張永謙 呂慶田 滕吉文 王謙身 徐濤

1. 中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所，國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 1000372. 中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029

1 引言

近代大陸巖石圈深部地球物理探測、地質(zhì)調(diào)查、地球化學研究以及大陸科學鉆探等研究成果揭示，大陸巖石圈與簡單的大洋剛性塊體不同，是一個不均一、不連續(xù)、具有多層結(jié)構(gòu)和復雜流變學性質(zhì)的復合體，因此大陸的流變學結(jié)構(gòu)和演化過程比大洋的更加復雜(許志琴等，2010)。中國大陸的形成源于不同構(gòu)造塊體之間多期次的碰撞，包括三疊紀時期(250～220Ma)華北與華南塊體的碰撞，晚侏羅(165±5Ma)到早白堊時期東亞大陸的多方向匯聚，以及新生代時期印度-歐亞塊體之間的碰撞(Dongetal., 2008; Yin, 2010; Yin and Harrison, 2000; 任紀舜，1994; 董樹文等，2000；張國偉等，2004)等。中生代中國大陸構(gòu)造格局的形成是由于諸多陸塊碰撞拼接所致，與其相聯(lián)系的重大地質(zhì)事件包括華北與揚子克拉通碰撞造成陸殼深俯沖(100km深)，發(fā)生超高壓變質(zhì)作用，并形成大別-蘇魯超高壓變質(zhì)帶(240～220 Ma)以及超高壓巖石折返(220～180Ma)(張長厚等，1998；匡少平等，1999)等。

長江中下游地區(qū)位于揚子克拉通北緣，大別-蘇魯超高壓變質(zhì)帶的前陸地域，其北西以襄樊-廣濟斷裂和郯廬斷裂為界，南東以陽新-常州斷裂為界，總體上呈現(xiàn)出北西狹窄、北東寬闊的“V”字型構(gòu)造特征(常印佛等，1991；呂慶田等，2004)。特殊的構(gòu)造位置、區(qū)域動力學背景與深層巖漿活動過程造成了該區(qū)特有的火山巖分布與金屬礦產(chǎn)聚集格局。目前已在長江中下游地區(qū)發(fā)現(xiàn)包括寧鎮(zhèn)、寧蕪、銅陵、廬樅、安慶-貴池、九瑞、鄂東南等7個主要礦集區(qū)和超過200種的多金屬礦種(常印佛等，1991；Maoetal.,2006; Sunetal., 2003)。已有研究認為侏羅紀、白堊紀之交的東亞板塊的匯聚導致了東亞構(gòu)造體制發(fā)生了重大轉(zhuǎn)換，西伯利亞板塊向南、太平洋板塊向西、印度洋板塊向北東的同時向中朝板塊匯聚，形成了以陸內(nèi)俯沖和陸內(nèi)多向造山為特征的“東亞匯聚”構(gòu)造體系(董樹文等，2009)。在這一過程中，晚侏羅世大陸匯聚導致巖石圈急劇增厚，隨之引發(fā)早白堊世巖石圈垮塌和大規(guī)?；鹕綆r漿作用，從而產(chǎn)生了礦產(chǎn)資源的“大爆發(fā)”(史大年等，2012)。而針對白堊紀火成巖的形成與多種礦物質(zhì)起源的機制，許多地球科學家們從各自的專業(yè)視角出發(fā)提出了不同的動力學模式，主要包括(1)增厚的下地殼熔融(張旗等, 2001, 2002)；(2)拆沉的下地殼熔融(侯增謙等, 2007; Wangetal.,2004, 2006)；(3)底侵的玄武巖下地殼熔融(王強等, 2001)；(4)太平洋板塊洋中脊的俯沖(Lingetal., 2009)。而基于這些不同模式的地球動力學演化過程則會在現(xiàn)今的深部巖石圈結(jié)構(gòu)與構(gòu)造格局、Moho界面形態(tài)、以及物質(zhì)組成中保存下不同的演化痕跡(呂慶田等，2004；Shietal., 2013)。

