2012, Vol. 55
2. 中国地质科学院, 北京 100037;
3. 中国科技大学, 合肥 230026;
4. 中国石化胜利油田分公司, 山东东营 257000
, YANG Xiao-Yong3, LIU Cheng-Zhai4, ZHANG LⅠ-Li1, LI Bing2, XU Ya1, HUANG Song1, HU WeⅠ-Jian1
2. Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
3. University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China;
4. Shengli Oil Company, Dongying Shandong 257100, China
大别山北缘位于大别造山带与华北陆块会聚的地带，属于中国中央造山带北侧中生代构造活动带一部分[1-2]，区内火山岩分布广泛[3]，逆冲推覆构造发育[4]，近年来又发现了指示油气资源的沥青和可燃性天然气[5-6]及储量丰富的金属矿藏[7]，其深部地质结构的揭示，对研究板块汇聚边界的深部动力学、 重要矿产聚集区成矿背景、盆山结合带对油气资源制约和火山岩浆活动深部过程等均具有重要的理论意义.经过多年来大量的构造地质、岩石学和年代学等多方面研究[8-10]，在岩浆岩空间分布、岩石组成、 形成时代和演化过程等方面已经取得了较多的共识[11-13]，对近地表逆冲推覆构造的几何学形态、运动学特征和动力学背景等也获得了较为系统而深入的成果[4, 14].显然，这些基于地表观察和取样的认识急需深部地球物理探测予以证实和补充.为此，广大地球物理学者相继开展了横贯大别造山带的大地电磁测深[15-16]、宽角反射与折射地震探测[17-20]和天然地震波成像[21-23]等多种地球物理探测，尤其是近年来完成了横贯大别山前陆褶皱带的深地震反射剖面探测[24-25]和横穿大别山西部的深反射地震剖面[26-27]，揭示了大别造山带地壳结构框架和上地幔构造环境，极大地推进了大别山造山带演化及动力学研究. 然而，大别山北缘的地球物理探测程度却还很低，目前还缺乏高精度反射地震探测控制，其深部精细结构尚不明确，致使本区一些基础地质问题还存在异议，如:北部边界还存在六安断裂[23]和舒城-信阳断裂[28]两种不同认识，与此相关的南北板块缝合线的位置也有不同意见[15, 23, 27-29].针对上述问题，本文以2条并行的高精度电法和地震反射剖面为主导，辅以新采集的高精度重磁数据，结合已有研究成果，揭示了其深部精细结构，期望对大别山北麓构造格局和南北板块缝合带等研究提供限定.
2 地质构造简况大别山北缘，即通常所说的北淮阳地区，构造上属于大别山造山带，南以磨子潭-晓天断裂与北大别杂岩带相接(图 1)，北侧与中、新生代的断陷盆地(合肥盆地、信阳盆地)相邻，东到郯庐断裂，往西越过商城-麻城断裂到南阳盆地以东，呈近东西向带状展布[30-31].许多学者对此进行了系统研究，提出了北淮阳构造带、北淮阳对接带、北淮阳前陆盆地，北淮阳逆冲推覆带、北淮阳火山活动带等概念，深化了对该区地质构造的认识[1, 3-5, 9].
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图 1 大别山北缘地质构造简图[9, 28, 33-34] 1.古近系-白垩系上统(Paleogene-Uper Cretaceoussystem)；2.白垩系下统(Lower Cretaceous system)；3.侏罗系(Jurassic system)；4.早白垩世火山岩/花岗岩(Volcanicrock and granite of Lower Cretaceous system)；5.断裂(Fault)；6.高角度正断裂(High-angle normal fault)； 7.逆冲断裂(Thrust fault)；8.滑脱剪切带Slip shear zone)；9.隐伏断裂(Buried fault)；10.电法和地震测线和编号(Test line and NO.)； 11.数据点位编号(NO. of data position)；12.深钻井位置和编号(Location and number of deep drilling)；I1.超高压变质岩(Ultrahigh- pressure metamorphic rocks)；I2.高压变质岩(High-pressure metamorphi crocks)；Ⅱ.北大别杂岩带(North Dabie Oroganic Belt)；Ⅲ1.卢镇关杂岩(Luzhenguan complex rock)；Ⅲ2.佛子岭群(Fuziling group)；Ⅲ3.石炭系(Carboniferous System)；SMF:商城-麻城断裂(Shangcheng-Macheng fault)；MXF:磨子潭- 晓天断裂(Mazitan-Xiaotian fault)；JLF:金寨- 龙门冲断裂(JinzhaⅠ-Longmenchong fault)； SCXYF:舒城-信阳断裂(Shucheng-Xinyang fault) Fig. 1 Geology sketch of the north margin of the Dabie Oroganic Belt[9, 28, 33-34] |
根据已有研究成果，研究区地层组成复杂，广泛出露元古宇卢镇关杂岩和早古生代佛子岭群火山- 碎屑变质岩系等基底地层，局部出露晚古生代梅山群含煤碎屑岩系，侏罗纪沉积了数千米的前陆盆地磨拉石建造，主要包括三尖铺组(防虎山组、圆筒山组、周公山组)和凤凰台组(朱巷组)，晚中生代岩浆活动强烈，大量发育毛坦厂组火山-碎屑沉积岩和侵入岩及晓天组碎屑沉积岩，古近纪在北侧沉积了戚家桥组(定远组)砂泥岩[1, 5, 9, 25, 32-33].
