yabobet2019-亚得里亚地块与第勒尼安岩石圈

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摘要现有的地质和地球物理资料还未能对意大利中部的深部地壳结构提供清晰的格架。国家研究项目CROP,尤其是分题项目CROP I将集中研究意大利中部的地壳结构。

已经进行了重力研究。通过对现有资料的新解释,可以对第勒尼安海到亚得里亚海的剖面(对应于CROP I地震测线的测量线路)提出地壳和上地幔背景的二维模型。

这个模型说明,第勒尼安段的岩石圈相对于亚得里亚段的岩石圈具有较低的密度。这两段岩石圈被一中间过渡带所分开,假设此带内有较轻的上地幔楔。已经把它解释为第勒尼安莫霍面之下的亚得里亚地壳岩板的一部分。

在这一基础上,为了理解区域深部背景,现在需要把上述二维模型延拓为三维的。这就可以更好地评价所确定构造的横向发展。本文论述的主题是这种过程的第一步,它仅是研究由于深部构造引起的剩余重力异常的面积展开。我们从布格异常图(2.67g/cm3)开始,并对地形表面应用剥离法消除地表构造的影响。

用这一方法得出了意大利中部的新剩余重力图。在研究区中北部可以识别出优势的南北向的剩余重力异常,它与亚得里亚岩板翘曲部分有关。它表明地壳部分的特征,而且证实了CROPⅡ地震测深剖面的定向是恰当的。更复杂的深部结构似乎局限于研究区中南部,说明下地壳和上地幔由北向南发生明显变化〔这种资料也与地震测深(DSS)和震波层析成像资料一致〕。最后,剩余重力图还表明,在研究区中部、第勒尼安海一侧和亚得里亚海一侧,及亚平宁山脉的核部,等值线呈东西向延伸。这时很难看出这几组等值线的真实地质对应关系,包括重要的东西向构造,如41°纬线或中亚得里亚带,而且它们成为争论的有趣题目。

地中海地区的大部分山脉是多个弧形褶皱和冲断层带的块段[9,10,17,19]。这点对于亚平宁山脉特别明显,那里有两个山弧,呈不同的方向和缩短速率[4,7]。地球物理数据(震波层析成像、地震测深剖面等资料[1,20])表明,这种地表背景反映着北亚平宁山脉区相对于南亚平宁山脉区具有不同的岩板特征。在这种总的构造框架内,南、北亚平宁山弧接合带的深部地质背景仍是不清楚的。

为了增进对地下结构的了解,意大利主要研究机构(国家研究中心——CNR、各大学、ENEL、AGIP)正在对地震测深项目CROP(CROsta Profonda,地壳深部探测)进行合作。此项目类似于其他国家的项目BIRPS、COCORPS、DEKORP、ECORS和NFP20。CROPⅡ地震测深剖面线从第勒尼安海到亚得里亚海,是一条中心测线),用于调查南、北亚平宁山弧之间的亚平宁地壳部分。

对这条测线的初步研究提供了检查现有地质和地球物理资料的良好机会[6,22]。在这方面,重力方法起着重要作用,因为它反映着地壳深部的体积分布。已经报道了由第勒尼安海到亚得里亚海的二维重力模型,它对应于CROPⅡ剖面,说明第勒尼安海与亚得里亚海之间的岩石圈密度有显著差别,而且在上地幔中部存在一个地幔楔[3]。

1—火山岩(第四纪);2—造山期后上新世—更新世海相—陆相沉积物;3—第三纪前渊沉积物;4—斜坡和盆地沉积物(三叠纪—中新世);5—碳酸盐岩陆架和陆架边缘沉积物(三叠纪—中新世);6—托斯坎推覆体;7—冲断层;8—正断层;9—走滑断层;10—CROP I地震测深剖面迹线

根据这些结果,本工作的目的是评价由二维模拟确定的深部构造的三维展开,并对CROPⅡ地震测深剖面的最佳方向在其完成之前和完成期间提供进一步的约束条件。

为了做到这一点,研究了剩余重力异常,特别是由深部构造引起的异常。我们从布格异常图(2.67g/cm3)开始,并用剥离法消除了地表构造效应[2,3]。

这项工作得出了一份意大利中部剩余重力图。在研究区中北部可以辨认出重要的南北向的剩余重力异常,它与岩板的翘曲部分有关,并且证实了这条地震测深剖面的方向是适当的。较复杂的背景似乎局限于研究区中南部,说明下地壳和上地幔从北向南出现重要的变化。

