Question

中国大陆主要成矿域地壳结构

Answer 1

（一）地球科学断面

研究地壳结构最主要的科学手段是地震测量。为了不同的科学目标，中国已经完成了数十条地震剖面，跨越了中国大陆主要大地构造单元。其中地球科学断面11条（图2-8），断面总长度2万多公里。分别为：

1号断面：准噶尔-天山-塔里木地学断面（图2-9），剖面长度2000 km，原地质矿产部岩石圈研究中心（1998）和国家地震局（2000）分别承担。

2号断面：西藏亚东-青海格尔木-内蒙古额济纳旗地学断面（图2-10），贯穿中国西部近南北向的剖面总长度2200 km，由中国地质科学院岩石圈研究中心组织实施（吴功建等，1991）。

图2-4 形成岩石的矿物的速度-密度关系变化图像

（据Henkel等，1990）

3号断面：贯穿中国东部南北向的南海-内蒙古喀喇沁旗地学断面（图2-11），由国家地震局郑州地球物理调查大队和中国科学院承担（1998）。南自南海开始，途经广州、长沙、随州、安阳和赤峰，北达喀喇沁旗，剖面长度3700 km；南段（广州-巴拉望），剖面长度1700 km，由地质矿产部广州海洋地质调查局承担；北段（湖北随州-内蒙古喀喇沁旗），剖面长度1200 km。

4号断面：内蒙古满洲里-黑龙江绥芬河地学断面（图2-12），由长春地质学院主持完成。剖面从满洲里开始，途经牙克石、齐齐哈尔、林甸、兰西、哈尔滨、阿坎、尚志、海林和穆棱，终止于绥芬河，剖面全长1300 km。

5号断面：内蒙古东乌珠穆沁旗-辽宁东沟地学断面（图2-13），辽宁省地震局所测（卢造勋等，1993）。断面位于中国东北地区，西起中、蒙边界的恩格尔霍博尔，东至黄海之滨的大孤山镇，剖面全长960 km。

图2-5 深成岩产生的P 波速度关系变化图像

（据Henkel等，1990）

6号断面：内蒙古满都拉-江苏晌水地学断面（图2-14），由国家地震局地球物理勘探大队编制。1987年7月开始，历经3年完成。全长1230余公里，由3段组成：内蒙古达茂旗达不苏到伊金霍洛旗；山西应县至山东皱平；山东肥城至江苏灌南。

7号断面：内蒙古阿拉善左旗-上海奉贤地学断面（图2-15），负责单位是国家地震局郑州地球物理调查大队，由国家地震局和原地质矿产部共同完成。断面途经2个一级构造单元中朝准地台和扬子准地台，5个二级地质构造单元：鄂尔多斯台拗、山西断隆、华北断拗、鲁西断隆和下扬子台褶带，剖面全长1700多公里。

8号断面：青海门源-福建宁德地学断面（图2-16），由国家地震局组织实施（张少泉等，1985）。断面途经祁连山造山带、中朝准地台、秦岭造山带、扬子准地台、华南和东南沿海，剖面全长2100多公里。

图2-6 火成岩和榴辉岩产生的P 波速度关系变化图像

（据Henkel等，1990）

图2-7 变质岩产生的P 波速度关系变化图像

（据Henkel等，1990）

9号断面：随州-上海-东海地学断面（图2-17），剖面长度1500 km；中国科学院承担。

10号断面：新疆可可托海-阿克塞地学断面（图2-18）（10号断面西段），由原地质矿产部第二综合物探大队，1989年完成。北起新疆可可托海，途经二台、库布、双涝坝、七角井、二道岭、大泉湾、苦水、红柳园、敦煌、到达阿克塞，剖面全长1000多公里。横跨准噶尔、天山和塔里木盆地。四川黑水―福建泉州地学断面（10号断面东段）的地球物理调查和综合研究由原地质矿产部中国地质勘查技术院组织实施（1991）。剖面东起福建泉州，经宁化、永新、衡阳、凤凰、武隆、重庆、安县至四川西部的黑水。横穿松潘―甘孜、扬子准地台、华南和东南沿海，全长2000多公里。

