四川东部厚皮褶皱冲断带的深地震反射成像：来自恩施段的启示

《Minerals》：Deep Seismic Reflection Imaging of the Eastern Sichuan Thick-Skinned Fold-and-Thrust Belt: Insights from the Enshi Segment

　　

深部地壳中的拆离作用可能控制褶皱冲断带的发育，但其地震表现及在上、下地壳变形分解中的作用仍缺乏约束。研究人员在此展示了一条横跨四川东部褶皱冲断带厚皮段、靠近恩施断层的二维深地震反射剖面，并结合区域横波速度（Vs）、纵波与横波速度比（Vp/Vs）和大地电磁电阻率（MT）约束。该剖面成像了上地壳中一个分段式的褶皱-断层系统，其下方为下地壳中连续、高振幅的层状反射带。该反射带由密集、近水平至缓倾的反射构成，大致对应于齐岳山-张家界构造走廊内降低的Vs、升高的Vp/Vs和低电阻率。研究人员将该带解释为含流体韧性剪切带，可能在区域缩短过程中充当主要的下降地壳拆离层，实现了脆性上地壳中与断层相关的褶皱与下地壳中韧性剪切之间的流变学解耦。从勘探角度而言，该拆离层及其相关异常定义了一个深部构造走廊，可能控制了长距离流体运移和向上流体汇聚，为沿四川东部褶皱冲断带的区域矿产勘探提供了关键框架。

**论文解读：四川东部厚皮褶皱冲断带的深地震反射成像——来自恩施段的启示**

**研究背景与问题**
下地壳拆离层或韧性剪切带可通过解耦上地壳脆性断裂与下地壳粘性变形，控制板内变形样式与分布。然而，其地震表现及在上下地壳变形分解中的作用仍缺乏精细约束。现有区域地球物理成像（如接收函数、层析成像、大地电磁剖面）多用于揭示莫霍面起伏与大尺度属性域，难以刻画精细反射几何及其与上覆褶皱-断层系统的构造关系。四川东部褶皱冲断带（沿扬子克拉通东缘发育）是典型板内缩短系统，其厚皮段下方地壳结构及其与上地壳褶皱-断层系统的联系尚未完全限定。此外，地壳尺度断层、韧性剪切带和深部拆离层是成矿系统的基本组成部分，可能连接深部金属与流体源区、长距离运移通道和浅部沉淀场所。因此，开展该研究旨在：获取高分辨率下地壳反射图像，检验下地壳反射体是否为横向持续拆离层，评估其与地壳尺度逆断层及褶皱-断层系统的几何联系，并结合区域Vs、Vp/Vs和MT电阻率数据评估该反射域是否对应弱化、含流体的下地壳，而非残留成分边界。论文发表在《Minerals》。

**主要技术方法**
研究人员采用了一条2020年采集的二维深地震反射剖面（AA′，NW-SE走向，长约85 km），使用Sercel 428XL采集系统、10 Hz垂直检波器、对称分裂排列（840道，道距40 m，炮距240 m，最大偏移距16.78 km，记录长度24 s），炸药震源（药量20–28 kg，炮孔深度约32 m）。数据处理采用Omega2020工作流，包括初至波层析静校正、叠前多域噪声衰减、地表一致性振幅补偿与反褶积、迭代速度分析与剩余静校正、CMP叠加及叠后信号增强。此外，研究人员将AA′剖面解释结果与区域BB′剖面的Vs、Vp/Vs和MT电阻率模型进行对比，以评估下地壳物理属性。

**研究结果**
**4.1 地震剖面揭示的地壳结构**
深地震反射剖面成像了上、下地壳两个域：上地壳（0–约6 s双程走时TWT）以褶皱、截断和局部错断的反射为特征，显示分段式褶皱-冲断系统，由逆断层相关反射带分隔，其中恩施断层（ESF）附近为相邻褶皱面板的边界；下地壳（约6–12 s TWT）发育连续、高振幅层状反射包（主要位于6–10 s TWT，对应深度约18–30 km），内部由密集、近水平至缓倾的平行反射事件组成，研究人员将其解释为下地壳韧性剪切带，可能作为区域缩短过程中的主要拆离层。莫霍面仅在约12 s TWT处有弱而不连续反射，示踪为推测性识别。

**4.2 区域速度、Vp/Vs与MT电阻率分析**
AA′剖面与BB′剖面对比显示，下地壳反射带大致对应于齐岳山-张家界构造走廊内降低的Vs、升高的Vp/Vs（局部达约1.78）和低电阻率。该低Vs层被解释为韧性拆离或剪切带，而导电异常被解释为弱化导电拆离层。独立深地震反射剖面（Line 2）也成像了该拆离层，其深度与AA′剖面及BB′剖面的低速度、低电阻率异常一致，进一步证实区域下地壳弱化带广泛发育。

**讨论与结论**
讨论部分总结：
- 下地壳反射带被解释为机械弱化韧性剪切带，而非简单岩性界面。其高振幅、横向连续性及与低Vs、高Vp/Vs、低电阻率异常的空间耦合，更符合含流体韧性剪切带特征。研究认为，该反射带中的层状反射由剪切作用下形成的面理及成分层理、流体增强的阻抗差异造成。
- 上下地壳变形分解：上地壳以脆性褶皱和逆断层缩短为主，下地壳以韧性剪切为主，这种垂直分带支持上下地壳解耦模型。该拆离层可能代表了继承性深地壳弱化带，在中生代及后期板内缩短中被重新激活，集中了沿齐岳山-张家界构造走廊的应变。
- 对矿产勘探的意义：下地壳拆离层与上地壳断层系统的连通性可能形成地壳尺度流体通道，控制MVT型Pb-Zn成矿。齐岳山-恩施-鹤峰断裂系统及褶皱-冲断构造可能作为连通深部弱化带与浅部碳酸盐岩储层的通道。综合强下地壳反射率、低Vs、高Vp/Vs、低电阻率及向上连通的断层带，可作为评估区域容许成矿构造走廊的指标。

**研究结论翻译**
深地震反射剖面揭示了四川东部褶皱冲断带厚皮段下方垂直分带的地壳结构。上地壳以断层限定的向斜和背斜反射面板为主，表明缩短主要通过褶皱、逆断层和构造分段实现。下地壳包含连续、高振幅的层状反射带，被解释为下地壳韧性剪切带，而非地壳-地幔边界或简单岩性界面。
与区域横波速度、Vp/Vs和MT电阻率模型的整合表明，下地壳反射带大致对应于齐岳山-张家界构造走廊内降低的Vs、升高的Vp/Vs和低电阻率。这些耦合异常支持对机械弱化、含流体的下地壳拆离层的解释。
深地震剖面支持上下地壳解耦模型，其中脆性上地壳褶皱-断层变形在流变学上与下地壳韧性剪切解耦，但机械上相连。下地壳拆离层很可能代表继承性深地壳弱化带，在中生代及后期板内缩短中被重新激活，为恩施断层附近的厚皮变形提供了深部构造控制。
尽管地震剖面未直接成像矿体，但解释的下地壳拆离层为沿扬子克拉通东缘的矿产勘探提供了深部地球物理框架。下地壳反射率、地球物理属性异常与上地壳断层连通性的空间关联表明，齐岳山-张家界构造走廊可能在构造再激活过程中作为地壳尺度流体通道或转换带。这些特征可作为评估容许控矿构造和成矿系统的区域尺度标准，尤其在与有利宿主岩、浅部拆离层、地球化学异常和已知矿点重合时。