強(qiáng)建科 王顯瑩 湯井田 潘偉 張錢江

中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，有色金屬成礦預(yù)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410083

1 引言

長(zhǎng)江中下游礦集區(qū)是我國(guó)東部鐵、銅、金等多金屬礦產(chǎn)的重要基地，包含了7個(gè)大中型礦區(qū)，分別為南京-鎮(zhèn)江礦區(qū)、南京-蕪湖礦區(qū)、銅陵礦區(qū)、廬江-樅陽礦區(qū)、安慶-貴池礦區(qū)、九江-瑞金礦區(qū)和鄂東南礦區(qū)(王大勇，2010)。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的勘探和開采，區(qū)內(nèi)資源儲(chǔ)量大幅下降，接替資源不明。早在20世紀(jì)90年代，有專家就預(yù)測(cè)長(zhǎng)江中下游成礦帶深部可能還存在更多的金屬礦產(chǎn)儲(chǔ)量(常印佛等，1996;趙文津，2008)。2004年國(guó)家啟動(dòng)危機(jī)礦山接替資源找礦計(jì)劃，在全國(guó)取得了可喜的深部找礦效果(呂古賢等，2006*呂古賢, 鄭大瑜, 朱裕生等. 2006. 我國(guó)主要金屬危機(jī)礦山資源潛力戰(zhàn)略調(diào)查與評(píng)價(jià). 十五地質(zhì)行業(yè)獲獎(jiǎng)成果匯編, 161-162)，在長(zhǎng)江中下游老礦山也開展了許多工作，如安徽月山鐵銅礦(袁學(xué)誠(chéng)等，2005)、銅陵鳳凰山礦區(qū)(柳建新，2006)和大冶鐵礦(劉天佑等，2007)等找礦活動(dòng)，為礦山增加了許多地質(zhì)儲(chǔ)量。

為了進(jìn)一步加快深部礦產(chǎn)資源探測(cè)研究，拓展深部找礦空間，實(shí)現(xiàn)深部找礦突破。2008年科技部啟動(dòng)了《深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究(SinoProbe)》專項(xiàng)，其目標(biāo)之一就是研究長(zhǎng)江中下游成礦帶深部地殼、巖石圈的電性結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造和物質(zhì)組成，以期找到與成礦機(jī)理關(guān)聯(lián)的深部物質(zhì)來源(董樹文等，2009)。為此，布置了一條長(zhǎng)約300km的寬頻大地電磁長(zhǎng)剖面，用來研究該區(qū)大地構(gòu)造及深部電性特征。在過去，該地區(qū)曾經(jīng)進(jìn)行過較多的地球物理工作，特別是以油氣勘探為目的的工作居多，如研究無為盆地所做的跨長(zhǎng)江反射地震和大地電磁等(斯春松和溫祥泉，1999)；還有合肥盆地以及周邊地區(qū)所做的重力、磁法、地震以及大地電磁工作(李云平等，2006；曹忠祥，2007)。呂慶田等(2007)在銅陵礦集區(qū)開展了反射地震探測(cè)成礦構(gòu)造的試驗(yàn)等。這些物探工作，主要研究淺部地質(zhì)構(gòu)造問題，探測(cè)深度約5～10km，而要了解深部地質(zhì)構(gòu)造的電性特征，則需要開展超低頻大地電磁工作。

圖1 淮南-溧陽MT剖面點(diǎn)位分布圖TLF-郯廬斷裂;SDF-壽縣-定遠(yuǎn)斷裂;CHF-滁河斷裂;MSF-茅山東側(cè)斷裂;JNF-江南斷裂Fig.1 Location of MT profiles along the transect from Huainan to LiyangTLF-Tan-lu fault; SDF-Shouxian-Dingyuan Fault; CHF-Chuhe Fault; MSF-Maoshan Fault; JNF-Jiangnan Fault

