基于地球物理重磁特征的扬子古陆与华夏陆块边界划分

符平礼，陈 康，杨富强，刘文勋，龙永锋，莫亚军

(1.广西壮族自治区地球物理勘察院，广西 柳州 545005；2.广西第七地质队，广西 柳州 545005 )

0 引言

由于扬子古陆与华夏陆块广西段结晶基底被后期沉积地层覆盖，扬子古陆与华夏陆块的具体分界一直存在争议。早期认为分界与江南古陆南缘、桂北古岛弧密切相关，以往大致有5种看法[1](图1)：① 自萍乡经湖南桃江—溆浦、通道，进入广西三江—融安转宜山、南丹，至贵州紫云—云南师宗—开远；② 从萍乡—永州—桂林—南宁—凭祥；③ 三江—融安—宜山—天等—下雷；④ 萍乡—永州—桂林北—贵州册亨—云南开远；⑤ 萍乡—北海。以上划分方案主要以当时不同的地质构造单元划分方案进行划分，划分的分界差异较大。

目前，在以往划分方案以及提取到的一些反映基底形成物质记录等研究成果基础上，提出了不同时期存在不同的边界的划分方案。其中，《广西地质志》[2]推定峒中—小董断裂带+钦州一藤县断裂带灵山—藤县段、三江—融安转宜山、南丹断裂带分别为钦杭带东南、北西边界(图1中⑥号线和①号线)，前者是早古生代扬子克拉通与云开岛弧汇聚碰撞带，后者是扬子陆块东南缘四堡期陆—弧拼接带。在中新元古代，它们之间的新元古—早古生代的巨厚沉积区域为原钦杭带广西段的范畴，至早古生代，(因古华南洋往东南、西南方向的衰减、退缩)该结合带主要界于峒中—小董断裂带与陆川—岑溪断裂带所夹持的三角形区域内，划归华夏陆块。

图1 扬子古陆与华夏陆块分界广西段以往分界示意图

《中国华南大陆构造与问题》[3]同样按不同时期划分了扬子和华夏陆块的分界，认为新元古代中期扬子和华夏陆块沿伏川-九岭-益阳-四堡一线拼合，形成统一的华南大陆板块；至早古生代的广西运动(加里东期)，在陆内造山作用下沿江绍-萍乡-钦防一线最终拼合。

上述不同时期存在不同的边界的划分方案综合了历年各学科的成果，划分方案严谨，主要以地质、地球化学(锆石U-Pb定年、Hf同位素示综分析、模式年龄等)等方法的成果为划分依据，分界深部构造的地球物理依据分析较少。本文以上述不同时期存在不同边界的划分方案为基础，通过获得的广西1∶20万重磁异常，并利用小波多尺度分析[4]、窗口滑动平均[5]等方法进行重磁位场转换，深入分析广西重磁场区域、局部场反映的深部构造特征，探讨扬子与华夏陆块广西段边界在不同时期的展布，提出了新认识和划分方案。

1 广西重磁场特征及分区

1.1 重力场基本特征

纵观广西布格重力异常图[6](图2)，广西区域重力场总趋势为北西低南东高，从北西往南东可分为4个逐级抬升的异常区，分别为富宁-乐业重力低区、百色-河池-全州重力次低区、龙州-柳州重力次高区和钦州-梧州重力高区，反映了北部湾沿海地区上地幔隆起，桂西地区上地幔明显加深的一般规律。其中，重力低和次低区为陡变异常区，对应上地幔陡降区；龙州-柳州次高区为宽缓异常区，对应上地幔平缓区；钦州-梧州重力高区为NE向的重力高异常区，对应上地幔NE向隆起区。

图2 广西布格重力异常平面图Fig.2 Plan map of Bouguer gravity anomaly in Guangxi

各级异常区间重力异常等值线陡密，形成了3条一级重力梯度带，重力梯度带主要是基底陡变、断裂、地层升降等引起两侧区块密度差异的反映。

1)乐业-富宁梯度带：展布于广西西部，呈NNE走向，梯度带区内长约100 km，平均梯度达(0.5～1.0)×10-5(m·s-2)/km。属大兴安岭-太行山-武陵山梯级带广西段，由于叠加了NW向异常，梯度带呈弯曲状。

