秦岭造山带和邻域磁异常特征及结晶基底变异分析

胡国泽，滕吉文＊，阮小敏，王谦身，闫亚芬，王平，熊盛青

1 吉林大学地球探测科学与技术学院，长春 130026

2 中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029

3 中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083

1 引言

本文的研究区位于我国中部地区的陕西、四川、重庆地带，在构造上北起南鄂尔多斯盆地，向南经过渭河盆地、秦岭—大巴造山带，抵达四川盆地东北缘.由于该区地质构造复杂，构造单元较多，且具有丰富的金属、非金属矿产资源和油、气、煤等能源，故广为地球物理学界所关注.

鄂尔多斯盆地北接阴山造山带，南邻祁连—秦岭构造带，西起贺兰山西缘断裂带，东止离石断裂带.自显生宙以来，发育了不同时期的沉积建造，并经历了加里东期、印支期、燕山期、喜马拉雅期的构造发展过程，形成了极为复杂的构造形态，且为我国极为重要的油、气、煤能源和金属矿产资源的聚集地域，储量十分丰富（滕吉文等，2008，2009a，2010；张永谦等，2011；李振宏和胡健民，2010；江为为等，2000）.因此界定该盆地的沉积建造和结晶基底，无论是对研究盆地的形成与演化，还是对研究资源与能源的形成、运移、储存和分布等都具有极为重要的理论意义和实际价值.

渭河盆地的形成始于始新世，到上新世时期渭河断陷带已形成，由于受到秦岭造山带、北山山前断裂带等相邻正断层倾滑运动的控制，故断陷带演化的过程主要表现为大幅度的沉陷、扩张并接受了较厚的沉积，在其内部产生了一系列向南倾斜的断层差异运动，且在新近时期垂直差异运动十分强烈（韩恒悦等，2002；丁祖玉等，2000；冯希杰等，2008）.因此，分析这一地区的深部结构及地质构造对研究秦岭造山带的形成、演化乃至对地震活动性都具有一定的指导意义.

秦岭造山带是横亘于我国中部著名的复合型陆内造山带，是于早古生代华北克拉通与扬子克拉通相向运动，进而挤压、碰撞所形成，其后又经历了长期的陆内造山作用，故在中国大陆内部构造格局中占有十分突出的地位.秦岭造山带地质构造十分复杂，对它的研究和探索将有助于研究华北克拉通与扬子克拉通两大块体的相向运动轨迹、碰撞作用过程及界带的构造变形（Dong et al.，2011；程顺有等，2003；袁学诚等，1994）.同时秦岭造山带又是我国重要的多金属成矿区（带）之一（Zhang et al.，2006；张建新等，2011；张国伟等，1996）.因此对秦岭造山带的研究与探索乃是大陆内部各块体之间相互作用与深层动力过程的典型地域，具有重要的运动学与动力学意义.同时也是揭示和探索深部，特别是第二深度空间（500～2000m）金属矿产资源与建立战略后备基地之必须（滕吉文等，2009c）.

大巴山构造带位于川陕交界处，是四川盆地与秦岭造山带的过渡部位，在构造上位于扬子地块北缘.近年来，盆－山耦合关系已经成为大陆动力学研究的热点和前沿领域之一，由于这一地带所处构造部位的特殊性（它是秦岭造山带与四川盆地之间的过渡部位），使之成为研究盆地成因与造山带耦合的关键地带.川东北地带普光和龙岗大气田的发现，显示出该地区油、气勘查的前景和巨大的潜力（张岳桥等，2010；马永生等，2005；董有浦等，2011）.因此研究该区构造形成的深层过程和动力机制及演化历史，具有十分重要的理论和实际意义.

四川盆地是一个海、陆相沉积的双相盆地，历经了古生代至晚三叠世的克拉通演化阶段和晚三叠世以来的前陆盆地发展阶段，盆地在印支期形成了雏形.以后经过喜马拉雅运动，并导致该地带的区域褶曲、变形与沉积，多期的构造运动使盆地内的地层经历了较为复杂的变形与剥蚀.四川盆地是我国重要的石油和天然气产地之一，多年来在该盆地进行了大量的地质调查和地球物理勘探工作，发现了大量的石油和天然气赋存区域，为国家的建设和发展提供了强有力的能源储备（李飞等，2011；汪泽成等，2006；马永生等，2006；刘伊克和常旭，2003）.研究该区的沉积层厚度和结晶基底的起伏特征将有助于对大陆内部各块体之间的相互作用和动力学机理的理解，乃至对印度板块与欧亚板块的陆－陆碰撞、青藏高原的隆升和油、气田的勘探与开发都有着重要的指导意义.

本文根据最新的跨越南鄂尔多斯盆地、渭河盆地、秦岭—大巴造山带和四川盆地东北缘地域，即沿榆林—咸阳—万源—涪陵地球物理综合大剖面的高精度实测地磁异常场数据和航磁异常数据，通过数据处理和正、反演等求得了该区上地壳岩系的地磁场属性、沉积建造与结晶基底起伏和构造分区.探讨了该区域不同构造单元之间的地球物理边界场与耦合响应及其形成与演化的深层过程.在此基础上进一步对该区域的油、气能源和金属矿产资源的分布特征及前景进行了探讨.