隨著我國快速工業(yè)化過程中礦產(chǎn)資源日趨緊張和淺部找礦難度越來越大，尋找深部隱伏礦床，開展“第二深度空間”礦產(chǎn)資源形成與聚集的深層動力學過程和深部成礦背景研究(滕吉文等，2007，2009；呂慶田等，2007)已成為擺在中國地球科學家面前的一項緊迫任務。近年來，針對長江中下游地區(qū)礦產(chǎn)富集的原因與成礦機制開展了許多深部研究工作，研究結(jié)果(王強等，2001，2002；許繼峰等，2001；Xuetal., 2002)表明在長江中下游地區(qū)存在的諸多中酸性侵入巖具有與埃達克巖(adakite)類似的地球化學特征，直接指示存在強烈的殼幔相互作用。然而，關于該區(qū)深部動力學背景和巖漿活動與作用過程的認識絕大多數(shù)源自地球化學證據(jù)，其它學科，尤其是深部地球物理資料還很缺乏(史大年等，2012)。且在過去為數(shù)不多的地球物理研究中(滕吉文等，1985；呂慶田等，2004)，受限于其資料的精度與數(shù)量，難以獲得該區(qū)深部地殼與巖石圈尺度的精細結(jié)構(gòu)與物性參數(shù)，進而影響了對其深部動力學背景與成礦過程的深化認識和理解。

為了更好地理解長江中下游成礦帶地域巖漿活動過程及其成礦作用的深部構(gòu)造背景和動力學機制，國土資源部“深部探測技術與實驗研究專項”(Dongetal., 2013)在該地區(qū)實施了一條橫穿寧蕪礦集區(qū)的多學科綜合地球物理深部探測剖面(呂慶田等，2014)。主要探測手段包括人工源寬角反射/折射地震(徐濤等，2014)，近垂直反射地震(Lüetal., 2013；梁鋒等，2014)，寬頻帶天然地震流動臺站(史大年等，2012；Shietal., 2013；Jiangetal., 2013；江國明等，2014)和大地電磁測深(強建科等，2014；張昆等，2014)等，并在主要礦集區(qū)開展了上地殼精細結(jié)構(gòu)與變形及三維地質(zhì)建模和巖性填圖研究(嚴加永等，2014；祁光等，2014)。本文利用沿利辛-宜興綜合地球物理探測剖面采集的高精度重力數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建其深部地殼的密度結(jié)構(gòu)模型研究該區(qū)的深部地殼結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特征，以資為進一步深化研究該區(qū)大陸地殼的形成與演化過程及其成礦機制與動力學背景提供一些重力學方面的約束與參考。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 重力剖面位置與數(shù)據(jù)來源

為了可與其它地球物理探測結(jié)果進行有效對比，重力數(shù)據(jù)的采集剖面與人工源寬角反射/折射地震探測剖面(徐濤等，2014)位置重合，該剖面東南起自揚子克拉通北緣的江蘇省宜興市，向北西方向穿過寧蕪礦集區(qū)和郯廬斷裂帶，終止于華北塊體南部的安徽省利辛縣境內(nèi)(圖1)。

圖1 長江中下游地區(qū)綜合地球物理探測剖面位置與基本構(gòu)造格局TLF-郯廬斷裂；DBF-大別山北側(cè)斷裂；SDF-壽縣-定遠斷裂；SHF-壽縣-霍邱斷裂；GHF-固鎮(zhèn)-懷遠斷裂；CHF-滁河斷裂；MSF-茅山斷裂；JNF-江南斷裂;NC-華北地體;SC-華南地體;QD-秦嶺-大別地體.圖2、圖3、圖4中縮寫含義同此圖.斷裂信息來源于馬杏垣(1989)Fig.1 Location of the gravity profile in the Mid-Lower Yangtze metallogenic beltTLF-Tancheng-Lujiang fault; DBF-fault on the north margin of the Dabie mountain; SDF-Shouxian-Dingyuan fault; SHF-Shouxian-Huoqiu fault; GHF-Guzhen-Huaiyuan fault; CHF-Chuhe fault; MSF-Maoshan fault; JNF-Jiangnan fault; NC-North China block; SC-South China block; QD-Qinling-Dabie block. Abbreviations in Fig.2, Fig.3 and Fig.4 are the same as those in this figure. The faults information is from Ma (1989)

