基于地球物理重磁特征的揚子古陸與華夏陸塊邊界劃分

符平禮，陳 康，楊富強，劉文勛，龍永鋒，莫亞軍

(1.廣西壯族自治區地球物理勘察院，廣西 柳州 545005；2.廣西第七地質隊，廣西 柳州 545005 )

0 引言

由于揚子古陸與華夏陸塊廣西段結晶基底被后期沉積地層覆蓋，揚子古陸與華夏陸塊的具體分界一直存在爭議。早期認為分界與江南古陸南緣、桂北古島弧密切相關，以往大致有5種看法[1](圖1)：① 自萍鄉經湖南桃江—溆浦、通道，進入廣西三江—融安轉宜山、南丹，至貴州紫云—云南師宗—開遠；② 從萍鄉—永州—桂林—南寧—憑祥；③ 三江—融安—宜山—天等—下雷；④ 萍鄉—永州—桂林北—貴州冊亨—云南開遠；⑤ 萍鄉—北海。以上劃分方案主要以當時不同的地質構造單元劃分方案進行劃分，劃分的分界差異較大。

目前，在以往劃分方案以及提取到的一些反映基底形成物質記錄等研究成果基礎上，提出了不同時期存在不同的邊界的劃分方案。其中，《廣西地質志》[2]推定峒中—小董斷裂帶+欽州一藤縣斷裂帶靈山—藤縣段、三江—融安轉宜山、南丹斷裂帶分別為欽杭帶東南、北西邊界(圖1中⑥號線和①號線)，前者是早古生代揚子克拉通與云開島弧匯聚碰撞帶，后者是揚子陸塊東南緣四堡期陸—弧拼接帶。在中新元古代，它們之間的新元古—早古生代的巨厚沉積區域為原欽杭帶廣西段的范疇，至早古生代，(因古華南洋往東南、西南方向的衰減、退縮)該結合帶主要界于峒中—小董斷裂帶與陸川—岑溪斷裂帶所夾持的三角形區域內，劃歸華夏陸塊。

圖1 揚子古陸與華夏陸塊分界廣西段以往分界示意圖

《中國華南大陸構造與問題》[3]同樣按不同時期劃分了揚子和華夏陸塊的分界，認為新元古代中期揚子和華夏陸塊沿伏川-九嶺-益陽-四堡一線拼合，形成統一的華南大陸板塊；至早古生代的廣西運動(加里東期)，在陸內造山作用下沿江紹-萍鄉-欽防一線最終拼合。

上述不同時期存在不同的邊界的劃分方案綜合了歷年各學科的成果，劃分方案嚴謹，主要以地質、地球化學(鋯石U-Pb定年、Hf同位素示綜分析、模式年齡等)等方法的成果為劃分依據，分界深部構造的地球物理依據分析較少。本文以上述不同時期存在不同邊界的劃分方案為基礎，通過獲得的廣西1∶20萬重磁異常，并利用小波多尺度分析[4]、窗口滑動平均[5]等方法進行重磁位場轉換，深入分析廣西重磁場區域、局部場反映的深部構造特征，探討揚子與華夏陸塊廣西段邊界在不同時期的展布，提出了新認識和劃分方案。

1 廣西重磁場特征及分區

1.1 重力場基本特征

縱觀廣西布格重力異常圖[6](圖2)，廣西區域重力場總趨勢為北西低南東高，從北西往南東可分為4個逐級抬升的異常區，分別為富寧-樂業重力低區、百色-河池-全州重力次低區、龍州-柳州重力次高區和欽州-梧州重力高區，反映了北部灣沿海地區上地幔隆起，桂西地區上地幔明顯加深的一般規律。其中，重力低和次低區為陡變異常區，對應上地幔陡降區；龍州-柳州次高區為寬緩異常區，對應上地幔平緩區；欽州-梧州重力高區為NE向的重力高異常區，對應上地幔NE向隆起區。

圖2 廣西布格重力異常平面圖Fig.2 Plan map of Bouguer gravity anomaly in Guangxi

各級異常區間重力異常等值線陡密，形成了3條一級重力梯度帶，重力梯度帶主要是基底陡變、斷裂、地層升降等引起兩側區塊密度差異的反映。

1)樂業-富寧梯度帶：展布于廣西西部，呈NNE走向，梯度帶區內長約100 km，平均梯度達(0.5～1.0)×10-5(m·s-2)/km。屬大興安嶺-太行山-武陵山梯級帶廣西段，由于疊加了NW向異常，梯度帶呈彎曲狀。