2 地质构造背景

为了研究南鄂尔多斯盆地—渭河盆地—秦岭—大巴造山带—四川盆地东北缘各构造单元之间的相互制约和磁性结构差异，本文进行了以109°E为主轴，并向东西两侧各延展约2°的研究区域内，即沿榆林—咸阳—万源—涪陵大剖面和区域航空磁测资料进行磁性结构的整体与分区研究（图1）.

已有地质构造研究表明，南鄂尔多斯盆地和渭河盆地是华北克拉通西部的一部分，具有稳定的克拉通基底，发育了自古生代以来不同时期的沉积建造，构造活动微弱；秦岭造山带是介于华北克拉通与扬子克拉通两大陆块之间的大陆碰撞复合造山带，自晚古生代以来经历了长期的陆内造山作用，并导致了多期构造热事件和成矿作用，具有复杂的物质组成和结晶基底（张国伟等，1996）；大巴山构造带和四川盆地均属扬子地块结晶基底，大巴山弧形构造带是在印支期秦岭碰撞造山带南缘前陆的基础上，经历了多期构造叠加所形成的冲断造山带（张岳桥等，2010；董有浦等，2011）；四川盆地是扬子克拉通上重要的海陆相叠合盆地，是在上扬子准地台的基底上发展起来的，经历了古生代－早中生代的早期克拉通坳陷和晚三叠世－新生代晚期的前陆盆地演化阶段，大多数地质历史中均接受了稳定的克拉通盆地型的沉积，故构造活动稳定.

图1 榆林—咸阳—涪陵高精度地磁异常场观测剖面位置图Fig.1 Distribution map of the high－precision geomagnetic anomaly field profile from Yulin to Fuling

3 沿观测剖面地磁异常场与结晶基底

3.1 剖面地磁异常场特征

本文所使用的地磁资料为沿榆林—咸阳—万源—涪陵综合地球物理大剖面（图1）所采集的高精度最新地磁数据，并进行了数据处理与反演计算.该综合地球物理大剖面从陕西榆林向南经延安、咸阳、镇巴后进入四川省的万源、达州后直抵重庆的涪陵，总长约为1000km，观测点距为1km，采用的观测仪器为GMS－19T型质子旋进式磁力仪，共采集到974个不同点位的地磁场数据1060个，其中有检查点86个，均方误差为1.97nT，观测精度符合规范要求.

对沿该剖面所采集的地磁数据进行了日变改正和IGRF（International Geomagnetic Reference Field，国际地磁参考场）正常场改正后，求得了各个测点的地磁场总强度异常值，并绘出沿该剖面的磁异常ΔT分布曲线，再经过化极处理则可以得到地磁异常场的垂直分量ΔZ（图2，两条曲线均为3点圆滑后成图）.为了削弱局部背景异常的干扰，以呈现出深部磁性异常体，对原始地磁异常数据做了向上延拓处理（图3）.

从曲线的起伏变化形态可见，不同构造单元之间存在着一定的磁性差异.在整体上该剖面由北向南可以分为四个异常区，即南鄂尔多斯盆地、渭河盆地、秦岭—大巴造山带和四川盆地东北缘.

榆林—铜川地带（南鄂尔多斯盆地）磁异常曲线起伏较平稳，变化幅度亦小，这是由于鄂尔多斯块体内部自显生宙以来发育了不同时期的沉积建造，而岩浆活动和地震活动却少见，构造特征比较稳定（张岳桥等，2006）.依沿剖面地磁异常特征图（图2）和向上延拓图（图3）中的曲线变化均可以清晰地看出榆林以南的靖边县有一较大异常体，推断其为榆林—府谷基底断裂.而在延安与铜川之间的洛川县附近磁异常曲线有一凸起，形成极大值，此处为受到北山山前断裂影响，其幅值变化可达300nT，它很可能与华北克拉通向南高角度俯冲有关；铜川—咸阳的渭河盆地磁异常曲线相对光滑平稳，这是由于渭河盆地有着很厚的新生代沉积，地表被第四纪所覆盖，构造活动微弱，磁异常数值在该区域的总体趋势为由北向南逐渐减小，由正变负（桩号300～450km）.

图2 剖面地磁异常特征图（CS：可能与华北克拉通向南高角度俯冲相关；YS：可能为扬子克拉通以缓角度向北俯冲相关）Fig.2 The characteristic of geomagnetic anomaly along the observed profile（CS：may be associated with NCC subduction southward with high angle；YS：may be associated with Yangtze cratonsubduction northward with low angle）

图3 向上延拓后的地磁异常图（a）向上延拓2km；（b）向上延拓4km；（c）向上延拓6km；（d）向上延拓8km.Fig.3 The geomagnetic anomaly map after upward continuation（a）Upward continuation 2km；（b）Upward continuation 4km；（c）Upward continuation 6km；（d）Upward continuation 8km.