本研究中所使用的重力數(shù)據(jù)資料來源于國土資源調(diào)查1:20萬比例尺的重力調(diào)查數(shù)據(jù)庫。野外實際重力測量的平均測點間距為2km左右。對每一處測點的重力數(shù)據(jù)進行了如下改正：(1)固體潮改正；(2)正常場改正(1901年赫爾默特正常重力值計算公式)；(3)高度改正；(4)中間層改正(中間層密度取為2.67g/cm3)；(5)地形改正(改正范圍0～166.7km，改正密度2.67g/cm3)?？紤]到測量中的儀器觀測精度、地形測量精度以及后續(xù)各項改正中的累積計算誤差，最終得到的布格重力異?？偩葹?.5mGal。

2.2 剖面沿線高程與布格重力異常特征

由圖2a可見，沿整條重力探測剖面的地形高程在0～250m之間變化，起伏較為平緩，與中國西部地區(qū)劇烈的地形變化形成鮮明對比。在合肥盆地內(nèi)部的地形高程變化范圍為0～50m；而在郯廬斷裂帶(TLF)兩側(cè)地域，即固鎮(zhèn)-懷遠斷裂(GHF)與滁河斷裂(CHF)之間地域的地形則相對較高，在50～150m之間起伏；再向東南進入寧蕪礦集區(qū)地帶，其地勢海拔在整體較為平緩(0～30m)的基礎上則存在一些局部小隆起，但隆起的范圍和高度均不大，呈現(xiàn)出鋸齒狀的地形特征；而在剖面最東南端，即千米號為400～450km范圍地域的地形則陡然上升，變化較為劇烈。

與地形高程變化較為平緩的形態(tài)不同，剖面沿線的布格重力異常則呈現(xiàn)出劇烈起伏變化的特征。由圖2b可見，在剖面西北端，即固鎮(zhèn)-懷遠斷裂(GHF)西北側(cè)地域，雖然地形變化較為平緩，但相應的布格重力異常卻變化劇烈，由0km處的-35mGal迅速升至近-10mGal，隨即又迅速降低，并在千米號為30～50km的地段呈現(xiàn)出“W”狀的小幅抖動；之后又迅速抬升，并在千米號為90km附近地域升至0mGal左右。自千米號90km處向東南方向的布格重力異常呈現(xiàn)出階梯狀緩慢下降的趨勢，并在135km處陡然降低至-20mGal(降幅約10mGal)；之后直至郯廬斷裂附近的重力場變化均較為平緩；越過郯廬斷裂后，布格重力異常又迅速升高并呈現(xiàn)出較高頻抖動。在寧蕪礦集區(qū)的主體地域，即千米號275～350km地段的布格重力異常形態(tài)呈現(xiàn)出較為平緩抬升的勢態(tài)，由275km處的-5mGal緩慢抬升至350km處的7mGal左右。在剖面東南端的茅山斷裂(MSF)以東南地域，布格重力異常則由7mGal陡然下降至-20mGal，且隨后劇烈起伏并呈現(xiàn)出一個較為寬緩的“W”狀形態(tài)。

2.3 地殼密度模型構(gòu)建方法

在本研究工作中，采用2.5D多邊形棱柱體模型組合，即組合二度半體重磁異常人機交互正反演技術進行重力異常的正演計算與擬合，以獲得剖面轄區(qū)的二維地殼密度結(jié)構(gòu)模型。在實際正演模擬計算中，將地質(zhì)構(gòu)造在空間中的基本形態(tài)與物性特征以多邊形棱柱體的方式展示，并將實際地質(zhì)構(gòu)造中各種復雜的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象抽象為空間的點、線、面等幾何圖元的集合。通過對組成模型空間的所有多邊形棱柱體進行重力異常場的正演計算，將計算得到的重力異常值與實測重力異常值進行對比擬合，經(jīng)過多次重復計算擬合，當計算值與觀測值之差達到預期目標時，即可停止計算并求得滿意的最終地殼密度模型。