2)三江-融安-河池-大新梯度帶：展布于廣西西部和北部，呈NE走向，梯度帶區內長約500 km，平均梯度(0.4～0.8)×10-5(m·s-2)/km。梯度帶是陡變重力異常區與寬緩重力異常區的分界，亦是陡變重力異常區內NW走向異常的邊界。

3)龍州-南寧-桂平-信都梯度帶：展布于廣西東南面，呈NE走向，梯度帶區內長約580 km，平均梯度(0.3～0.5)×10-5(m·s-2)/km。廣西的東南面展布一組NE向的梯級帶，龍州-南寧-桂平-信都梯度帶是最北面的一條，也是規模大、連貫性最好的一條，往南的二級北東向梯度帶有憑祥-藤縣-信都梯度帶和北海-博白-岑溪梯度帶。

1.2 重力場的小波多尺度分析

小波多尺度分析[4](也稱多分辨分析)的思想，通過對函數空間的逐步剖分，將信號在不同層次的函數空間內進行分解展開，得到小波分析與多尺度分析的聯系。也可以從濾波器組的角度理解多尺度分析的性質。小波變換過程等效于信號通過一系列低通和高通濾波器輸出的結果。

函數空間可以逐級二分產生一系列正交的函數子空間

(1)

假設f(x)為V0空間的函數，則通過函數空間二分，可以將f(x)分解為兩個函數子空間V1和W1的分量來表示：

f(x)=A1[f(x)]+D1[f(x)]

(2)

A1[f(x)]為函數f(x)在V1空間上的投影，稱為f(x)的逼近，D1[f(x)]為函數f(x)在W1空間上的投影，反映了函數f(x)在空間V0和V1之間的差異，稱為f(x)的細節。

對A1[f(x)]二分并逐級進行下去可以得到函數f(x)在一系列函數子空間的投影，形成函數f(x)的小波展開：

(3)

小波分解示意圖見圖3。

圖3 小波分解示意圖Fig.3 Schematic diagram of wavelet decomposition

小波分解的低階小波細節不變準則：在對重力異常進行小波變換過程中，階數n是根據實際情況需要人為選定的，不管怎么選擇n，小波變換出來的低階小波細節都是一樣的，所不同的只是小波細節的個數和n階逼近。

利用中國地質大學(武漢)開發的重磁數據處理軟件進行小波多尺度分析，把廣西布格重力異常分離為6個階次，利用反映中深部重力場的4階、5階逼近和細節場進行分析(圖4)。

圖4 廣西重力異常小波多尺度分析4階、5階逼近和細節場剖析圖

1)逼近場特征：如上所述，不同階次的逼近場反映不同深度的重力背景場，階次越高反映越深的重力背景場，對應相應深度的區域構造背景，從4階、5階逼近場看：① 清晰展示了樂業-富寧、三江-融安-河池-大新和龍州-南寧-桂平-信都3條一級梯度帶，反映了地殼中深部形成的3條區域構造帶。② 清晰展示了陡變異常區、寬緩異常區和重力高異常區，反映了地殼中深部形成的3個區域構造區。

2)細節場特征：細節場是分離的各階界面之間，其地層密度不均勻引起的重力異常，反映不同深度、不同時期的區域構造細節。4階、5階的細節場很好反映3個一級異常區中深部不同的區域構造特征：① 陡變異常區呈NW向展布特征。反映了陡變異常區(桂西和桂北)NW向的區域構造特征。② 寬緩異常區異常寬緩、相互疊加，具過渡區特征。可分為桂中寬緩異常區和桂東北疊加異常區。桂中寬緩異常區反映該區平緩的區域構造特征，桂東北疊加異常區反映該區相互疊加的區域構造特征。③ 重力高異常區呈NE向展布特征。反映了重力高異常區(桂東南)北東向的區域構造特征。

1.3 重力場分區

廣西重力場以中國東部NNE向重力場為區域背景，樂業-富寧梯度帶屬大興安嶺-太行山-武陵山梯級帶的廣西段(圖5)，而大興安嶺-太行山-武陵山梯級帶是一條地殼厚度陡變帶，推測是中生代晚期或新生代以來形成的，雖然可以推論其前身可能導源于剪切斷裂，但還不宜于把它與郯廬斷裂帶并提[8]。換言之，樂業-富寧梯度帶形成于中生代晚期或新生代時期，故不宜作為一級重力場分區的劃分依據。

