科學(xué)意義

 

  地處印度板塊與歐亞大陸碰撞前緣的騰沖地塊是青藏高原東南緣構(gòu)造最復(fù)雜、巖漿活動(dòng)最活躍、礦產(chǎn)資源豐富、地?zé)?/a>異常最高的地區(qū), 也是中國西南唯一具有潛在火山災(zāi)害的地區(qū)。前人從不同角度對(duì)騰沖地塊構(gòu)造演化、巖漿活動(dòng)和成礦作用進(jìn)行了研究, 從總體上勾勒出騰沖地塊在青藏高原形成演化過程中的構(gòu)造角色, 以及在三江地區(qū)構(gòu)造格局中的位置。但是, 由于該區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造, 巖漿活動(dòng)和成礦作用具有多期次、多階段的特點(diǎn), 地質(zhì)條件十分復(fù)雜, 加之地形變化大、交通條件較差、植被覆蓋率高等因素的影響, 地質(zhì)研究程度總體較低。如騰沖地塊內(nèi)構(gòu)造變形樣式及其演化, 巖漿活動(dòng)特征及其與岡底斯花崗巖帶的成因聯(lián)系, 火山巖盆地的形成機(jī)制, 火山噴發(fā)旋回及其與新生代構(gòu)造活動(dòng)的關(guān)系, 導(dǎo)致地塊內(nèi)以錫為主的多金屬成礦帶與岡底斯巖漿巖帶中以斑巖銅礦為主的多金屬成礦帶明顯不同的內(nèi)在因素、以及高熱異常區(qū)的成因等方面的研究都比較薄弱, 極大地制約了揭示該區(qū)在青藏高原構(gòu)造演化過程中的動(dòng)力學(xué)機(jī)制和青藏高原東南緣殼–幔動(dòng)態(tài)演變過程。由此可見, 騰沖地區(qū)處于印度板塊與歐亞大陸擠壓碰撞帶的前緣地帶, 經(jīng)歷了中特提斯洋和新特提斯洋俯沖閉合、地塊旋轉(zhuǎn)、逃逸等大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及相應(yīng)的巖漿活動(dòng)和成礦作用改造, 形成了集大型走滑構(gòu)造、巖漿活動(dòng)、地?zé)?/a>和大型有色金屬成礦作用于一體的構(gòu)造變形域, 是研究青藏高原物質(zhì)向東南流動(dòng)和逃逸動(dòng)力學(xué)機(jī)制及新生代火山活動(dòng)和成礦作用的最理想地區(qū), 是實(shí)施科學(xué)鉆探工程的首選地區(qū)之一。

 

  地質(zhì)背景

 

  西南“三江”(金沙江, 瀾滄江, 怒江)構(gòu)造帶位于 岡瓦納古陸與歐亞古陸的擠壓碰撞帶, 特提斯與環(huán)太平洋兩個(gè)巨型造山帶的結(jié)合部, 是古特提斯洋(瀾滄江洋、哀牢山–金沙江洋)和新特提斯洋(怒江洋)相繼俯沖碰撞促使蘭坪―思茅地塊、保山―孟連地 塊和騰沖地塊于燕山晚期相互拼合(從柏林等, 1993)形成的復(fù)雜構(gòu)造帶, 在喜山運(yùn)動(dòng)期間, 印度板塊向北俯沖碰撞導(dǎo)致青藏高原東南緣塊體發(fā)生大規(guī)模旋轉(zhuǎn)和逃逸(Tapponnier et al., 1982), 塊體之間發(fā)生大規(guī)模走滑作用(羅照華等, 2006a), 形成由總體走向近南北, 向北收斂、向南撒開的三條大型走滑構(gòu)造帶和三個(gè)地塊組成的構(gòu)造格局。

 

  騰沖地塊(包括向西南延伸至緬甸境內(nèi)部分)位于三江構(gòu)造帶西部, 夾于怒江和緬甸東部密支那縫合帶之間, 是經(jīng)歷怒江洋(170~100 Ma, 莫宣學(xué)等, 2006)和密支那(或雅魯藏布)洋(150~65 Ma, 莫宣學(xué)等, 2006)消亡、印度板塊向北俯沖碰撞而發(fā)生大規(guī)模旋轉(zhuǎn)、逃逸、走滑形成的青藏高原東南緣構(gòu)造變形域的一部分。在大地構(gòu)造上, 怒江縫合帶是班公 湖―怒江縫合帶的南延部分, 緬甸東部密支那縫合帶則向北與雅魯藏布江縫合帶相連, 因而騰沖地塊與拉薩地塊相對(duì)應(yīng), 騰沖地塊東部侏羅–白堊紀(jì)巖漿巖帶與念青唐古拉巖漿巖帶連接, 騰沖地塊西緣盈江島弧性質(zhì)的同碰撞花崗巖帶與西藏著名的岡底斯巖漿巖帶可歸屬為同一個(gè)構(gòu)造單元(季建清, 2000)。

 

