0 引言
充分利用地热资源对绿色低碳城市建设具有重要意义。雄安新区地热资源分布广泛,具有埋藏浅、储量大、水质优的特点,是我国中东部地热资源开发利用条件较好的区域[1-2]。容城地热田是雄安新区3个大中型地热田之一,该地热田东部以容东断裂为界,南部以牛南断裂为界,西部以容西断裂为界[3-4],位于热背景值较高的华北东部热盆地区[1,5-6]。容城地热田主要地热储层是元古代蓟县系雾迷山组和高于庄组[4]。已有研究表明容城凸起的基岩面与上部新生代地层存在显著的物性差异,该基岩面同时也是地热储层雾迷山组的主要顶界面。目前对容城地热田的研究主要是从开发潜力评估、大范围地热特征等方向进行,很少聚焦地下构造来对容城地热田进行讨论[7-8]。反射地震剖面可以提供清晰的地下构造几何形态,如断裂分布、地层形态等[9],而且基岩面结构、断裂等均与地热系统有着紧密的关系,所以,探测容城凸起基岩面的精细结构、埋深和断裂,对理解该区地下结构对地热资源分布、富集的影响有重要意义。本文基于中国地质科学院于2018年采集的一条NS向过容城凸起的反射地震剖面,通过对深地震反射数据进行系统处理,获得了容城凸起3 s(约4 km)以浅地层的高精度几何结构,结合钻孔资料标定,研究容城凸起地热田的结构,探讨基岩面结构与断裂对地热田的影响。
1 地质背景
1.1 构造背景
容城凸起构造位置上属于华北断坳(Ⅱ级)、冀中坳陷(Ⅲ级)的中区。冀中坳陷为渤海湾盆地的次级构造单元,是发育在华北克拉通基底之上近SN向的中新生代断陷—坳陷盆地。容城凸起属于冀中坳陷中的一个次级正向构造,由于处于华北克拉通破坏的中心部位置,该凸起经历了克拉通演化的主要过程。自太古宙以来,渤海湾盆地经历了多次构造运动[10⇓-12] 。太古宙至古元古代为克拉通结晶基底的形成阶段 [13];新元古代至古生代,构造活动以整体性的升降运动为主[14]。受印支运动的影响,渤海湾盆地受到近SN向挤压而转变为近EW向伸展 [15],并且在早白垩世出现大规模的伸展构造[16]。中生代晚期,受太平洋板块俯冲的影响,克拉通东部岩石圈发生巨量减薄[17];新生代早期,冀中坳陷进入断陷阶段,处于冀中坳陷的雄安新区在古近纪早期也开始发生断陷活动;古新世至早始新世,冀中坳陷内容城、徐水等处开始一系列正断层活动,并发育徐水凹陷、容城凸起等次级构造单元[18];新近纪至晚第四纪,由于华北地区的弧后拉张作用减弱,冀中坳陷地区进入坳陷演化阶段,以整体沉降为主 [19],冀中坳陷的活动明显减弱;晚更新世以来,冀中坳陷地质构造相对稳定 [20]。
容东断裂和牛南断裂是研究区内2条较大断裂(图1中F1和F2)。容东断裂位于容城东侧,其上断点位于容城县以东西里村北部附近;在地震测线附近其走向为NE向,延伸约15 km,倾向SE;在大河镇东部附近,该断裂走向变化为近NS向,倾向近EW向,延伸约7.8 km[21]。该断层切穿古近系和中—新元古界地层,上盘为白洋淀洼陷内古近系地层,下盘为容西凸起内中—新元古界地层;断层形态上陡下缓,与太行山山前断裂形态一致,推测为同时期在拉张应力环境下形成的伸展构造,主要控制白洋淀洼陷的发育。牛南断裂位于安新县至雄县赵北口南一带,是控制牛驼镇凸起西南边界的正断裂,长约23 km,断层走向近EW,断面南倾,倾角45°左右,垂直段距1 200~3 200 m,水平段距1 000~2 500 m。此断裂控制古近系的厚度和构造,断开了结晶基底,为长期活动的大断裂[22]。
图1
当前,对容东断裂的性质和分布认识相对清楚,但受限于高精度探测资料的不足,对牛南断裂与容东断裂的深部延伸尚不清晰。