2 地質(zhì)概況及巖石電性特征

2.1 地質(zhì)概況

淮南-溧陽大地電磁測(cè)深剖面橫跨華北板塊和揚(yáng)子板塊兩大構(gòu)造單元，北起安徽省淮南地區(qū)，沿東南方向延伸到江蘇省溧陽市一帶，基本垂直區(qū)內(nèi)構(gòu)造走向(北東向)，剖面經(jīng)過了合肥盆地、張八嶺隆起帶、滁州-全椒盆地、馬鞍山礦集區(qū)、溧陽盆地、江南隆起等多個(gè)次級(jí)地質(zhì)構(gòu)造單元(見圖1)。

長(zhǎng)江中下游成礦帶屬于揚(yáng)子陸塊北東緣的一部分, 而揚(yáng)子陸塊本身又由兩個(gè)前寒武紀(jì)陸核組成: 即太古-古元古(約1800Ma)的揚(yáng)子陸塊和古元古-中元古的華夏陸塊，二者在晚中元古-早新元古時(shí)期(晉寧運(yùn)動(dòng))碰撞拼貼在一起, 后期又經(jīng)歷了郯廬斷裂帶的左旋平移、陸內(nèi)伸展及巖漿活動(dòng)(董樹文, 1991；朱光等，1995，2001；吳根耀等，2003)。

自震旦紀(jì)之后，該地區(qū)形成了統(tǒng)一蓋層, 震旦紀(jì)-志留紀(jì)為穩(wěn)定的陸表海碳酸鹽巖→碎屑巖相沉積, 加里東運(yùn)動(dòng)隆起成陸, 缺失下-中泥盆統(tǒng); 海西期沉積了上泥盆統(tǒng)-下三疊統(tǒng)的碎屑巖、碳酸鹽巖和海陸交互含煤系建造, 其間劇烈的升降運(yùn)動(dòng)形成了多個(gè)平行不整合面, 造成下石炭統(tǒng)部分地層缺失, 而在上石炭統(tǒng)底部形成塊狀硫化物層, 在二疊系形成孤峰和大隆組深水硅質(zhì)巖。上侏羅統(tǒng)-下白堊統(tǒng)為燕山期大規(guī)模構(gòu)造-巖漿活動(dòng)形成的一套鈣堿性-堿性火山巖、火山碎屑巖建造, 指示本區(qū)進(jìn)入陸內(nèi)伸展構(gòu)造環(huán)境。伴隨燕山期多次強(qiáng)烈的構(gòu)造-巖漿-成礦活動(dòng), 形成長(zhǎng)江中下游成礦帶現(xiàn)今的主體面貌, 其成礦作用呈現(xiàn)“層控”和“多位一體”的規(guī)律(常印佛等, 1996; 葉舟等，2006；呂慶田等，2007；周濤發(fā)等, 2008)。

張旗等(2001)認(rèn)為長(zhǎng)江中下游成礦帶的巖漿活動(dòng)與古太平洋板塊的俯沖沒有關(guān)系, 而與大陸巖石圈的拆沉、軟流圈物質(zhì)上隆有關(guān)。董樹文等(2007)提出晚侏羅紀(jì)東亞板塊匯聚構(gòu)造造成巖石圈加厚, 早白堊紀(jì)垮塌伸展引發(fā)巖漿火山作用, 伴有大規(guī)模成礦作用。

2.2 巖礦石的電性特征

巖礦石的物理性質(zhì)往往與其成分、結(jié)構(gòu)以及形成的地質(zhì)年代和環(huán)境緊密相關(guān)，因此可以依據(jù)這些物理屬性推測(cè)劃分地質(zhì)單元。一般來說，粘土、泥質(zhì)粉沙巖、黑云母粗面斑巖、泥炭質(zhì)頁巖等，這些巖礦石相對(duì)空隙度較大，在地下濕潤(rùn)環(huán)境下表現(xiàn)為低電阻率，常常分布在第四系、第三系、白堊系和志留系里面。其中第四系、第三系地層電阻率一般約為10～60Ω·m，白堊系和志留系地層電阻率要稍大一些，一般約50～150Ω·m。

