玛曲－北川MT大剖面及川西北地壳结构初探①

黄 锐，李爱勇，朱春生，杨 生

（1.中国石化油田勘探事业部，北京 100728；2.江苏省有色金属华东地质勘查局八一四队，江苏南京 212005；3.有色金属矿产地质调查中心，北京 100012）

玛曲－北川MT大剖面及川西北地壳结构初探①

黄 锐1，李爱勇2，朱春生2，杨 生3

（1.中国石化油田勘探事业部，北京 100728；2.江苏省有色金属华东地质勘查局八一四队，江苏南京 212005；3.有色金属矿产地质调查中心，北京 100012）

通过玛曲－北川MT勘探大剖面，揭示了沿线上地壳、下地壳、上地幔的空间展布与构造特征。认为上地壳盖层与基底之间存在一个自华北地块向龙门山方向的巨型推覆构造；上地壳，尤其是结晶基底的厚度制约了地块的稳定性；壳内低阻层起伏、莫霍面的隆坳与地块的稳定性相关。

大地电磁测深法；剖面勘探；二维反演；层圈结构

Abstract：The Magnetotelluric exploration profile of Maqu－Beichuan shows the extent and structure characters of upper crust，lower crust and upper mantle along the sections.First，there exists a large nappe structure from north China block to Longmenshan tectonic belt between the overlying strata of upper crust and basement.Second，the thickness of upper crust，especially the one of crystalline basement，limits the stability of blocks.Third，the relief of low－resistivity layer in the crust and the swell or sag of Moho are close correlative to the stability of blocks.

Key words：Magnetotelluric sounding；Profile exploration；2Dinversion；Structure of layer circles

0 引言

为了对松潘－阿坝地区进行油气勘探早期评价提供基础资料，中石化股份有限公司南方勘探开发分公司在该区部署了多条MT剖面，以研究区内中、古生界的空间展布、基底埋藏，推断区内主要断裂的性质和规模，探讨上地幔以上地层的深部构造。玛曲－北川MT大剖面是其中的一条，剖面地跨青海、甘南、川北地区，自北向南经陇西秦岭、川西草原，至四川盆地。本文介绍这条MT大剖面探测的结果，并据此对研究区的地壳结构进行分析讨论。

1 剖面地质、地球物理概况

剖面西起玛曲西北约50km处，经唐克、松潘，终止于北川，全长477km。共布设了240个MT测深点，平均点距2km，剖面点位见图1。

测线北端为南秦岭断褶带；摩天岭、龙门山为断褶带，南与四川盆地相接；川西草原三叠系广为覆盖，印支期褶皱发育，具有与扬子地块共同的基底，为“大扬子”古陆块的组成部分［1－2］。沿线地层发育较为齐全。震旦系至下古生界厚约5 000～7 000 m，主要为含碳质泥板岩、硅质岩、夹砂砾岩、碳酸盐岩盆地相－陆棚相沉积；上古生界厚约2 500～7 000m，主要为碳酸盐岩台地相沉积；三叠系最厚逾7 000m，为砂泥质岩夹碳酸盐岩的陆缘相沉积；侏罗系至第三系为陆相洼地火山岩、煤系、泥砂岩。

图1 玛曲－川北MT剖面位置图Fig.1 Location map of the Maqu－Beichuan magnetotelluric profile.

物性参数通过3种方法获得：标本电阻率测定、MT首支视电阻率统计和以往该区物探工作的成果收集。沿线地层宏观上电阻率特性：浅洼沉积为低阻，为20～200Ωm；三叠系为中阻，100～500Ωm；上古生界为高阻，250～2 800Ωm；下古生界为中－中低阻，50～340Ωm；元古界基底为中阻，160～450 Ωm。深层岩石已不可能取得实测数据，需以电性结构变化予以追踪分层。

