地盾区与拉张区的地壳反射特征

如题所述

第1个回答  2020-01-20

在前寒武纪地盾区,反射地震剖面似乎不存在统一的模式。但是,上中地壳和下地壳的反射特征常存在明显区别。在图6.3中给出两个例子。上图为穿过元古宙波罗的地盾的反射剖面,下地壳有强反射,而上中地壳相对反射弱(半透明);Moho(13s左右)反映为下地壳强反射的底界,而其下方的浅地幔也相对透明。图6.3(下)为过北美苏必利尔湖—格伦威尔地质省的反射剖面,其上中地壳充满了倾斜反射体,而下地壳反射体平缓,中部还夹有弱反射的半透明体;Moho面在12s左右,较不明显。

图6.3 通过波罗的地盾(a)和北美苏必利尔湖格伦沃利省的地震剖面(b)(BABEL小组,1990;Green等,1989)

上图表示一直处于构造稳定状态而且壳根保存完好的前寒武纪地壳;下图为后期经过构造运动改造的前寒武纪地壳,它位于图5.9所示的甘布拉古裂谷的北部,图6.8示出此古裂谷的反射剖面

前寒武纪地壳之所以具有多种不同的反射地震模式,首先应归因于它生成以后受到的构造运动的不同。在波罗的地盾的例子中,我们看到下地壳的反射几何模式与显生宙碰撞造山带十分相似,即左边10~15s处显示板块向右(北东)俯冲,这一事件发生在元古宙,即它是原始的碰撞造山事件。它的痕迹一直保留到现代,说明波罗的地盾一直处于构造稳定和热均衡状态之中,在显生宙没有发生地幔底辟岩浆上涌或大规模韧性形变。因此,连古老的壳根都没有被剥蚀掉。但是,为什么上中地壳显示相对均匀性呢?是否在造山运动之后上中地壳经历了普遍的花岗岩化?与此相反,在6.3下图中,上地壳强烈的倾斜反射体反映了强烈的后期构造活动。回忆在第五讲第三节及图5.9中提到的北美强重力异常带反映大陆裂谷及玄武岩流的大规模上涌,这一事件必定影响苏必利尔湖地区的地壳结构。由于地盾区地壳的年龄最长,它生成以后可能经历了多期复杂的构造活动,而现存的反射地震模式对最新一期的构造活动反映得最清晰。一般来说,构造活动越老,其保留的痕迹就越少,像波罗的地盾那样能保留原始碰撞模式的例子,在中国可能是罕见的。

图6.4 英国西海岸的反射地震剖面(Warner,1990)

显示拉张区典型的下地壳的强反射层和相对透明的上地壳及浅地幔

图6.5 通过英国和法国之间拉张大陆地壳的三条深反射(线条)剖面图(LeGall.1990)

反映拉张型地壳的典型地震特征

图6.6 通过美国西部盆岭区的深反射(线条)剖面图(Gans,1987)

水平的Moho面,宽达323km,深30km左右。括号中的数字为地壳拉伸率,从l5%到300%。左下角为剖面的位置

总的来说,地盾区的深反射地震解释要注意以下特点:(1)由于地盾区的地壳是古老的,现今的反射特征取决于地壳形成后的演化,只有长期处于构造稳定状态的地盾区才保存有原生构造的痕迹。(2)地盾区下地壳的岩石广泛经过变质作用及韧性剪切(见图1.18),相应的变质岩岩席及糜棱岩带等将产生明显的反射。如果经后期构造运动使古下地壳上升,相应的反射体也可能出现在上中地壳。(3)如上一讲最后的Nelson模式所言,由于壳幔作用地盾区下地壳可能存在基性及超基性岩席,它们将产生绕射地震波,一般出现在地壳底部。(4)邻近构造单元的后期构造活动将对地盾区地壳结构发生一定影响,在解释时也要考虑到。