圖2 銅陵地區(qū)巖礦石標(biāo)本電阻率統(tǒng)計(jì)S1g-志留紀(jì)高家邊組;S2f-志留紀(jì)墳頭組;S3m-志留紀(jì)茅山組;D3w-泥盆紀(jì)五通組;C2h-石炭紀(jì)黃龍組;C3c-石炭紀(jì)船山組;P1g-二疊紀(jì)孤峰組;P2l-二疊紀(jì)龍?zhí)督M;P2d-二疊紀(jì)大隆組;T1y-三疊紀(jì)殷坑組;T1h-三疊紀(jì)和龍山組;T1n-三疊紀(jì)南陵湖組;T2d-三疊紀(jì)東馬鞍山組;T2y-三疊紀(jì)月山組;K1k-白堊紀(jì)蝌蚪山組;K1c-白堊紀(jì)赤沙組Fig.2 The rock and ore resistivity in Tongling areaS1g-Gaojiabian Fm. of Silurian; S2f-Fentou Fm. of Silurian; S3m-Maoshan Fm. of Silurian; D3w-Wutong Fm. of Devonian; C2h-Huanglong Fm. of Carboniferous; C3c-Chuanshan Fm. of Carboniferous; P1g-Gufeng Fm. of Permian; P2l-Longtan Fm. of Permian; P2d-Dalong Fm. of Permian; T1y-Yinkeng Fm. of Triassic; T1h-Helongshan Fm. of Triassic; T1n-Nanlinghu Fm. of Triassic; T2d-Dongma'anshan Fm. of Triassic; T2y-Yueshan Fm. of Triassic; K1k-Kedoushan Fm. of Cretaceous; K1c-Chisha Fm. of Cretaceous

而有些巖礦石相對(duì)致密，孔隙度較小，導(dǎo)電性也較差，表現(xiàn)為高電阻率，如石灰?guī)r、砂巖、頁巖、石英砂巖、石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖等，常分布在三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、奧陶系、寒武系，以及侵入巖體中，電阻率一般約為500～5000Ω·m。但炭質(zhì)、泥質(zhì)石灰?guī)r、砂巖電阻率為次高，一般約為100～300Ω·m左右。

圖2是長(zhǎng)江中下游成礦帶中銅陵地區(qū)巖礦石標(biāo)本實(shí)測(cè)結(jié)果，橫坐標(biāo)為不同地層的巖石標(biāo)本，縱軸為室內(nèi)測(cè)試的電阻率值，可以清楚看到，志留系、二疊系和白堊系的巖石標(biāo)本平均電阻率相對(duì)要低很多，而泥盆系、石炭系和三疊系地層中巖石的平均電阻率值較高，特別是那些完整的石灰?guī)r或火山巖體。值得注意的是巖礦石電阻率由于其成分不同差異很大，比如石灰?guī)r大部分是高電阻率，但如果含有泥質(zhì)、炭質(zhì)成分，或濕潤(rùn)情況下，則該灰?guī)r即使完整沒有裂隙，整體表現(xiàn)為低電阻率。因此，在實(shí)際電性測(cè)試中，相應(yīng)地層一定要有足夠量的巖石標(biāo)本、而且盡量采集新鮮巖面，只有這樣才能得出較客觀的電性結(jié)論。

3 數(shù)據(jù)采集、處理及反演

野外數(shù)據(jù)采集使用了4套加拿大鳳凰公司的V5-2000多功能電法儀器，其頻率范圍為320～0.00055Hz，擴(kuò)展頻率達(dá)到0.0001Hz，全頻段40個(gè)頻點(diǎn)，擴(kuò)展后為44個(gè)頻點(diǎn)，同時(shí)觀測(cè)Ex、Ey、Hx、Hy、Hz五個(gè)分量?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了168h連續(xù)觀測(cè)試驗(yàn)，一次性完成了儀器一致性試驗(yàn)、最佳采集時(shí)間試驗(yàn)、區(qū)域電磁干擾測(cè)試等工作。試驗(yàn)表明，4套大地電磁儀器性能穩(wěn)定，可以同時(shí)工作，最佳采集時(shí)間約為24h即可滿足任務(wù)需要?？偣膊杉?1點(diǎn)數(shù)據(jù)，一級(jí)點(diǎn)占95.8%，二級(jí)點(diǎn)占4.2%，數(shù)據(jù)質(zhì)量真實(shí)可靠。在馬鞍山礦集區(qū)有礦山近場(chǎng)源干擾，少數(shù)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)受到影響。