根据容城凸起内的4口地热井岩性、地层和物性资料分析(图2),容城凸起区地层由浅至深为第四系,新近系明化镇组、馆陶组,古近系东营组、沙河街组,蓟县系雾迷山组、杨庄组,长城系高于庄组、大红峪组,以及太古界变质岩和中生界、古生界。第四系主要为灰黄、黄灰色砂泥互层,新近系明化镇组厚度约340~640 m,棕红色泥岩与杂色砂岩互层,测井曲线整体表现为中低伽马、低阻、低波速特征,从第四系至新近系明化镇组的电阻率整体呈降低趋势,声波速度整体呈增大趋势。古近系厚度约为934 m,主要发育泥岩与砂岩,测井曲线整体表现为低伽马、低阻、低波速。元古界蓟县系雾迷山组厚度约100~845 m,以厚层灰色、灰白色白云岩为主,以极低的自然伽马测井响应为典型特征,电阻率、声波速度整体呈中高特征,多见指状低阻、低波速异常,显示出雾迷山组良好的裂隙发育特征;杨庄组地层较薄,厚度常小于50 m,岩性为棕红色(白云质)泥岩,测井曲线整体表现为中低伽马、低阻、中低速特征,与上部雾迷山组和下部长城系地层物性差异明显,为典型的隔水层;长城系高于庄组在该区分布不均,部分钻孔缺失,钻遇最厚约1 226 m,以灰色白云岩夹白云质泥岩为主,同样以极低的自然伽马响应为典型特征,电阻率、声波速度整体呈中高特征,多见指状伽马高异常,偶见指状低阻、低波速异常;长城系大红峪组上部岩性以玄武岩为主,下部岩性以白云岩为主,该区钻遇最厚366 m,测井曲线上部表现为高伽马、低阻、高波速特征,下部表现为低伽马、高阻、高波速特征。其中,D13揭露了太古界变质岩地层,以片麻岩为主,整体为高伽马、高阻、高波速特征。这些为后续反射地震处理、标定和解释奠定了基础。
图2
1.2 地热储层特征
容城凸起与牛驼镇凸起区域的雾迷山组顶界埋深一般在2 500 m以浅,而其他区域埋深较深,最深超过3 000 m;雾迷山组厚度约为100~845 m。雾迷山组的孔隙度主要分布于6%之内,占比85.9%,最大孔隙度可达22.4%;渗透率主要分布于(0.01~100)×10-3 μm2,占比87.3%;地温梯度为0.2~1.0 ℃/100 m。深度在1 100~2 100 m之间的井口水温为52~61 ℃,热水出水量为80~120 m3/h,矿化度为1 900~3 100 mg/L [22]。高于庄组顶界埋深为2 078 m,揭露厚度925.24 m,孔隙度在1.82%~3.76%之间,平均渗透率为1.43×10-3μm2,井口温度71℃;该地层是容城地热田的另一主力热储[27]。
2 数据采集及处理
2.1 反射地震数据采集
表1 容城凸起反射地震剖面数据采集参数
Table 1
| 采集系统 | 检波器 主频/Hz | 检波点 间距/m | 炮点 深度/m | 接收 道数 | 记录长 度/s | 最小偏 移距/m | 最大偏 移距/km | 炮间距/m | 覆盖次数 | 药量/kg | 采样间 隔/ms |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Sercel 428XL | 10 | 40 | 30~45 | 720 | 30 | 40 | 14.38 | 80 | 180 | 10~18 | 2 |
由于测线经过区域村庄众多、交通发达,人类活动范围广,工业干扰比较严重,导致数据的线性干扰、50 Hz工业干扰和随机噪声发育。但采集的单炮数据浅层资料连续性较好,信噪比高,可清晰看到基岩面反射信号。由于此次研究针对容城凸起的浅层地质结构,所以选取了3 s以上、具有代表性的原始地震单炮数据(图3)。