圖2 利辛-宜興剖面的地形高程(a)與布格重力異常(b)分布特征Fig.2 Topography (a) and Bouguer gravity anomalies (b) measured along the Lixin-Yixing profile

3 研究區(qū)的地殼密度結(jié)構(gòu)

3.1 初始密度模型的構(gòu)建

地球物理學的研究是一個由已知的異常數(shù)據(jù)來反演未知的地下介質(zhì)屬性與結(jié)構(gòu)的過程，而任何反演問題均離不開初始模型的提取。初始模型提取的好與壞在很大程度上決定了最終所得到的反演結(jié)果的可信度，若提取的初始模型不合理則必然會導致最終反演結(jié)果的不合理甚至完全錯誤。這里我們根據(jù)由人工源寬角反射/折射地震探測所得到的二維地殼速度結(jié)構(gòu)模型作為地殼密度結(jié)構(gòu)建模的初始依據(jù)，利用目前國際上較為流行的P波速度與介質(zhì)密度之間的經(jīng)驗關系式(Ludwigetal., 1970; Christensen and Mooney, 1995; Brocher, 2005; Dongetal., 2013; Zhangetal., 2013)，并參考連云港-滿都拉地學斷面的波速-密度關系(馮銳等，1986)，有如下關系式：

(1)

利用該式將由人工源寬角反射/折射地震探測所得到的二維速度結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為該剖面地殼與上地幔二維塊狀密度結(jié)構(gòu)的初始模型(圖3b)。

圖3 利辛-宜興剖面的初始地殼密度模型示意圖(a)-計算重力異常與實測重力異常擬合情況；(b)-初始地殼密度模型，模型內(nèi)部數(shù)值代表不同塊體單元的密度值，單位g/cm3；(c)-計算重力異常與實測重力異常的擬合差Fig.3 Initial density model of the crust-mantle structure beneath the Lixin-Yixing profile based on P-wave velocity(a)-measured Bouguer gravity anomalies (blue line with red dots) and calculated anomalies (yellow line with green dots) along the profile; (b)-initial density model for the profile; (c)-differences between the measured Bouguer gravity anomalies and the calculated anomalies from the initial density model, and the standard derivation is 5.63mGal for the initial model. Numbers in plot (b) are density values in unit of g/cm3

通過對所建立的二維地殼密度結(jié)構(gòu)模型進行重力場正演計算以求得其在地表產(chǎn)生的重力場值的大小，并與沿剖面實測所得到的布格重力異常值進行對比，可以從一定程度上直觀地判斷所得地殼介質(zhì)的密度結(jié)構(gòu)是否可靠。由圖3b可見，依據(jù)二維速度結(jié)構(gòu)模型并經(jīng)由P波速度-密度關系公式(公式1)轉(zhuǎn)換得到的剖面轄區(qū)的二維地殼初始密度結(jié)構(gòu)模型(圖3b)在不同構(gòu)造域是有差別的，且由該初始密度模型計算得到的理論布格重力異常值與實測布格重力異常值形態(tài)在趨勢上基本一致(圖3a)，但仍存在較大的差異(圖3c)。此即說明我們給出的初始密度模型在整體上是可以概略性地反映整個剖面大的構(gòu)造域之間的重力場差異的。由于該初始模型僅為由二維速度結(jié)構(gòu)經(jīng)過一定的經(jīng)驗關系計算而得并在模型建立過程中經(jīng)過了一定程度的簡化，所以并不能等同于深部殼、幔介質(zhì)的實際密度結(jié)構(gòu)，因此仍會存在一定程度的偏差。但盡管如此，該模型作為反演工作中的初始模型卻可以認為是合理的，適宜用于進行密度結(jié)構(gòu)的反演計算。

3.2 最終所得的地殼密度結(jié)構(gòu)

