叶高峰：索伦缝合带及邻近区域岩石圈结构：高精度大地电磁测深研究揭示的地壳各向异性

中亚造山带形成于古生代晚期，是一个典型的陆-洋-陆碰撞区域，分隔北部的西伯利亚克拉通地块和南部的塔里木、华北克拉通地块。通常认为古亚洲洋沿着索伦缝合带的双向俯冲闭合，最终形成了中亚造山带。虽然前人对古亚洲洋的闭合开展了大量的研究工作，但缝合带的确切位置仍有不少争议。根据蛇绿岩和花岗岩的分布分析，可能的位置为索伦—西拉木伦缝合带和二连—贺根山缝合带。近期的研究通常认为前者是古亚洲洋最终闭合的位置，但对于古亚洲洋闭合的动力学过程、缝合带的结构等关键问题，缺乏足够的深部地球物理研究。

大地电磁测深法能够获得深达岩石圈底界的电阻率模型，据此分析物质组分和热状态等信息。极小部分的溶液含量、局部熔融或者颗粒边界上的硫或石墨，就能使得岩石的电阻率降低1-2个数量级，而导致的地震波速的变化则极小。因此，在洋壳俯冲带、陆-陆碰撞带的研究中，大地电磁测深法具有其他方法不能替代的优势。

针对上述科学问题，我校地信学院电法组叶高峰、金胜、魏文博等教授和加拿大阿尔伯塔大学的Martyn Unsworth教授合作，通过对长度约400km、北西-南东向穿越索伦缝合带的长周期、高精度大地电磁测深剖面进行了精细的数据分析、二维反演、二维各向异性反演和模型验证等工作，获得研究区二维电阻率模型和各向异性模型，并结合前人研究成果，对模型进行了解释，从而研究古亚洲洋最终俯冲闭合的证据和几何特性。研究获得以下创新性认识：

1、在高阻岩石圈中发现一条切穿整个地壳并进入地幔的南倾低阻条带（Ds），其倾角~45°，根据其他地质、地球物理资料，推断低阻的成因是俯冲的含硫、含碳沉积物，来自于古亚洲洋的南向俯冲，其俯冲深度可达80km。该洋壳俯冲引起的低阻条带，具有明显的各向异性，根据其各向异性的特征，推断高应变率导致了褶皱轴旋转到了倾向方向。并根据该低阻条带的位置推断古亚洲洋沿索伦缝合带闭合。

2、华北克拉通北缘下方发现的高阻体（R2）解释为由于古亚洲洋南向俯冲导致的加厚的岩石圈，而在南向俯冲位置以南中亚造山带和华北克拉通地壳内发现的北倾低阻条带（T1-T5），解释为碰撞后逆冲断裂。

3、两条北向倾斜的低阻条带（Dn1和Dn2）可能与古亚洲洋闭合过程中的北向俯冲有关，这表明古亚洲的双向俯冲闭合，但由于剖面受到国境线限制，未能追索到其深部形态。

该研究基于一条高精度大地电磁测深剖面获得的电阻率模型，讨论了古亚洲洋的俯冲闭合等重要科学问题，首次从电性结构的角度清晰的成像了古亚洲洋的闭合过程中的双向俯冲，给出了俯冲角度、深度等重要几何参数，对中亚造山带的形成和演化研究具有重要价值。

图1  大地电磁测深剖面位置图

图2  大地电磁测深剖面二维反演、各向异性二维反演模型图

图3  研究区岩石圈二维电阻率模型及推断解释图 

上述研究成果发表在地球科学国际权威刊物《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上：Ye, G., Unsworth, M., Wei, W., Jin, S., & Liu, Z. (2019). The lithospheric structure of the Solonker Suture Zone and adjacent areas: Crustal anisotropy revealed by a high-resolution magnetotelluric study. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 124, 1142–1163.

全文链接：https://doi.org/10.1029/2018JB015719