图3
2.2 数据处理
围绕研究区的基岩面结构和其物性特征,对本区地震地质条件和数据进行分析,而数据处理的关键是静校正和噪声衰减。运用初至波层析进行静校正,并通过噪声衰减与低频面波去除的组合去噪方法来衰减噪声、提高信噪比。反射数据经静校正、噪声压制、速度分析、动校正、叠加、偏移等处理,获得了高信噪比成果剖面。处理流程见图4。
图4
3 结果分析
经数据处理后获得的高信噪比成果剖面——反射地震剖面(图5),清晰反映了容城凸起地层的结构特征,剖面整体信噪比高,由浅至深反射界面清晰,反射能量强、同相轴连续性好,有利于进行地层划分、构造解释与钻井资料对比。结合D17钻孔数据对地震资料进行标定,可以获得地层、断裂的空间展布与岩性特征。
图5
图5
容城凸起反射地震偏移剖面
Fig.5
The reflection seismic migration profile of Rongcheng uplift
3.1 地层结构
地震剖面解释如图6所示。地层由浅至深主要有第四系、新近系明化镇组(上下段)、新近系馆陶组、古近系东营组、古近系沙河街组(上下段)、蓟县系雾迷山组。通过强反射界面(明化镇组底界)可将剖面分为上层和下层两个部分,剖面上层部分主要为近水平层状地层,整体表现为从北向南倾斜;下层部分CMP10~1 000之间的深部地层产状较为复杂,并且有多条断裂穿切地层,CMP1 000~1 800深部地层没有明显的反射同相轴,且内部反射信号振幅频率均匀,推测为岩体。
图6
第四系(Q)在研究区内全区分布,岩性主要为灰黄、黄灰色的泥砂岩互层,表现为上粗下细沉积韵律,结构较为松散。厚度分布比较均匀,在凸起区域受剥蚀有一定减薄,与下方新近系明化镇组呈不整合接触,整体呈现为近平行的地层结构。
新近系明化镇组(Nm)全区沉积,岩性主要发育棕红色泥岩与灰黄色砂岩互层,沉积地层整体由厚转薄,变化较为缓慢。由于泥岩和砂岩互层的影响,明化镇组层内可见多组较强的反射同相轴。剖面显示明化镇组的底界是一条强能量的连续同相轴,该界面同时也是容城凸起下方的基岩面,下上地层之间巨大的物性差异使其成为剖面上反射能量最强的一条反射界面,清晰地呈现了容城凸起基岩面的构造形态。D17钻井资料显示该界面埋深为1 520 m,从南向北埋深由1 800 m缓慢变浅,在CMP1 580左右逐渐过渡到1 500 m之后,构造形态开始急剧变化,基岩面发育成背斜构造,背斜顶部埋深大约在1 200 m。隆起的基岩面下方地层振幅和频率分布均较为均匀,可推测下方为基岩地层,并且由于基岩面的隆起,导致上方的明化镇组地层出现了强烈的剥蚀减薄作用,最薄处厚度仅为300 m。
新近系馆陶组(Ng)在研究区广泛分布,该地层主要发育有杂色砂岩、泥岩,底部发育有砾岩,与下伏地层呈角度不整合接触。由于地质作用和断裂的影响,馆陶组底界形态起伏较大,沿地震剖面由南向北埋深从2 400 m左右逐渐过渡到1 800 m,至F2断裂后地层沉积逐渐增厚,在基岩面隆起处厚度达到400 m左右。
古近系东营组(Ed)在研究区内主要分布于保定凹陷处,在容城凸起上方已经全部剥蚀,主要发育浅灰色砂岩,紫红色、褐色泥岩。钻井揭示该地层顶部界面埋深在1 624 m,底界埋深沿测线从2 550 m先向下增加再变浅,CMP 900后已经被完全剥蚀。东营组平均厚度较薄,整体呈由北向南倾斜的层状地层。
