佳木斯地塊位于中亞造山帶東部，其發(fā)育受到古亞洲洋、太平洋和蒙古-鄂霍次克洋俯沖的影響（Wu et al., 2000）。那丹哈達(dá)地體位于佳木斯地塊東部，曾被認(rèn)為是古太平洋俯沖帶或外來地體的一部分（Mizutani和Kojima，1992），是中國(guó)境內(nèi)唯一由古太平洋板塊俯沖增生的證據(jù)。兩者是研究太平洋板塊與東亞構(gòu)造動(dòng)力作用的理想地區(qū)（見圖1）。以往人們對(duì)佳木斯地塊和那丹哈達(dá)地體的構(gòu)造屬性、巖石學(xué)、地質(zhì)年代和地球化學(xué)方面進(jìn)行了一些研究。然而佳木斯板塊和那丹哈達(dá)地體的地殼結(jié)構(gòu)，兩者之間的耦合關(guān)系，太平洋俯沖作用對(duì)其構(gòu)造演化過程等科學(xué)問題還缺乏深部及精細(xì)地球物理資料的制約。大地電磁測(cè)深和反射地震是研究地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)、板塊拼接碰撞等地球動(dòng)力學(xué)問題的重要手段，深入研究研究區(qū)殼內(nèi)流體、縫合帶的構(gòu)造特征、雜巖體的結(jié)構(gòu)屬性對(duì)于認(rèn)識(shí)太平洋板塊俯沖作用下研究區(qū)的深部動(dòng)力學(xué)背景及其孕震環(huán)境具有重要意義。

圖1 東北亞地區(qū)大地構(gòu)造和測(cè)線分布圖

a.中亞造山帶大地構(gòu)造簡(jiǎn)圖；b. 中國(guó)東北地區(qū)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其中：Ⅰ為嘉蔭-牡丹江斷裂，Ⅱ為依蘭-伊通斷裂，Ⅲ為敦化-密山斷裂，Ⅳ為錫霍特-阿林?jǐn)嗔眩?/span>Ⅴ為躍進(jìn)山斷裂；c.地質(zhì)和地球物理測(cè)線分布圖，其中：紅色實(shí)心點(diǎn)表示地震事件，紅線表示斷裂帶，YJFF為躍進(jìn)山斷裂，DMF為敦化-密山斷裂；AA’和BB’為兩條MT測(cè)線，CB’和EE’為兩條反射地震測(cè)線，DD’和FF’為兩條地質(zhì)露頭剖面。

中國(guó)地震局地球物理研究所張平川助理研究員完成并收集了兩條約257km的大地電磁測(cè)深剖面，點(diǎn)距約1km。對(duì)頻率域的電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行維度和構(gòu)造走向分析可知，AA’線的電性走向?yàn)闁|南107.5°方向，BB’線的佳木斯板塊段的電性走向?yàn)楸睎|57.5°方向，那丹哈達(dá)地體段的電性走向?yàn)闁|南112.5°方向。兩個(gè)測(cè)線測(cè)點(diǎn)的相位張量具有二維性，因此反演采用非線性共軛梯度二維反演算法，獲得TM模式下的深度100km范圍內(nèi)的電性結(jié)構(gòu)模型（見圖2）。此外，收集了兩條反射地震剖面，B’C線為穿過那丹哈達(dá)地體中部的6s的反射地震測(cè)線，EE’線為穿過那丹哈達(dá)地體南端的15s的反射地震測(cè)線，對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了能量增強(qiáng)和屬性提取等處理，并依據(jù)已有地質(zhì)、鉆井資料進(jìn)行地質(zhì)解釋（見圖3）。DD’線和FF’線為野外地質(zhì)剖面。

