伯利亚布格重力异常剖面图南端(DE)和北端(AB) (其中,BC、CD、DE段位于蒙古古生代褶皱系,AB段位于西伯利亚地台)6 ,7,以便对

8、比(图2)。 图2表明,剖面所经过的巴丹吉林和北山区为区域性宽缓、 平稳、 开阔的重力高异常区和5835期张振法:论塔里木地台与华北地台的关系宽缓、 稳定的负磁场区(见图1)。若用古生代褶皱基底去解释负磁场,从古生代地层反向磁化 出发,似乎有一定道理。然而,区域重力高怎么办?古生界地层密度小(2. 65 g/ cm3) ,其异常 质量也小,怎么会既引起区域性负磁场,又引起区域性重力高呢?这是一个很大的矛盾,或者 说,用古生界软基底既解释负磁场,又解释重力高是行不通的。图2 哈拉湖 额济纳旗地学断面布格重力异常及邻区布格重力异常剖面从重磁场特征综合分析,巴丹吉林和北山区基底构造层必须由前寒武系弱

9、磁性、 密度大(2. 76 g/ cm3)深变质岩系组成,才能既引起区域性重力高,又产生区域性负磁场的双重现象。可见,巴丹吉林和北山区是前寒武纪就已经形成陆壳的刚性块体6。腾格里沙漠、 吉兰泰、 库姆塔格沙漠与巴丹吉林沙漠区相同,均为区域性负磁场和重力高异常区。显然,其基底结构都 必须由前寒武系密度大、 弱磁性深变质岩系组成,才能既产生重力高,又引起负磁场的双重现 象。也就是说,若羌 星星峡以东、 贺兰山以西特大型区域负磁场和重力高是前寒武弱磁性、 密度大的古老基底构造层所致。所以,长1 700 km ,宽600 km的阿拉善 敦煌陆块是具有完 整、 统一结晶基底的前寒武刚性块体。用古生界软基

10、底去解释区域负磁场和重力高是不能自 圆其说的,因为中新生界和部分古生界仅仅属于盖层。1. 3 地震测深和大地电磁测深结果3 ,6图3是酒泉南 额济纳旗北地壳(含岩石圈下部)层速度结构和地壳电性结构剖面16 ,17。该剖面正好位于阿拉善 敦煌陆块中部,并且纵穿陆块全区(见图1) ,显然具有极大的代表性和极其重要的实证价值。图4是中亚主要构造单元地壳速度结构对比,也具有一定代表性和 佐证价值。 由图3知,第一层VP值为5. 36. 1 km/ s ,厚约5 km;第二层VP值为6. 16. 3 km/ s , 厚约12 km。第一、 二层为上地壳,主要为元古界和太古变质岩层。第三层速度逆转,VP值

11、为5. 96. 05 km/ s ,为地壳中间低速层,厚约8 km ,主要是岩层破碎、 裂隙充水所致。第四层VP 值为6. 46. 5 km/ s ,厚约9 km;第五层VP值为6. 67. 2 km/ s ,厚约12 km ,第四层、 第五层 为下地壳,主要是由片麻岩、 麻粒岩和镁绿岩组成。莫霍面VP值为8. 2 km/ s。地壳平均速度6. 25 km/ s ,厚45 km左右。上地幔盖层VP值为8. 18. 2 km/ s;上地幔软流层(低速层)VP 值为7. 88. 0 km/ s。 据面波反演结果8,阿拉善 敦煌陆块地壳厚度46 km ,平均速度VS为3. 69 km/ s;上地68