秦岭—大巴造山带磁异常曲线起伏跳动变化剧烈，且变化幅度亦大.秦岭造山带北部磁异常曲线显示为剧烈的高频起伏振动，但幅值变化不大，基本在100nT以内，说明该区浅部磁性结构较为复杂，这可能与中元古代末－新元古代初秦岭发展为活动的大陆边缘，且出现两大块体俯冲、碰撞、消减及其后的造山作用有关（王谦身等，2013）.秦岭造山带形成以后，由于其北缘近乎陡立，并有大量沉积物剥落至其北侧，故使得秦岭造山带北部分布有大量不同时代、不同类型的中酸性岩体，且均分布在浅表层.在户县附近磁异常迅速增加，形成一个小突起，为受到八渡—洛南断裂的影响.秦岭造山带南部磁异常曲线随着纬度的降低而迅速减小，最低可达－300nT，从图中可以看出，在镇巴北侧纬度33°经度108.1°处出现磁异常极大值，而在万源附近纬度32.17°经度107.85°处则出现磁异常极小值，这一段曲线的形态与板状体磁异常剖面曲线极为相似.基于现有地质、地球物理资料的综合研究表明：秦岭—大巴造山带主要是由华北克拉通南缘、秦岭造山带和扬子克拉通北缘共同构成的，它们之间的商丹和勉略构造带为其内部的重要界带，形成了“三块夹两缝”的构造模式（王宗起等，2009）.由此推断这种曲线形态为受到秦岭造山过程的影响，两个磁异常极值点则为秦岭造山带的边界（CS，YS），可见秦岭造山带的磁性结构与华北及扬子克拉通大不相同，其南北向宽度约为100km，却近于水平状分布，这表明秦岭造山带结晶基底为整体抬升.

图4 磁源体及结晶基底埋藏深度图Fig.4 The burial depth map of magnetic sources and crystalline basement

大巴山构造带处的磁异常曲线表现为剧烈的起伏振动，总体而言随着纬度的降低磁异常曲线呈现上升之态势，且幅值变化范围较大，可达500nT以上.这是由于这一水平向宽缓，垂向强烈变化的地带乃是扬子克拉通的前缘地带，而其早古生代地层中又含有大量的基性、超基性侵入岩和火山岩，故这一构造带经历了古生代大陆边缘伸展裂陷和晚三叠世的碰撞造山作用，其变形强度由北而南依次递减（董云鹏等，2008），在磁异常曲线上则表现为自北向南磁异常强度逐渐增加，由负变正.显然，万源—达州间的磁异常大幅度变化乃与扬子克拉通的向北俯冲关切.

四川盆地东北缘，即四川达州—涪陵之间的磁异常曲线变化幅度较大，在进入四川盆地的边缘地带，磁异常最高可达400nT，进入重庆之后磁异常曲线变得较平稳.这是因为在四川盆地东北缘主要以太古界深变质的基性－超基性变质岩为基底，而在重庆垫江北侧附近则穿插有一块中、基性岩浆岩的基底（江为为等，2001），从而导致在这一地带磁异常变化强烈，并在磁异常曲线上表现为一个凹谷的形态.

3.2 沿剖面地磁异常反映的结晶基底起伏

为了研究剖面辖区的地下磁性结构，运用欧拉反褶积方法求取了地下磁源体埋藏深度（图4a）.这种方法以欧拉齐次方程为基础，利用磁异常数据、水平导数、垂直导数以及地质体的构造指数来确定磁源体位置.欧拉反褶积方法最大的优点是，它不需要假设任何特定地质模型，因此即使在地质体不能用一些棱柱体或厚板状模型来表达时，也能得到较好的结果并作出推断（阮小敏等，2011）.由于本文研究区范围较大，跨越多个地质构造单元，因此不能简单地用单一的地质模型去表征，利用这种方法则能够较好的确定磁性体的位置与深度分布.运用磁性体上界面频率域位场快速反演法和磁性上界面广义逆矩阵反演法（管志宁和刘光鼎，2005）求得了磁性基底顶界面的起伏深度（图4b为频率域位场快速反演法所得），所得结果基本一致，误差为±1.5km.

由结晶基底的起伏变化（图4）可见，南鄂尔多斯盆地磁源深度主要分布在15km以内，最深可达20km，结晶基底上界面埋深为4～6km，由于受榆林—府谷基底断裂的影响，在靖边磁源体分布较深，而结晶基底却较浅；延安和铜川之间的洛川附近，其北山山前断裂导致了磁源体埋藏较深，结晶基底也较浅，仅有4km左右；渭河盆地结晶基底较深，这是由于新生代以来渭河盆地大幅度的沉陷接受了巨厚的沉积，在总体上结晶基底由北向南埋深逐渐增加，因为受到了秦岭造山带北侧岩屑剥落后运移沉积的影响，而这些岩屑中有部分顺磁性或铁磁性岩石，从而导致了这一地区磁源体埋藏较浅，即大多分布在10km以内.在咸阳以南的八渡—洛南断裂附近，磁源体和基底界面埋藏均较深.秦岭造山带北侧主要出露为华北型的基底和盖层建造，由于岩屑剥落及沉积建造导致浅表层磁性异常体杂乱，而结晶基底埋藏较深.基于华北克拉通与扬子克拉通的相向运动与俯冲、碰撞造山，且又经历了后期强烈的陆内造山运动，致使秦岭造山带南部的地层和岩性分布极不均匀，地质构造十分复杂，磁源体分布极不均匀，即从0～20km范围内均有分布.这说明秦岭造山带在华北克拉通和扬子克拉通两大板块碰撞挤压及后期的造山运动中，促成了深部物质的运移、调整和交换；这里结晶基底埋藏深度迅速减小（最小可达3km），几近于出露地表，这是由于在两大块体碰撞过程中，深部物质上涌，导致沉积地层连同结晶基底一起向上隆升，故结晶基底在该处则表现为一个很大的凸起.大巴山构造带具有晋宁期形成的过渡性基底和大量的古生界盖层，发育有多层次的逆冲推覆构造，导致这一地区磁源体和结晶基底埋藏均较深，磁源体最深竞可达到28km，且多分布在中、深层；城口断裂以北的推覆体沿底板滑脱层向SW推移了约60km，盖在了扬子克拉通之上，造成结晶基底埋藏较深.四川盆地长期接受沉积作用，结晶基底埋藏深度较大，平均值可达8km左右，磁源体埋藏深度总体较浅，在达州—垫江一带埋藏较深，且分布零散，这是由于四川盆地东北缘主要以上元古界板溪群变质岩为基底，而在这一地带穿插有一块中基性岩浆岩的基底之故.图4a中两个凹谷则可能是两种不同岩性基底的分界，这一基底展布特征在图4b中亦明显可见，它表现为一个埋深约为6km的凸起平台，这有可能与秦岭造山带南北两缘华北克拉通和扬子克拉通的向南与向北俯冲相关.

