中国大陆深层区域构造格架——系列解释之重力场格架

彭 聪

中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037

中国大陆深层区域构造格架
——系列解释之重力场格架

彭 聪

中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037

截取全球卫星重力图、重力场水平梯度图、卫星测高数据反演海洋重力异常图、岩石圈重力场和地幔重力异常, 获得中国大陆及其邻区岩石圈地球物理场特征, 揭示地球内部密度结构。简要探讨了中国大陆深层区域构造格架——系列解释之重力场格架。

中国大陆; 岩石圈; 断裂带; 重力场; 格架

1 中国大陆卫星重力场特征

世界卫星重力场研究的各种理论和假说国内学者已经有成熟的探讨(郝晓光等, 2010; 段虎荣等, 2010)。利用空间重力异常对中国大陆进行块体构造单元划分也有学者在尝试(张训华等, 2010)。本文主要从研究中国大陆深层区域构造格架的目的出发给出中国大陆卫星重力场格架。

重力异常主要由密度界面起伏, 物质密度横向不均匀性引起。将断裂带扣合在卫星重力图上,重力场特征大的格架一目了然。它和地理单元具有高度一致性。在卫星重力场图上很容易看出断裂带围限的块状分布的重力高或重力低。这种特征基本能反映出盆地和造山带地壳上地幔密度差异的展布范围。盆地为大片紫色区域重力场, 其范围为–30至–100 mGal, 例如塔里木盆地、柴达木盆地、准噶尔盆地、额尔多斯盆地、四川盆地、华北盆地东部和云贵高原。沿造山带重力场对应条带状金黄色重力场, 其范围为+30至+100 mGal,例如阿尔金、祁连山、天山、喀喇昆仑冈底斯、帕米尔高原、昆仑、巴颜喀拉、阿尔泰、阴山、大小兴安岭和长白山脉。

图1 中国大陆及其邻区卫星重力异常图(据Abdolazim, 2001等)Fig. 1 Marine gravity anomaly map of China’s mainland and its neighboring areas (after Abdolazim, 2001; et al.)

图1中国大陆及其邻区卫星重力异常图, 由海洋重力异常在线绘图工具下载数据编制(Standard Gravity Anomalies, Marine Gravity Anomalies On-Line Map Construction Tool, http://www.serg. unicam.it/Grav-ity.htm); 断裂带编制据Abdolazim(2001)。

2 中国大陆重力场水平梯度特征

重力场水平梯度图用于划分重力场单元使其很容易。将断裂带扣合在重力场水平梯度图上, 在断裂带围限的块状分布的重力高或重力低周边, 可见重力场水平梯度表现出密集条带状, 可以圈定盆地的范围。最为明显的莫过于几大知名盆地, 例如塔里木盆地、柴达木盆地、准噶尔盆地、额尔多斯盆地和四川盆地。而那些密集条带状梯度线沿山脉展布, 例如阿尔金、祁连山、天山、阿尔泰山、阴山、大兴安岭和太行山。由于地理位置和地表地质构造单元的对应性, 重力场水平梯度图中这些密集条带状梯度线使我们能更好地圈定主要地质构造界限。

图2中国大陆及其邻区重力场水平梯度图, 由海洋重力异常在线绘图工具下载数据编制(Gradient of the Gravity Anomaly Field, Marine Gravity Anomalies On-Line Map Construction Tool, http://www.serg.unicam.it/Gravity.htm); 图中断裂带编制据Abdolazim(2001)。

3 中国大陆海洋重力异常特征

图3为中国大陆及其邻区海洋重力异常图。将断裂带扣合在海洋重力异常图上, 几大盆地(蓝色)和山脉(红色)反映清晰, 盆地例如塔里木盆地、柴达木盆地、准噶尔盆地、额尔多斯盆地和四川盆地; 山脉例如阿尔金、祁连山、天山、阿尔泰山、阴山、大兴安岭和太行山。海洋重力异常图也能使我们能更好地圈定主要地质构造界限。

图3中国大陆及其邻区海洋重力异常图, 由全球卫星测高数据反演海洋重力异常18.1版(David et al., 1997, 2009)截图编制; 断裂带编制据Abdolazim(2001)。

图2 中国大陆及其邻区重力场水平梯度图(据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 中国大陆岩石圈重力场特征

全球重力模型国内学者在理论上已经有成熟的探讨(郑伟等, 2010), 本文主要从研究中国大陆深层区域构造格架的目的出发给出中国大陆及其邻区岩石圈重力场格架。

全球重力场模型为重力场长波长部分, 能够反映岩石圈尺度质量(密度变化)分布。重力场可以表达地形、地壳结构、岩石类型、壳幔均衡调整、汇聚板块俯冲带的界限。将断裂带扣合在重力场模型上,可见断裂带围限的块状分布的重力高或重力低对应了几大岩石圈构造单元。大约以东经105°和北纬37°为界, 将中国大陆分为西北、西南、东北和东南四大岩石圈密度单元。

图4中国大陆及其邻区岩石圈重力场图, 由全球重力场模型(GGM02S, David et al., 1997, 2009; Tapley et al., 2005)截图编制; 断裂带编制据Abdolazim(2001)。

5 中国大陆地幔重力异常特征

国内学者很早就开始利用卫星重力位系数研究下地幔横向密度异常分布(王石任等, 1991), 本文主要从研究中国大陆深层区域构造格架的目的出发给出中国大陆地幔重力场格架。地壳重力异常是地形和Moho界面以上地壳密度变化部分引起。由观测异常去掉地壳重力异常得到地幔重力异常, 能够反映地幔尺度质量(密度变化)分布。将断裂带扣合在地幔重力场模型上, 可见断裂带围限的块状分布的重力高或重力低能够反映所有地幔物质主要活动中心、地幔不均匀性和主要板块边界, 例如塔里木、准噶尔、四川盆地具有高密度幔根。另外青藏高原周边高密度的地幔似堵墙, 围限了物质的流动。

图3 中国大陆及其邻区海洋重力异常图(据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.)

图4 中国大陆及其邻区岩石圈重力场图(据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.)

图5 中国大陆及其邻区地幔重力异常图(据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.)

图5中国大陆及其邻区地幔重力异常图, 由德国波茨坦地学研究中心(GFZ Helmholtz Centre-POTSDAM)网站下载截图编制(http://www.gfz-potsdam.de/portal/-?$part=binary-con tent&id=1563087&status=300), 断裂带编制据Abdolazim(2001)。

通过上面的探讨, 我们勾画出了中国大陆深层区域构造格架——系列解释之重力场格架。大约以东经105°和北纬37°为界, 将中国大陆分为西北、西南、东北和东南四大岩石圈密度单元。

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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

本文由国家专项“深部探测技术与实验研究”(编号: SinoProbe-02-06)、行业科研专项(编号: 201011045)资助。

2012-05-31; 改回日期: 2013-02-06。责任编辑: 张改侠。

彭聪, 女, 1954年生。研究员。主要从事地质地球物理综合解释研究, 近年来重点研究中国大陆深层区域构造格架和矿产资源预测。通讯地址: 100037, 北京市西城区百万庄大街26号。电话: 010-68999058。E-mail: pengcong_001@163.com。