意大利半岛具有两个主要地质域的特征。第一个域,以亚平宁山脉系为代表,是自晚白垩世以来由于欧洲-非洲大陆碰撞和亚得里亚-爱奥尼亚岩石圈被动沉降而发育起来的造山带。亚平宁山脉是由两主要山弧形成的:北弧和南弧,分别向NE和SE延伸,具有不同的缩短速率[4,7,19]。第二域相当于第勒尼安海边缘。那里沿叠置在挤压构造上的意大利半岛西缘,自晚中新世起发育了与第勒尼安海扩张有关的张性构造特征。从地质和地球物理观点上看,这两个地壳域是不同的(综合在Cavinato et al.著作中[6])。

在南、北亚平宁山弧内,经地球物理研究(地震震中、震波层析影像法、其他CROP地震测线])确定,这两个地壳域同岩板一样是分开的,而现有的地质和地球物理资料还未能对意大利中部的深部地壳结构提供明确的框架。对于这个地震上相对宁静的地区,岩板的存在只是根据重力和地震测深资料的匹配推断的(图2[3,5,20])。

(3)中亚平宁山脉,是一组冲断层席,发育于中新世,至少在上新世时向阿普利亚-亚得里亚前陆发育。在中生代—新生代期间沿特提斯大洋南缘发育的不同地理单元,在这些冲断层席中遭受了变形。它们是(图1):①阿普利亚碳酸盐岩台地,例如出露在马耶拉山的;②在马西卡东部的真扎诺盆地,以钙质和泥灰质-钙质沉积物为主。向东南,这些沉积物变为富含粘土的,以此确定为向莫利塞盆地的过渡带(在马耶拉山东南可以看到);③拉丁姆-阿布鲁佐碳酸盐岩台地,出露在勒皮尼和辛布鲁伊尼山区。此外,沿山脉的这一部分,主要河谷保存有同造山期的硅质碎屑沉积物,即上托尔顿(N

1)—默西拿期前渊部分。亚平宁冲断层带的核部也被连续的走向滑动和(或)拉伸构造所叠覆。特别是这种拉伸作用导致了大的山间盆地的形成(如富西诺盆地[6]),已为数百米厚的河流相和湖相沉积物所充填。

(4)第勒尼安区,由于第勒尼安海张开而受拉伸构造的强烈影响。这次拉伸作用造成巨大的火山杂岩出现(维科、布拉恰诺、科利奥尔巴尼杂岩),它们覆盖在上新世—第四纪海侵的粘土和砂质沉积物上。此外,在CROPⅡ地震测线的西端,广泛出露硅质碎屑、砂质-粘土质沉积物。它们是更内部的古地理域的一部分,在北亚平宁山脉(托斯坎推覆体)发育良好,并可在靠近海岸的滨外深钻孔中见到

3作了计算。这个密度值通常用于出露的碳酸盐岩沉积物,因为这种岩石广泛出露于研究区,所以选用了它。这意味着地表碳酸盐岩单元并不影响重力异常走向。

3的主要沉积物分布区编制了等深度和等厚度图以及详细的剖面。这些地区是:第勒尼安海边缘(托斯坎推覆体、上新世—第四纪海相沉积物、火山岩层)、拉蒂纳河谷(硅质碎屑沉积物)、富西诺平原(湖相和硅质碎屑沉积物)、莫利塞冲断层席(盆地相粘土质沉积物),以及亚得里亚海槽(硅质碎屑沉积物)。一些平行的剖面一般为东西走向,比例尺为1∶250000。

3计算的,并按3km×3km的网格分布的。这种网格是用意大利各重力台的数据内插得出的(每km2约1台的分布密度)。

研究区位于42°40′~41°20′N纬度之间。本区的布格异常图表示于图3。从区域的观点看,本图的北部自第勒尼安海一侧至亚得里亚海一侧显示出负异常梯度,其最大值相应于亚得里亚前渊的最大厚度。在北部还可观察到与山脉内部相对应的最小梯度。这个最小梯度向阿普利亚前陆与正梯度一起增高。最小梯度的局部点是由于山间盆地的存在引起的。由于布格重力异常是地表和深部构造效应的结果,为了取得仅与深部构造有关的重力异常,滤去了地表构造特征效应,特别是对于上述各组地质剖面确定的每一体积岩石,提出适当的恒定密度值。所用的密度值如下:硅质-泥灰质岩石(莫利塞单元)为2.5g/cm