基于在各断裂构造的界带处磁源体埋藏深度均较深，且分布零散，而结晶基底却有深有浅，故表明在断裂形成过程中存在着深部物质与能量的交换作用.这一系列断裂则可成为深部物质运动的通道，而根据断裂倾向和类型的不同，结晶基底亦会随地层起伏而有所升降.运用欧拉反褶积方法求取磁源体的深度可较精确地确定断裂的位置，并可发现新的断裂，由于不同构造分区之间的界带往往以深大断裂来界定，因此这种方法可以较好的划定不同构造单元之间的界带.

通过高精度人工源地震深部探测和数据采集与反演结果界定了北起榆林，向南抵涪陵地带的结晶基底速度结构，并给出其变异的等值线剖面分布图（图5）.所得结果表明：依据上地壳介质的岩性与地震波速度之间的匹配响应，设定地震波P波速度为5.8～6.0km／s以上介质（见图5中速度等值线）为沉积盖层的厚度，即速度为5.8km／s的等值线为结晶基底的埋藏深度（滕吉文等，2014）.通过图4与图5的对比可以看出：结晶基底的起伏形态基本相近，两种方法所得的结果亦比较一致，仅在一些局部地区有1～2km左右的差异.由于人工源地震深部探测方法所得的结果精度较高，这也就从一个侧面反映出地磁异常数据反演所得的结果是可信的.

4 区域航磁异常场的延拓、反演与磁性结构分区

高精度的航空磁测数据与据此而求得的异常边界场响应是本文研究上地壳磁性结构与物质属性的基础.

4.1 航空磁测异常场特征与延拓

在中国国土资源部航空物探遥感中心的支持下收集到研究区内的航空磁测异常场资料，其比例尺主要为1∶10万和1∶20万，网格精度为1km×1km，图6为据此求得的航磁异常等值线图.为了压制浅部小磁性体的异常干扰，相对突出深部较大地质体的磁异常，对原始数据作了向上延拓处理（图7）.这两张磁场异常分布图包含了丰富的磁性结构信息，它们清晰地表明：研究区内主要有3条负磁异常条带展布，其走向和幅值各不相同，它们为研究区内不同性质、不同结构的基岩块体边界场特征的反映.为了进一步探讨研究区的区域航磁异常展布，现依航磁异常的分布特性由北向南逐一进行分析.

图5 榆林—涪陵剖面人工地震有限差分走时反演求得的基底速度结构Fig.5 Velocity structure of crystallizing basement for traveltime conversion of artificial seismic method by Finite－difference along profile from Yulin to Fuling

4.1.1 南鄂尔多斯盆地的磁性结构

南鄂尔多斯盆地表现为正、负相间的航磁异常特征，但以宽缓的正磁异常区为主体，其间穿插有两条主要的负磁异常展布带，走向均为NE向，但异常形态有一定的差异.榆林—靖边附近为剧烈变化的磁异常梯度带，呈向东错断的负磁异常特征，而宜川—铜川地区的负磁异常变化比较宽缓，且向西，即铜川与宝鸡之间呈不连续状，而在向下延拓10km，20km和30km的图像中已呈现出清晰的连续展布，且与榆林—靖边磁异常带在西侧相连（图7a、b十分明显），由宝鸡向北西方向延展，并在平凉以西地带向北延伸，而向东经西安、商洛北构成了一条近东西向的狭窄负磁异常带.这一近东西走向的负磁异常带则为华北克拉通与秦岭造山带之间的碰撞、俯冲界带，位于34°N与35°N之间地带.于是咸阳、西安则为延安东北部向南经铜川、咸阳，向西经宝鸡，向北经平凉西部的不对称弧形负磁异常带，且与商洛北部，向西经西安、咸阳、宝鸡，再向西延的近东西向不连续负磁异常带的交汇处.南鄂尔多斯盆地北部表现为EW走向的正磁异常带，微向南凸.延安一带则呈现NE走向的高值正磁异常带，最高值可达300nT.在庆阳附近则表现为平缓的正磁异常区，并向南凸，其均值为40nT.上述南鄂尔多斯块体内部宽缓的磁异常与块体边界异常明显不同，显示出南鄂尔多斯块体整体的刚性块体特征.以上特点可见：南鄂尔多斯块体南北两部分磁异常在延伸方向和异常形态等方面都有明显差异，在榆林—靖边一带存在较大规模的磁异常梯度带，反映出在榆林—靖边两侧的基底物性组成、构造特征亦不相同，而榆林—府谷基底断裂则恰为两种物性基底的分界线.

