地球物理学报  2011, Vol. 54 Issue (2): 415-421   PDF    
引用本文
刘财, 杨宝俊, 王兆国, 等. 大兴安岭西北部中新生代盆地群基底电性分带特征研究. 地球物理学报, 2011, 54(2): 415-421, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2011.02.018.  
LIU C, YANG B J, WANG Z G, et al. A research on the geoelectrical banding characteristics of the bottom of the Mesozoic-Cenozoic basin groups in the Northwest of the Da Hinggan Ling fault. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 2011, 54(2): 415-421, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2011.02.018.  
大兴安岭西北部中新生代盆地群基底电性分带特征研究
刘财, 杨宝俊 , 王兆国, 刘洋, 王典, 冯晅, 鹿琪, 王世煜     
吉林大学地球探测科学与技术学院,长春 130026
收稿日期 2010-07-01, 2010-11-28 收修定稿
基金项目: 国家973计划课题(2009CB219301),国家自然科学基金(40974054),博士点基金(200801830042),国家科技支撑计划(2008-2012),公益性行业科研专项项目(201011078),油页岩勘探开发利用产学研用合作创新研究项目(OSP-02、OSR-02)资助
作者简介: 刘 财,男,1963年生,教授,博士生导师,主要从事地震波场正反演理论、综合地球物理等研究.E-mail:liucai@jlu.edu.cn
通讯作者: 杨宝俊,男,1943年生,教授,博士生导师,主要从事盆地构造、信号分析与处理、非线性波等领域研究. E-mail:yangbaojun@jlu.edu.cn
摘要: 位于大兴安岭西北部的中新生代盆地群(海拉尔、根河、漠河),其构造受到大兴安岭断裂、德尔布干断裂的控制,西北方向的蒙古—鄂霍茨克缝合带、南部西拉木伦河—延吉缝合带甚至更远的西太平洋板块运动、印度板块运动以及黑龙江中西部微板块间拼合等区域构造应力场叠加作用在该盆地群基底产生了复杂的深部构造特征.本文利用沿盆地群实施的4条(1000余公里、94个测点)MT剖面处理解释的地电学结构,得到盆地群基底电性结构沿北西—南东方向分带的特征.引入物理量"低阻化作用"借以描述盆地基底物性的变化.综合分析表明,盆地群基底电性结构因受到软流圈热物质作用可能在继续演化.
关键词: 大兴安岭西北部盆地群      区域构造应力场      大地电磁(MT)剖面      基底电性结构      低阻化作用     
A research on the geoelectrical banding characteristics of the bottom of the Mesozoic-Cenozoic basin groups in the Northwest of the Da Hinggan Ling fault
LIU Cai, YANG Bao-Jun, WANG Zhao-Guo, LIU Yang, WANG Dian, FENG Xuan, LU Qi, WANG Shi-Yu     
Geo-Exploration Science and Technology Institute, Jilin University, Changchun 130026, China
Abstract: The structures of the Mesozoic-Cenozoic basin groups (Hailar basin, Genhe basin, Mohe basin) lying in the Northwest of the Da Hinggan Ling fault are controlled by the Da Hinggan Ling fault and the Derbugan fault, and the regional tectonic stress field of the Mongol-Okhotsk suture zone in the Northwest of the basin groups, the Xilamulunhe-Yanji suture zone in their southern part, even the movements of the western Pacific plate and the Indian plate far away from the basins and the micro-plates collage zones in the middle and west of Heilongjiang province make a superimposed effect to the bottom of the basin groups, both of which produce the complex deep structure features. Using the geoelectrical structure of the four MT sections (about 1000 km, 94 survey points) carried out along the basin groups in this paper, the banding characteristic of geoelectrical structure of the bottom of the basin groups from Northwest to Southeast is obtained. "The effect of the low electrical resistance" is introduced to describe the change of the physical feature of the basin bottom. The comprehensive analysis shows that the electrical structure of the bottom of the basin groups perhaps continue to evolve by the effect of the asthenosphere hot material.
Key words: Basin groups in the northwest of the Da Hinggan Ling      Regional tectonic stress field      Magnetotelluric(MT) section      Geoelectrical structure of the bottom      Effect of low electrical resistance     
1 引 言