研究区构造格局复杂多样，后期改造明显，总体表现为山前逆冲推覆构造特征[28]，主要为前石炭纪构造岩片逆冲推覆在梅山群等晚古生代构造岩片之上，前中生代构造岩片又向北逆冲推覆于合肥盆地南缘侏罗系粗碎屑沉积岩系之上，形成一系列构造窗、飞来峰和逆冲(掩)断层带[14, 28].
3 数据来源1999-2003年作者参加了合肥盆地油气勘查；完成了合肥盆地及邻区地质调查、重力、航磁、电法、 地震和钻井等多项工作.由于以往主要进行油气资源研究，而且多为单个物探方法的独立研究，所取得的成果难以满足基础地质研究的需求.为了综合解析研究区深部结构，本次研究系统分析了近年来取得的重、磁、电、震资料，根据地质构造条件，选用了2条同测线采集的电法和反射地震数据(图 1)，北起蚌埠隆起南缘、穿越合肥盆地、经北淮阳构造带和晓天盆地、延入北大别杂岩带；Ⅰ号测线起、止点的地理坐标为(31°10′N，116°20′E)和(32°40′N，116°20′E)，Ⅱ 号测线起、止点的地理坐标为(31°24′N，116°45′E) 和(32°40′N，116°45′E).同时采用了高精度重力和航磁数据以及安参1钻井资料等.
二维地震数据:6000-50-0-50-6000 观测系统； 240道接收；200 m 炮间距；50 m 道间距；30 次覆盖；检波器为SN4-10；组合基距为40 m×40 m；激发井深为12 m；激发药量为8 kg；仪器型号为GDAPS-4；2ms采样间隔；前放增益为24d B；记录长度:6s(个别地段8s).数据处理采用美国SP2大型并行计算机和OMEGA 地震资料处理系统完成，在时间域常规处理后，采用克希霍夫波动方程积分算法进行深度偏移，深度处理步长为4m,偏移孔径为1500个CMP，层速度增量为10m/s.
EMAP电法数据:EMAP 方法全称为电磁阵列剖面法，是针对消除MT(大地电磁测深)法中静态干扰而提出的一种数据采集和处理方法，其实质是依靠高密度数据采用低通滤波手段消除浅部电性横向不均匀性和局部地形起伏造成的静态影响，以提高剖面质量.野外电法测量采用加拿大凤凰公司V5-2000仪器，物理点距250 m,“十"字型电极布置，电极距100m,采样格式为1∶8∶3，采集频率不低于36频点.远磁参考场点地理坐标为(32°20′N，116°42′E)；备选的远磁参考场点地理坐标为(31°30′N，116°10′E).在对电法采集数据进行编辑、圆滑、静位移校正、极化模式判别和一维反演等常规处理后，采用长江大学地球物理与石油资源学院开发的EMAP处理软件进行二维连续反演，多次迭代后获得二维电性结构剖面.
航磁测量:比例尺为1∶5 万，空中测量系统配备有HC-90K 氦光泵磁力仪、AADC-Ⅱ自动航磁数字补偿仪、DS-Ⅲ 数据收录系统、GR-33 图形记录仪、GG-24 双星座卫星导航定位系统、BG3.0和ALT-50无线电测高计和1241型气压高度计，地面磁日变测量系统为DDS-1 磁日变收录系统和HC- 90D 型地面光泵磁力仪.航磁测量数据处理采用微机数据处理系统AGSDPS 和加拿大OASIS 软件，主要包括原始数据录入、检查、换算、校正、正常场和日变改正、磁场调平等，航磁测量总精度为1.10n T.
重力测量:比例尺为1∶10 万，采用拉科斯特G/D 型重力仪和Trimble4700型GPS接收机，重力点坐标采用1954年北京坐标系，高程采用1985 国家高程基准.数据处理软件采用美国FUGRO-LCT 重磁震联合处理解释系统，在完成固体潮校正、零点位移校正、正常场校正、布格校正、水深及脚架高度校正和地形校正之后，进行了重力场滤波、向上延拓和区域重力场及剩余重力异常计算等处理，重力异常总精度±0.043×10-5 m/s2.