11号断面：云南遮放-宾川-江川-马龙地学断面（图2-19），剖面长度745 km，负责单位是云南地震局（1986）。

中国海域里完成了东海断面和南海断面。

为了从三维空间上审视地质构造，在中国大陆布置的十几条地学断面一般达上千公里，研究区域宽100 km，深度达到Moho界面。它纵贯已知最古老的太古宙（3.8 Ga）到现今活动区连续的构造单元。地学断面穿过了主要构造单元以及板块之间的活动带，以了解中国大陆岩石圈是如何形成的，以及它在前寒武纪、加里东期、海西期、印支期、燕山期和喜马拉雅期各个构造事件中是如何重新活动、进而改变了物理和几何条件的。条带地学断面的优点在于，它最有可能通过一条连续的断面揭示出大陆地壳形成、保存和破坏的过程。因为中国大陆新老地区之间在地表地质和地下地质方面都存在明显的差异，对地体和具有相似成因和地壳意义的地壳划分在很大程度上依赖于沿地学断面获得的有效地球物理资料，或更大范围的地球物理信息。碰撞带中形成非常厚的地壳这一作用引发地壳上隆的同时，伴随着重力推覆体向相邻的地区的扩展，发育了走滑逃逸构造和伸展塌陷构造。

图2-8 中国地震剖面分布位置图

数字1～11为地学断面编号，见正文说明

1—前古生代地台（1700 Ma）；2—前古生代地台（700 Ma）；3—兴凯期褶皱带；4—加里东期褶皱带；5—海西期褶皱带；6—印支期褶皱带；7—燕山期褶皱带；8—喜马拉雅期褶皱带；9—后古生代陆相盆地

垂直反射、广角反射和折射地震测量是探测地壳速度结构的最适用方法。一般来说，地震Pg波为结晶基底顶部折射波，速度为6.0～6.1 km/s。上地壳地震波速度为6.1～6.3 km/s。震相Pi，速度介于6.6～6.8 km/s之间，表明它已传播到中地壳或下地壳。这一震相以及类似的其他震相有助于确定地壳内的界面。有时地壳为双层结构，缺失中地壳速度层。上地壳和下地壳之间有时存在一个界面，称之为康拉德界面。下地壳波速介于6.8～7.5 km/s之间。上地幔顶部Pn波一般为8.0～8.1 km/s，可用于确定壳/幔边界，称之为Moho界面，其深度即地壳的厚度。震相PmP是来自Moho界面的反射，可作为壳/幔边界，它是根据记录剖面中弯曲的形状识别出来的。Sg表示穿过结晶基底的剪切波，而PmS很可能是在Moho界面上的P-S转换波。这些震相为解释和模拟提供了最基本的信息，根据这些信息最终得出了下文所示的中国大陆主要成矿域速度-深度分布特征。

图2-9 准噶尔-天山-塔里木地学断面

中国大陆主要成矿域的地壳速度结构研究是成矿系列与地球物理研究的首次结合，汇集了中国11条地球科学断面和数十条其他地震剖面资料进行综合研究。这些地球科学断面和地震剖面垂直或斜穿了中国大陆主要成矿域，获得了地壳分层结构模型，根据各层的厚度和地震波速度差异，揭示出主要成矿域地壳速度结构的主要特征和勾绘出主要框架。

中国地球物理场特征及深部地质与成矿

中国地球物理场特征及深部地质与成矿

中国地球物理场特征及深部地质与成矿

中国地球物理场特征及深部地质与成矿

图2-14 内蒙古满都拉-江苏响水地学断面

（据马杏垣等，1991）

中国地球物理场特征及深部地质与成矿

中国地球物理场特征及深部地质与成矿

图2-17 随州-上海-东海地壳上地幔结构（9 号地学断面）

（据郑晔等，1989）

P波速度单位：km/s

中国大陆地壳厚度变化很大，东薄西厚。东部地壳，有正常厚度33 km左右；西部具有双倍正常地壳厚度，厚度可达70多公里。对于上地壳厚度来说，西部几乎是东部的两倍。地壳成分随深度变化。地壳最上部为沉积盖层；上地壳多为长英质岩石，主要是花岗岩；在中地壳，长英质变化到镁铁质。在Moho界面以下10 km范围内，地壳成分从镁铁质变化到超镁铁质。地壳成分的不同，物质埋藏深度的不同表现为速度结构的差异。中国大陆地壳多为三层结构，在上地壳和中地壳之间普遍发育低速层。少数双层地壳结构的区域低速层发育在上地壳和下地壳之间。