數(shù)據(jù)處理采用戴世坤編制的商業(yè)軟件Geo_GMES(V4.1)，該平臺(tái)功能齊全，從數(shù)據(jù)圓滑、極化模式識(shí)別、靜校正，直到一維、二維反演、地電模型解釋和成果圖件輸出等都可完成。

3.1 阻抗張量極化圖

為了分析沿剖面地質(zhì)體的電阻率各向異性特征，即三維特性，我們研究了阻抗張量極化圖。一般認(rèn)為，在一維構(gòu)造中，阻抗張量極化圖|Zxx|表現(xiàn)為一個(gè)點(diǎn)，|Zxy|則為以|Z|為半徑的圓。對(duì)于二維構(gòu)造，|Zxx|為兩組不對(duì)稱“8字形”花瓣，兩條對(duì)稱軸分別為走向方向和垂直走向方向；|Zxy|則為橢圓或“8字形”。軸對(duì)稱三維結(jié)構(gòu)的阻抗張量極化圖中|Zxx|為兩組接近對(duì)稱的“8字形”花瓣，|Zxy|為“8字形”。當(dāng)區(qū)域結(jié)構(gòu)為不對(duì)稱三維時(shí)，|Zxx|和|Zxy|的極坐標(biāo)圖均為中部呈不同凹陷的傾斜“8”字型。因此，利用張量阻抗極坐標(biāo)圖，可以定性地了解地下介質(zhì)的維數(shù)特征和電阻率各向異性特征。

圖3 淮南-溧陽剖面阻抗張量極化圖Fig.3 Impedance tensor polarization along the transect from Huainan to Liyang

沿剖面選取不同地質(zhì)構(gòu)造單元中測(cè)點(diǎn)的三個(gè)頻率120Hz、0.141Hz、0.00146Hz的極化圖(圖3)，Zxx為綠色曲線，Zxy為紅色曲線。從圖中可以看出，合肥盆地(125、117、101號(hào)測(cè)點(diǎn))中， 高頻和中頻部分Zxx阻抗極化圖退化為一個(gè)點(diǎn)或小“8字形”，而阻抗Zxy幾乎成圓型。這說明在淺部和中部，地下介質(zhì)呈現(xiàn)一維或近似一維特性，電阻率各向異性沒有或很小。但在低頻部分，阻抗Zxx和Zxy都呈現(xiàn)“單8字形”，說明深部介質(zhì)呈二維特性。

在張八嶺隆起帶(91、87號(hào)測(cè)點(diǎn))，高頻的阻抗極化圖顯示為近似二維特征。但在中頻和低頻部分，阻抗Zxx呈“不對(duì)稱雙8字”，Zxy呈“單8字”，反映該地區(qū)介質(zhì)為三維特征，而且沿構(gòu)造走向和垂直走向介質(zhì)不均勻。在滁州-全椒盆地(79號(hào)測(cè)點(diǎn))，地表介質(zhì)呈現(xiàn)出一維特性，而中頻部分，地下結(jié)構(gòu)為二維或呈弱三維特性。在低頻部分，阻抗Zxx和Zxy都呈“8”字型，地下已是三維介質(zhì)。

馬鞍山礦集區(qū)內(nèi)(寧蕪火山巖盆地)(63號(hào)測(cè)點(diǎn))、溧陽-南陵拉分盆地內(nèi)(39、31號(hào)測(cè)點(diǎn))，淺部介質(zhì)均呈弱二維特性，而隨著深度越大，地下介質(zhì)越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)維數(shù)越高。在江南造山帶(25、15號(hào)測(cè)點(diǎn))在地表已成二維構(gòu)造，中深部呈三維特性。

綜上所述，阻抗張量極化圖顯示，在張八嶺隆起、馬鞍山礦集帶、江南隆起帶之下，中深部二維、三維構(gòu)造發(fā)育，電阻率各向異性明顯，說明這些地區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)活動(dòng)。