安参1井深钻探:钻井位于合肥盆地中部，井深5200m,钻穿中生界，钻遇前中生界，完成了全井段岩屑录井和多方法地球物理测井，取芯30 次，累计岩芯长度145m,为本次研究的地层标定提供了直接证据.
4 深部电性结构与以往区域性大地电磁剖面(点距多为2km,甚至更大)不同，本次研究为高密度数据采集，点距为250m,反映的地下电性信息更加丰富，尤其构造复杂的测线南端，展现了基岩的内部结构，有助于对大别山北缘深部结构进行细致而系统的分析.
根据电性图像(图 2a,图 3a)，大别山北缘电性结构框架总体呈现两端高阻、中间低阻特征，根据已有研究成果[5]，南部高阻块体为大别山北侧构造带，中部低阻体为肥南坳陷(向西与河南省信阳盆地相接)，北部中高阻块体为肥北斜坡带.
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图 2 Ⅰ号测线地震-大地电磁综合解释剖面图 (a)大地电磁二维反演剖面；(b)二维地震反射剖面；(c)地质综合解释剖面. 1.地质块体编号Geological blocknumber； 2.块体界线Block boundaries； 3.构造分区编号Constmction division No.； 4.断裂Fault； 5.推测断裂Speculatedfault； 6.电阻率值Resist Ωm. A.北大别杂岩带North Dabie Oroganic Belt； B.北淮阳构造带Northem-Huaiyang tectonic belt； C.舒城凹陷Shucheng depression； D.肥中断裂带Feizhong fault zone； E.肥北斜坡带 Fig. 2 A profile map from joint inversion of magnetotelluric and seismic data along Ⅰ measurement (a) Electrical characteristics of 2D MT inversion ； (b) 2D Seismic refraction profile； (c) Geological section explained from seismic-magnetotelluric exploration. |
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图 3 Ⅱ号测线地震-大地电磁综合解释剖面图 (a)大地电磁二维反演剖面；(b)二维地震反射剖面；(c)地质综合解释剖面. 1.地质块体编号Geological block number； 2.块体界线Block boundaries； 3.构造分区编号Construction division No.； 4.断裂Fault； 5.推测断裂Speculated fault； 6.电阻率值Resistivity,Ωm； A.北大别杂岩带North Dabie Orogenic Belt； B.北淮阳构造带Northern-Huaiyang tectonic belt； C.舒城凹陷Shucheng depression； D.肥中断裂带Feizhong fault zone； E.肥北斜坡带Feibei slop zone； Wcl.安参1 井Well ancan-1； W3.合深3 井Well-3. Fig. 3 A profile map from seismic-magnetotelluric exploration along Ⅱ measurement (a) Electrical characteristics of 2D MT inversion； (b) 2D seismic refraction profile； (c) Geological section explained from seismic-magnetotelluric exploration. |
根据电阻率阻值变化(图 2a,图 3a)，将电性特征划分为9 类:①Ⅲ-1:位于Ⅰ号测线剖面顶部，电阻率阻值在5~10Ωm,整体呈现薄层状.②Ⅲ-2:位于剖面上部，电阻率阻值在5~20Ωm,整体呈现楔状体.③Ⅲ-3:电阻率阻值在200~70Ωm,位于Ⅰ号测线剖面南段顶部，呈小块体.④Ⅲ-4:位于剖面南段上部，电阻率阻值在300~800Ωm,在高阻背景中整体呈现纺锤形.⑤Ⅲ-5和Ⅲ-6:位于剖面上部，电阻率阻值在50~200Ωm,整体呈现层状.⑥Ⅱ-1:位于高阻之上，电阻率阻值在10~50Ωm,整体呈现块体. ⑦Ⅰ-4:位于高阻之下，电阻率阻值在100~400Ωm,整体呈现层块体.⑧Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅰ-5 和Ⅱ-2:电阻率阻值在1000Ωm以上，整体呈现厚块状.⑨ 线性梯度带:位于高阻和低阻之间，或两个高阻体内部之间，电阻率变化快.
根据电性特征横向分布和纵向上的变化情况，可划分为A、B、C、D、E 段(图 2c,图 3c)，分别与前人划分的大别杂岩带、北淮阳构造带、舒城凹陷、肥中断裂带和肥北斜坡带相对应[5, 15, 28, 31]，两条测线剖面解释基本一致，以Ⅰ号测线为例:①A 段:位于0~25 点位之间，中上部为高阻，顶部含中阻块体，底部为中阻，进一步可分为Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-4和Ⅱ-1.②B 段:位于25~45点位之间，中上部为高阻，底部为中低阻，可分为Ⅰ-5、Ⅲ-3、Ⅰ-3和Ⅱ-1.③C段:位于45~82 点位之间，中上部为中低阻，下部为低阻，进一步可分为Ⅲ-2、Ⅲ-3、Ⅲ-4 、Ⅲ-5、Ⅲ-6 和Ⅱ-1.④D 段: 位于82~130点位之间，中上部为中低阻，下部为低阻，进一步可分为Ⅲ-2、Ⅲ-5、Ⅲ-6和Ⅱ-1.⑤E 段: 位于130~200点位之间，上部为中低阻，下部为高阻，进一步可分为Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-5、Ⅲ-6、Ⅱ-1和Ⅱ-2.