沉積巖的密度主要取決于物質(zhì)成分和孔隙度，且隨著巖石年齡的由老至輕，其密度總體表現(xiàn)為遞減趨勢。巖漿巖的密度主要取決于暗色礦物含量的多少，由酸性至基性逐漸增大?；◢弾r類的平均密度約為2.56～2.62g/cm3，中酸性侵入巖約2.60～2.70g/cm3，基性-超基性巖約2.82～3.23g/cm3。且深成侵入巖密度普遍要大于淺成巖和噴出巖類。而變質(zhì)巖的密度變化則與其原巖關系密切，且普遍具有大于原巖的特點(王建偉等，2010)。

在長江中下游地域開展的最新地震學研究成果表明，在長江中下游成礦帶地域下方的Moho界面呈現(xiàn)上隆的形態(tài)，近垂直反射地震的探測表明來自該地域下方Moho界面的反射波雙程走時較其兩側(cè)地域小約0.5～1s(Lüetal., 2013)，意味著該地域的Moho界面埋藏深度比其兩側(cè)地域約淺1.6～3.3km(取Moho面附近下地殼的平均速度6.6km/s(徐濤等，2014)進行計算)；天然源地震接收函數(shù)研究結(jié)果(Shietal., 2013)顯示該剖面地域Moho界面的平均埋藏深度約在32km左右起伏，且由剖面東南端的33km向北西方向逐漸抬升，在寧蕪礦集區(qū)下方約為29km，隨后向北西側(cè)的郯廬斷裂方向逐漸加深至35km左右；寬角反射/折射地震探測結(jié)果(徐濤等，2014)亦顯示在寧蕪礦集區(qū)下方偏北西側(cè)的地殼厚度相對較小。

在此基礎上，參考了該研究區(qū)的區(qū)域構(gòu)造格局與地層層序特征以及沿剖面轄區(qū)的斷裂分布情況(馬杏垣，1989)，根據(jù)所建立的地殼密度模型正演計算產(chǎn)生的重力異常與實測布格重力異常的擬合情況對所建立的密度模型不斷進行調(diào)整，最終所得的長江中下游礦集區(qū)及其鄰近地域的二維地殼密度結(jié)構(gòu)模型示于圖4。

圖4 利辛-宜興剖面的2D地殼密度結(jié)構(gòu)模型示意圖(a)-計算重力異常與實測重力異常擬合情況；(b)-最終得到的地殼密度模型，模型內(nèi)部數(shù)值代表不同塊體單元的密度值，單位g/cm3；黃色虛線區(qū)域為低密度區(qū)，藍色粗虛線表示Moho界面；(c)-計算重力異常與實測重力異常的擬合差Fig.4 Final density model of the crust-mantle structure beneath the Lixin-Yixing profile(a)-measured Bouguer gravity anomalies (blue line with red dots) and calculated anomalies (yellow line with green dots) along the profile; (b)-final density model for the profile; (c)-differences between the measured Bouguer gravity anomalies and the calculated anomalies from the final density model, and the standard derivation is 0.86mGal for the final model. Numbers in plot (b) are density values in unit of g/cm3

由經(jīng)過多次迭代調(diào)整后所得到的最終地殼密度結(jié)構(gòu)模型(圖4b)計算而得的理論重力異常曲線與實測的重力異常值擬合良好(圖4a)，擬合均方差為0.86mGal(圖4c)。由圖4b可見，在郯廬斷裂帶及其兩側(cè)的揚子克拉通與華北克拉通地域，其地殼的密度結(jié)構(gòu)特征無論是在橫向還是在縱向均差異顯著。