3.2 二維反演及地質(zhì)解釋

二維反演方法采用連續(xù)介質(zhì)法(戴世坤和徐世浙，1997)(GMES軟件平臺(tái))，其初始模型采用了一維反演結(jié)果，這種反演方法的特點(diǎn)是速度較快、反演結(jié)果穩(wěn)定可靠。

二維反演及解釋結(jié)果見圖4，圖4a反映了10km以內(nèi)的淺部地質(zhì)與電性特征，反演結(jié)果與盆地、隆起帶和幾個(gè)主要的斷裂位置吻合較好，如合肥盆地以北的壽縣-定遠(yuǎn)斷裂SDF(測(cè)點(diǎn)123～119之間)、郯廬斷裂帶TLF(測(cè)點(diǎn)101～93之間)、蘇魯造山斷裂帶SLF(測(cè)點(diǎn)85～81之間)、滁河斷裂CHF(測(cè)點(diǎn)73～71之間)、茅山斷裂MSF(測(cè)點(diǎn)37～35之間)和江南斷裂JNF(測(cè)點(diǎn)29～27之間)。以上斷裂在大地構(gòu)造的文獻(xiàn)中雖有介紹(常印佛等，1996；李云平等，2006)，但有些斷裂被第四紀(jì)覆蓋，具體位置不確定，本次MT工作定量確定了這些斷裂比較準(zhǔn)確的空間位置。

圖4 二維反演及地質(zhì)解釋(a)-淺部二維反演結(jié)果(0～10km); (b)-淺部地質(zhì)解釋; (c)-深部二維反演結(jié)果(0～50km);(d)-深部地質(zhì)解釋Fig.4 Section of 2D EM inversion and geological interpretation(a)-2D inversion results in depth 10km up; (b)-shallow geological model; (c)-2D inversion results in depth 50km up; (d)-deep geological model

對(duì)于沉積盆地內(nèi)的巖礦石來說，其電性特征多為低電阻率，如合肥盆地、滁州-全椒盆地和溧陽盆地。合肥盆地規(guī)模較大(測(cè)點(diǎn)121～93)，全區(qū)被第四紀(jì)覆蓋，厚度約0～300m不等，電阻率大約10～30Ω·m左右，其下為巨厚的中生代白堊紀(jì)和侏羅紀(jì)地層，以泥巖、沙巖為主，厚度達(dá)3000～6000m不等，對(duì)應(yīng)電阻率較低，大約10～50Ω·m左右。最下層為元古代的基底，電阻率約為500～3000Ω·m。滁州-全椒盆地規(guī)模相對(duì)較小(測(cè)點(diǎn)79～65)淺部為白堊紀(jì)和志留紀(jì)，以泥巖、沙巖為主，厚度達(dá)2000～3000m不等，由于泥沙巖孔隙度大，電性特征表現(xiàn)為低電阻率，在20～90Ω·m之間變化。下伏地層為奧陶-寒武紀(jì)的灰?guī)r，為高電阻率特征，電阻率約500～5000Ω·m左右。

溧陽盆地(也叫溧水南陵拉分盆地)(測(cè)點(diǎn)45～27)位于橫山東南約5～55km之間，電性分布差異較大，電阻率約10～500Ω·m之間，盆地中有兩個(gè)明顯凹陷區(qū)，一個(gè)在45點(diǎn)附近，沉積厚度約1800m左右，此區(qū)域與西橫山組對(duì)應(yīng)，西橫山組主要出露于溧水盆地的橫山以西地區(qū), 是一套以砂巖、礫巖為主，兼泥巖、泥灰?guī)r的陸相碎屑沉積, 厚度大于1660m。另一個(gè)沉積最深部位在測(cè)點(diǎn)31和33之間，厚度約5000m。該盆地發(fā)育始于中侏羅世象山期的后期, 主體沉積為晚侏羅世早期的西橫山組, 盆地演化后期為火山巖所充填, 至晚白堊世初結(jié)束。在溧水地區(qū)充填了上侏羅統(tǒng)西橫山組的沉積巖和龍王山組、大王山組以及下白堊統(tǒng)娘娘山組的火山巖, 在南陵地區(qū)表現(xiàn)為一套厚達(dá)4607m 的中基性中酸性火山巖及火山碎屑沉積巖。