根据线性梯度带和各电性块体之间关系(图 2a,图 3a)，结合已有研究成果[34-35]，划分为7 条大型断裂:F1，F2，F3，F4，F5，F6，F7(图 2c,图 3c).
5 地震反射结构高精度反射地震被认为是深部探测的一种有效手段[36]，本次研究获得的地震反射剖面清晰地展示了大别山北缘的深部地震反射特征(图 2b,图 3b)，其波组特征清晰，反射同相轴可连续追踪，断层断点清楚，断面波较为发育，通过叠前深度偏移处理，实现了深部结构的准确定位.
根据地震地层学方法和剖面特征，可识别出6 个层状反射波组和3 个基底反射块体(图 2b,图 3b)，据此划分了9 个反射层:①Ⅲ-1:底部为2~3 个相位、中低频、强振幅、连续性好的反射，主要分布于Ⅰ号测线北段，呈现薄层状，与下伏地层为不整合接触.②Ⅲ-2:底部为2~3个相位、中低频、强振幅、 连续性较好的反射，整体呈楔状体，分布于断裂的下盘，与下伏地层为不整合接触.③Ⅲ-3:底部为中频、 强振幅、连续性好的反射，整体呈楔状体，分布于测线南段，与下伏地层为不整合接触.④Ⅲ-4:底部主要为中频、中振幅、连续性好的反射，整体呈纺锤型，分布于测线南段，与下伏地层为不整合接触.⑤Ⅲ- 5:底部为2~3个相位、中高频、强振幅、连续性较好的反射，呈现层状，全测线都有分布，与下伏地层为整合接触.⑥Ⅲ-6:底部表现为2~3 个相位、中低频、强振幅、连续性较好的反射，呈现层状分布于测线南段，与下伏地层为不整合接触.⑦Ⅰ-3表现为北倾、中等连续、强反射，整体呈现厚块体.⑧Ⅱ-1表现为强弱相间、中等连续的强反射，底部为2~3 个相位、连续、较清晰，在点位70 处倾角变缓、与Ⅰ-3 的反射同相轴相向对接，整体呈现厚层块体.⑨Ⅱ-2表现为杂乱的强反射，整体呈现厚块体.
根据上述特征，测线剖面可划分为B、C、D、E 段(图 2c,图 3c)，分别与前人划分的北淮阳构造带、 舒城凹陷、肥中断裂带和肥北斜坡带相对应[5, 9]，两条剖面解释相似，以Ⅱ号测线为例:①B 段:位于42~60 点位之间，表现为杂乱的造山带反射，主要为Ⅰ-3组成.②C 段:位于60~90点位之间，表现为山前坳陷带反射，由Ⅲ-2、Ⅲ-3、Ⅲ-4、Ⅲ-5、Ⅲ-6 和Ⅱ-1组成.③D 段:位于90~128 点位之间，为断裂带反射特征，由Ⅲ-2、Ⅲ-5、Ⅲ-6 和Ⅱ-1 组成.④E 段:位于128~200点位之间，表现为稳定斜坡带反射特征，由Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-5、Ⅲ-6、Ⅱ-1和Ⅱ-2组成.
根据反射波组错断特征和各块体之间关系(图 2b,图 3b)，结合已有研究成果[5, 9]，划分为5条大型断裂:F1，F2，F3，F4，F5(图 2c,图 3c).
6 深部地质结构上述电性和地震反射特征分析表明，两条测线的深部地球物理特征相似(图 2，图 3)，而且地震和电法剖面具有较强的可比性，为深部地质结构解译奠定了扎实的数据基础.
根据各块体的地球物理特征，综合地质露头和已有研究成果[11, 12, 33, 37]，准确标定各块体的地质属性，是深部地质结构解译的关键[38].如果各块体地质属性标定不同或存在偏差，那么地质认识也就不同.为此，笔者查阅和分析了大量资料，进行了长期反复研究，根据地震反射特征和电性结构，结合地层露头和7口深钻井的地层资料，具体标定如下:
6.1 Ⅰ地质块体Ⅰ地质块体包括A 区和B 区，即北大别杂岩带和北淮阳构造带，地震反射杂乱，隐约可见向北倾的反射轴，电性上为高阻(>2000Ωm)，呈块状，厚度约10km,与中生界和新生界的地震反射和电性特征差别明显(图 2，图 3)，根据地面出露[1]的前中生界物性特征(表 1)，推断为前中生代岩系.