2)三江-融安-河池-大新梯度带：展布于广西西部和北部，呈NE走向，梯度带区内长约500 km，平均梯度(0.4～0.8)×10-5(m·s-2)/km。梯度带是陡变重力异常区与宽缓重力异常区的分界，亦是陡变重力异常区内NW走向异常的边界。

3)龙州-南宁-桂平-信都梯度带：展布于广西东南面，呈NE走向，梯度带区内长约580 km，平均梯度(0.3～0.5)×10-5(m·s-2)/km。广西的东南面展布一组NE向的梯级带，龙州-南宁-桂平-信都梯度带是最北面的一条，也是规模大、连贯性最好的一条，往南的二级北东向梯度带有凭祥-藤县-信都梯度带和北海-博白-岑溪梯度带。

1.2 重力场的小波多尺度分析

小波多尺度分析[4](也称多分辨分析)的思想，通过对函数空间的逐步剖分，将信号在不同层次的函数空间内进行分解展开，得到小波分析与多尺度分析的联系。也可以从滤波器组的角度理解多尺度分析的性质。小波变换过程等效于信号通过一系列低通和高通滤波器输出的结果。

函数空间可以逐级二分产生一系列正交的函数子空间

(1)

假设f(x)为V0空间的函数，则通过函数空间二分，可以将f(x)分解为两个函数子空间V1和W1的分量来表示：

f(x)=A1[f(x)]+D1[f(x)]

(2)

A1[f(x)]为函数f(x)在V1空间上的投影，称为f(x)的逼近，D1[f(x)]为函数f(x)在W1空间上的投影，反映了函数f(x)在空间V0和V1之间的差异，称为f(x)的细节。

对A1[f(x)]二分并逐级进行下去可以得到函数f(x)在一系列函数子空间的投影，形成函数f(x)的小波展开：

(3)

小波分解示意图见图3。

图3 小波分解示意图Fig.3 Schematic diagram of wavelet decomposition

小波分解的低阶小波细节不变准则：在对重力异常进行小波变换过程中，阶数n是根据实际情况需要人为选定的，不管怎么选择n，小波变换出来的低阶小波细节都是一样的，所不同的只是小波细节的个数和n阶逼近。

利用中国地质大学(武汉)开发的重磁数据处理软件进行小波多尺度分析，把广西布格重力异常分离为6个阶次，利用反映中深部重力场的4阶、5阶逼近和细节场进行分析(图4)。

图4 广西重力异常小波多尺度分析4阶、5阶逼近和细节场剖析图

1)逼近场特征：如上所述，不同阶次的逼近场反映不同深度的重力背景场，阶次越高反映越深的重力背景场，对应相应深度的区域构造背景，从4阶、5阶逼近场看：① 清晰展示了乐业-富宁、三江-融安-河池-大新和龙州-南宁-桂平-信都3条一级梯度带，反映了地壳中深部形成的3条区域构造带。② 清晰展示了陡变异常区、宽缓异常区和重力高异常区，反映了地壳中深部形成的3个区域构造区。

2)细节场特征：细节场是分离的各阶界面之间，其地层密度不均匀引起的重力异常，反映不同深度、不同时期的区域构造细节。4阶、5阶的细节场很好反映3个一级异常区中深部不同的区域构造特征：① 陡变异常区呈NW向展布特征。反映了陡变异常区(桂西和桂北)NW向的区域构造特征。② 宽缓异常区异常宽缓、相互叠加，具过渡区特征。可分为桂中宽缓异常区和桂东北叠加异常区。桂中宽缓异常区反映该区平缓的区域构造特征，桂东北叠加异常区反映该区相互叠加的区域构造特征。③ 重力高异常区呈NE向展布特征。反映了重力高异常区(桂东南)北东向的区域构造特征。

1.3 重力场分区

广西重力场以中国东部NNE向重力场为区域背景，乐业-富宁梯度带属大兴安岭-太行山-武陵山梯级带的广西段(图5)，而大兴安岭-太行山-武陵山梯级带是一条地壳厚度陡变带，推测是中生代晚期或新生代以来形成的，虽然可以推论其前身可能导源于剪切断裂，但还不宜于把它与郯庐断裂带并提[8]。换言之，乐业-富宁梯度带形成于中生代晚期或新生代时期，故不宜作为一级重力场分区的划分依据。