大兴安岭断裂在地球物理场上表现为大兴安岭重力梯级带[1~2].关于这条深断裂及相应的重力梯级带已有诸多论述，包括地球物理特征、构造地质成因以及与东部松辽盆地间的耦合关系、对西部中新生代盆地群的控制作用[3~4].对大兴安岭西北部的海拉尔盆地、根河盆地、漠河盆地起构造控制作用的除大兴安岭断裂还有德尔布干断裂[5, 6].这个盆地群地处蒙古-鄂霍茨克缝合带东南部，受到黑龙江中西部微板块间拼合产生的应力场作用，也可能受到南部西拉木伦-延吉缝合带的影响，甚至更远的西太平洋板块运动、印度板块运动对这里产生深部构造变动也有论及[3, 4].海拉尔盆地属于中亚-蒙古地槽的一部分，以德尔布干断裂为界，西面属于额尔古纳褶皱系，东面属于内蒙-大兴安岭褶皱系，德尔布干断裂带是两个褶皱系的缝合线.中生代以来构造活动强烈，基底特征对盖层控制作用显著[7~9].根河盆地是在晚侏罗世后蒙古-鄂霍茨克洋关闭的影响下形成的前陆盆地，也是北东向的弧内断陷盆地[10~12].盆地中部的一个隆起把盆地分为西、东部两个坳陷，盆地的西界和东界分别由德尔布干断裂和大兴安岭西部深大断裂所界定[13].漠河盆地北部边界沿黑龙江与俄罗斯境内的乌苏蒙盆地相连为同一中生代断拗盆地，该盆地处在大兴安岭褶皱带北端，受到北部的贝加尔-鄂霍茨克褶皱带和南部德尔布干岩石圈断裂两个方向的构造应力作用[14, 15].

由上述可知该盆地群处在十分复杂的区域构造应力场作用环境中，从基底到盖层都受到不同程度的变形变性改造.在借鉴相关地区研究成果和大地电磁技术精度提高的基础上[16~23]，我们沿盆地群实施了三条大地电磁(MT)探测剖面XB2、XB3、XB4.利用这些剖面处理、解释的地电学结构得到该盆地群基底电性横向分布的特征；同时引入一个"低阻化作用"的物理量，借以剖划盆地基底物性的变化.地质-地球物理综合分析表明，基底电性结构因受到软流圈热物质作用可能在继续演化.

2 数据采集、处理与分析 2.1 数据采集与处理

参见图 1，在漠河盆地布设的XB2 剖面(兴安镇-白鲁山林场)长约155km，测点16 个，平均点距约10km，根河盆地布设的XB3 剖面(太平屯林场-加格达奇)长约360km，测点50 个，平均点距约8km，海拉尔盆地布设的XB4 剖面包括主测线XB4-1与辅测线XB4-2，XB4-1 剖面(伊敏镇-恩河)长290km，测点24个，平均点距约12km，XB4-2剖面(三八-八大关村)长60km，测点9个，平均点距约7km.XB4-2 剖面在资料处理时，把主测线XB4-1的伊敏镇至三八段包含在内，利于较大范围的电性结构比较.野外观测采用加拿大凤凰地球物理公司生产的大地电磁测深仪器V5-2000.在保证数据采集质量基础上，处理采用同时考虑TE 和TM 两种极化视电阻率的反演方法，更能适应复杂地质体对视电阻率的影响.经过Occam 反演计算[24~26]，得到4条MT 剖面电性结构(图 2).其中XB4-2的处理自伊敏镇至八大关村，即包括了XB4-1的南段部分.

图 1 大兴安岭西北部盆地群区域构造与大地电磁(MT)剖面位置示意 Fig. 1 The regional structure of the basin groups in the Northwest of Da Hinggan Ling fault and the location of the magnetotelluric(MT) section
图 2 漠河盆地、根河盆地、海拉尔盆地布设的4条MT剖面二维电性反演结果 (a、b、c、d)分别为XB2、XB3、XB4-1、XB4-2线MT电阻率分布剖面，电阻率单位为nm. Fig. 2 The inversion result of the four 2-D MT sections which is located in the Mohe basin，Genhe basin，Hailar basin (a，b，c，d)separately stand for the section of the MTelectricresistivity of XB2、XB3、XB4-1、XB4-2 line，and the unit of the electricresistivity is Ωm.
2.2 四条剖面的二维电性结构分析

XB2剖面见图 2a.漠河盆地的上部基底呈壳层状较高电阻带，盆地中部以南为稳定的高阻块体，自北向南插入一低阻楔，其北部可深过45km，长缨断裂南倾，穿过一个相对低阻条带，断裂深度不比漠河盆地南部边界断裂浅.南部剖面大兴安岭火山岩带具有高阻电性结构.