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表 1 北淮阳构造带及邻区主要岩石物性表 Table 1 Main petrophysical table of North Huaiyang tectonic belt and its adjacent regions |
A 区广泛出露太古界大别群[1]，据此，Ⅰ-1 地质块体直接标定为北大别杂岩构造带的大别群.航磁异常图像显示该区呈现高异常(图 4a)，本次测到该群(斜长角闪岩、黑云母混合花岗岩、浅粒岩等)磁化率高达1000×10-5SI以上(表 1)，整体具有强磁性，无疑应是引起这种强磁异常的主要地质因素.根据上延1km(图 4b)、上延3km(图 4c)、上延5km (图 4d)的航磁异常特征，A 区依然为强异常，尤其是北大别杂岩构造带上延5km 的航磁异常(图 4d) 与肥北斜坡带(深部为霍邱群)强度相当，说明深部地质体磁性较强，据此推断Ⅰ-2为大别群岩系.
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图 4 Ⅰ号测线附近区带航磁异常图 1.航磁异常色标(Aeromagneticanomaliescolor,n T)；2.Ⅰ号测线位置(No.Itestlineposition)；3.城市(city). (a)航磁ΔT化极等值线图；(b)上延1km 等值线图；(c)上延3km 等值线图；(d)上延5km 等值线图. Fig. 4 Aeromagnetic abnormity map of No. Ⅰ test line zone (a) The pole aeromagnetic contour map of ΔT； (b) Contour map on the extension of 1 km； (c) Contour map on the extension of 3 km； (d) Contour map on the extension of 5 km. |
Ⅰ-4为层状中低阻(图 2a)，根据俯冲板块拆沉模型、岩浆活动过程和超高压变质岩折返机理等研究成果[39-41]，大别造山带深部存在上涌的下地壳和上地幔物质，据此推断Ⅰ-4为上涌的深部物质(亦可能包括深部重融物质).在Ⅰ号测线南段，B 区主要出露晓天组、佛子岭群和卢镇关杂岩[1]，据此将高电性阻值的Ⅰ-5地质块体标定为佛子岭群和卢镇关杂岩，高阻背景上的低值Ⅲ-3标定为晓天盆地的晓天组(图 2).B 区航磁异常表现为负背景场中分布了众多的局部异常，形成了杂乱的磁异常特征(图 4a)；上延3km后这些异常消失，整体表现为负异常，与南侧的北大别杂岩带正异常形成鲜明对比(图 4c)；说明本区浅部覆盖强磁性物质、而其深部为弱磁性基底.鉴于该区地面广泛发育较强磁性的侵入岩和火山碎屑沉积岩系[3]，大面积出露弱磁性的佛子岭群和卢镇关杂岩，其累积厚度大于10000m[1]，据此将Ⅰ-3地质块体标定为佛子岭群和卢镇关杂岩.
6.2 Ⅱ地质块体Ⅱ地质块体的电性形态和地震反射特征与Ⅰ和Ⅲ地质体差别明显(图 2，图 3)，总体特征自大别造山带深部向北一直延伸至淮南复向斜，据此推断其为华北陆块南缘的前中生界.
Ⅱ-2地质块体标定为华北型太古宇霍邱群[1]，依据:①地震反射特征:杂乱反射，呈块体状，该特征与沉积岩层状反射特征差异明显，应是变质岩的反映.②电性特征:电性上为主要高阻(>2000Ωm)，与地面实测的霍邱群变质岩系电阻率相近.③ 重磁特征:重磁图像显示其分布区域内呈现高异常，上延后其特征基本不变(图 4，图 5)，说明其基底为高磁、 高密岩系，与地面实测的霍邱群变质岩系物性吻合较好.④合深3 井在中生界下钻遇霍邱群[42].参照淮南复向斜基岩出露情况[43]，综合推断Ⅱ-2地质块体为华北型太古宇霍邱群.
Ⅱ-1地质块体标定为华北型前中生界沉积岩，依据:①地震反射特征:地震反射界面连续性好，反射强，层系内部反射弱，呈厚层状，向南倾伏，该特征与中、新生界层状反射或变质岩杂乱反射的特征差异明显，应是沉积岩或浅变质沉积岩的反映(图 2b,图 3b).②电性特征:电性特征(图 2a,图 3a)主要为低阻(5~50Ωm)，与华北型上元古界刘老碑组泥岩电阻率相近(表 1)，而与变质岩系(>2000Ωm)的电阻率差异较大.③重磁特征:重磁图像显示其分布区域内呈现高重力异常、负航磁异常(图 4a,图 5a)，上延后其特征基本不变(图 4，图 5)，说明其基底为低磁、高密岩系，与实测的华北型上元古界的低磁、高密物性吻合较好.④地层揭露:安参1井在中生界下钻遇上千米厚度的华北型前中生界沉积岩[44]，合肥盆地内部防虎山地区在侏罗系下出露前古生界片岩[1].⑤深部物质成分:有机地球化学分析表明，北淮阳构造带发现的沥青有机组分主要来源于低等藻类生物[5]，说明在变质岩下存在海相烃源岩地层，与邻区刘老碑组烃源岩特征相近[45].岩浆岩地球化学测试也表明北淮阳构造带岩浆岩含有较多的华北陆块化学成分[39-40, 46].这些研究成果表明，华北陆块已经伸入到北淮阳构造带下方，Ⅱ地质块体应为华北陆块向南延伸的部分；综合推断Ⅱ-1 地质块体为华北型前中生界沉积岩(上部可能残存古生界).