图6 秦岭造山带及邻域航空磁测异常场等值线图Fig.6 Distribution map of the aeromagnetic anomaly contour of the Qinlingorogenic belt and its adjacent areas

4.1.2 秦岭—大巴造山带的磁性结构

渭河盆地长期以来经历了多次的沉积－剥蚀作用，其沉积物主要为泥质砂岩，故导致了这一地区低缓的负航磁异常区，平均值为－80nT.秦岭造山带表现为EW走向的高频高值正磁异常条带，这是由于秦岭造山带乃挤压型造山机制，扬子克拉通与华北克拉通在中生代期间的碰撞、拼合对秦岭造山带进行了强烈的改造作用.由于造山带深部软流层上凸，地幔物质和岩浆则沿块体边界或以深、大断裂为通道上涌，在浅、表层则形成大量岩浆岩和高磁性岩体物质聚集.扬子克拉通北部前渊地带航磁异常特征表现为近EW走向的负磁异常展布，其最低值达到了－300nT.究其原因是在这里发育有浅变质的下古生界及部分变质的前寒武系岩系，且分布有部分基性侵入岩、碱性岩和中酸性火山岩.这些岩石都具有一定的磁性，且在扬子克拉通向秦岭—大巴造山带俯冲、碰撞过程中，因碰撞受力不均一及构造活动阶段性差异导致了接触带内不同变质程度的混杂堆积所致（张燕等，2009）.

4.1.3 四川盆地东北缘的磁性结构

进入四川盆地以后航磁异常则表现为稳定平缓的展布特征，但分布有团块状的负磁异常区.这是因为四川盆地东北部地区位于上扬子克拉通的西北缘，晚震旦世以来，该区处于秦岭洋被动大陆边缘广海沉积环境，沉积了一套浅海台型碳酸盐岩、碎屑岩，沉积环境总体较为稳定.中三叠世末的印支运动，伴随着勉略洋的关闭和秦岭由北向南的陆内碰撞与造山过程，四川盆地东部结束了长期的海相沉积环境，转入前陆盆地沉积环境，沉积了一套自上三叠统须家河组至下白垩统的陆相砂、泥岩层.垫江附近的团块负磁异常则是由于该处的基性岩浆岩基底局部上凸引起的.

通过高精度实测地磁数据与航磁异常资料对比可以看出，在航磁异常等值线图上沿地面地磁测量剖面，其磁异常与剖面实测地磁数据变化形态基本一致，这便充分说明了两种磁测数据和反演结果的相对应和可靠性.这里必须指出的是：图中南部由西向东的巴中、达州、万源、巫溪、恩施一带的向北突出的三角形正磁异常乃扬子克拉通向北俯冲的起始界带.

航磁异常边界场特征（图6）与解析延拓图像（图7）的一致性特征表明，这些磁性结构的分布特征乃整个沉积建造和结晶基底起伏与岩石磁性的反映，同时亦说明这种磁性结构展布表征着上地壳深部的岩相和结构的变化响应.

4.2 航磁异常场反演结晶基底与分区

该研究区在整体上呈现出正、负相间的航磁异常，且呈带状展布特征，它们是结晶基底磁性体属性与结构空间展布的特征反映.依据研究区的航磁异常数据反演了结晶基底界面的起伏形态（图8），其反演结果表明：该研究区内基底起伏变化显著，且极不均匀，由最浅的2km可达到最深的8km.不同构造单元之间结晶基底埋藏深度差别亦较大，且在35°N以北以NE向展布为主，而在35°N以南则以EW向为主，这种差异可能反映了不同块体之间的介质属性和构造分区的边界场响应.

图7 航磁异常解析延拓图（a）上延10km；（b）上延20km；（c）上延30km；（d）上延40km.Fig.7 The analytic continuation maps of aeromagnetic anomaly（a）Upward continuation 10km；（b）Upward continuation 20km；（c）Upward continuation 30km；（d）Upward continuation 40km.

图8 航磁异常反演结晶基底埋藏深度分布图Fig.8 Distribution map of crystalline basement burial depth inverted form aeromagnetic

4.2.1 结晶基底起伏变化的分区特征

通过数据反演求得的上地壳中结晶基底起伏可划分为6个区块（图8），它们由北向南的分区变化特征为：

Ⅰ区在构造上位于南鄂尔多斯盆地，该区结晶基底埋藏深度较浅，平均深度约为4±0.5km.这是因为鄂尔多斯盆地经加里东运动后于晚二叠世开始由陆缘盆地向中生代大型内陆盆地过渡，至三叠世进入了盆地发展的中期坳陷阶段，形成为大型的内陆盆地.在三叠纪末印支运动和侏罗纪末燕山运动的影响下使盆地整体抬升，并受到了不同程度的剥蚀.在榆林—靖边一构造凹陷区，其基地深度最深可达4±0.5km，而在其南部的延川—延安一带结晶基底则为隆起区，基底深度仅为3km左右.