地壳速度结构的表达有多种形式，为了便于和主要成矿域划分进行直接对比。地壳速度结构以和成矿域划分相对应的速度-深度柱状图的形式给出。

中国大陆地域广阔，横跨古亚洲、特提斯和滨西太平洋三大成矿域，中国大陆内部又有秦-祁-昆和前寒武纪成矿域叠加之上，地壳结构复杂。由于篇幅所限，下面仅以5个主要成矿域为单元描述其地壳速度结构特征（见图2-20至图2-24），没有地震剖面经过的成矿区只给出了地壳的厚度。

（二）成矿域地壳速度结构

1.古亚洲成矿域地壳速度结构

古亚洲成矿域由7个成矿省组成。每个成矿省又分为数个Ⅲ级成矿区（带）。成矿省之间地壳厚度和速度结构存在很大差异，但是成矿省内几个III级成矿区的地壳厚度和速度结构比较相近（图2-20）。

吉黑成矿省地壳厚度是38 km，只有张广才岭成矿区有地学断面通过（张贻侠等，1998），地壳为三层结构。上地壳速度为6.0～6.2 km/s，中地壳速度为6.32 km/s，下地壳速度为6.98 km/s。厚度分别为13，12和13 km。厚度5 km和速度6.15 km/s的低速层位于上地壳和中地壳之间。Moho 界面之下速度7.80～8.00 km/s 的 Pn 值反映地壳较为活动。

中国地球物理场特征及深部地质与成矿

中国地球物理场特征及深部地质与成矿

中国地球物理场特征及深部地质与成矿

兴安岭成矿省地壳厚度在35～40 km之间变化（张贻侠等，1998；卢造勋等，1992；孙武城等，1992）。

几个成矿区均为三层地壳结构。上地壳速度小于6.24 km/s，中地壳速度为6.3～6.4 km/s，下地壳速度为6.7～7.4 km/s。厚度分别为13～14，13～14和12～13 km。在几个成矿区的上地壳和中地壳之间均有一厚度、速度不同的低速层。额尔古纳成矿带另有一个低速层位于下地壳之中，反映了造山带地壳的复杂性。兴安岭成矿省地壳底部的速度较高，达到7.2～7.4 km/s，可能有上地幔超镁铁质岩石进入下地壳。Moho界面之下速度8.00～8.10 km/s的Pn为正常值。

东天山-北山成矿省地壳厚度50 km（吴功建等，1991；徐新忠等，1997），为三层地壳结构。上地壳速度小于6.1 km/s，中地壳速度为6.24～6.5 km/s，下地壳速度为6.6～6.78 km/s。厚度分别为15～20，9～17和17～21 km。厚度5～8 km和速度5.67～6.05 km/s的低速层分别位于上地壳和中地壳或中地壳和下地壳之间。东天山-北山成矿省的两个成矿带Moho界面之下速度Pn值差别较大，明显低于额济纳旗成矿带（8.20 km/s）的东天山-北山成矿带（7.90 km/s）处于板块边缘活动带上。

阿尔泰成矿省地壳厚度50 km。

北疆成矿省地壳厚度48～50 km（徐新忠等，1997；卢造勋等，1992；马杏垣等，1991）。北部成矿带为三层地壳结构。上地壳速度5.9～6.2 km/s，中地壳速度为6.4～6.5 km/s，下地壳速度为6.5～6.9 km/s。厚度分别为18、22和18 km。厚度8 km和速度6.1 km/s的低速层位于中地壳上部。南部两个成矿区（带）为双层地壳结构。上地壳速度为5.84～6.27 km/s，下地壳速度为7.14～7.25 km/s。厚度分别为35 km 和13～16 km。南部两个成矿区（带）明显特征是上地壳巨大的厚度和低的速度，下地壳正常的厚度和高的速度。处于板块边缘活动带上的北疆成矿省Moho界面之下速度Pn值均小于正常值，仅为7.90～7.98 km/s。