3,硅质碎屑沉积物(复理石)为2.4g/cm3,上新世—第四纪海相粘土质沉积物为2.3g/cm3,山间盆地冲积湖相沉积物为2.1g/cm3,火山建造为2.0g/cm3。中生代—新生代碳酸盐岩沉积物的密度定为2.67g/cm3,因此,不考虑把它剥离去。计算了每个体积的岩石对布格异常图的重力影响,并利用三维重力软件把它消除掉[14]。

-5~25×10-5m·s-2),它从地理上相当于大萨索山地块。这个区域还有一些山间盆地,但没有对它们进行模拟,因为它们的沉积物密度和厚度可能只造成这种异常的小部分(3×10-5~5×10-5m·s-2)。因此,所看到的剩余负异常主要是由于深部构造引起的。如同现有的二维模型[3]所示,它是可以解释的,即由于上地幔中存在低密度楔引起的。

[15],而且一般还具有同第勒尼安海扩张有关的张性地质特征。这些条件会改变深部岩石的性质,引起密度变化,有待进一步详细评价。

[3]发表的二维重力模型相匹配(图2和4),有可能对意大利中部岩石圈特征作出初始的三维解释。

首先,在Bernabili等人的[3]著作中,二维重力模拟允许将莫霍面下的低密度楔解释为向第勒尼安海俯冲的亚得里亚岩石圈的低密度片体。这里提出的剩余重力异常表明,这种构造呈南北走向延续约100km。它向北减小,而向南似乎突然中断,使亚平宁岩石圈的这部分与其北面和南面的岩石圈呈现显著不同,而且支持从CROPⅡ地震测深剖面选定的东西方向。长期以来,意大利中部的亚得里亚岩板的存在与方向是个争论的问题。依据我们的结果,其存在显然得到了证实。另一方面,由于意大利中部没有深震,所以这点得不到任何地震资料所支持,而震中的证据使得对于南、北亚平宁(图2和4)存在向西俯冲的岩板的解释是可接受的

[1,13]。在解释对应于意大利中部假设的亚得里亚深部冲断层的区域重力走向时,出现几何学和地球动力学方面的困难。走向由南北突然变为东西可以解释为俯冲岩板的柔性变化的方向。这点可以从整个亚得里亚板块俯冲边缘全沿意大利半岛(北亚平宁山脉和卡拉布里亚弧)的柔性变形方面得到解释。另一方面,这种方向变化可以由岩石圈的一条横推断层引起,此断层切断亚得里亚板块边缘的原先连续性(Patacca等人[19]假设了类似的横推作用)。关于后一种可能性,Favali等人[11]和Gambini与Tozzi[12]最近指出,一些影响亚得里亚前沿坳陷的重要的东西向横推断层具有区域性意义。这些断层被解释为由亚得里亚板块南部的不同地球动力学特性引起的,即南部相对于北部具有较厚和较为刚性的岩石圈。卫星影像和照片阴影的线性构造分析、地震活动性及河流网研究,也都表明有一些重要的东西向线性构造域存在,它们横切亚得里亚海向内亚平宁山脉延伸[8,11,23]。此外,岩石圈的突然断裂似乎对解释意大利中北部前沿坳陷的不同年代和不同岩相的分布是必要的[7]。最后,类似的岩石圈断裂也在其他地球动力学复原中假设过。莫霍面深度图[16,18,20]表明,在意大利中部之下的亚得里亚莫霍面的翘曲走向,有一很重要的不连续性。由于现在还缺乏数据,对意大利半岛这一段的更全面的地球动力学复原,例如根据地震测深(DSS)数据来复原,没能完成。

[19]说明亚平宁山脉的两大山弧之间是联接的。这点也与造成重力解释不很确定的地下复杂几何形态相对应。

。通过建立三维模型并对此继续进行研究,必将产生一种更详尽的构造框架,并作出更精确的解释。

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