Ⅱ区主要在36°N—34°N之间，属前陆渭河盆地部分，其基底深度较深，平均为5±0.5km左右.新生代以来，渭河盆地主要表现为大幅度的沉降并接受巨厚的松散沉积，在秦岭、华山山前断裂带等相关阶状正断层的正倾滑运动控制下，整个断陷盆地在时空上呈现出拗陷与隆起，即凹与凸形态的复式盆地构造系统.渭河断陷盆地南深北浅，向南倾斜，是我国华北克拉通南缘第四纪以来下陷幅度和堆积厚度最大的地区之一，也是新地质时期垂直差异运动和历史地震十分活动的地带.这一地带则可能是华北克拉通向南俯冲的初始界带.

Ⅲ区地处秦岭造山带，这一地区结晶基底表现为隆起区，埋藏深度较浅，最浅可达3km，基底呈EW向展布，与秦岭造山带延伸方向一致.秦岭造山带是在晚太古－中元古代洋陆相间构造基础上，于晚元古代－中三叠世经历了现代板块构造体制作用，并使在主造山期的华北克拉通、秦岭、扬子克拉通三大块体相互作用和华北克拉通、扬子克拉通向南、北相向俯冲碰撞造山，并由于后造山期强烈的陆内造山作用的叠加、改造所形成的复合型造山带.在华北克拉通与扬子克拉通挤压、碰撞的过程中，山体深部壳、幔岩层向上突起，故导致了沉积建造和结晶基底不断抬升.

Ⅳ区为大巴山构造带，这一地区结晶基底埋藏深度较大，形成一个凹陷区，平均埋深为6±0.5km，最深可达7km.大巴山构造带具有晋宁期形成的过渡性基底和大量的古生界盖层，发育有多层次逆冲推覆构造，而城口断裂以北的推覆体则沿底板滑脱层向SW推移了约60km，盖在了扬子克拉通之上，造成结晶基底埋藏较深.

Ⅴ区为扬子克拉通的前陆地带，即达州、万源地域.该区结晶基底较两侧浅，表现为隆起区，平均深度为5±0.5km.该地带位于扬子克拉通北缘，晚震旦世以来，该区处于南秦岭洋被动大陆边缘广海沉积环境，沉积了一套浅海台型碳酸盐岩、碎屑岩，沉积环境总体上较为稳定.由于喜马拉雅期的抬升作用，导致这一地域边缘地带遭受剥蚀作用，只保留了志留系及以前的地层，从而结晶基底较浅.这一地带亦可能是扬子克拉通向北俯冲的初始界带.

Ⅵ区为达州以南的四川盆地，该区结晶基底埋藏较深，平均深度为7km，最深可达8km.四川盆地是我国西南地区唯一的大型中生代沉积盆地，具有较厚的古生代与中生代的海相与陆相沉积和古老的基底构造，长期接受沉积导致结晶基底埋深较大.四川盆地基底可划分为结晶基底和沉积岩变质基底.前震旦系结晶基底地层是一套经受中、深程度变质且普遍混合岩化的地层，它们的主体是康定群，时代为晚太古一早元古代.康定群下部为一套中、基性火山岩建造，上部为中、酸性火山碎屑岩及复理石建造，该群是四川境内目前已知最老的一套变质岩系.沉积岩变质基底地层，包括覆盖于康定群结晶基底之上、不整合于震旦系之下的一套前震旦系浅变质地层与下震旦统地层（宋鸿彪和罗志立，1995）.

4.2.2 结晶基底埋深和起伏变化动力学响应

通过地磁剖面高精度测量和区域航磁异常场的反演所得结晶基底埋深和起伏变化的研究可以做这样的理解：

（1）34°N以北和31°N以南地带的结晶基底.该研究区不同地带的结晶基底磁性结构存在明显差异，34°N 以北属中等深度区（Ⅰ，Ⅱ区），即4±1km，走向为NE向；31°N以南属相对高深度区（Ⅵ区），即6.5±1km.在南、北两区结晶基底埋藏深度不同，异常分布走向亦不相同，但在整体上二者分布是均匀的，且变化平稳.同时也表明它们具有较厚的沉积建造.

（2）31°N—34°N之间地带的复杂结晶基底起伏变化.这一地带包括三个区（带），即Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ区，它们不论是各区（带）之间，还是区（带）内部变化，不仅是不均匀的，而且尚具有分块性.该地区乃秦岭—大巴造山带与前陆盆地地带.这便充分表明：它们受到物质分异、调整和非匀速运动的制约，且其南、北边界（CS，YS）形态亦不相同，前者走向近EW，而后者则为向北凸起状，似有向北平缓嵌入势态，但二者基底埋深却相近，均为6.5±0.5km左右.

（3）对图9所得结果的理解.主体上要提取它的分区性和相对变化规律，这是因为利用磁测数据反演结晶基底深度时，其本身横向分辨率远大于纵向分辨率，故在横向的敏感度乃该方法本身的特点所决定.