據以上重力場[9]的特征分析，以三江-融安-河池-大新梯度帶和龍州-南寧-桂平-信都梯度帶為分界，把廣西重力場劃分為3個一級異常區：陡變異常區、寬緩異常區和重力高異常區。分別反映了廣西上地幔起伏的三個構造區：西北部的NW向凹陷區，中部緩坡區和東南部的NE向隆起區。同時，依據二級(如桂林-賀州、憑祥-藤縣-信都梯度帶)和三級梯度帶(如田林-百色梯度帶)，布格、局部異常展布特征，小波分析逼近、細節場特征，往下劃分了8個二級異常區和5個三級異常區(圖6)，反映次一級的上地幔起伏特征。

圖6 廣西布格重力異常分區圖Fig.6 Zonation map of Bouguer gravity anomaly in Guangxi

1.4 磁場基本特征

縱觀廣西航磁ΔT等值線平面圖[2](圖7)，除桂北、桂東南部分地區存在與構造帶、斷裂帶和巖體相關的局部較強的磁異常區(帶)外(強度大者可達千余nT)，廣西磁場總體寬緩。以環江—宜山—忻城—上林—大新為界，大致可分為兩大景觀區，東部為磁力高異常區，西部為磁力低異常區，區域背景上有一個明顯磁場臺階，該線兩側磁場相差30～50 nT。同時，廣西磁場分區特征明顯，桂西地區表現為NW向帶狀磁異常區，桂中和桂北地區為磁力高異常區，桂東南為NE向帶狀磁異常區，總體反映廣西基底起伏及展布特征。

圖7 廣西航磁ΔT異常分區圖Fig.7 Aeromagnetic ΔT anomaly zoning map of Guangxi1—一級航磁異常分區線 2—二級航磁異常分區線 3—三級航磁異常分區線

1.5 磁場的窗口滑動平均

采用正方形窗口滑動平均，以一個網絡節點為中心點，把其正方形窗口內所有網絡節點的異常平均值作為該節點的區域異常值，其網絡化值與該區域異常值之差作為該節點的“剩余異常值”[5]。窗口滑動平均法可把航磁ΔT異常分離為一個區域背景場和一個剩余場。

參數選擇主要是窗口的大小，經試驗確定30 km×30 km窗口較好分離廣西航磁ΔT異常，利用中國地質調查局開發的重磁電數據處理軟件系統(RGIS)提供的模塊進行數據處理，再用MapGIS繪圖軟件成圖，從獲得的航磁ΔT剩余異常和區域異常看(圖8、圖9)，大致以環江—宜山—忻城—上林—大新為界，東西兩大景觀區異常特征清晰，西部為NW向磁異常區；東部以龍州-南寧-桂平-信都一線的線性磁異常帶為界，桂中和桂北地區為磁力高區，桂東南為NE向異常區。

圖8 航磁ΔT區域異常(30 km×30 km)(據文獻[2])Fig.8 Aeromagnetic ΔT regional anomaly (30 km × 30 km)[2]1—航磁異常正等值線 2—航磁異常零值線 3—航磁異常負等值線

圖9 航磁ΔT剩余異常(30km×30km)(據文獻[2])Fig.9 Aeromagnetic ΔT residual anomaly (30km × 30km)[2]1—航磁異常正等值線 2—航磁異常零值線 3—航磁異常負等值線

1.6 磁場分區

根據以上磁異常[10]特征，包括磁場的強度、形態、范圍、多寡及走向等特征，結合重力異常特征，梳理出各線性磁異常區的區域差異，按三江-融安-河池-大新梯度帶和龍州-南寧-桂平-信都梯度帶重力梯度帶作為分界，把廣西磁場劃分為3個一級異常區：西北部的NW向磁力低異常區、中部的磁力高異常區和東南部的NE向異常區。據次級磁異常還劃分了9個二級異常區和5個三級異常區，磁異常區與重力異常區存在較好的對應關系。

2 揚子與華夏陸塊廣西段邊界重磁場的地質認識

《廣西地質志》集廣西幾十年地質工作成果之大成，依據的基礎資料齊全扎實，運用了板塊構造的觀點編制大地構造圖，其不同時期存在不同邊界的劃分方案符合目前國內主流的大地構造認識。本文沿用其四堡期、早古生代兩個時期邊界的劃分方案，據廣西重磁場特征和分區，對邊界的位置和走向進行探討，并進行邊界的劃分(圖10)。