西天山成矿省为双层地壳结构（卢德源等，2000；胥颐等，2000）。地壳厚度50～58 km，缺失中地壳速度层。上地壳速度为5.0～6.3 km/s，下地壳速度为6.9 km/s。厚度分别为23～30 km和20～35 km。厚度5 km和速度5.6 km/s的低速层位于上地壳和下地壳之间。Moho界面之下速度8.00～8.16 km/s的Pn为正常值。

西昆仑成矿省为三层地壳结构（李秋生等，2000）。地壳厚度58～71 km。上地壳速度5.7～6.2 km/s，中地壳速度为6.4～6.6 km/s，下地壳速度为6.8～6.9 km/s。厚度分别为28、11～22和19～22 km。厚度10 km和速度6.0～6.05 km/s的低速层位于10 km以下的上地壳内部。Moho界面之下速度8.10 km/s的Pn为正常值。

2.秦-祁-昆成矿域地壳速度结构

秦-祁-昆成矿域由3个成矿省组成，贯穿中国大陆东西部。地壳厚度东薄西厚（图2-21）。

秦岭-大别成矿省为三层地壳结构（孙武城等，1992；林中洋等，1992；董颐珍，1997；吴功建等，1991；郑晔等，1989）。地壳厚度34～36 km。上地壳速度5.21～6.18 km/s，中地壳速度为6.3～6.55 km/s，下地壳速度为6.66～7.2 km/s。厚度分别为10～15、13～16和8 km。桐柏-大别成矿带中地壳为厚度16 km和速度5.72～5.94 km/s的低速层，Moho界面之下速度7.82 km/s的Pn值反映地壳处于活动带。北秦岭和南秦岭成矿带，Moho界面之下速度8.05～8.08 km/s的Pn为正常值。

图2-21 Ⅰ-2 秦祁昆成矿域地壳速度结构

（根据如下资料汇编：董颐珍，1997；高锐等，1996；林中洋等，1992；孙武城等，1992；吴功建等，1991；徐新忠等，1993；郑晔等，1989）P波速度单位：km/s

祁连成矿省为三层地壳结构（吴功建等，1991；徐新忠等，1993）。地壳厚度62～73 km。上地壳速度5.68～6.25 km/s，中地壳速度为6.4～6.45 km/s，下地壳速度为6.7 km/s。上、中、下地壳厚度都大于秦岭-大别成矿省，厚度分别为19～23、18～21和22～32 km。厚度9～10 km和速度5.9～6.08 km/s的低速层位于上地壳和中地壳之间。Moho界面之下速度8.0～8.1 km/s的Pn为正常值。

东昆仑成矿省为三层地壳结构（高锐等，1996；吴功建等，1991）。拉鸡山成矿带紧挨着祁连成矿省，地壳结构和它相近。地壳厚度70 km。上地壳速度4.82～6.12 km/s，中地壳速度为6.44 km/s，下地壳速度偏高已达到超镁铁质岩石速度7.6 km/s。上、中、下地壳厚度分别为31、20和19 km。厚度5 km和速度5.54 km/s的低速层位于上地壳和中地壳之间。Moho界面之下速度8.0 km/s的Pn为正常值。柴达木成矿区和东昆仑成矿带下地壳减薄使整个地壳变薄，地壳厚度52～54 km。上地壳速度5.7～6.3 km/s，中地壳速度为6.3 km/s，下地壳速度6.6～6.8 km/s。上、中、下地壳厚度分别为24、15～19和11～13 km。厚度7 km和速度5.8 km/s的低速层位于下地壳顶部。Moho界面之下速度8.10 km/s的Pn为正常值。

3.特提斯成矿域地壳速度结构

位于青藏高原的特提斯成矿域以巨厚的地壳为特征。地壳厚度达到了60～84 km。地壳明显分成东北部和西南部两种结构（图2-22）。

图2-22 Ⅰ-3 特提斯喜马拉雅成矿域地壳速度结构

（根据如下资料汇编：高锐等，1996；阚荣举等，1992；潘裕生等，1998；徐新忠等，1993）P波速度单位：km/s

东北部包括三江成矿省、松潘-甘孜成矿省和藏北成矿省的措勤-念青唐古拉山成矿带。西南部包括藏北成矿省的冈底斯山、班公错、雅鲁藏布江上游成矿带和藏南成矿省。

三江成矿省地壳厚度60 km（阚荣举等，1992）。上地壳速度5.86～6.0 km/s，中地壳速度为6.56 km/s，下地壳速度为6.90～7.11 km/s，厚度分别为15、14和31 km，没有低速层。Moho界面之下速度8.09 km/s的Pn为正常值。