寧蕪火山巖盆地(馬鞍山礦集區(qū))(測(cè)點(diǎn)63～47)主要地層以中生代的白堊紀(jì)、侏羅紀(jì)和三疊紀(jì)為主，其中有多處火山巖出露，地層電阻率沿橫縱向變化較大，巖礦石導(dǎo)電性差異明顯，總體表現(xiàn)為高電阻率特征，從500Ω·m到2000Ω·m之間變化。

隆起帶電性特征最明顯，由于基巖埋深淺或出露，其導(dǎo)電性較差，電阻率很大。如張八嶺隆起帶(測(cè)點(diǎn)91～81)出露了許多前寒武紀(jì)的古老變質(zhì)巖地層，產(chǎn)狀平緩，也有寒武-奧陶及火成巖露頭，地層產(chǎn)狀陡立，說明地質(zhì)活動(dòng)復(fù)雜多變。以上地層和巖石由于致密而導(dǎo)電性較差，其電阻率值較高，從1000～5000Ω·m不等。

江南隆起位于測(cè)點(diǎn)21～11之間，地殼上升剝蝕嚴(yán)重，大面積出現(xiàn)石炭紀(jì)和奧陶紀(jì)地層，石灰?guī)r分布較廣，電阻率很高，大約300～5000Ω·m左右。江南斷裂位于19和21號(hào)測(cè)點(diǎn)之間。

圖4b是50km以內(nèi)深部大尺度地質(zhì)與電性分布。就整體而言，上地殼(0～12km)電性差異較大，以中高電阻率為主，斷陷盆地電阻率較低，火山巖侵入?yún)^(qū)電阻率很高。合肥盆地上地殼的電性底界面與地震勘探解釋結(jié)果吻合較好(李云平等，2006)。對(duì)于下地殼(12～33km)來說，電性呈現(xiàn)兩段特征，西段長(zhǎng)約100km(測(cè)點(diǎn)129～89)呈現(xiàn)10～20Ω·m的低電阻率，可能與沉積巖礦化含水有關(guān)；東段長(zhǎng)約200km呈現(xiàn)500～5000Ω·m的高電阻率，估計(jì)與侵入巖體有關(guān)。

在西段深度約36km處存在一個(gè)由低阻到高阻的電性界面，而在東段深度約32km處存在一個(gè)由高阻到低阻的電性界面，而這個(gè)電性界面與該地區(qū)的莫霍面深度基本相當(dāng)，因此我們稱這個(gè)電性界面為“電性莫霍面”，即“E-Moho”(Jones, 2013; Shietal., 2013)。但在MT剖面中段，由于巖漿活動(dòng)，電莫霍面不是很明顯。由西段電莫霍面比東段的要低一些，我們可以推斷華北板塊與揚(yáng)子板塊碰撞后，形成張八嶺隆起帶，并伴隨火山活動(dòng)。

4 討論

4.1 火山巖電性特征與成礦帶關(guān)系

大中型礦床往往與火山巖的活動(dòng)密不可分，或者說如果找到火山巖的分布，就有可能找到有工業(yè)價(jià)值的礦床。但是，在不同的地質(zhì)歷史時(shí)期都有火山活動(dòng)，由于噴發(fā)環(huán)境不同，會(huì)形成不同的礦產(chǎn)。如大別-蘇魯造山帶(張八嶺隆起帶)，源于印支期揚(yáng)子板塊和華北板塊的陸-陸碰撞，經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用，且處于持續(xù)抬升過程，因此形成的礦產(chǎn)以非金屬和金礦床為主，少見其他有色金屬礦產(chǎn)。巖石主要以石英砂巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖和條痕狀黑云鉀長(zhǎng)混合巖為主，電阻率很高。如岫巖縣的岫巖玉石、山東招遠(yuǎn)的大型富金礦、蒙陰金剛石原生礦、呂樂藍(lán)晶石、江蘇東海水晶、云母、紅寶石、金紅石、蛇紋石等(劉玉強(qiáng)，2004；肖騎彬等，2007；鄭大中和鄭若鋒，2009；薛林家等，2010)。糜棱巖同位素年齡證實(shí)，郯廬斷裂帶是早白堊世晚期形成的，晚于張八嶺隆起，曾經(jīng)受到東亞大陸邊緣左旋剪切力的作用，使大別-蘇魯造山帶發(fā)生左旋平移斷裂(朱光等，1995)。在郯廬斷裂帶發(fā)現(xiàn)較多的柯石英，柯石英被認(rèn)為是來自地球深處的物質(zhì)，是地殼運(yùn)動(dòng)留下來的記錄，用它可研究超高壓變質(zhì)作用和板塊碰撞作用。