（4）秦岭—大巴造山带结晶基底的南北界带.基于磁异常场数据反演在横向具有高分辨率的特点，并对华北克拉通、秦岭—大巴造山带和扬子克拉通之间的界带进行了厘定.北界（CS）：即秦岭—大巴造山带与华北克拉通的界带为Ⅱ区与Ⅲ区之间的分界处，亦即结晶基底走向由NE向变为近EW向的界带；南界（YS）：即秦岭—大巴造山带与扬子克拉通的界带为Ⅴ区与Ⅵ区之间的分界处，亦即结晶基底走向由近EW向变为NNW向的边界.

5 资源评价与分析

本研究区位于中国大陆的中部，是一个构造复杂、陆内盆山耦合的重要地带，且跨越了多个构造单元，包括了多个沉积盆地和秦岭—大巴造山带，无论是金属矿产资源还是油、气、煤能源均十分丰富.但由于以往缺乏将各构造单元串起来，并从整体上研究这一成山、成盆、成岩、成矿和成灾的深部地球物理研究，限制了对该区形成、演化深层过程的理解.基于结晶基底的埋深和起伏形态与深部断裂构造和物质的运移密切相关，而沉积建造则是在其基础上的继承.因此运用高精度实测地磁场和航磁异常场将剖面测量与区域场结合起来研究该区沉积建造和深部结晶基底的属性、起伏形态、构造展布和形成及对其控制要素则是十分重要的，而且可以分析和预测金属矿产资源和油、气、煤能源的空间分布规律，即为远景规划提供深部要素.

5.1 鄂尔多斯盆地资源与能源

鄂尔多斯盆地是我国石油、天然气、煤、铀矿等金属矿产资源和能源同盆共存的富集地域，也是目前我国石油、天然气储量、产量增长最快的盆地之一，资源蕴藏十分丰富（刘池洋等，2006）.鄂尔多斯盆地是中生代以来叠加在早、晚古生代大型沉积盆地之上的一个双相沉积盆地，晚白垩世以来经历了后期改造，但总体上以整体升降为主，内部构造活动不强（秦绪英等，2005；王红伟等，2013），故为能源与金属矿产资源的保存创造了良好的条件.鄂尔多斯盆地的资源分布具有一定的规律性，石油、天然气、煤和铀等资源富集在不同时代地层或同一层位不同层段，形成多层位成矿区（图9）.石油主要分布在盆地中南部的安塞—平凉一带，如安塞油田、延长油田.该区结晶基底为一构造隆起区，故为石油的生成、运移、富集和存储创造了有利条件.天然气主要分布在盆地中部的榆林—乌审旗一带，如乌审气田、靖边气田.该区结晶基底为近WE走向的凹陷区，为天然气的运移和存储提供了封闭空间.煤炭分布较为广泛，在整个盆地内均有分布.铀矿则主要分布在盆地的周边地区（图9）.总体上具有满盆煤、南油、北气和周缘铀矿的格局（杨伟利等，2010）.

5.2 秦岭—大巴造山带金属矿产资源

秦岭—大巴造山带是一个多旋回复合的陆内碰撞造山带，是我国重要的多金属成矿带之一.自太古代以来经历了多种构造体制的转化，发生了多期构造热事件，为秦岭—大巴造山带地域深部金属元素在适宜部位的大规模聚集成矿创造了条件.由于伴随着多个构造成矿旋回，故所形成的含矿建造、成矿作用、过程及矿床组合具有多样性.由于华北克拉通和扬子克拉通两大块体的俯冲、碰撞及其后期的陆内造山作用，构造运动十分复杂，岩浆活动强烈，因此金、银、钼、铁、铅、锌、铝、铜、汞、锑等金属矿产资源非常丰富，从而使秦岭—大巴造山带成为有色金属和贵金属的成矿带域（图10）（朱赖民等，2008；侯满堂，2011）.

断裂构造与矿产分布密切相关，研究区内绝大多数金属矿产都是由于深部热液物质以深、大断裂为通道上涌与聚集的产物，因此在各深、大断裂构造带所辖范围内分布有众多的各种类型的矿区和矿带.当然，造山带地带的断裂构造在地质历史时期内的活动时间、活动次数、活动规模、岩浆活动的强弱和蚀变与变质作用的深浅等因素对成矿区、成矿带的规模和性质均为极为重要的制约.在秦岭—大巴造山带地域寻找具有较大规模的金属矿产，应主要集中在两条岩浆岩带和靠近活动大陆块体的边缘地带，如岩浆活动带基性度较高的勉略、商丹和秦岭北界逆冲断裂之间地带（杨振武，2003）.当今在这一地域矿产资源探查主要限在第一深度空间（0～500m深度范围内），而基于这一地域的结晶基底起伏、断裂构造和岩浆岩分布可见，向深部第二深度空间（500～2000m）找矿、勘查，以在深处发现大型、超大型金属和非金属矿产及多金属矿集区尚具有很大的潜力（滕吉文等，2009b）.

