河西走廊西段地球物理场特征及相关地质问题探讨.pdf

2005 第 14 卷 第 1 期 甘 肃 地 质 学 报 ACTA GEOLOGICA GANSU 2005 Vol 14 No 1 文章编号 1004 4116 2005 01 0076 0006 收稿日期 2003 09 26 河西走廊西段地球物理场特征及 相关地质问题探讨 杨重信1 李百祥2 王志林2 1 甘肃省地质调查院 甘肃 兰州 730000 2 甘肃省地矿局第二地勘院 甘肃 兰州 730020 摘 要 据河西走廊西段敦煌 金塔一带区域地球物理场特征反映的构造格局 通过构造应力场和动力学分 析研究认为 基于阿尔金走滑断裂带东北段存在尾端效应 产生一系列与走滑断裂伴随的裂陷盆地和挤压隆起 能 量的消减和转换致使阿尔金断裂止于花海裂陷 向东并未延伸 在疏勒河两岸遥感影像和色调差异 主要反映两侧 山前冲洪积扇发展不平衡 岩性含水性的差异 疏勒河隐伏断裂在地球物理场未能得到佐证 敦煌盆地地热田受 NNE 向张性断裂导热 NNE 向压扭性断裂阻水阻热两重因素控制 热源除地壳正常增温还有壳内局部热源叠加 关键词 河西走廊西段 地球物理场特征 裂陷盆地 疏勒河遥感影像 敦煌地热田 中图分类号 P631 文献标识码 B 0 前言 阿尔金断裂带东北端 处在河西走廊西段的敦 煌 金塔一带 是塔里木板块 华北板块 以及祁连 造山带 北山造山带交接部位 经历了多期次复杂的 构造变动和地壳演化 在地球物理场留下非常独特 醒目的标志 由于受各种地质条件限制 造成对一 些地质和地球物理问题如 阿尔金断裂向东延伸问 题 疏勒河遥感影像反映的是否为断裂造成 敦煌 西涧泉磁异常引起原因和地质意义 敦煌盆地地热 热源等一系列相关地质问题认识上分歧很大 根据 近几年综合地球物理取得的成果及其提供的深部信 息 对这些隐伏地质构造问题作出探讨 1 阿尔金断裂带东北段重磁场反映的 构造格局及延伸 阿尔金 祁连山弧型重力梯级带横贯全区 图 1 波及河西走廊地区和北山南带 重力梯级带在 西段呈 NEE 向平行阿尔金山分布 东段转为 NWW 向又分为两支 分别沿北祁连山和宽滩山 金塔南 山分布 在此弧型重力梯级带北侧 还有北山南缘 另一组弧型重力梯级带 西侧是玉门关 白墩子重 力梯级带 东侧是前红泉 旧寺墩重力梯级带 在 上述两组梯级带之间夹持着次级梯级带所围限的 NNE 向重力低 已被地震和电测深证实为盆地中的 深裂陷 依次为安墩盆地中的敦煌裂陷 安西裂陷 西涧泉裂陷 踏实盆地中的大坝裂陷 金塔盆地中的 花海裂陷 这些裂陷的基底埋深除西涧泉裂陷较浅 在 1 500m 其它裂陷在 3 000 4 500 m 并有中下 侏罗统及上伏地层沉积 本区磁场以强度高 延伸长 线性磁异常和团块 状磁异常分布为特点 图 2 展布方向基本与重力 场一致 可分为 4 组 西段为 NEE 向 由玉门关 白 墩子辉长岩 花岗闪长岩等中 基性杂岩引起的磁异 常带 阿克塞 肃北由海西期中酸性岩体引起的磁 异常带 东段为 NWW 向 由花海 金塔海西期花 岗岩 石英闪长岩和零星的基性 超基性岩引起的磁 异常带 中间是 NNE 向斜列的敦煌磁异常 西涧泉 双塔磁异常 以及踏实 东千佛洞一带由混合岩 和海西期中酸性岩体引起的 EW 向磁异常带 南侧 为北祁连由蛇绿岩带和加里东期中酸性岩体引起的 NWW 向强度不高的磁异常带 据上述重力梯级带 线性磁异常以及不同特征 重磁场的分界作为划分断裂的标志 依次划分出 图 1 布格重力异常及解译断裂构造线图 Fig 1 Map of Bouguer gravity anomaly and interpretation of faulted structure line 1 布格重力异常等值线及场值 2 重力场特征线 图 2 航磁异常及解译断裂构造线图 Fig 2 Map of aeromagnetic anomaly and interpretation of faulted