地球物理特征分析結(jié)果表明，佳木斯地塊上地殼為相對(duì)穩(wěn)定高阻體，厚度約15km。下地殼具有電阻率低、反射短而弱的特點(diǎn)。佳木斯地塊地殼中存在高導(dǎo)電層和巖漿導(dǎo)電通道。而佳木斯東緣地殼較為復(fù)雜和不穩(wěn)定。西傾的躍進(jìn)山-同江斷裂是佳木斯地塊與躍進(jìn)山雜巖的構(gòu)造邊界，具有高導(dǎo)電性和拱弧狀反射的特征，是地幔物質(zhì)上涌的通道。躍進(jìn)山雜巖具有斷塊狀高阻體、斷續(xù)狀的弧反射特點(diǎn)，厚度約10km。饒河雜巖具有西傾反射和高阻塊體的物性特征，形態(tài)為雙重逆沖構(gòu)造特征，厚度約5km（見圖4）。地殼內(nèi)部的高導(dǎo)電層和地震拱弧狀反射特征表明，殼內(nèi)存在拆離層，由太平洋板塊俯沖引起（見圖5）。連接淺層地殼和上地幔的低阻帶是玄武巖上升流的通道，與太平洋板塊的俯沖有關(guān)。

圖2 電性模型結(jié)果圖

紅色表示低阻，藍(lán)色表示高阻，C1為高導(dǎo)異常體，R1為高阻體，紅線表示斷裂，箭頭表示物質(zhì)運(yùn)移方向。

圖3 那丹哈達(dá)地體偏移地震剖面（a）和地震能量剖面圖（b）

YJSB為躍進(jìn)山雜巖，RHB為饒河雜巖，DLQ為大嶺橋組，DJH為大佳河組，YF為永福橋組，UM為超鎂鐵質(zhì)-鎂鐵質(zhì)巖，MR為巖漿巖，SR為西傾反射波組。

圖4 研究區(qū)新生代地殼結(jié)構(gòu)模型圖

深部紅色為幔源物質(zhì)上涌通道，地殼內(nèi)部藍(lán)色區(qū)為含流體區(qū)，地表深綠色為超鎂鐵質(zhì)巖。

圖5 躍進(jìn)山雜巖和饒河雜巖的構(gòu)造演化模型圖

從晚石炭世至今，YJS為躍進(jìn)山，Back arc spreading為弧后擴(kuò)張，Roll-back為太平洋板塊后撤，Upwelling of Asthenosphere為軟流圈上涌。

研究創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在：1. 首次繪制了躍進(jìn)山雜巖和饒河雜巖的電性模型和地震剖面圖，為那丹哈達(dá)地體劃分躍進(jìn)山雜巖和饒河雜巖，兩者是太平洋板塊不同時(shí)期俯沖的產(chǎn)物給出地球物理證據(jù)。2. 揭示了佳木斯地塊與那丹哈達(dá)地體的構(gòu)造邊界為躍進(jìn)山斷裂，厘清了兩者地殼結(jié)構(gòu)的差異特征。3.殼內(nèi)的高導(dǎo)層和拱弧狀反射揭示了研究區(qū)自新生代以來太平洋俯沖引起的地幔上涌。

研究成果為太平洋板塊俯沖對(duì)東北地區(qū)的構(gòu)造演化及深部流體活動(dòng)提供了地球物理基礎(chǔ)，為研究東北地區(qū)地震活動(dòng)的孕震環(huán)境提供了地球動(dòng)力學(xué)背景認(rèn)識(shí)，為地震與地球物理等多參數(shù)多方法聯(lián)合研究地球深部結(jié)構(gòu)提供一份案例。成果于2023年發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《Tectonophysics》（Pingchuan Zhang, Changqing Yu, Xingui Zhou. et al. Crustal structure beneath the Jiamusi Block and the Nadanhada Terrane from seismic and magnetotelluric studies: Implications for the subduction of the Pacific Plate. Tectonophysics 862(2023)： 229978. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2023.229978），受中國(guó)地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（批準(zhǔn)號(hào)：DQJB22K49）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：2016YFC060110602）、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：DD20160165）共同資助。

【作者簡(jiǎn)介】

張平川，中國(guó)地震局地球物理研究所地震科學(xué)數(shù)據(jù)中心助理研究員，主要從事地球物理數(shù)據(jù)處理與地球動(dòng)力學(xué)研究。

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