XB3剖面见图 2b.根河盆地基底电性特征表现自西向东由中部隆起分成三段，西部坳陷段特征类似于漠河盆地北部，即有一低阻楔插入到约10km深，中部隆起段基底具有稳定的高阻特征，东部坳陷段的中下部地壳具有相对低阻带(低至200Ωm).根河盆地以东以林西深断裂为界的喜桂图旗背斜带的壳幔具有高阻块带特征，盆地以西以德尔布干深断裂为界的褶皱带具有稳定高阻电性结构.

XB4-1剖面见图 2c.海拉尔盆地从南向北以满洲里-博克图断裂为界，南部在不厚于10km 的相对高阻层壳(300Ωm)之下是大套低阻带(5~70Ωm)，类似于松辽盆地基底.北部直至额尔古纳兴凯地槽褶皱带的200km 范围内具有高阻结构，其中夹有一处的相对低阻楔.

XB4-2剖面见图 2d.剖面电性结构与XB4-1相近，仅位置稍有变化.

上述四条剖面位于盆地内的部分简记为"盆内剖面".盆内剖面基底电性结构主要可分为三类.第一类(北带，(N))，其基底电性特征如XB2 的BA段、XB3的CC1 段；第二类(中带，(M))，如XB3 的C1D1、D1D 段、XB4 的FE、FH 段；第三类(南带，(S))，如XB4的GF 段.三类剖面电性结构主要特征可概括为:北带存在低阻楔，中带主要表现为高阻块带，南带是低阻基底.考虑到四条剖面中盆内剖面之外剖面段，如XB3 的东段、XB4-1 和XB4-2 的北段部分壳幔电性结构与XB3 的C1D 段基底电性特征类似，即是高阻块带特征，把它们与XB3 的C1D归为一类.然后在平面范围内，4条MT 剖面相应的盆地南部边界断裂浅.南部剖面大兴安岭火山岩带具有高阻电性结构.

XB3剖面见图 2b.根河盆地基底电性特征表现自西向东由中部隆起分成三段，西部坳陷段特征类似于漠河盆地北部，即有一低阻楔插入到约10km深，中部隆起段基底具有稳定的高阻特征，东部坳陷段的中下部地壳具有相对低阻带(低至200Ωm).根河盆地以东以林西深断裂为界的喜桂图旗背斜带的壳幔具有高阻块带特征，盆地以西以德尔布干深断裂为界的褶皱带具有稳定高阻电性结构.

XB4-1剖面见图 2c.海拉尔盆地从南向北以满洲里-博克图断裂为界，南部在不厚于10km 的相对高阻层壳(300Ωm)之下是大套低阻带(5~70Ωm)，类似于松辽盆地基底.北部直至额尔古纳兴凯地槽褶皱带的200km 范围内具有高阻结构，其中夹有一处的相对低阻楔.

XB4-2剖面见图 2d.剖面电性结构与XB4-1相近，仅位置稍有变化.

上述四条剖面位于盆地内的部分简记为"盆内剖面".盆内剖面基底电性结构主要可分为三类.第一类(北带，(N))，其基底电性特征如XB2 的BA段、XB3的CC1 段；第二类(中带，(M))，如XB3 的C1D1、D1D 段、XB4 的FE、FH 段；第三类(南带，(S))，如XB4的GF 段.三类剖面电性结构主要特征可概括为:北带存在低阻楔，中带主要表现为高阻块带，南带是低阻基底.考虑到四条剖面中盆内剖面之外剖面段，如XB3 的东段、XB4-1 和XB4-2 的北段部分壳幔电性结构与XB3 的C1D 段基底电性特征类似，即是高阻块带特征，把它们与XB3 的C1D归为一类.然后在平面范围内，4条MT 剖面相应的二维电性结构表现为分带的特征(图 3(a、b、c、d))，与三带电性结构相应的电性特征可由模式图(图 3e)概括.另外，北带(N)的西北(M1 带)亦具有高阻特征.