structure line 1 航磁异常等值线及场值 2 磁场特征线 NEE 向玉门关 白墩子断裂 三危山断裂 阿尔金 南 北 断裂 NWW 向前红泉 旧寺墩断裂 金塔 南山 龙首山断裂 北祁连断裂 EW 向踏实 东千 佛洞断裂 以及控制裂陷边界的 NNE 向断裂 并 由阿尔金山 祁连山两组不同方向的重力梯级带组 成弧形梯级带 反映了阿尔金 NEE 向左旋走滑断裂 和北祁连 NWW 向挤压逆冲断裂 构成青藏高原大 规模隆起的北界 受上述断裂控制的裂陷 在几何形态上具有菱 形 楔形呈 NNE 向展布的特征 并且裂陷边界与走 滑断裂所夹锐角指向走滑断裂移动方向 裂陷的空 间分布位置处在走滑断裂东北尾端 与三危山断裂 对应有敦煌 安西 西涧泉等裂陷 与阿尔金 南 北 断裂对应有大坝 花海裂陷 裂陷的形成时间和构 造发展与阿尔金断裂带走滑活动息息相关 在中生 代由于南侧班公湖怒江缝合带的俯冲和碰撞 引起 SSW 向挤压应力场在远程效应的作用下 形成包括 阿尔金山断裂 三危山断裂 玉门关 白墩子断裂等 77 第 1 期 杨重信等 河西走廊西段地球物理场特征及相关地质问题探讨 图 3 阿克塞 红柳园综合物探剖面图 Fig 3 Comprehensive geophysical survey profile of A kesai Hongliuyuan 1 航磁异常 2 布格重力异常 3 电阻率等值线 m 4 地壳分层及波速 km s 5 低速层 组成的阿尔金断裂系 在左旋剪切 滑移过程中 在其北东尾端一侧产 生雁列状张裂 形成敦煌 安西 西 涧泉以及大坝 花海等一系列裂陷 性盆地 以及黄尖丘与之平行张性 断裂 并在敦煌 西涧泉裂陷深部 有大陆裂谷型玄武岩上侵充填在地 壳拉分空间 从而引起敦煌 西涧 泉这二个与区域构造走向不同的磁 异常 有关敦煌磁异常曾有前震旦 纪结晶 基底引 起之说 张 德润 2000 但这个宽缓磁异常与前长城 纪敦煌群以及地层中磁性不均匀引 起局部磁异常走向呈斜交 垂向呈 叠置 显然不是由统一的结晶基底 所能引起 过去曾有印支期岩体充 填地壳拉分空间之认识 李百祥 1999 现在用玄武岩解释更符合地 质背景 新生代印度板块与欧亚大 陆板块碰撞插入青藏高原之下 整 个青藏高原大规模隆起 在阿尔金 断裂尾端花海附近的红柳峡一带又 有碱性玄武岩喷出 向天秀 1986 根据分布在花海 金塔盆地的 花海 北大山磁异常带的连续性和 完整性 亦可说明阿尔金断裂向东 并未错断此磁性杂岩带 另据资料 表明 阿尔金断裂自侏罗纪以来位 移随地点和时间不同位移量不同 大致在 140 260km 之间 并由南 向北有减弱之势 由此认为阿尔金 断裂 三危山断裂东北端裂陷盆地以及碱性玄武岩 的出现 均是走滑断裂尾端效应的表现 表明阿尔金 山断裂带终止花海裂陷 过花海后走滑位移量已转 换 调整为北祁连 龙首山冲断带的推覆 逆冲压缩 量 2 疏勒河遥感影像再解释 对疏勒 河断裂质疑 自遥感影像地质解译在国内开展以来 据甘肃 河西走廊西部呈舒缓波状东西延展的疏勒河两岸影 像和色调的差异 有些地质资料推断沿疏勒河存在 一条隐伏断裂 赵凤游 李瑾焕 1988 更有甚者认 为属岩石圈断裂 如果是一条规模较大的隐伏断裂 就应在地球 物理场上留下可被识别的标志 事实恰与其相反 由上述区域重磁场特征及所反映的构造格局 沿疏 勒河 EW 向下游一带不存在反映断裂存在的重磁 场标志 仅在玉门关一带疏勒河与 NEE 向玉门关 白墩子断裂重合 其它地段推测的疏勒河隐伏断裂 与重磁场多呈斜交 其展布方向和所处位置与该区 域应力场和动力学特征也很不协调 为查证疏勒河地段的地壳稳定性 曾作甚低频 电磁法和氡气测量 但在遥感解译认为的疏勒河主 干断裂的东段和西段均无异常显示 认为是稳定性 断裂 熊章强 1998 而稳定的断裂又如何控制现 78 甘 肃 地 质 学 报 第 14卷 代河道变迁 这也与阿尔金断裂带东北段全新世以 来构造活动背景不符 