松潘-甘孜成矿省和藏北成矿省的措勤-念青唐古拉山成矿带地壳厚度63～79 km（高锐等，1996；徐新忠等，1993）。上地壳速度 5.10～6.15km/s，中地壳速度为 6.3～6.5km/s，下地壳速度为6.5～7.7 km/s。厚度分别为16～21，15～30和22～32 km。厚度3～5 km和速度5.5～5.75 km/s的低速层位于上地壳和中地壳之间。Moho界面之下速度8.10～8.20 km/s的Pn为正常值。

藏北成矿省的冈底斯山、尼玛-班公错、雅鲁藏布江上游等3个成矿带和藏南成矿省地壳结构比较复杂（高锐等，1996；潘裕生等，1998）。地壳厚度73～84 km。上地壳速度5.0～6.2 km/s，中地壳速度为6.3～6.5 km/s，下地壳速度为6.7～6.9 km/s。厚度分别为23～26，15～32和21～34 km。有两个速度为5.7～5.9 km/s和6.0～6.2 km/s的低速层分别位于中地壳顶部和底部。Moho界面之下速度8.10～8.20 km/s的Pn为正常值。东北部5个成矿带地壳底部速度较高，达到上地幔超镁铁质岩石速度7.11～7.7 km/s。西南部4个成矿带地壳底部速度相对较低，仅为镁铁质岩石速度6.7～6.9 km/s。

4.滨西太平洋成矿域地壳速度结构

滨西太平洋成矿域覆盖了整个中国东部9个成矿省（图2-23）。

靠近滨西太平洋成矿域西缘的华北陆块西段（马杏垣等，1991）、龙门山-神农架（徐新忠等，1993）、扬子地台西缘（阚荣举等，1992）等3个成矿区（带）地壳厚度48～55 km。东部各成矿省地壳厚度减薄为30 km 左右。除了下扬子成矿省6个成矿区（带）没有低速层外（林中洋等，1992；熊绍柏等，1993；章惠芳，1988；董颐珍，1997；徐新忠等，1993），其他8个成矿省普遍存在低速层，一般位于上地壳和中地壳之间（阚荣举等，1992；徐新忠等，1993；章惠芳，1988；卢造勋等，1992；马杏垣等，1991；孙武城等，1992；林中洋等，1992；郑晔等，1989；董颐珍，1997；熊绍柏等，1993；尹周勋等，1999）。吉黑、秦岭-大别、东南沿海、下扬子和上扬子等5个成矿省的边缘成矿带Moho界面之下Pn速度均小于8.0 km/s，如处于板块边缘活动带上的张广才岭、桐柏-大别、闽粤沿海、长江中下游、江南地块、龙门山-神农架、扬子地台西缘等7个成矿带。其他成矿省的成矿区（带）Moho界面之下Pn在8.0～8.15 km/s范围内均为正常值。

5.前寒武纪成矿域地壳速度结构

前寒武纪成矿域除了塔里木准地台和阿拉善成矿区外（李秋生等，2000；张贻侠等，1998；徐新忠等，1993；吴功建等，1991；孙武城等，1992），其余部分和滨西太平洋成矿域的华北地台北缘、华北准地台、下扬子、上扬子、华南成矿省和秦岭-大别成矿省的柴达木成矿区重叠（图2-24）。

阿拉善成矿区地壳厚度为55 km。上地壳速度5.68～6.2 km/s，中地壳速度为6.4 km/s，下地壳速度为6.6 km/s，厚度分别为16、20 和19 km。低速层位于上、中地壳之间，厚度10 km，速度6.08 km/s。Moho界面之下速度8.2 km/s的Pn为正常值。

中国大陆主要成矿域的地壳速度结构总结在表2-2之中。