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图 5 Ⅰ号测线附近区带重力异常图 1.重力异常色标(Gravityanomalycolor,10-5m/s2)；2.Ⅰ号测线位置(No.Itestlineposition)；3.城市city. (a)布格重力异常等值线图；(b)上延1km 等值线图；(c)上延8km 等值线图；(d)上延15km 等值线图. Fig. 5 Gravity anomaly map of No. Ⅰ test line zone (a) Bouguer gravity (to change) anomaly contour map; (b) Contour map on the extension of 1 km; (c) Contour map on the extension of 8 km； (d) Contour map on the extension of 15 km. |
Ⅲ地质块体电性上为低阻(<40Ωm)，地震反射界面连续性好，反射强，同相轴总体呈水平层状(图 2)；为合肥盆地中、新生界的反映.
依据盆内露头[34]、重新划分的钻井地层数据(表 2)和地震合成记录[33]，对地震反射波组进行了地质标定(图 2b,图 3b)，其中Ⅲ-6为防虎山组、Ⅲ- 5为圆筒山组(周公山组)、Ⅲ-2为定远组和Ⅲ-1为正阳关组，对这些地震层系研究已有较多成果[33]，本文不多累述.
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表 2 大别山北缘深钻井钻遇地层表(m) Table 2 The stratigraphic table of deep drilling of the north margin of the Dabie Orogenic (m) |
测线南段广泛出露毛坦厂组[1]，将Ⅲ-3标定为毛坦厂组.毛坦厂组下伏的凤凰台组[1]，岩性以砂砾岩为主，低孔隙度，厚度达3000 m 以上，电性较高(表 1)，这与Ⅲ-4 电性特征较吻合，根据各层序关系[33]，综合推断Ⅲ-4为凤凰台组.
6.4 深大断裂根据波组特征错断或错开(图 2b,图 3b)，可明显划分出3条南掉正断裂(F1、F2、F3)和2 条向北逆冲推覆断裂(F4、F7)，电性和重磁异常均表现为明显的线性梯度带(图 4，图 5)，分别与前人[5, 9]提出的定远断裂、肥中断裂、六安断裂、舒城-信阳断裂和金寨-龙门冲断裂相对应(图 1)，对这些断裂已有较多成果，本文不多累述.
F6断裂主要为高阻体内的低值异常带(图 2，图 3)，推断为中生代的滑覆断裂.
F5断裂(图 1)位于磨子潭-晓天断裂位置[1, 16]，电性特征浅部为梯度带、中部为高阻背景中的低值区、深部为过渡带；重磁特征呈现明显线性梯度带，尤其航磁上延后梯度带依然清楚(图 4)，推测为深大断裂.袁学成等[26]根据深地震反射资料发现莫霍面在磨子潭-晓天断裂位置存在明显错断，为本文确定磨子潭-晓天断裂为深大断裂提供了更深层次的动力学背景[23].
F8为杂乱地震反射的结晶基底顶面(图 2b,图 3b)，向南可能深入大别造山带底部，根据沈修志等[43]研究成果，推断其可能为F1等正断裂和F4断裂的深部底板滑脱面.
7 讨论上述分析清楚地揭示了大别山北缘的深部地质结构:华北陆块向南俯冲到大别山下，而北淮阳构造带则向北逆冲在合肥盆地之上，其深部岩石组成、空间展布、构造形态和断裂特征等研究，有助于进一步探讨本区的一些基础地质问题.
7.1 北淮阳构造带构造属性厘定北淮阳构造带为大别造山带内部的一个构造单元[15]，对其北部边界目前主要存在六安断裂[23]和舒城-信阳断裂[28]两种不同认识；此外，北淮阳对接带、北淮阳前陆盆地，北淮阳逆冲推覆带、北淮阳火山活动带等概念也反映对该区构造属性的认识差异[1, 9, 25, 28].根据现今地下地质结构(图 2c,图 3c)，虽然浅部覆盖薄层中生界，但北淮阳构造带中上地壳主要由巨厚的北淮阳型前中生界组成，厚度约10km,其主体构造应属于大别造山带；其中磨子潭-晓天断裂是大别群和北淮阳型地层的分界线，应为其南界；北淮阳型地层主要通过舒城-信阳断裂与华北型地层衔接，舒城-信阳断裂应为北淮阳构造带现今的北界.因研究着眼点的不同，前人提出了北淮阳对接带、北淮阳逆冲推覆带和北淮阳火山活动带等，其分布范围应与北淮阳构造带基本相同，而北淮阳前陆盆地的研究范围可包括舒城凹陷、甚至肥北斜坡带，其北部边界可为肥中断裂(图 2c,图 3c).