实质上反证了这条断裂并不 存在 据安西至柳园穿过疏勒河地震勘探剖面 徐家 乐 1978 资料 在河道附近并未发现有断裂反映 仅 在其南 3km 的安西县城附近发现隐伏断裂 而且与 NNE 向重力梯级带对应 由此认为地震反映这一断 裂并非近 EW 向疏勒河隐伏断裂 而是控制安西裂 陷边界的 NNE 向断裂 通过疏勒河的阿克塞 阿尔泰地学断面 敦煌 红柳园间 图 3 壳内低阻层和高阻层的分界正好反 映这条深断裂的分布和产状 其位置在疏勒河北侧 玉门关 白墩子 NEE 向断裂一线 疏勒河两侧的安敦盆地覆盖区 航磁异常钻孔 验证中所见引起磁异常的片麻岩 斜长角闪片岩 混 合岩等老变质岩呈近 EW 向分布 可与前长城纪北 山杂岩和三危山敦煌群对比 近年区调获得同位素 测年资料表明 敦煌群斜长角闪片岩 Sm Nd 法同 位素年龄值 1 711 2 974Ma 北山杂岩斜长角闪岩 Sm Nd 同位素年龄值 1 900 2 950Ma 上述同位 素年龄值表明具古元古界 晚太古界结晶基底 同 属敦煌 玉门镇构造区的安西 桥湾地块 左国朝 2003 其间不存在分隔板块构造的岩石圈断裂 由遥感原理可知 遥感影像是一种可见光或近 红外波段电磁波场的反映 没有直接穿透能力 仅有 反映深部信息的间接效应 因此如同其它地球物理 场解释 存在判读解译的多解性 深入研究疏勒河 中下游遥感影像不难发现其两岸影像色调的差异正 好与河西走廊西段水文地质图划分的不同含水层分 布界线一致 疏勒河以南为含潜水的碎石层 北侧为 不含水的冲积 洪积层 造成这种局面 还与该带地 处在青藏高原北部边缘 总的地貌特征是南高北低 图 4 从而造成南北两山间山前冲洪积平原不平 衡的发展 阿尔金山 祁连山北麓向北倾斜的山前 冲洪积平原 较北山南麓向南倾斜的山前冲洪积平 原发育广阔 在南 北两山不对称山前冲洪积平原交 接部位是两侧山前断裂对冲作用控制的断陷槽地 地形最低 形成河道 加之阿尔金山 祁连山较北山 有充足的水源供给 在党河 踏实河 疏勒河等较大 河流下游形成向北突出的冲洪积扇 东边受饮马北 山隆起阻隔 迫使主河道改道而急剧转向西流 从而 汇集成由东向西波状延伸的疏勒河 基于地下水对 可见光和近红外波段有强烈吸收作用 而两侧地层 含水性的差异也是造成影像和色调差异的原因所 在 3 敦煌盆地控热构造与地热机制 从安敦盆地重力与地震联合反演基底深度和地 热异常分布图 图 5 可以看出 盆地中的裂陷具有 南宽北窄 南深北浅的特点 反映了构造活动南强北 弱的作用力主要来自南侧断裂 盆地及周边地区的 地热异常孔和温泉空间分布基本受地球物理场反映 的 NNE 向隐伏断裂控制 在敦煌裂陷中 由南而 北依次有西水沟 19 新店台 18 城湾三站 16 5 孟家井 16 5 等地热异常孔 钻孔中水 温亦是南高北低 与 NNE 向断裂活动性南强北弱 相对应 东水沟口地热异常孔 17 虽沿三危山 山前断裂分布 又处在与裂陷东侧 NNE 向断裂交 汇部位 同样安西裂陷附近地热异常孔 15 和北 山南缘大奇山温泉 33 也是分布在这两组断裂交 汇部位并受其控制 安敦盆地地热田成因从地球物理提供的热源信 息分析 在地壳内可分为深浅两种因素 在浅部上 地壳 航磁异常和大地电磁测深发现的高磁 高阻 体 据三危山断裂在安西 敦煌间 多坝沟等地有中 侏罗世火山岩分布 地质研究表明该火山岩属大陆 裂谷碱性玄武岩 并认为存在控制盆地沉积 火山岩 发育的张性断裂 而且这组张性断裂与现今阿尔金 断裂延伸方向有一定差异 张志城 1998 由此看 来地质推测的这组具有一定差异张性断裂 即为物 探推断 NNE 向敦煌 白墩子间的隐伏断裂及其拉 分空间 碱性玄武岩与前长城系敦煌群深变质岩密 度 2 75kg m3 相近 重力与地震联合反演敦煌裂 陷基底最大深度在 3 5km 由此看来重力低由裂陷 内中新生界低密度岩石引起 磁异常是基底内碱性 玄武岩的反映 不存在资料 赵聚林 1999 中认为 