古近系沙河街组(Es)上段主要分布于保定凹陷,下段分布较为广泛。该地层岩性以砂岩、泥岩、泥质砂岩为主。沙河街组沉积厚度较大,钻井揭示该地层顶部界面埋深为1 948 m,并且从剖面可以观察到该地层于蓟县系雾迷山组呈不整合接触。层内存在多套反射能量强,同相轴清晰,发育多条中小断裂,推测是由于受到当时强烈地质作用的影响所导致。
蓟县系雾迷山组(Jxw)分布广泛,主要发育灰白色、含燧石条带的裂隙白云岩。该地层表现为巨厚沉积,形成了优良的热储条件。钻井揭示该地层顶部界面埋深在2 558 m,且变化较为平缓,顶界埋深没有明显起伏,地层内未见明显的反射同相轴。
3.2 断裂结构
研究区断裂发育,基岩面以浅发育许多中小断裂,多为产状相似的正断裂,均切穿新近系明化镇组,垂直断距最大约2 000 m,最小约500 m。基岩面以深的中小断裂基本在古近系地层内发育,该地层断裂产状各异,倾角较大,断裂之间相互连通,组成了一个较大范围的断裂系统。
研究区内大断裂沿地震剖面主要分布有F1、F2、F3和F4(图6)。F1为牛南断裂,走向近EW,倾向NE,上断点埋深500 m左右,垂直断距2 000 m,延伸到蓟县系雾迷山组,控制研究区内第四系至古近系的沉积,表现为典型的上陡下缓产状构造。F2为容东断裂,走向近SN,倾向SW,倾角50°,上断点埋深600 m左右,垂直断距超过3 000 m,切穿剖面上所有的反射界面。地震剖面显示F1与F2在蓟县系雾迷山组交汇,二者共同组成较大断裂带。F3上断点埋深在1 500 m左右,垂直断距超过2 000 m,倾向NE,倾角约55°。该断裂切穿新近系馆陶组、古近系沙河街组和蓟县系雾迷山组。F4上断点埋深约为1 300 m,垂直断距2 000 m,倾向NE,倾角约60°。该断裂顶部伴生有小型断裂,呈斜列状展布,共同组成“Y”字型断裂构造。
4 讨论
容城地热田是中国华北地区具有代表性的低温热水型地热田之一[4],有较好的开发前景。通过地震剖面和钻井资料的结合,获得容城凸起南部精细的基岩面、断裂构造结构,研究结果表明容城地热田是多个因素共同作用下形成的结果,主要影响因素有盖层、基岩面和断裂结构。其中盖层具有良好的保温能力,能够起到良好的热阻隔作用;热储结构为地热系统聚热、储热等提供重要支撑;牛南断裂与容东断裂组成的断裂带具有导水、导热的通道作用,能够为地下热水提供储存和对流的空间,并且大断裂与研究区中其他中小型断裂形成的断裂系统更加有利于大规模地热田的形成。
4.1 盖层
第四系—新近系构造层与古近系构造层的岩性主要为致密的泥岩与粉砂岩,两构造层直接覆盖在中元古界构造层发育的裂隙白云岩之上,形成盖层。盖层岩性致密、孔隙较少,且热导率低,对下方的热量具有良好的保存作用。热导率低、致密性高的盖层覆于热导率高、裂隙发育的热储层之上,形成了容城地热田的基本地质条件。除了岩性的影响以外,盖层的厚度对隔热效果也存在影响,若盖层太厚则下部热量难以向上发散。由于容城凸起基岩面向上隆起,上方沉积遭受剥蚀,沉积的盖层较薄,使得容城地热田的热量在良好保存的同时也能有良好的地温效果。
4.2 基岩面结构
基岩面的结构对地热田的影响是多方面的,主要包括:基岩面起伏与构造形态对于地温场分布的影响、埋深对于地温梯度的影响、稳定结构对地热系统的支撑和保护作用,以及高孔隙度岩层对热流优良的储存作用。
基岩的起伏与构造形态对地温场分布的影响是区域性的,对地壳浅部地温起着主导作用。地震波走时携带有传播过程中的地下结构信息,利用反射剖面大量的初至波信息进行层析反演,得到容城凸起下方的纵波速度结构(图7,其中主要层位和断裂参考反射地震剖面)。初至波层析成像方法是利用接收地震波的到时数据反演出地下的速度结构,最终得到的P波速度结构剖面与地震剖面可以较好地结合起来,展示了容城凸起下方纵波速度分布特征和基底的展布。