7.2 中生代大别造山带主要隆升事件普遍认为中生代大别造山带发生过重要隆升过程，但隆升的力学性质和具体时间存在诸多不同认识[17, 19, 47].根据现今深部地质结构，本文认为中生代大别造山带主要发生了2次隆升事件:
现今的深部结构显示(图 2c,图 3c)，北淮阳构造带沿舒城-信阳断裂带仰冲于合肥盆地中下侏罗统之上、后被晚侏罗统凤凰台组覆盖，由此推断在中侏罗世末至晚侏罗世北淮阳构造带曾发生过向北逆冲、隆升过程(不排除其他地质时期也发生过俯冲隆升)，这一隆升过程与侏罗纪东亚板块汇聚背景相吻合[48-49]，并在大别山前发育凤凰台组巨厚磨拉石建造.根据合肥盆地南部安徽省六安市凤凰台剖面[5]，凤凰台组为冲积扇相的紫红色砾岩；砾石大小混杂，分选性极差，直径一般为2~20cm,最大者可达70cm,砾石含量为60%~70%，成分为片麻岩、硅质岩、石英岩等；厚度大于1427 m,推测凤凰台组砾岩应为本次大别造山带挤压隆起的沉积物.
2条电性结构剖面均显示磨子潭-晓天断裂为北倾的正断层(图 2a,图 3a)，北侧浅部为暗色泥岩发育的晓天盆地(Ⅲ-3)，浅部表现为中低阻；而南侧深部为较厚的中低阻体(Ⅰ-4)，结合已有的变质核杂岩研究成果[41, 50-52]，推断早白垩世大别造山带发生了伸展性隆升，导致变质核杂岩出露、金寨-龙门冲断裂滑覆-逆冲、磨子潭-晓天断裂伸展和晓天盆地形成以及暗色泥岩发育.
7.3 华北陆块南向俯冲扬子陆块和华北陆块中生代碰撞俯冲时间多认为在印支期末期至三叠纪，主要有扬子陆块单向俯冲和双向俯冲两种模式[18, 26, 31, 53-54].现今的大别山北缘深部地质结构表明(图 2c,图 3c)，华北陆块基底已俯冲于北淮阳构造带之下.根据北淮阳构造带向北逆冲在中侏罗统之上，后被上侏罗统覆盖，推断在中侏罗世末、可能至晚侏罗世，华北陆块曾发生过一次主动南向俯冲过程(不排除其他地质时期也发生过俯冲)，因此华北陆块的南界可能位于舒城-信阳断裂以南.地震层析资料[21]表明华北陆块基底已俯冲于大别造山带之下.北淮阳构造带发现的沥青有机组分和岩浆岩岩石化学组成含有较多的华北陆块化学成分[29]，也暗含着这一观点.
7.4 古板块缝合带位置秦岭-大别造山带北坡的蛇绿混杂岩带代表了古板块缝合带位置，该带在信阳以西保存较好，但在北淮阳地区却没有发现蛇绿混杂岩带的可靠证据[28]，在古板块缝合带位置认识上存在水吼-五河剪切带、磨子潭-晓天断裂和信阳-舒城断裂等不同意见[15, 23, 27-29].
现今的大别山北缘深部地质结构表明(图 2c,图 3c)，磨子潭-晓天断裂位于大别造山带内部，是二级构造单元的重要界线，不具有缝合带意义，推测南北陆块间的缝合带应分布在信阳-舒城断裂附近，但由于后期华北陆块俯冲，推测该缝合带已经被推覆到北淮阳构造带之下.
7.5 造山带深部动力学背景在扬子俯冲板块拆沉、超高压变质岩折返和变质核杂岩剥露及岩浆活动过程等研究中[31, 39-41, 55-59]，普遍认为大别造山带存在深部物质上涌.根据大别山北缘深部地质结构(图 2c,图 3c)，北大别杂岩带深部9~12km 处存在厚度达3~5km 的层状中阻体(Ⅰ-4)，而北淮阳构造带下方则缺失，该层状中低阻体发现有可能为扬子俯冲板块俯冲拆沉、超高压变质岩折返和变质核杂岩剥露等造山带动力学背景研究提供深部约束.