的上地幔低密度流纹岩侵入体引起的重力低和相应 热源体 这样重磁异常就成为异源同现 但在构造 成因上具有内在联系 均属拉张环境的产物 中侏 罗世的火山岩深部存在残余热就可作为热源 如同 北京小汤山温泉成因探讨中将侏罗纪安山集块岩作 为热源 纵贯安敦盆地沿阿克塞 敦煌 柳园综合地球 物理断面 图 3 在盆地下地壳中深部 29 5 30 4km 处 存在波速为 6 0km s的低速层 深度在 79 第 1 期 杨重信等 河西走廊西段地球物理场特征及相关地质问题探讨 图 4 疏勒河地段地形等高线图 Fig 4 Topographic contour map of Shule river 图 5 安敦盆地基底深度及地热异常分布图 Fig 5 Distribution of basement depth and geothermal anomaly in Andun basin 1 盆地基底等深线 km 2 地热异常孔及温度 3 温泉及温度 34 52km s 的下地壳波速为 7 0 7 2km s 局部 高达 7 6km s 高于 剖面相邻 南北两 侧的波 速 6 54 7 2 km s 也高与塔里木地块东部下地壳的 波速 6 2km s 大地电磁测深断面在盆地深部 13 52km 的中下地壳间存在 10 80 m 低阻高导 层 中地壳低速 高导层 由片麻岩相或闪长质岩石 破碎充水形成壳内主滑脱析离带 并因摩擦剪切热 及其它热源影响 可使岩石局部熔融 在西藏 福 建 华北等地热田都具有中地壳低速 高导层存在 被认为是局部熔融体 可作为地壳中部热源 下地 壳高速夹层波速相当异常地幔 是地幔超镁铁岩作 为热底辟上侵与下地壳片麻岩相深变质岩 铁镁质 岩石混融的产物 这也是敦煌盆地不同于华北 东北 主动裂谷盆地之处 此处无地壳拉伸减薄莫霍面上 80 甘 肃 地 质 学 报 第 14卷 隆现象 只有壳幔混融表现为一种被动裂谷特征 因此 敦煌地热区是在地幔热源正常增温的背景上 叠加壳内局部热源 从综合物探断面还可看出 南部高阻体反映阿 尔金造山带向盆地逆冲 盆地的中下地壳向阿尔金 祁连造山带楔入 引起盆地中 下地壳物质向造山带 下缓慢运移 促使山体地壳加厚 65 70km 及山根 形成 4 结语 阿尔金走滑断裂东北尾端效应表明 断裂终止 在金塔盆地花海裂陷 向东并未延伸 通过综合地球物理资料和区域应力场分析 在 疏勒河下游 EW 向流经地段并不存在沿整个河道 对应的隐伏断裂 仅在某些部位可能与其它断裂一 致 两岸遥感影像的差异 应属特定地形地质条件下 含水性不同所致 安敦盆地中的敦煌裂陷是阿尔金走滑断裂系在 左行走滑过程中尾端效应产生的拉张性裂陷 地热 异常受两组断裂控制明显 在沉降盆地型正常地热 增温的背景上并有壳内局部热源叠加 开发前景可 观 参 考 文 献 1 邓起东 断层的性状 盆地类型及其形成机制 J 地震科学 研究 1988 2 2 熊章强 218P0法测氡对甘肃疏勒河断裂带中段的稳定性评价 J 物探与化探 1997 21 3 3 赵凤游 李瑾焕 论疏勒河断裂带 J 中国区域地质 1988 4 4 张志城 敦煌盆地中侏罗世火山岩的地球化学特征及其地质 意义 J 北京大学学报 自然科学版 1998 1 5 左国朝 刘义科 刘春燕 甘新蒙北山地区构造格局及演化 J 甘肃地质学报 2003 1 6 向天秀 青藏高原新生代火山岩岩石特征 J 西藏地质 1986 1 7 刘和甫 夏义平 走滑造山带与盆地耦合机制 J 地学前 缘 1999 6 3 8 张德润 北山地区地球物理场特征及基底性质 J 物探与 化探 2000 1 9 赵聚林 敦煌五墩地热异常物探信息分析 J 甘肃地质学 报 1999 2 10 李百祥 阿尔金断裂东北段地球物理场特征分析 J 甘肃 地质 1991 11 DISCUSSION OF GEOPHYSICAL FIELD CHARACTERISTICS AND OTHER GEOLOGICAL ISSUES I