2 MT资料处理与反演

野外资料采集所用的仪器是加拿大PHOENIX公司生产的V5－2000系统，每一个测点布设5个电磁场分量（Ex、Ey、Hx、Hy、Hz），电场极距200m，每点平均观测时间10个小时，傅立叶变换后的资料频率范围为320～0.000 5Hz，共40个频点。因测区地广人稀，工业不甚发达，人文干扰相对较弱，所获得的原始资料质量良好，优良率90%。检查点相对离差小于5%。所有测点均采用了远参考处理，远参考点布设在陕西省汉中勉县，与测区中心相距约200km。

大地地磁测深的资料处理与解释过程包括原始资料的预处理、资料的定性分析、定量解释、综合推断获得地质成果。

原始资料的预处理是资料处理解释工作的基础，其任务是取得可靠的阻抗张量要素，视电阻率、阻抗相位及其它MT参数，主要任务是去噪处理和静态校正。本次工作中消除噪声影响各测点均采用了Robust处理［3－6］和远参考相关处理［7］，同时对于部分测点的高频畸变和“飞点”借助了相位资料进行恢复［8］；静态校正采用了阻抗张量分解技术［9－10］和聚类相关低通滤波［11］对阻抗要素实施校正，不仅保证视电阻率及相位不受静态畸变影响，也保证了其它MT参数的正确性。

定性分析是对实测曲线类型，总纵向电导以及视电阻率－频率断面和相位－频率断面进行分析，定性地把握测区的电性特征、基底隆凹变化、构造单元区分、断裂分布及地层变化规律。图2和图3是剖面TE极化模式的视电阻率－频率断面和阻抗相位－频率断面，两断面具有较好的相关性，说明静态改正是合理的。曲线类型主要为HKH型，反应了电性为高－低－高的纵向变化特征。断面等值线的横向突变、扭曲为构造单元的分界处和断层位置。

定量解释分别采用了Bostick反演，一维反演和二维反演方法。Bostick反演虽然是一种近似的反演方法，但不需要初始模型，没有人为因素干预，反演结果唯一，忠实于原始资料，对成果的分析与解释具有一定的指导价值。一维反演采用的是Occam反演方法，二维反演采用了共轭梯度的方法。多种方法的反演结果相互佐证以求推断解释结果的客观准确性。图4是TE和TM极化模式联合二维反演的电阻率断面。实测资料最低频0.000 5Hz的平均视电阻率为50Ωm，勘探深度可达110km（根据Bostick反演公式），所以二维反演结果成图作到了－100km的深度。

3 剖面电性及地壳结构特征

3.1 剖面电性特征及地质推断

纵向上剖面基本电性特征的变化为高、低、高。上部高阻层主体电性在100Ωm以上，高阻可达1 000Ωm以上，低阻可达50Ωm，为上地壳地层（部分浅变质）的电性层，高阻主体主要为上古生界碳酸盐岩。高阻层下部的电性过渡层电阻率降低，约20～100Ωm之间，反映前震旦系变质结晶基底。中上部低阻层的电阻率＜10～20Ωm，薄层状连续分布，空间上两端跷起中间凹下，为壳内低阻层（局部高导）。中部过渡层由中上部低阻层向下部高阻层过渡，有一较宽厚的电性梯度带，起伏形态与其上的低阻层相近，属下地壳部分。下部高阻层电阻率300～1 000Ωm，为上地幔部分。80km以下电性逐渐变小，应属受深部（深100km以下）幔内高导的影响而弱化。地质解释推断见图5。

图2 玛曲－北川MT剖面TE极化模式视电阻率－频率断面图Fig.2 Apparent resistivity－frequency section of Maqu－Beichuan magnetotelluric profile（TE mode）.

图3 玛曲－北川MT剖面TE极化模式阻抗相位－频率断面图Fig.3 Impedance phase－frequency section of Maqu－Beichuan magnetotelluric profile（TE mode）.

图4 玛曲－北川MT剖面TE和TM模式联合二维反演电阻率断面图Fig.4 2－D inversion resistivity section of Maqu－Beichuan magnetotelluric profile（TE＆TM mode）.

