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宋鹏汉等-JGR:秦岭造山带中下地壳存在北东—南西向低速结构
2018-11-05 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  秦岭造山带位于华北板块与华南板块之间,在中国的中央造山带中心,西连昆仑、祁连造山带,东连大别苏鲁造山带 (1)。秦岭形成于三叠纪华北板块、华南板块和秦岭微板块之间的汇聚、俯冲和碰撞过程。此后,太平洋板块西向俯冲,秦岭的构造活动在中生代由东向西被重新激活。新生代,秦岭被部分卷入青藏高原东北缘的生长和隆升过程中。秦岭在中—新生代先后经历了来自近垂直方向力系的剧烈改造或远程影响,其复杂的演化历史为我们提供了研究陆内碰撞作用和板块俯冲、碰撞远程作用的重要天然实验室。 

1 (a) 秦岭造山带地质背景。黑色实线为主要断层线,蓝色线指示南北重力梯度带 (NSGL)NE TP:青藏高原东北缘;HNMC:汉南—米仓穹窿;DBS:大巴山;SNGL:神农架—黄陵穹窿;WHB:渭河盆地;NYB:南阳盆地;JHB:江汉盆地;XFTB:雪峰山逆冲推断带;XFO:雪峰山前陆弧形构造带;LLWF:洛南—栾川—舞阳断裂;LLF:洛南—栾川断层;LMSF:龙门山断裂带;SDS:商丹缝合带;MLS:勉略缝合带;NSF:宁陕断裂;AFK:安康断裂;BSF:巴山断裂;MBXF:勉略—巴山-襄广断裂。(b) 构造带划分和台站位置。其中黑色三角为132 个中国地震局固定台站,黄色和绿色三角为 71 个流动台站。蓝色方框指示我们的研究区。S-NCB:华北板块南部;NQB:北秦岭造山带;N-SCB:华南板块北部;WQL:西秦岭;EQL:东秦岭 

  地壳结构与地表构造单元、地貌特征通常具有一定的对应关系。秦岭地区有两个明显的构造体系:一是北部的盆—山系统,包括秦岭山脉和渭河盆地;另一个是南部的大巴山弧形构造带,包括大巴山山脉、神农架—黄陵穹窿、汉南米仓穹窿和四川盆地北部 (1)。尽管秦岭山脉的隆升与剥蚀和渭河盆地的伸展已经有诸多研究,但秦岭山脉的隆升和渭河盆地的沉降之间的关系在深部动力学证据上并没有深入的说明和讨论。其次,近年来在汉南—米仓和神农架—黄陵穹窿下方发现了两个高速异常与大巴山弧的形成机制关系密切,但大巴山非对称的弧形造山带变形机制与四川盆地及两个穹窿之间的关系则没有充分讨论。此外,新生代以来,由于青藏高原东北缘的隆升和向外扩展,在秦岭中下地壳是否形成了东西向的下地壳流也无确切的证据。根据以上问题,中科院地质地球所岩石圈演化国家重点实验室博士生宋鹏汉及导师院士等,对秦岭地区71个流动台站和132个固定台站的背景噪声数据进行分析,提取出8-44秒周期的群速度和相速度频散曲线,并通过联合反演得到了该区下方的地壳速度结构,最后采用完全模型检验方法证明了模型的可靠性(图2)。 

2 不同深度范围的平均速度分布 

  研究结果认为:秦岭中下地壳存在一个北东—南西向的低速带结构,其连接了华北和华南两个板块的相向俯冲动力系统(图3)。其动力学意义如下: 

  (1) 秦岭山脉的隆升和渭河盆地的下陷属于同构造事件,在深部动力学讨论上应作为关联事件同时进行。北秦岭和渭河盆地的新生代伸展作用没有受到青藏高原东北缘侧向生长的较大影响,其可能主要受底部地幔物质上涌或西太平洋俯冲远程作用的残余影响; 

  (2) 在中生代,汉南米仓穹窿和神农黄陵穹窿下方的高速区扮演铆钉的作用,抵抗来自扬子块体的俯冲、旋转和持续碰撞作用;同时四川盆地下方的低速区向秦岭微板块拼合带下方插入并延伸至下地壳,在地表形成了大巴山逆冲推覆体的初始形态。新生代时,伴随着青藏高原东北缘的侧向生长,汉南米仓穹窿下方的高速体又扮演了压痕器的角色,重塑了大巴山弧形构造带,最终形成了现今的非对称构造样式; 

  (3) 秦岭造山带中下地壳中明显的南北向低速结构揭示了青藏高原东北缘地壳中的低粘滞性物质没有向东流向东秦岭,且青藏高原东北缘的侧向生长仅使其东侧板块地壳结构产生刚性小范围变形; 

  (4) 根据速度结构明显的分层特征,本文将其总结为立交桥模型:浅层为东西向构造为主的脆性上地壳 (0-10 km),中层为东西向逐渐向南北向过渡的流变性过渡层 (10-30 km),下层为具有明显南北向低速结构的中下地壳(20-40 km)。在此基础上,本文总结了秦岭造山带在中新生代先后经历两个垂直力系作用下的地壳变形机制。 

3 秦岭立交桥速度模型示意图 

  研究成果发表于Journal of Geophysical Research: Solid Earth(Song P H, Teng J W, Zhang X, et al. Flyover crustal structures beneath the Qinling Orogenic Belt and its tectonic implications[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2018, 1238: 6703-6718.)( 

 
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