据以上重力场[9]的特征分析，以三江-融安-河池-大新梯度带和龙州-南宁-桂平-信都梯度带为分界，把广西重力场划分为3个一级异常区：陡变异常区、宽缓异常区和重力高异常区。分别反映了广西上地幔起伏的三个构造区：西北部的NW向凹陷区，中部缓坡区和东南部的NE向隆起区。同时，依据二级(如桂林-贺州、凭祥-藤县-信都梯度带)和三级梯度带(如田林-百色梯度带)，布格、局部异常展布特征，小波分析逼近、细节场特征，往下划分了8个二级异常区和5个三级异常区(图6)，反映次一级的上地幔起伏特征。

图6 广西布格重力异常分区图Fig.6 Zonation map of Bouguer gravity anomaly in Guangxi

1.4 磁场基本特征

纵观广西航磁ΔT等值线平面图[2](图7)，除桂北、桂东南部分地区存在与构造带、断裂带和岩体相关的局部较强的磁异常区(带)外(强度大者可达千余nT)，广西磁场总体宽缓。以环江—宜山—忻城—上林—大新为界，大致可分为两大景观区，东部为磁力高异常区，西部为磁力低异常区，区域背景上有一个明显磁场台阶，该线两侧磁场相差30～50 nT。同时，广西磁场分区特征明显，桂西地区表现为NW向带状磁异常区，桂中和桂北地区为磁力高异常区，桂东南为NE向带状磁异常区，总体反映广西基底起伏及展布特征。

图7 广西航磁ΔT异常分区图Fig.7 Aeromagnetic ΔT anomaly zoning map of Guangxi1—一级航磁异常分区线 2—二级航磁异常分区线 3—三级航磁异常分区线

1.5 磁场的窗口滑动平均

采用正方形窗口滑动平均，以一个网络节点为中心点，把其正方形窗口内所有网络节点的异常平均值作为该节点的区域异常值，其网络化值与该区域异常值之差作为该节点的“剩余异常值”[5]。窗口滑动平均法可把航磁ΔT异常分离为一个区域背景场和一个剩余场。

参数选择主要是窗口的大小，经试验确定30 km×30 km窗口较好分离广西航磁ΔT异常，利用中国地质调查局开发的重磁电数据处理软件系统(RGIS)提供的模块进行数据处理，再用MapGIS绘图软件成图，从获得的航磁ΔT剩余异常和区域异常看(图8、图9)，大致以环江—宜山—忻城—上林—大新为界，东西两大景观区异常特征清晰，西部为NW向磁异常区；东部以龙州-南宁-桂平-信都一线的线性磁异常带为界，桂中和桂北地区为磁力高区，桂东南为NE向异常区。

图8 航磁ΔT区域异常(30 km×30 km)(据文献[2])Fig.8 Aeromagnetic ΔT regional anomaly (30 km × 30 km)[2]1—航磁异常正等值线 2—航磁异常零值线 3—航磁异常负等值线

图9 航磁ΔT剩余异常(30km×30km)(据文献[2])Fig.9 Aeromagnetic ΔT residual anomaly (30km × 30km)[2]1—航磁异常正等值线 2—航磁异常零值线 3—航磁异常负等值线

1.6 磁场分区

根据以上磁异常[10]特征，包括磁场的强度、形态、范围、多寡及走向等特征，结合重力异常特征，梳理出各线性磁异常区的区域差异，按三江-融安-河池-大新梯度带和龙州-南宁-桂平-信都梯度带重力梯度带作为分界，把广西磁场划分为3个一级异常区：西北部的NW向磁力低异常区、中部的磁力高异常区和东南部的NE向异常区。据次级磁异常还划分了9个二级异常区和5个三级异常区，磁异常区与重力异常区存在较好的对应关系。

2 扬子与华夏陆块广西段边界重磁场的地质认识

《广西地质志》集广西几十年地质工作成果之大成，依据的基础资料齐全扎实，运用了板块构造的观点编制大地构造图，其不同时期存在不同边界的划分方案符合目前国内主流的大地构造认识。本文沿用其四堡期、早古生代两个时期边界的划分方案，据广西重磁场特征和分区，对边界的位置和走向进行探讨，并进行边界的划分(图10)。