12、3物 探 与 化 探22卷幔盖层VS为4. 45 km/ s;上地幔低速层(软流圈)VS为4. 14. 3 km/ s。由此可见,该区地壳 及上地幔较为稳定。图3 酒泉 额济纳旗地壳速度结构和电性结构剖面1P波速度值/ (kms- 1) ;2 莫霍面;3 电阻率/ (m)据崔作舟、 高锐等资料图4 中亚主要构造单元地壳速度结构对比1 莫霍面;2P波速度值/ (kms- 1) ,图中斜线表示速度值变化范围从地壳速度结构看,纵穿阿拉善 敦煌陆块的地壳结构与华北地台区乐亭 张家口、 海兴 大同、 柏格庄 正兰旗、 石家庄 喀喇沁旗、 东胜 白云、 郑州 阿拉善、 清水河 四子王、 丹东 赤峰等地震剖

13、面的地壳速度结构是相同的。图3、4表明,阿拉善 敦煌陆块地壳结构既不像古生代褶皱系,更不像年轻的褶皱山脉,而应属稳定古陆或地台型陆壳结构6,是华北地台的重要组成部分。也就是说,地震测深解释结果证明了重磁场特征所反映的阿拉善 敦煌陆块是前寒武刚性陆块的结论是正确的。图3还给出酒泉 额济纳旗剖面电性结构,纵向上表现为多层电阻率结构,横向上也显示出电性特征的差异。酒泉盆地、 巴丹吉林、 居延海坳陷地表为低阻层,是中新生界松散沉积盖层的反映;上地壳高阻层(1 0003 000m)是元古界和太古界变质岩系及各类火成岩引起;下地壳高阻层(3 0005 000m)是太古界深变质岩和变基性超基性岩的反映;地壳

14、中间高导层(580m)与地壳内低速层基本一致。局部区段有差异,与断裂活动和隆、 坳变化有7835期张振法:论塔里木地台与华北地台的关系关。壳内高导层是岩层破碎、 裂隙充水和低阻矿物增加所致8。地壳中间低速高导层局部熔融一说,与中地壳温压条件不符,明显是站不住脚的。 上地幔盖层为高阻层(5 00010 000m) ,是高压麻粒岩、 橄榄岩和榴辉岩类引起。上 地幔高导层(2080m)表明界面接触处物质成分有差异、 温压条件有变化,是软流层的动 态显示。该层物质在高温、 高压下熔融或部分熔融,是上地幔低速高导层发育的主要原因。酒泉 额济纳旗剖面电性特征表明,阿拉善 敦煌陆块与华北地台电性特征很相似,

15、它既 支持了地震测深解释结果,又证实了重磁场特征反映的阿拉善 敦煌陆块是前寒武陆块这一 结论的正确性。 北祁连深地震反射剖面已经证实,大陆俯冲沿青藏高原北缘发生,阿拉善 敦煌陆块南缘 已经深深地楔入青藏高原之下16。大地电磁测深结果也显示,祁连岩石圈下部电阻率可达7 000m以上,阿拉善北缘岩石 圈下部电阻率可达10 000m17,反映出阿拉善 敦煌陆块南缘楔入祁连之下,北缘插入古 生代褶皱系之下,这与地震反射剖面是一致的。 包若特和罗曼诺维奇在研究地壳和上地幔面波成像后指出,大陆俯冲沿青藏高原北缘发 生,阿拉善 敦煌陆块自祁连山前俯冲,可能已经延伸到羌塘地体之下9。阿诺德等人通过对青藏高原西北部年轻火山岩的研究,认为具高K2O特征的新生代火山岩是阿拉善 敦煌陆块向青藏高原俯冲的产物10;哈恩也认为,青藏北部的地热现象与阿拉 善 敦煌陆块向青藏高原俯冲活动有关11。图5 阿拉善 敦煌及邻区基底结构和主要断裂示意1 塔里木地台;2 阿拉善 敦煌古陆;3 兴蒙古生代褶皱系;4 深断裂;5 钻孔;6 地学剖面位置;F1 若羌 星星峡断裂;F2 阿尔金山断裂;F3 中祁连北缘断裂;F4 槽台界线;F5 祁连山前断裂;F6 河西走廊(宽滩山)断裂;F7 石板井 小黄山断裂以上说明