3.2 地壳层圈结构特征

壳内低阻层呈条带状纵贯剖面图中上部，厚约2.5～5km。南秦岭隆起带埋深达48km左右，斜坡状。川西盆地呈坳陷状，中部深约40km，边部浅约20km。摩天岭、龙门山一带又呈隆起状，凸起高处为11km左右。四川盆地处于斜坡，埋深20km以下。壳内低阻层局部呈高导状态，本剖面上埋深11～36km之间，与中国区域壳内高导的一般埋深15～30km接近。壳内低阻层的高导性一般认为与壳内主导的滑覆拆离、高地热、岩石相态有关，而成为上地壳与下地壳之间的界面。由此推测扬子地块的上地壳相对较薄，其稳定性略次。壳内低阻层由于其高地热的特性有人认为与居里面有关。

图5 地质解释地壳结构剖面图Fig.5 Structure features of layer circles in the crust under the profile line.

上地壳位于壳内低阻层之上，分上、下两部分。上部沉积盖层（Z、Pz、T）对应高阻主体，包括整个中、古生界，底界起伏形态大致与壳内低阻层相近。厚度上以川西草原最厚，四川盆地与南秦岭次之，中、古生界地层齐全，厚13～17km，龙门山最薄，约3～4km，仅有震旦系与下古生界地层。下部结晶基底（AnZ）以元古界变质岩、岩浆岩组成结晶基底，其厚度制约了上地壳的稳定性。扬子地块基底相对较薄，其中川西草原较厚，约16km，构成若尔盖地块；而摩天岭、龙门山一带仅6～9km。显然前者的稳定性较后者为强。沉积盖层的构造烈度前者较后者为次，反映川西草原所在若尔盖地块为次级稳定的地块特征，成为川西盆地稳定的基地，盖层厚大，构造相对舒展平缓，较其南北两侧单元简单。

盖层的主要断裂大部分深延至基底顶面滑脱层，归结到由北秦岭向龙门山方向推移的巨型推覆构造。南秦岭以F1为第二列推覆体；川西草地与摩天岭以F2为第二列推覆体；摩天岭地区又以F3为反冲推覆；龙门山断裂带以F4为巨型推覆体的前锋带。

下地壳为壳内低阻层之下的过渡电性层，厚度20km左右，较稳定。现代大地构造学认为其岩性为高压状态下的酸性岩到中性岩之间的岩石，界于类麻粒岩与闪岩。

上地幔厚约40～60km。深部100km以下有幔内高导出现的迹象。

下地壳与上地幔之间的莫霍面在该剖面上的起伏形态呈二隆一坳：华北地块边缘南秦岭处于幔坡（其北主体可能为幔坳），深度＞58km；川西草原处于幔坳之上，深度为51～51km；龙门山一带为幔隆，深度为35km。可见莫霍面的隆起与上地壳结晶基底的消减、沉积作用的减弱、构造烈度的增强密切相关。

4 结语

川西北区域性MT剖面经反演揭示的电性结构十分清楚。垂直方向上分离出高、低、高为特征的电性层，显示了层圈结构的上地壳、下地壳与上地幔，以及其间的巨型推覆构造、壳内底阻层、莫霍面的分布与特征。横向上展示了华北地块南缘及扬子地块各次级构造区块的层圈埋深、厚度、隆坳形态及其与地块的稳定性之间的联系。为揭示川西北的地壳结构进行了初探，也显示出MT资料在大地构造学探测方面的有效性。

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Maqu－Beichuan MT Profiling and Preliminary Investigation of Crustal Structure in Northwest Sichuan，China

HUAN Rui1，LI Ai－yong2，ZHU Chun－sheng2，YANG Sheng3
（1.Oilfiled Exploration and Development DEPT.Beijing 100728，China；2.Team814，East China Bureau of Noneferometal Geological Exploration，Nanking 212005，China；3.China Nonferrous Metals Resource Geological Survey，Beijing 100012，China）

P313.23

A

1000－0844（2010）04－0334－05

2009－05－11

黄 锐（1964－），男（汉族），四川绵阳人，高级工程师，主要从事地质物探工作.