图7
从图7可以看出基底的展布与地形地貌较为匹配:保定凹陷处基底埋深较深,断裂F2处基底开始迅速抬升,在容城凸起区域有明显背斜构造,这验证了F2是控制保定凹陷和容城凸起边界的重要构造。研究区浅部是一层较薄的松散堆积物,速度一般小于1 500 m/s,最上层的速度结构与第四系地层一致,全区均匀分布,变化较小,但在凸起上方遭受剥蚀而减薄。明化镇组平均速度在2 200 m/s左右,速度层与明化镇组地层形状基本一致,沉积厚度从南向北逐渐减薄,在凸起区域剥蚀减薄作用严重。随着深度的下降,由于重力压实等作用,压力的增加导致岩性发生明显的变化,基岩面(明化镇组下界)下方速度梯度明显增加,地震剖面上基岩面的隆起区和纵波速度结构凸起的高速异常基本重合,且凸起下方的速度梯度达到最大。
已有研究表明,凸起区的热流值一般要高于凹陷区[28]。容城凸起区域地温异常带展布的主体方向也反映了构造的基本轮廓。容城县的地温梯度,在西南部约为<4 ℃/100 m,由西到东升高到>7 ℃/100 m,相对高的地温梯度区的分布范围与下伏的基底构造基本一致。地温异常高低相间分布与地质构造的凸凹分布相一致,最大值与构造高点基本吻合。造成地温展布与构造轮廓相匹配的原因可能与热流的折射有关,表现为在同一深度上热流会从热导率低的盖层凹陷区流向热导率高的基岩凸起区[29]。从图6中可以观察到CMP1430~1800处基岩面向上隆起,馆陶组的砾岩热导率显著高于在同一深度上的明化镇组下段泥岩,热流可以由热导率低的明化镇组下段流向热导率高的馆陶组,在容城凸起下方汇聚。
基岩面结构对地热的影响还体现在其埋深对地温梯度的影响。新生界盖层地温梯度与基岩埋深的关系十分密切,表现为基岩面的埋深变浅使上方的盖层受到剥蚀而发生减薄。盖层的减薄令下方热量得以更好地散发,而地温梯度逐渐增大,这与前文中盖层对地温梯度的影响亦可相互印证。
由于基岩面具有坚硬稳固的特点,对地层能够起到支撑和保护作用,可以很好地维持整个地热系统的稳定,并且高热容的基岩比盖层的热容更大,这为地热系统能够长期稳定提供了基础。
基岩的岩性是影响地热的另一个重要因素。容城凸起下方的蓟县系雾迷山组发育的裂隙白云岩具有极好的储热效果。白云岩本身具有良好的渗透性,加之裂隙的发育使雾迷山组的裂隙白云岩具有极高的热导率,使得热量可以迅速转移给地下水层,基底的热量可以向上运输并且保存,对顶部的盖层通过热传导及热对流的方式进行热量传递。
4.3 断裂
断裂可为热能运移、流体运移富集提供通道,由于断裂带中的裂隙和空隙可以充当流体运移的通道,热水和热能可以沿着断裂带流动和传导。研究区内断裂分析表明,牛南断裂(F1)和容东断裂(F2)是该地区主要的断裂构造。牛南断裂是容城—牛驼镇凸起与保定凹陷边界的断裂构造,而容东断裂则是容城凸起与牛驼镇凸起边界的断裂构造,这两条断裂在蓟县系雾迷山组处交汇在一起,二者共同形成了一组大型断裂带。该断裂带对地热田起影响主要表现在以下3个方面:断裂带由浅至深穿切了整条剖面,下至结晶基底,沟通地下水层与深部热源,提供热流上升通道;该断裂带作为容城凸起与保定凹陷的边界,在控制着容城地热田的空间分布的同时,也防止热流向侧向流失;大型断裂带宽度大,能够为热水对流提供良好的环境,提供更大的储存空间,有利于形成更大规模的地热系统。研究区内相对发育的断裂带对容城地热田起到了重要的影响,它们提供了热流通道、控制了地热田的空间分布,并为热水对流和储存提供了有利条件。但值得注意的是,F1与F2上断点都在盖层内,已错断盖层,这可能是影响容城当地形成中低温型地热田的因素之一。由于断裂切穿盖层,热流在向上运移的过程中对盖层进行加热的同时,也存在一定程度上的热量流失。在此背景下,地下热水的温度也会相对降低。经过长时间演化,当热流值平衡之后,最终形成了现如今中低温型的容城地热田。