長(zhǎng)江中下游成礦帶位于揚(yáng)子板塊以內(nèi)，在燕山期發(fā)生伸展、褶皺，并發(fā)生大規(guī)模巖漿侵入活動(dòng)，攜帶的大量熱液在白堊、侏羅和三疊地層中逐漸冷卻并發(fā)生礦化作用，變質(zhì)作用相對(duì)較弱，這種環(huán)境有利于各種金屬離子遷移和交代，最終形成以鐵、銅、銀為主的“一蓋多層”多金屬礦帶(常印佛等，1996)。對(duì)于大多數(shù)礦化帶而言，電性特征多為低電阻率。

4.2 中下地殼低電阻率分析

在上面的反演結(jié)果中，合肥盆地中下地殼電性特征為大片低電阻率物質(zhì)，這一現(xiàn)象與人們長(zhǎng)期認(rèn)為古老結(jié)晶基底應(yīng)為高電阻率的想法矛盾。其實(shí)，類似的下地殼低電阻率還有很多地方，如西藏羌塘盆地(張勝業(yè)等，1996)、洞庭湖凹陷(魏文博等，1996)、鄂爾多斯斷陷盆地(趙國(guó)澤等，2010)等。一般來說，造成低電阻率的原因大概有三種情況：導(dǎo)電礦物(如導(dǎo)電礦物或石墨等)、高溫熔融巖漿和含鹽流體。對(duì)于合肥盆地下地殼存在導(dǎo)電礦物的可能性較小，一是沒有來自下地殼的相關(guān)導(dǎo)電巖礦石證據(jù)，二是低阻體規(guī)模太大(厚度約20km、長(zhǎng)度約100km)。如果假設(shè)由部分熔融巖漿引起，但合肥盆地地?zé)豳Y料表明該地區(qū)地溫梯度平均27.5℃/km(陳剛等，2004)，以此估算，中下地殼溫度為275～550℃，巖石電阻率約為100～1000Ω·m之間(魏文博等，2006)，顯然，低阻層難以用部分熔融解釋。

巖石物理學(xué)的研究表明，在下地殼溫度400～500℃左右，花崗巖和輝長(zhǎng)巖在濕潤(rùn)和干燥情況下，二者的電阻率相差3～4個(gè)數(shù)量級(jí)(圖5)，因此，認(rèn)為下地殼存在一定的孔隙與水(或鹽水)就可以較好地解釋低阻體的問題(Jones, 1992)。1987～1994年德國(guó)完成了超深科學(xué)鉆孔(孔深9101m)證實(shí)，在超過8000 m深處仍有大量鹵水、9000m深處巖石有孔隙、有水和氣體流動(dòng)，而且地溫梯度增加也比預(yù)計(jì)的要快(蔡學(xué)林，1992)。盡管鉆探深度還不到中下地殼，但其結(jié)果提供了我們向下推斷解釋的依據(jù)。

圖5 花崗巖和輝長(zhǎng)巖在干燥和濕潤(rùn)條件下電阻率隨溫度的變化(據(jù)Shankland and Ander, 1983)Fig.5 Log electrical resistivity versus reciprocal temperature for dry granite and gabbro compared to their wet counterparts (after Shankland and Ander, 1983)

因此我們認(rèn)為合肥盆地中下地殼存在一定礦化度的水及二氧化碳，這些水和氣體來源于巖石在高溫高壓下的變質(zhì)作用(Rumble, 1989)。

對(duì)于火山巖盆地的下地殼來說，同樣適合上述解釋，只是相同深度的電阻率略大于合肥沉積盆地，主要原因是火山巖的侵入、變質(zhì)作用，使上地殼增厚，導(dǎo)致整體火山巖盆地電阻率偏高。