2.1 劃分三江-融安-河池-大新一線為揚子陸塊東南緣四堡期陸—弧拼接帶

拼接帶向北連接地質上推斷的伏川-九嶺-益陽-四堡一線拼合帶[3]，與四堡、丹洲群地層走向以及侵入的三防、元寶山巖體走向基本一致，兩側寒武系地層沉積相差異明顯，西側為碳酸巖相，東側為碎屑巖相。

據重磁場特征劃分的主要依據：

1)廣西重磁場可分為3個一級異常區，對應3個不同的區域構造區，三江-融安-河池-大新一線為其中一條區域構造分界。

2)表現為一條明顯的區域重力梯度帶，反映基底構造帶特征。

3)三江-融安-河池-大新一線兩側磁場相差30～50 nT，形成一個明顯磁場臺階，表明兩側分屬不同的區域構造區。

黃啟勛等從兩側硅鎂層和硅鋁層的厚薄、層結構、構造運動、低速層和平均密度等地殼的結構特征差異以及兩側沉積建造、巖漿活動、構造差異為依據對該帶進行了論述[11]。

《廣西地質志》以三江—融安斷裂轉往宜山、南丹斷裂帶作為揚子陸塊東南緣四堡期陸—弧拼接帶(圖1中①號線)，把桂北地區劃分為雪峰—四堡古島弧，而桂西地區劃分為滇黔桂被動陸緣。以上據重磁場特征的劃分方案，分界往西南延伸至中越邊境，表明桂北和桂西地區在中新元古代同屬一個構造區，雪峰—四堡古島弧可能隱伏延伸至桂西地區。

2.2 劃分龍州-南寧-桂平-信都一線為早古生代揚子克拉通與云開島弧匯聚碰撞帶

據重磁場特征劃分的主要依據：

1)廣西重磁場可分為3個一級異常區，對應3個不同的區域構造區，龍州-南寧-桂平-信都一線為其中一條區域構造區分界。

2)NE向重力高異常區最北、梯度最大、線性特征最明顯的重力梯度帶，反映基底斷裂、區域構造分界特征。

3)明顯的區域線性磁異常帶，反映基底斷裂、構造分界特征。

據地質-地球物理資料，黃啟勛[11]認為處于桂東南地區的重力高異常區存在一組NE向迭瓦式深斷裂，龍州-南寧-桂平-信都斷裂帶為深斷裂最北側的一條，峒中(欽州)—藤縣斷裂帶、陸川岑溪斷裂帶屬中部深斷裂帶，南側為合浦-蒼梧斷裂帶。《廣西地質志》厘定碰撞帶位于中部的峒中(欽州)—藤縣斷裂帶、陸川岑溪斷裂帶(圖1中⑥號線)。黃啟勛等分析認為，碰撞帶應位于南側的合浦-蒼梧斷裂帶。從上述重磁場反映的深部構造特征分析，龍州-南寧-桂平-信都一線為一條深部構造區分界，深斷裂帶最具規模，本文據此劃分該帶為早古生代揚子克拉通與云開島弧匯聚碰撞帶。

3 結語

重磁場特征分析是了解地球深部構造的重要手段之一，利用廣西1∶20萬區域重磁場，以及小波多尺度分析方法分離的重力逼近場和細節場，窗口滑動平均法分離的航磁區域場和剩余場，展開深部重磁場特征分析，進行重磁場分區和深部構造分析。通過上述重磁場特征地質認識，提出邊界劃分新的認識，并對揚子與華夏陸塊廣西段分界進行了劃分，獲得了較好的劃分效果。

1)利用重磁場分區、明顯的重力梯度帶、磁場臺階、重磁異常差異，結合地質推斷、區域構造特征及前人對該帶的分析，劃分三江-融安-河池-大新一線為揚子與華夏陸塊廣西段晉寧期或四堡期(中新元古代)陸—弧拼接帶。

2)利用重磁場分區、明顯的重力梯度帶以及重磁場特征的地質認識，參考前人對重磁異常進行的區域構造分析，劃分龍州-南寧-桂平-信都一線為揚子與華夏陸塊廣西段早古生代揚子克拉通與云開島弧匯聚碰撞帶。

以上重磁場的地質認識為揚子與華夏陸塊廣西段的劃分以及基礎地質研究提供了重要的地球物理依據。