在垂向方向上，在剖面轄區(qū)的結(jié)晶地殼之上覆蓋了厚度約3～7km的沉積蓋層(徐濤等，2014)，其沉積物的密度隨著深度的加深由2.4g/cm3逐漸增加至2.67g/cm3。在沉積蓋層底界面上、下兩側(cè)存在一密度差可達0.1g/cm3左右的密度突變界面，其下方的地殼介質(zhì)平均密度均在2.73g/cm3以上，且密度的垂向變化梯度亦明顯小于沉積蓋層內(nèi)的垂向密度梯度。在沉積蓋層之下的結(jié)晶地殼部分，隨著圍巖壓力的增大，地殼巖石介質(zhì)內(nèi)部的孔隙逐漸閉合，壓實固結(jié)程度趨好，由此導致巖石的密度變化在垂向方向不如淺部明顯。地殼底部Moho界面之上的密度值在橫向上差別不大，約在2.91～2.93g/cm3之間變化；而Moho界面下方上地幔的密度值為3.25～3.27g/cm3，即在Moho界面的上下兩側(cè)密度差為0.35g/cm3左右，呈現(xiàn)出明顯的一級間斷面特征。

從橫向來看，地殼密度模型在不同構(gòu)造區(qū)塊內(nèi)呈現(xiàn)出了不同結(jié)構(gòu)與物性特征，并存在有兩處橫向展布與延伸深度規(guī)模均較大的低密度區(qū)。如在郯廬斷裂(TLF)西北側(cè)直至固鎮(zhèn)-懷遠斷裂(GHF)附近存在一大規(guī)模的低密度區(qū)：從形態(tài)上看，該低密度區(qū)自淺而深貫穿整個地殼，且橫向展布范圍可達60km之寬，在該低密度區(qū)下方的Moho界面呈西北淺而東南略深的斜向起伏；從密度參數(shù)值來看，該區(qū)在地殼表層0～2km深度范圍內(nèi)的密度值在2.48～2.54g/cm3之間，與其兩側(cè)地域的密度值相差并不明顯，但隨著深度的逐漸加深，其密度值與兩側(cè)地域的差異則隨之增大，在上地殼范圍內(nèi)比其兩側(cè)地域約低0.05～0.07g/cm3左右，而在下地殼深度范圍內(nèi)，由于伴隨著圍巖壓力增大而產(chǎn)生的壓實作用，其密度值與兩側(cè)的差異則不如上地殼部分明顯，約在0.01～0.03g/cm3之間。由于該規(guī)模巨大的低密度區(qū)在，導致在地表觀測到的布格重力異常曲線在郯廬斷裂(TLF)與固鎮(zhèn)-懷遠斷裂(GHF)之間地域呈現(xiàn)出廣泛的低異常特征。究其原因，我們推測應是由于自晚三疊(231～213Ma)時期以來華南揚子塊體成反“L”形與華北塊體斜向碰撞過程(Yin and Nie, 1993；呂慶田等，2004)中以郯廬斷裂帶為主要接觸邊界所產(chǎn)生的側(cè)向走滑力系在接觸帶地域造成的介質(zhì)剪切破碎或強度降低所致。在揚子地體內(nèi)部的寧蕪礦集區(qū)下方亦存在一低密度區(qū)，關于該處低密度區(qū)的特征及其與長江中下游成礦帶的關系將在4.2節(jié)中詳細論述。而剖面轄區(qū)小尺度的重力異常變化，如在30～50km范圍的重力低異常以及350～430km范圍內(nèi)呈現(xiàn)的“W”狀高頻抖動特征且計算重力異常與實測重力異常擬合程度相對較差，則主要是由于本研究中基于深部地殼結(jié)構(gòu)所構(gòu)建的模型尺度較大，難以反應淺部尺度較小且具有強烈不均一性的上地殼精細結(jié)構(gòu)與物性特征所致。

4 討論

4.1 Moho界面起伏與巖漿的底侵作用

Moho界面作為地殼與巖石圈之間的一級間斷面，其性質(zhì)、形態(tài)、以及兩側(cè)的物性特征均是大陸地殼的演化歷史和深層動力學過程在結(jié)構(gòu)與形態(tài)上的體現(xiàn)。為此，針對Moho界面的研究一直是地球科學界所關注的熱點。通過構(gòu)建研究區(qū)的二維地殼密度結(jié)構(gòu)模型，則可從重力學與密度組成的角度分析Moho界面的形態(tài)與性質(zhì)，并在結(jié)合其它地球物理探測研究成果的基礎上對其與巖漿活動及成礦過程的關系作以探討。