4.3 馬鞍山礦集區(qū)電性特征與其他地球物理結(jié)果對(duì)比

淮南-溧陽大剖面同時(shí)開展了多種物探方法，如大地電磁、重力、深反射地震、寬頻天然地震等(葉舟等，2006；Jiangetal.，2013；徐濤等，2014；江國(guó)明等，2014;張永謙等，2014)，比較解釋結(jié)果，基本結(jié)論一致。

在重力剖面上，合肥盆地區(qū)段表現(xiàn)出一個(gè)較明顯的低重力異常，這個(gè)重力異常與大地電磁大片的低電阻率異常對(duì)應(yīng)，一方面說明該區(qū)段在上地殼范圍內(nèi)存在低密度的沉積物；另一方面也說明此區(qū)段上地幔埋深較大。從郯廬斷裂向東南直到太湖邊上約150km范圍內(nèi)，重力值持續(xù)增加，淺部反映了高密度、高電阻率火成巖的存在，從深部來看，寬緩的重力抬升異常表明上地幔隆起，此結(jié)論與大地電磁反映的電莫霍面是一致的。

在合肥盆地、馬鞍山礦集區(qū)等區(qū)段，深反射地震解釋結(jié)果與大地電磁結(jié)果對(duì)應(yīng)較好，但在滁州-全椒盆地，廣角地震結(jié)果顯示的低速范圍與合肥盆地相當(dāng)，但大地電磁和重力的結(jié)果表明，滁州-全椒盆地東西向和縱深向規(guī)模不是很大。

5 結(jié)論

通過對(duì)淮南-溧陽大地電磁測(cè)深剖面的研究，得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

(1)該地區(qū)上地殼深度約為10～12km，表現(xiàn)為相對(duì)高電阻率特征，約50～5000Ω·m；合肥盆地中下地殼為大片的低電阻率(約10～20Ω·m)，推測(cè)中下地殼存在孔隙、且含少量鹽度的高溫結(jié)晶水氣。寧蕪盆地和溧陽盆地中下地殼電阻率較高，原因是大面積火山巖侵入使得綜合導(dǎo)電性變差。

(2)區(qū)內(nèi)在深度約30～38km處存在一電性界面，與該地區(qū)莫霍面的深度相當(dāng)，稱為“電莫霍面”(E-Moho)，呈現(xiàn)“西深東淺”的特征，推測(cè)華北板塊與揚(yáng)子板塊碰撞后，形成張八嶺隆起帶，并伴隨火山活動(dòng)。揚(yáng)子板塊一側(cè)在燕山期發(fā)生伸展運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致巖漿侵入活動(dòng)。

(3)中深部電阻率各向異性明顯，張八嶺隆起和寧蕪火山巖盆地橫縱向電性差異很大，整體表現(xiàn)為高電阻率，縱向電阻率分層不明顯，橫向?qū)鹕綆r體反映靈敏，常常表現(xiàn)出很大的電阻率。

(4)張八嶺的火山活動(dòng)屬于晉寧-印支期碰撞擠壓類型，具有超高壓變質(zhì)作用，形成的礦資產(chǎn)多為非金屬和金礦床有關(guān)，而寧蕪火山巖盆地是燕山期多期次火山侵入的結(jié)果，巖漿和熱液上涌，熱液與沉積圍巖礦化作用強(qiáng)烈，形成的礦產(chǎn)與鐵、銅、銀等多金屬礦床有關(guān)。

致謝在本項(xiàng)目研究中，中國(guó)地質(zhì)研究院的呂慶田、史大年、嚴(yán)加永、趙金花等以及中國(guó)科學(xué)研究院地質(zhì)與地球物理研究所的徐濤博士提供了一些建議和參考資料；中國(guó)地質(zhì)大學(xué)的江國(guó)明教授提出了許多寶貴的意見；戴世坤教授提供了最新的二維反演軟件；還有一些研究生做了諸多數(shù)據(jù)整理工作；在此一并表示衷心的感謝！

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