Minerals：基於密集臺陣的背景噪聲成像研究新疆喀拉通克礦區淺部地殼結構
2020-07-07 中科院地質地球所
杜培笑等-Minerals：基於密集臺陣的背景噪聲成像研究新疆喀拉通克礦區淺部地殼結構
新疆北部喀拉通克礦區位於阿爾泰造山帶北緣，是中亞造山帶內的大型巖漿銅鎳硫化物礦床，硫化物礦產資源豐富，在國民經濟發展中佔有重要地位。隨著近地表礦產資源的大量開採，在喀拉通克礦區淺層（0~800米）挖掘豐富礦產資源已十分不易，尋找深部隱伏礦床是目前礦區找礦工作的一項重大挑戰。前人應用重-磁-電-人工源地震勘探等方法對礦區結構進行研究後，尚不能得到喀拉通克礦區精細的地下結構和清晰的礦/巖體分布，因此開展礦區精細地下結構探測具有重要意義。
近年來發展的地震背景噪聲成像方法被廣泛運用到淺層結構的研究工作中。相比傳統的地球物理探測方法，基於密集臺陣的噪聲成像方法具有探測範圍廣、解析度高、探測精度高的特點，是一種經濟、環保的方法，故認為該方法有望揭示礦區地下的精細結構和礦體分布。
圖1.喀拉通克構造地質概況、地震臺陣和巖體群分布。（a）臺陣分布（b）礦區地理位置和周圍地震活動性分布（c）主要巖體群分布
中國科學院地質與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室殼幔結構探測學科組碩士生杜培笑、李揚及其導師吳晶副研究員，與本所王建研究員、韓春明研究員、西澳大學Mark Lindsay教授與袁懷玉教授、本所趙亮研究員和肖文交院士等合作，在新疆喀拉通克礦區開展了為期兩個月的100臺單分量短周期密集地震觀測，採用背景噪聲成像方法對2018年06~08月的連續波形數據進行分析，獲取了礦區下方淺部地殼（0~1.3 km）三維剪切波速度結構。
研究發現，0~0.5 km深度範圍內，礦區主要含礦巖體呈現不同的速度特徵，推測含礦巖體間的速度差異主要與巖體礦化程度有關。在礦區中部的0.7~1.3 km深度範圍內發現明顯的低速區，推測其可能為早期的巖漿通道、礦區地層、或者可能的礦化區域。在礦區西北和東南區域內的0.7~1.3 km深度範圍，發現高速區，認為可能與早期巖漿上湧留下的輝長巖、蘇長巖以及橄欖輝長巖有關。
圖2.三維剪切波速度結構（左）和二維剪切波速度切片（右）。（左）上圖黑色線為0.1-0.7 km深度內Y1~Y3的位置分布。紅色矩形為Y1和Y2西北端下方0.1-0.7 km深度內的低速區，藍色矩形為Y2東南端和Y3下方0.1-0.7km 深度內的高速區。（右）藍色線和黃色線為喀拉通克含礦巖體Y1-Y9的位置分布。
本研究首次將被動源地震觀測密集臺陣噪聲成像方法與喀拉通克礦區含礦巖體分布聯繫。研究表明，基於密集臺陣觀測的背景噪聲成像方法是揭示礦區淺層精細結構的有效方法。本研究對礦區的深部找礦工作以及成礦機制具有重要的指導作用，同時也為將來聯合多種地球物理探測方法，發展高分辨、多物理屬性的結構成像方法，以獲取殼幔精細結構和精確的礦體空間分布提供參考。
研究成果發表於國際權威學術期刊Minerals。（Du P, Wu J, Li Y, Wang J, Han C, Lindsay M.D, Yuan H, Zhao L, Xiao W. Imaging Karatungk Cu-Ni Mine in Xinjiang, Western China with a Passive Seismic Array[J]. Minerals, 2020, 10(7): 601. Registering DOI: https://doi.org/10.3390/min10070601）。該成果受到國家重點研發計劃「綜合地球物理探測與深部動力學過程」課題、國家自然科學基金委和巖石圈演化國家重點實驗室的聯合資助。
校對：覃華清
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