由圖4b可見，在利辛-宜興長450km的綜合地球物理探測剖面下方，Moho界面呈現(xiàn)出了深淺不一的展布形態(tài)，而其兩側(cè)的密度值也有一定差異。從整體來看，Moho界面在深度為30～35km的范圍內(nèi)呈緩波浪狀起伏，此結(jié)果與人工源近垂直反射地震探測(呂慶田等，2011；Lüetal., 2013)、寬角反射/折射地震探測(徐濤等，2014)以及天然地震體波接收函數(shù)(史大年等，2012；Shietal., 2013)等研究所得結(jié)果均較為接近，可互相印證，這亦從側(cè)面進一步證明了本文所得地殼密度結(jié)構(gòu)模型的可信度。Moho界面頂部的地殼平均密度值為2.91～2.93g/cm3左右；而Moho界面下方上地幔的密度值為3.25～3.27g/cm3，即在Moho界面的上下兩側(cè)密度差為0.35g/cm3左右。在剖面所經(jīng)過的郯廬斷裂帶附近(千米號200±30km范圍內(nèi))地域下方的Moho界面呈明顯下凹的形態(tài)，其埋深可達35km左右。在揚子地體內(nèi)部寧蕪礦集區(qū)(千米號270～330km范圍內(nèi))下方的Moho界面形態(tài)在主體上呈輕微上隆形態(tài)。近垂直反射地震測深研究結(jié)果認為這樣的Moho界面展布形態(tài)僅存在于北西-南東方向，并將礦集區(qū)下方Moho界面上隆的產(chǎn)生機制歸結(jié)于基型或超基型巖漿上涌并在殼幔邊界處與下地殼發(fā)生的底侵作用(呂慶田等，2004；Lüetal., 2013)。從本文依據(jù)該區(qū)重力探測數(shù)據(jù)所得到的地殼密度結(jié)構(gòu)模型來看，在長江中下游地區(qū)存在巖漿底侵作用的解釋是合理的，即在地殼底部Moho界面附近的底侵作用發(fā)生于礦集區(qū)下方，且與該區(qū)大規(guī)模礦產(chǎn)資源的形成與富集密切相關(圖4b、圖5)。

圖5 長江中下游地區(qū)深部動力學過程與成礦背景示意圖Fig.5 Cartoon to illustrate the deep geodynamic process and the mechanism for the formation of the metallogenic belt in the Middle-Lower Yangtze area

4.2 礦集區(qū)下方的地殼結(jié)構(gòu)與深部成礦背景

寧蕪礦集區(qū)作為長江中下游成礦帶地域七個主要礦集區(qū)之一，其深部地殼的結(jié)構(gòu)與介質(zhì)參數(shù)亦存在其特有的性質(zhì)。從利辛-宜興綜合地球物理探測剖面轄區(qū)的2D密度結(jié)構(gòu)模型(圖4b)可見，在寧蕪礦集區(qū)下方存在一低密度異常區(qū)。該異常區(qū)在沿測線方向的展布寬度約為60～70km，在上地殼淺部5km以上部分，其密度值與兩側(cè)地域在同一深度處的密度值相當，或略小；隨著深度逐漸增加，該異常區(qū)的密度值比兩側(cè)地域約低0.02～0.03g/cm3，且Moho界面附近下地殼底部的地層界面亦呈現(xiàn)為向上輕微拱起的特征。此外，在寧蕪礦集區(qū)Moho界面之下的上地幔蓋層中，其地震波速度比剖面北西段部位的地震波速度低約0.1～0.15km/s(徐濤等，2014)，相應的巖石平均密度則比北西段地域低約0.02g/cm3(圖4b)。這樣的巖石圈結(jié)構(gòu)與物性特征暗示著在寧蕪礦集區(qū)下方的深部物質(zhì)發(fā)生了某種程度或形式的運移，其可能之一即為來自軟流圈熱物質(zhì)的上涌導致在巖石圈底部的物質(zhì)被加熱弱化，從而引起所探測到的低速與低密度特征。