2.1 划分三江-融安-河池-大新一线为扬子陆块东南缘四堡期陆—弧拼接带

拼接带向北连接地质上推断的伏川-九岭-益阳-四堡一线拼合带[3]，与四堡、丹洲群地层走向以及侵入的三防、元宝山岩体走向基本一致，两侧寒武系地层沉积相差异明显，西侧为碳酸岩相，东侧为碎屑岩相。

据重磁场特征划分的主要依据：

1)广西重磁场可分为3个一级异常区，对应3个不同的区域构造区，三江-融安-河池-大新一线为其中一条区域构造分界。

2)表现为一条明显的区域重力梯度带，反映基底构造带特征。

3)三江-融安-河池-大新一线两侧磁场相差30～50 nT，形成一个明显磁场台阶，表明两侧分属不同的区域构造区。

黄启勋等从两侧硅镁层和硅铝层的厚薄、层结构、构造运动、低速层和平均密度等地壳的结构特征差异以及两侧沉积建造、岩浆活动、构造差异为依据对该带进行了论述[11]。

《广西地质志》以三江—融安断裂转往宜山、南丹断裂带作为扬子陆块东南缘四堡期陆—弧拼接带(图1中①号线)，把桂北地区划分为雪峰—四堡古岛弧，而桂西地区划分为滇黔桂被动陆缘。以上据重磁场特征的划分方案，分界往西南延伸至中越边境，表明桂北和桂西地区在中新元古代同属一个构造区，雪峰—四堡古岛弧可能隐伏延伸至桂西地区。

2.2 划分龙州-南宁-桂平-信都一线为早古生代扬子克拉通与云开岛弧汇聚碰撞带

据重磁场特征划分的主要依据：

1)广西重磁场可分为3个一级异常区，对应3个不同的区域构造区，龙州-南宁-桂平-信都一线为其中一条区域构造区分界。

2)NE向重力高异常区最北、梯度最大、线性特征最明显的重力梯度带，反映基底断裂、区域构造分界特征。

3)明显的区域线性磁异常带，反映基底断裂、构造分界特征。

据地质-地球物理资料，黄启勋[11]认为处于桂东南地区的重力高异常区存在一组NE向迭瓦式深断裂，龙州-南宁-桂平-信都断裂带为深断裂最北侧的一条，峒中(钦州)—藤县断裂带、陆川岑溪断裂带属中部深断裂带，南侧为合浦-苍梧断裂带。《广西地质志》厘定碰撞带位于中部的峒中(钦州)—藤县断裂带、陆川岑溪断裂带(图1中⑥号线)。黄启勋等分析认为，碰撞带应位于南侧的合浦-苍梧断裂带。从上述重磁场反映的深部构造特征分析，龙州-南宁-桂平-信都一线为一条深部构造区分界，深断裂带最具规模，本文据此划分该带为早古生代扬子克拉通与云开岛弧汇聚碰撞带。

3 结语

重磁场特征分析是了解地球深部构造的重要手段之一，利用广西1∶20万区域重磁场，以及小波多尺度分析方法分离的重力逼近场和细节场，窗口滑动平均法分离的航磁区域场和剩余场，展开深部重磁场特征分析，进行重磁场分区和深部构造分析。通过上述重磁场特征地质认识，提出边界划分新的认识，并对扬子与华夏陆块广西段分界进行了划分，获得了较好的划分效果。

1)利用重磁场分区、明显的重力梯度带、磁场台阶、重磁异常差异，结合地质推断、区域构造特征及前人对该带的分析，划分三江-融安-河池-大新一线为扬子与华夏陆块广西段晋宁期或四堡期(中新元古代)陆—弧拼接带。

2)利用重磁场分区、明显的重力梯度带以及重磁场特征的地质认识，参考前人对重磁异常进行的区域构造分析，划分龙州-南宁-桂平-信都一线为扬子与华夏陆块广西段早古生代扬子克拉通与云开岛弧汇聚碰撞带。

以上重磁场的地质认识为扬子与华夏陆块广西段的划分以及基础地质研究提供了重要的地球物理依据。