5 结论
容城地热田受基岩面结构、盖层、断裂等多因素相互作用的影响。通过对容城凸起反射地震资料的处理解释,获得其下方基岩面和主要断裂的几何形态,对容城凸起基岩面的结构和下方地层的岩性以及断裂发育和分布情况进行了分析,获得如下认识:①容城凸起地区的基岩面上方覆盖近水平层状泥、砂岩地层,这些地层直接覆盖在具有高孔隙度的裂隙白云岩地层上,这种盖层结构对地热资源具有良好的保温效果;②容城凸起断裂发育,多条断裂切穿基岩面,其中由牛南断裂与容东断裂组成的大断裂带为地下热水的储存和热对流提供空间和通道;③由于热流的折射效应,容城凸起下方热流易从热导率低的地层向热导率高的地层流动,使得热流更好地向凸起区汇聚。
本文研究成果对加强地热资源的开发利用、深入理解地热能的形成过程以及研究地热富集规律有指导意义。但文章讨论未涉及热源以及深部地质结构,有待今后从这些方面对容城地热田热异常成因机制继续研究。
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文章主要利用中—新生代热史、地壳分层结构以及流变学参数，模拟计算渤海湾盆地中—新生代岩石圈热结构和热流变结构演化特征。结果表明，盆地由三叠纪—侏罗纪时期的“冷幔热壳”型岩石圈热结构转变为白垩纪至今的“热幔冷壳”型岩石圈热结构。从济阳坳陷岩石圈热流变结构演化特征来看，中生代早期上地壳上部、中地壳上部及上地幔顶部表现为厚的脆性层；早白垩世初期中地壳上部及上地幔顶部的脆性层完全转变为韧性层；晚白垩世开始，中地壳上部出现薄层的脆性层；古近纪早期中地壳上部脆性层变薄变浅；现今则除了发育上地壳上部、中地壳上部脆性层外，上地幔顶部开始在浅部发育薄的脆性层。中—新生代岩石圈总强度演化表明在早白垩世晚期和古近纪早期经历了两期减弱，中生代早期岩石圈总强度远大于中侏罗世之后的岩石圈总强度。岩石圈热流变结构和强度演化与华北克拉通破坏过程中岩石圈厚度的变化具有良好的对应关系，从侧面反映太平洋板块俯冲和回撤导致华北克拉通东部破坏的地球动力学过程。因此，岩石圈热流变结构可以为盆地形成、大陆边缘和造山带等的动力学演化过程研究提供科学依据。
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渤海湾盆地冀中坳陷是我国最典型的潜山油气藏富集区.本文借助117口钻井地层测温资料和45块实测岩石热导率数据系统研究了冀中坳陷现今地温梯度、大地热流、热岩石圈厚度、岩石圈热结构等地热特征参数.研究表明,冀中坳陷0~3000 m统一深度现今地温梯度为20.8~41.0℃·km-1,平均值为31.6℃·km-1,比未校正值减小1~3℃·km-1;现今大地热流介于48.7~79.7 mW·m-2,平均值为59.2 mW·m-2.平面上,冀中坳陷现今地温梯度和热流由西向东(从盆地边缘向内部)逐渐增大,并且凸起区地温梯度和热流相对较高,而凹陷区则偏低,与基底地形起伏具有很好的对应关系.同时,冀中坳陷腹部高热流凸起区广泛分布地热田.冀中坳陷现今热岩石圈厚度为98~109 km,其岩石圈热结构为一典型的"冷壳热幔"型.本研究不仅对冀中坳陷油气勘探与地热能开发具有重要的指导意义,而且为深部岩石圈研究(华北克拉通破坏科学问题)提供了新依据.