5.3 四川盆地资源与能源

四川盆地是我国南方最大的含油、气盆地，也是我国典型的双相叠合盆地，具有悠久的油、气勘探历史，至今发现含气层层位20多个，气田173个，油田13个.盆内现今大中型油气田共35个，其中海相大、中型气田22个，陆相大、中型气田13个（图11）（赵文智等，2007；刘树根等，2011）.川东北属渐变型盆山结构区，现今大、中型油、气田共11个，其中大型油、气田3个、中型油、气田8个，主要以气田为主，如铁山坡气田、普光气田、渡口河气田、罗家寨气田、五百梯气田等（图11），4个含气层位分别为石炭系黄龙组、上二叠统长兴组、下三叠统飞仙关组和嘉陵江组，以石炭系海相气藏为主（占盆地海相探明总储量的21.24%），探明储量占四川盆地天然气总储量13.76%（何建坤等，1997；滕吉文，2003；马国庆等，2011）.由于该区开发程度较大，且沉积建造盖层较厚，因此第二深度空间（5000～10000m）的油、气探查和开发，以及未来油、气页岩的探查均具有很好的前景.

图9 鄂尔多斯盆地多种能源矿产平面分布图Fig.9 Distribution map of multiple energy minerals in Ordios basin

图10 秦岭造山带构造格架及代表性金属矿床分布略图（杨宗让，2012）1前寒武纪基底岩系；2秦岭古岛弧；3蛇绿岩带；4古缝合线；5区域性断裂；6花岗岩；7热水盆地；8主要金属矿床.Fig.10 Sketch map of Qinlingorogenic belt and the distribution of metallic deposits（Yang，2012）1Precambrian basement rocks；2Qinling ancient island arc；3Ophiolite belt；4Ancient suture；5Regional fracture；6Granite；7Hot water basin；8Major metal deposits.

6 几点认识和讨论

本文基于高精度地面剖面高精度磁测和区域航空磁测的数据采集、反演、分析和研究厘定了该区的结晶基底起伏变化和分区特征，这对深化认识该区造山带与盆地的耦合及其形成与深层动力过程有着重要意义.

（1）通过对秦岭造山带及邻域最新高精度地磁异常场和高精度航磁异常场反演所得结晶基底形态和起伏变化结果表明：不同构造块体之间的磁异常场特征存在明显差异，且在大型构造体（单元界带）处磁异常场均有明显反响.这种磁异常场在不同构造边界处的响应充分说明：应用磁异常场边界效应分析与研究磁性体的分布特征和构造单元之间界带的划分、异常属性及形态分析均是十分重要的，即可以给出深部介质和结构深层动力过程.

（2）通过最新实测地磁数据与区域航空磁测数据及反演所得结果对比表明：它们在横向上的变化形态和界带基本相符，而在向深部延伸，却反映出磁性结构的深层过程仅在某些局部地带存在较小差异，这可能是由于实测地磁数据与航空磁测数据分辨率不一致等因素所致.这便充分说明了两种数据可比性和剖面与区域扩展的可靠性，特别是在横向上更为清晰.

图11 四川盆地大中型油气田分布特征图（赵文智等，2007）Fig.11 The distribution of medium－large sized oil and gas fields in Sichuan basin（Zhao et al.，2007）

（3）在各断裂构造处磁源体埋藏深度均较深，且分布零散，而结晶基底分布却有深有浅.这表明在断裂形成过程中存在着物质的分异、调整和运移，而断裂则成为物质运移的通道.根据断裂倾向和类型的不同，结晶基底和沉积建造则随地层亦有所升降.

（4）沿该剖面的磁异常场特征在总体上为秦岭以北地磁异常场较为平稳，走向NE，秦岭—大巴造山带以南磁异常场亦变化平缓，而在秦岭—大巴造山带磁异常场变化剧烈.华北克拉通和扬子克拉通由北向南和由南向北相向运动、碰撞与俯冲过程中形成了规模较大的盆、山耦合事件，深部和浅部物质以断裂为通道进行着物质与能量的交换（滕吉文等，2009），而深部物质的上涌则导致了局部地带结晶基底的隆升.对华北克拉通、秦岭—大巴造山带和扬子克拉通之间的界带进行了厘定.北界（CS）：即秦岭—大巴造山带与华北克拉通的界带为Ⅱ区与Ⅲ区之间的分界处；南界（YS）：即秦岭—大巴造山带与扬子克拉通的界带为Ⅴ区与Ⅵ区之间的分界处.

（5）秦岭—大巴造山带磁异常曲线形态恰与水平板状磁异常体曲线相似，它是由于秦岭—大巴造山带地带结晶基底同步隆升，且已接近地表的原因.通过与理论水平板状体磁异常曲线的比较可见：秦岭—大巴造山带为高磁性异常体，产状近水平分布，沿剖面南北向宽度为100km左右，北界始于镇巴以北50km处，向南伸展至镇巴以南50km左右，即万源附近.

（6）造山带地域的几条深、大断裂构造乃深部物质上涌的通道，大量岩浆岩的分布指示着金属矿产资源聚集成为矿床的深层过程；盆地的一些凹陷区有着较厚的中、新生代的陆相与海相沉积，具有良好的油、气、煤等能源探查远景，研究该区特异的深部介质属性和结构环境对区内大地构造格局与动力学响应的研究有助于对金属矿产资源和油、气、煤等能源第二深度空间（金属矿产资源为500～2000m，油、气为5000～10000m）的探查和开发，同时对地震活动的深层动力过程也有着重要的指示意义.

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