MASH(melting, assimilation, storage and homogenisation)成礦作用過程(王強等，2001, 2002；許繼峰等，2001； Xuetal., 2002)可以較好地解釋寧蕪礦集區(qū)下方的異常地殼結(jié)構(gòu)形態(tài)(史大年等，2012)。來源于巖石圈拆沉與軟流圈物質(zhì)上涌產(chǎn)生的幔源玄武質(zhì)熔融物侵入到殼幔邊界附近的下地殼底部即形成底侵作用，這些巖漿與上覆的地殼物質(zhì)之間通過MASH過程相互作用，并在地殼底部形成了高密度的熔融物質(zhì)(Lüetal., 2013)，且經(jīng)過MASH過程而形成的巖漿熱液會在區(qū)域伸展體制下向相對壓力較低的淺部運移。而在脆性的上地殼中，伸展背景的區(qū)域變形作用(張岳橋等，2012)造成了張性斷裂的形成與平均密度的降低，這為來源于深部的巖漿物質(zhì)向上滲透運移提供了場所，決定了巖漿巖在地殼中分異、上升與侵位的形態(tài)，并因此形成了良好的成礦環(huán)境與淺部巖漿房(Lüetal., 2013)。寧蕪礦集區(qū)下方良好的區(qū)域伸展構(gòu)造背景和斷層分布為深層巖漿熱液的上升提供了良好的通道，這不僅有利于其在垂向上的向上運移，亦為其在淺部地殼內(nèi)沿著斷層通道和構(gòu)造方向的水平運移創(chuàng)造了條件，并因此形成了寧蕪礦集區(qū)眾多的火山巖分布和礦產(chǎn)資源聚集(圖5)。

5 結(jié)論

本文利用沿NW-SE方向跨越長江中下游成礦帶地域的利辛-宜興地球物理探測剖面沿線的重力測量數(shù)據(jù)，以沿同一剖面的人工源寬角反射/折射地震探測結(jié)果為基本依據(jù)構(gòu)建了地殼的初始密度模型，并在人工源近垂直反射地震探測和天然源地震接收函數(shù)研究結(jié)果的約束下，通過正、反演擬合得到了剖面轄區(qū)深部地殼的2D密度結(jié)構(gòu)模型。這一研究結(jié)果表明在長江中下游成礦帶及其南北兩側(cè)地域的地殼密度結(jié)構(gòu)存在著顯著差異。剖面下方的Moho界面呈寬緩的波浪狀起伏形態(tài)，Moho界面的埋藏深度約在30～35km之間。剖面轄區(qū)的地殼密度模型中存在兩處規(guī)模較大的低密度區(qū)，其一為郯廬斷裂帶北西側(cè)與固鎮(zhèn)-懷遠斷裂帶之間地域，該低密度區(qū)規(guī)模較大，可貫穿整個地殼，且在郯廬斷裂下方的Moho界面深度最深可達35km；而寧蕪礦集區(qū)下方則存在剖面轄區(qū)的另一處低密度異常區(qū)，且在該地域下方的Moho界面呈上隆形態(tài)，推測應是巖漿底侵與MASH成礦作用的源區(qū)。在參考了研究區(qū)已有其他地球物理研究成果的基礎上，本文亦從所得到的2D地殼密度結(jié)構(gòu)模型出發(fā)，對長江中下游成礦帶的深層動力學過程與區(qū)域成礦背景進行了探討,并認為本文所得研究結(jié)果支持巖漿底侵與MASH成礦過程。

以上僅為作者根據(jù)本研究區(qū)的重力場資料進行的一些初步分析與探討，更深入的認識尚有待更多資料的積累和多種方法的綜合研究與分析。

致謝感謝史大年研究員為本文提出的許多寶貴意見并提供了天然地震接收函數(shù)研究的成果資料；感謝各位評審專家對本文的認真評閱并提出許多有價值的修改意見及建議。并對參加本研究所用數(shù)據(jù)野外采集和后期處理工作的同志們致以誠摯的感謝。

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