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[本文引用: 1]
印度板块与亚洲板块的碰撞使喜马拉雅-青藏高原隆升,地壳增厚并生长扩展。探测青藏高原深部结构,揭露两个大陆如何碰撞以及碰撞如何使大陆变形的过程,是对全球关切的科学奥秘的探索。深地震反射剖面探测是打开这个科学奥秘的最有效途径之一。二十多年来,运用这项高技术探测到青藏高原巨厚地壳的精细结构,攻克了难以得到下地壳和Moho面信息的技术瓶颈,揭露了陆-陆碰撞过程。本文在探测研究成果的基础上,从青藏高原南北-东西对比,再到高原腹地,系统地综述了青藏高原之下印度板块与亚洲板块碰撞-俯冲的深部行为。印度地壳在高原南缘俯冲在喜马拉雅造山带之下,亚洲板块的阿拉善地块岩石圈在北缘向祁连山下俯冲,祁连山地壳向外扩展,塔里木地块与高原西缘的西昆仑发生面对面的碰撞,在高原东缘发现龙日坝断裂(而不是龙门山断裂)是扬子板块的西缘边界,高原腹地Moho面厚度薄而平坦,岩石圈伸展垮塌。多条深反射剖面揭露了在雅鲁藏布江缝合带下印度板块与亚洲板块碰撞的行为,不仅沿雅鲁藏布江缝合带走向印度地壳俯冲行为存在东西变化,而且印度地壳向北行进到拉萨地体内部的位置也不同。在缝合带中部,研究显示印度地壳上地壳与下地壳拆离,上地壳向北仰冲,下地壳向北俯冲,并在俯冲过程中发生物质的回返与构造叠置,这导致印度地壳减薄,喜马拉雅地壳加厚。俯冲印度地壳前缘与亚洲地壳碰撞后沉入地幔,处于亚洲板块前缘的冈底斯岩基与特提斯喜马拉雅近于直立碰撞,冈底斯下地壳呈部分熔融状态,近乎透明的弱反射和局部出现的亮点反射以及近于平的Moho面都反映出亚洲板块南缘处于伸展构造环境。
Deep seismic reflection profile reveals the deep process of continent-continent collision on the Tibetan Plateau
[J].
DOI:10.13745/j.esf.sf.2021.7.13
[本文引用: 1]
The collision between the Indian and Asian plates uplifted the Himalayan-Tibetan Plateau, thickening and expanding the crust. The deep structure of the plateau-a scientific mystery of global concern-can reveal how the two continents collide and how the collision deforms the continent. One of the most effective ways to unlock this scientific mystery is deep seismic reflection profiling. For more than 20 years using this technology we have detected the fine structure of the thick crust of the Tibetan Plateau, overcoming the technical bottleneck of accessing the lower crust and the Moho and revealing the intracontinental collision process. Based on the research results, this paper systematically summarizes the deep behavior of the collision and subduction between the Indian and Asian plates under the Tibetan Plateau, on topics ranging from the NS-EW correlation to the plateau’s hinterland. The deep behavior includes the underthrusting of the Indian crust beneath the Himalayan orogenic belt on the southern margin of the plateau, the subduction of the lithosphere of the Alashan block in the Asian plate under the Qilian mountain in the northern rim of the plateau, the outward crustal extension in the Qilian mountain range, and the face-to-face collision between the Tarim block and the West Kunlun in the northwestern margin of the plateau; in the eastern margin of the plateau it was discovered that the Longriba fault, not the Longmenshan fault, is the western border fault of the Yangtze plate. In the plateau’s hinterland the Moho lines are thin and flat and lithosphere extension collapses. Multiple deep reflection profiles reveal the collisional behavior of the Indian and Asian plates under the Yalungzangbo suture zone. The subduction of the Indian continental crust varies from east to west, and the crust travels northward to different locations inside the Lhasa terrain. In the central suture zone, the upper and lower parts of the Indian crust become detached as the upper crust overthrusts while the lower crust subducts northward. During the subduction, material return and structural superposition cause the thinning and thickening of the Indian and Himalayan crust, respectively. The leading edge of the subducting Indian crust collides with the Asian crust and sinks into the mantle, while a near-vertical collision occurs between the Gangdise at the leading edge of the Asian plate, and the Tethys. Together, the partial melting of the lower crust of the Gangdise, the seismic data that show near transparent weak reflection and localized bright spot reflection, and the near-flat Moho, all reflect the extensional tectonic environment of the southern margin of the Asian plate.
华北断陷盆地热场特征及其形成机制
[J].
The characteristics of the geothermal field and its formation mechanism in the North China down-faulted basin
[J].
雄安新区雾迷山组岩溶裂隙发育特征
[J].
Characteristics of the Karst thermal reservoir in the Wumishan Formation in the Xiong’an New Area
[J].
渤海湾盆地冀中坳陷中区中新生代复合伸展构造
[J].
Study on complex extensional structures in the middle Jizhong depressionin the Bohai Bay basin
[J].
雄安新区的三维地质结构:来自反射地震资料的约束
[J].
3D geologic architecture of Xiongan New Area:Constraints from seismic reflection data
[J].