7.6 合肥地区深部孕震条件合肥地区位于我国长江下游-黄海地震带和郯城-庐江地震带交汇部位，理论上应为地震高危险区，但历史记载的最大地震为5 级，主要为15km 以内的浅源密集小震，该现象曾引起多位地震学者的关注[60].
根据电性剖面(图 2a,图 3a)，合肥地区深部存在巨厚低阻体(Ⅱ-1)，本文将其标定华北陆块前中生界沉积岩，刘老碑组地面露头为上千米厚的暗色泥岩[44]，该岩性在深部高温高压下塑性增强，变形抵抗能力较低，易于卸载深部积聚的现代应力，所以该地区几乎没有发生强烈地震.但本地区紧邻郯庐断裂和大别造山带，处于应力易于集中的关键部位，因此呈现密集小震的特征.
7.7 浅部地质灾害大别山地区滑坡和泥石流等地质灾害分布广泛，危害严重，1991 年7 月霍山就发生过体积6× 104 m3 的片麻岩滑坡[61].除地形和气候等一些因素外，其浅部地质构造特征也是一个重要因素.电性剖面显示大别山浅部1~2km 处发育一条电性低值带(图 2a,图 3a)，推断其为滑覆断裂，可能是造成浅部地质灾害多发的深部根源.
7.8 油气资源合肥盆地面积达2万多平方公里，经过多年勘探虽然发现了许多油气显示，但依然没有突破油气工业性生产[5, 9]，中、新生界至今没有发现主力烃源岩可能是其中的一个主要因素.根据电性和地震反射特征(图 2，图 3)，本文将Ⅱ-1低阻体标定华北陆块前中生界沉积岩，刘老碑组地面露头为上千米厚的暗色泥岩[44]，目前尚有生烃能力[45]，分布面积近万平方公里，最浅埋藏深度仅为3000 m,应是今后油气勘探值得关注的层位.
8 结论本文以2 条并行的电法和反射地震剖面为主导，辅以新采集的重力和航磁数据，结合已有研究成果，揭示了大别山北缘的深部地质结构，总体特征为华北陆块南向俯冲、北淮阳构造带则向北逆冲，可清楚地识别出大别山北缘造山带(北大别杂岩带和北淮阳构造带)、山前坳陷带(舒城凹陷和肥中断裂带) 和稳定斜坡带(肥北斜坡带)，其特征如下:
①大别山北缘造山带地震反射和电性特征与中、新生界相比差别明显，地震反射杂乱，隐约可见向北倾的反射轴，电性上为高阻(>2000Ωm)，厚度约10km,以北倾、高角度正断层性质的磨子潭-晓天断裂为界分为北大别杂岩带和北淮阳构造带.北大别杂岩带主要由大别群组成，深部存在3~4km 厚的中低阻体，浅部发育一条平卧的滑覆断裂.北淮阳构造带主要由卢镇关杂岩和佛子岭群组成，沿舒城-信阳断裂带逆冲于合肥盆地中、下侏罗统之上，后为上侏罗统覆盖，浅部发育北倾、滑覆性质的金寨-龙门冲断裂.
②山前坳陷带上部为中、新生界，电性特征总体呈现中低阻，地震反射界面连续性好，反射强，断点清楚，断面波明显；下部为华北型前中生界沉积岩(上部可能残存古生界)，电性特征为低阻(5~ 50Ωm)，地震反射界面中等连续程度，反射强，层系内部反射弱，呈厚层状，向南倾伏.以六安断裂为界分为舒城凹陷和肥中断裂带，其中舒城凹陷基底埋藏较深，向西与信阳盆地相连；肥中断裂带基底埋藏较浅、正断裂发育，以肥中断裂与肥北斜坡带相接.
③稳定斜坡带(即肥北斜坡带)上部主要为侏罗系，呈现中低阻特征，地震反射界面连续性好，反射强，同相轴总体呈水平层状；下部主要为霍邱群，电性为高阻，地震反射杂乱；中间为华北型前中生界沉积岩，厚度不等，向北逐渐减薄、直至缺失.
北淮阳构造带及邻区的上述深部岩石组成、空间展布、构造形态和断裂性质等特征可为主要构造单元构造归属、华北陆块南向俯冲、南北板块碰撞缝合线位置、大别山核杂岩形成、超高压变质岩折返、 深部孕震地质条件、浅部地质灾害预防和油气资源勘查等研究提供深部地质条件约束.
致谢在胜利油田合肥盆地油气勘探过程中，胜利油田物探公司、胜利油田物探研究院、东方物探综合物化探事业部、原地矿部第一综合物探大队、原地矿部第二综合物探大队、胜利油田钻井公司、中国国土资源航空物探遥感中心和长江大学苏朱刘教授等分别承担了相关数据采集和处理等项目，其卓有成效的工作为本次深部地质结构解析奠定了扎实的基础，在此一并表示诚挚的感谢.
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