与地盾区相比,近代地壳拉张区的反射多具有比较典型的特征,包括相对透明的上地壳和上地幔,下地壳具有近似成层的“强反射层”(Laminated Lower Crust),称为地震层体(seismic lamellae),它指下地壳充满了致密、重叠和近似水平的反射体,如图6.4所示。这种反射模式可能由基性超基性岩浆沿拉张地壳底部侵入后,沿横向贯入并发生变质作用引起。下地壳与拉张伴生的韧性拉伸和横向剪切作用,也能造成近似水平的强反射。在穿过英吉利海峡的三条剖面上(图6.5),这种拉张地壳的反射特征都反映的很清楚。图上Moho面在10s左右,相对水平,清晰的位于透明浅地幔的顶界。同时,在下地壳和浅地幔还残留有倾斜反射体,可能与拉张前期的挤压俯冲带有关。美国盆岭区的情况虽然没有像图6.4~图6.5那样典型,但是总的看下地壳反射强于上地壳,有很透明的浅地幔和很平的Moho面(图6.6)。在此图中还标明了地壳拉张率和上地壳的高角度正断裂,可见在拉张强、断裂发育的地段下地壳强反射体较密,这被认为是下地壳韧性流动对上地壳横向拉张量的补偿。对比图6.6的反射剖面与图4.9的地质解释可认为,浅而平的Moho面可能由软流圈上涌引起,也可能是岩石圈拆沉的结果。

图6.7 通过莱茵地堑的两条剖面及其解释(ECORS-DEKORP计划)

实线为强反射,点虚线表示绕射

1—第三系;2—中生代;3—石炭系;4—下地壳强反射层;5—二叠纪火山岩;6—主要断层;7—钻孔

对于发育到一定程度的大陆“热”裂谷,其两侧反射特征与上述典型拉张地壳相似,但中央部分却相反,即在浅部沉积盆地内有强反射,在中下地壳却相对“透明”.这是由于基性岩浆垂向侵入,而深反射地震对陡倾的岩体反映不出来所致。图6.7是通过莱茵地堑的两条反射地震剖面及其地质解释,可清楚看出Moho面变浅及地堑下方下地壳反射弱。也有人怀疑这种弱反射是由于上方沉积盆地反射层多使透过波能量减弱引起的。从反射图可看出,大陆裂谷的根源在地幔.因为其中央部分的反射模式明显不同于两侧。与此不同的是,发育初期的裂谷其反射模式可能不同,它在上中地壳可能有反映侵入岩浆房顶面的强反射,例如在东太平洋隆起轴部就可看到反映上涌岩浆房顶盖的强反射。但是对于古裂谷,反射模式又不一样。图6.8为沿北美大陆古裂谷布设的一段地震剖面,它位于图5.9所示的甘布拉重力异常带的东北向延长部位,其反射与图6.3(下)所示的区域剖面中段相似,都是上中地壳的层状强反射,一直到达32km的深度。图中Ba表示太古及元古的基底顶面.M表示Moho面。古基底面Ba以上厚达32km的层状反射,主要是由多期玄武岩及后火山期的火山岩和沉积岩互层引起的。在这里我们清楚地看到,古裂谷引起的火山盆地可深达32km.而拉张沉积盆地的发育一般只限于上地壳,如图1.20所示。

图6.8 沿北美大陆古裂谷的深反射地震剖面(Behrendt等,1988)

Ba为太古及元古基底顶面,M为Moho面位置,揭示由多期玄武岩层和后火山期火山—沉积岩互层组成的盖层厚达32km

要指出的是,由折射地震和反射地震推测的Moho面常常不同。折射地震认为Moho面是一个波速从(7.0±0.4)km/s跃升到(8.1±0.2)km/s的间断面。如果折射结果是正确的,反射图上Moho应有明显而且连续的反射。实际上在反射图上Moho常常是一个宽1~2s的反射带的边界,而且分段成断续状,因此,反射地震资料可能更多地揭示近期发生的壳幔相互作用。

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