图 3 四条剖面二维电性结构分带特征与带的电性模式 Fig. 3 The banding characteristics of the 2-D geoelectrical structure of the four sections and the geoelectrical pattern of the belts

图 3表达的断面电性结构分带特征虽然有较大的近似，但是该研究范围自北西向南东确实存在几种程度不同的电性结构特征.盆地内基底与盆地外壳幔岩层所具有的电性特征与盆地内外无关.从区域构造背景分析，北带距离蒙古-鄂霍茨克缝合带较近，中带和南带东侧是德尔布干断裂和大兴安岭断裂.对北带基底的低阻楔，一个动力因素可能是蒙古-鄂霍茨克缝合带的拼合应力场引起邻近区域的壳幔热结构变化，导致自拼合带向南的侵入低阻楔结构，另一个可能的动力因素是北带邻域的地幔热柱的作用.如果前一种动力因素成立，那么中带的稳定高阻块带将有可能受到北带低阻楔的"南侵"作用而发生高阻范围减小的变化.南带与松辽盆地基底具有极相近的低阻带特征，而且它们并未连片.松辽盆地基底的低阻结构成因，解释为主要受到太平洋板块西向俯冲作用在松嫩地块下方引起热结构的巨大扰动所至[3].太平洋板块西向俯冲作用已知可达到大兴安岭重力梯级带[4]，甚至有可能延伸到海拉尔盆地一带.南带的基底电性结构的成因因素之一是西太平洋板块运动，也是可以接受的.另外南带附近的地幔型热柱[3]产生的热物质上涌也是低阻带成因的一部分.其他区域构造应力场对形成三带电性结构也可能起一定作用.此外，大兴安岭西北部盆地群域壳幔岩层物性、结构构造对形成三带电性特征也是基本物质条件.

3 结论与讨论

通过本文的研究得出一下结论:

(1) 利用在大兴安岭西北部的中新生代盆地漠河盆地、根河盆地和海拉尔盆地及邻域实施的4 条大地电磁(MT)剖面资料解释的二维电性结构，发现该盆地群基底及邻域壳幔岩层的电性呈带状分布，即北带的低阻楔结构、中带的高阻块带结构和南带的低阻带结构.

(2) 该盆地群及邻域在大地构造位置上西北有蒙古-鄂霍茨克缝合带、南有西拉木伦-延吉缝合带，并且受到德尔布干断裂、大兴安岭断裂的制约，甚至西太平洋板块运动、印度板块运动、黑龙江中西部微板块间拼合以及地幔热柱的热物质上涌产生的区域构造应力场作用也叠加在深部结构上.上述复杂的区域与深部构造作用共同影响了盆地群及邻域的电性特征.

图 2a的漠河盆地和图 2b的根河盆地西部坳陷基底电性结构特征(低阻楔，图 3b)，尤其漠河盆地基底自北向南的低阻楔更为明显，"楔"的根部范围大.可以认为是一个向漠河盆地南边界的上部基底逐渐"侵入"的低阻窄带.很可能那个窄低阻带将逐渐扩大范围.这一推测的变化简称为"低阻化".在"低阻楔"部位，可能原来的电性约为700Ωm 左右，被盆地北部基底大范围低阻带的南向"低阻化"作用，使电阻率下降至小于100Ωm.为更清楚表达这一推测的变化，参见图 4，一个高阻块带(>1000Ωm)，被来自右下方的低阻带向左上方的"低阻化"作用，引起原高阻块带几乎一半的范围电阻率变低.该"低阻化"范围的增大将取决于"根部"大范围低阻带的成因机制是否仍然在起作用，例如板块俯冲引起的壳幔热扰动、地幔热柱的热物质上涌作用等是否已经停止(停止之前的作用亦存在延时效应)，也应该与被"低阻化"的岩层性质有关.

图 4 壳幔物质"低阻化"作用模型 图中表示电阻率的等值线上的数字单位是nm，实等值线所标志的 电性分布为原有的特征. Fig. 4 The pattern of the action of "the effect of the low electrical resistance" of the matter tn the crust and mantle The unit of the electric resistivity in the figure is nm，and the solid soline denotes the original characteristics of the geoelectrical distribution.
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