华北克拉通的形成演化与成矿作用
[J].
Tectonic evolution and metallogenesis of North China Craton
[J].
华北东部印支期构造变形研究
[J].
Tectonic deformation of indosinian period in eastern part of North China
[J].
什么控制了华北克拉通东部在新近纪的构造活动?
[J].
What resulted in new tectonic activities in the eastern North China Craton in the Neogene?
[J].
华北克拉通破坏的时间、范围与机制
[J].
Timing,scale and mechanism of the destruction of the North China Craton
[J].
雄安新区附近主要隐伏断裂第四纪活动性研究
[J].
Quaternary activity study of major buried faults near Xiongan new area
[J].
中国东部中新生代反转构造及其记录的大洋板块俯冲过程
[J].
DOI:10.13745/j.esf.yx.2017-3-17
[本文引用: 1]
中新生代期间，中国东部可以划分西部沉降带(包括东北、华北和中下扬子盆地群)和东部沉降带(包括东海和南海盆地群)。各盆地内部反转构造表现为东强西弱、自东向西迁移的规律，反映了构造反转的动力来自东部，证实了反转构造是古太平洋或太平洋板块的俯冲效应。但反转构造总体又具有自西部沉降带向东部沉降带迁移的特征：西部沉降带以中生代末期的挤压反转为主，而东部沉降带以渐新世末和中新世末的新生代反转最为典型。可见，虽然在同一俯冲板块作用下，仰冲板块的反转时间和迁移规律却存在差异性，这可能与反转构造所隶属的仰冲板内背景或俯冲板块自身行为在不同地区存在时空差异有关。为确定哪一种反转机制，本文搜集了古地磁条带和最新的板块重建方案、太平洋海山KAr年龄等数据，初步厘定出中新生代期间太平洋板块运动学行为；也对中新生代期间中国东部的东北、华北和华南的地质特征等开展对比研究。本文认为，伊泽奈崎板块早期为平板式俯冲，160 Ma左右板块拆沉并折返及岩石圈减薄，是西部沉降带的成盆机制；80 Ma左右伊泽奈崎板块向西的运动速度达到极值，对中国东部造成统一向西的挤压应力，是西部沉降带中生代的反转机制；大洋板块上发育的NW向破碎带的俯冲，可能加剧了这一期反转强度。60 Ma左右伊泽奈崎板块俯冲潜没于欧亚大陆之下及太平洋板块俯冲启动并后撤，这是东部沉降带的成盆机制；中新世中晚期，菲律宾海板块向欧亚板块的俯冲挤压导致了中国东部大陆左旋压扭的应力场，这是东部沉降带新生代构造的反转机制。
Mesozoic-Cenozoic inversion tectonics of East China and its implications for the subduction process of the oceanic plate
[J].
雄安新区容城凸起区地热可采资源量动态预测
[J].
Dynamic prediction of geothermal recoverable resources in the Rongcheng uplift area of the Xiong’an New Area
[J].
雄安新区顶面埋深在3500m以浅的中元古界热储可采地热资源量和开发参数评估
[J].
Evaluation of recoverable geothermal resources and development parameters of Mesoproterozoic thermal reservoir with the top surface depth of 3500 m and shallow in Xiongan New Area
[J].
雄安新区深部结构三维探测——雄安新区深地震反射剖面数据采集与常规处理项目采集施工总结
[R].
3 D detection of deep structure in Xiongan New Area:The collection and construction summary of deep seismic reflection profile data collection and routine processing project in Xiongan New Area
[R].
雄安新区深部储热构造探测研究与地热井优选技术
[J].
Deep geothermal reservoir structure detection and geothermal well optimization technology in Xiongan new area
[J].
雄安新区蓟县系雾迷山组岩溶热储特征、主控因素及有利区预测
[J].
Characteristics,main controlling factors and favorable area prediction of karstic geothermal reservoirs of the Jixianian Wumishan Formation in Xiongan New Area
[J].
河北容城凸起区热储层新层系——高于庄组热储特征研究
[J].
A study of the thermal storage characteristics of Gaoyuzhuang Formation,A new layer system of thermal reservoir in Rongcheng uplift area,Hebei Province
[J].
隆起与拗陷地区地温场的特点
[J].
Characteristics of geotherm in uplift and depression
[J].