  騰沖地塊內(nèi)部的構(gòu)造變形十分醒目。東部以近南北向怒江大型走滑構(gòu)造帶(又稱高黎貢走滑構(gòu)造帶)與保山―孟連地塊相連, 西部以南北向那幫大型走滑構(gòu)造帶為界, 在兩個(gè)走滑構(gòu)造帶之間還出露有不同尺度、不同層次的近南北向韌性走滑剪切帶, 如檳榔江韌性走滑剪切帶等, 它們均以右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主。同位素年代學(xué)研究表明, 檳榔江韌性走滑剪切帶形成于56 Ma, 怒江大型走滑作用主要發(fā)生于22~24 Ma(季建清, 2000)和11~14 Ma(Ding Lin et al., 1993), 那幫右行走滑構(gòu)造帶也有19~23 Ma和13 Ma兩期大規(guī)模走滑作用(季建清等, 2000)。因此, 檳榔江構(gòu)造帶的形成時(shí)代可與印度–歐亞大陸主碰撞期(65~45 Ma, 莫宣學(xué)等, 2003)相對(duì)應(yīng), 怒江和那幫構(gòu)造帶的大規(guī)模走滑作用時(shí)期與東部的哀牢山－金沙江構(gòu)造帶的走滑作用時(shí)代19~24 Ma(Zhong Da-lai et al., 1989; 王江海等, 2001)一致。展示出騰沖地塊內(nèi)的構(gòu)造變形域是對(duì)青藏高原東南部兩大陸碰撞作用發(fā)生塊體運(yùn)動(dòng)的響應(yīng), 對(duì)于揭示印度–亞洲大陸 碰撞過程中的構(gòu)造效應(yīng)具有重要的意義。

 

  中、新生代巖漿活動(dòng)頻繁, 夾持于怒江和那幫 兩條邊界性構(gòu)造帶之間的騰沖地塊先后經(jīng)歷了燕山期怒江洋閉合、騰沖地塊與保山―孟連地塊碰撞和 喜山期印度板塊向北俯沖而發(fā)生旋轉(zhuǎn)、逃逸的兩次大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動(dòng), 致使寬僅100 km的騰沖地塊內(nèi)爆發(fā)了燕山期和喜山期兩次大規(guī)模的巖漿活動(dòng), 形成約占全區(qū)面積50％的中生代和新生代花崗巖及分布于盈江―梁河―騰沖北北東–近南北向盆地中的新生代火山巖。騰沖地區(qū)的花崗巖呈走向近南北的帶狀分布。自西向東依次可分為東河、古永和檳榔江三個(gè)花崗巖帶, 形成時(shí)代依次為晚侏羅世–早白堊世、晚白堊世和古近紀(jì)。前兩個(gè)花崗巖帶分別與燕山期怒江洋殼俯沖、騰沖地塊與保山―孟連地塊碰撞有關(guān), 代表了怒江洋殼向騰沖地塊俯沖、閉合過程中的巖漿響應(yīng)(楊啟軍等, 2006); 檳榔江花崗巖帶內(nèi)的巖漿活動(dòng)主要經(jīng)歷了65~59 Ma、54~52 Ma和43~41 Ma三個(gè)高峰期(董方瀏等, 2006), 分別與印度板塊與歐亞大陸對(duì)接碰撞(65 Ma)、主碰撞(65~45 Ma)和后碰撞(＜45 Ma)(Mo et al., 2002; 莫宣學(xué)等, 2005)相對(duì)應(yīng)?？傮w來看, 騰沖地塊東部的花崗巖與怒江洋殼的俯沖碰撞有關(guān), 西部花崗巖帶的形成是對(duì)密支那洋殼俯沖碰撞的反映。花崗巖類的組合特征是區(qū)域構(gòu)造背景的指示器, 其侵位機(jī)制依巖漿體的規(guī)模大小不同而有別, 因而花崗巖體的構(gòu)造特征及其形成時(shí)間尺度是再造區(qū)域構(gòu)造演化的重要基礎(chǔ)之一。

 

  騰沖地塊中的火山巖分布于狹窄的北東–北北 東向的弧形盆地中。在東西寬50 km, 南北長90 km的范圍內(nèi)分布有68座火山口(圖4), 火山熔巖分布面積792 km2, 主要為玄武巖類和安山巖類, 屬于高鉀鈣堿性巖系列?；鹕交顒?dòng)始于中新世, 噴發(fā)活動(dòng)延續(xù)至全新世(17.8~0.09 Ma, 穆治國等, 1987; 姜朝松等, 1998), 具有明顯的多期活動(dòng)性質(zhì), 從盆地中部向東、西兩側(cè)由新逐漸變老的特點(diǎn): 第一期火山活動(dòng)以東部隴川斷裂帶附近最強(qiáng), 向西減弱, 以熔巖溢出為主; 第二期火山活動(dòng)受大盈江―古永弧型斷裂帶控制, 中心騰沖一帶活動(dòng)較強(qiáng); 第三期火山活動(dòng)分布于騰沖南北一線第二期火山活動(dòng)范圍內(nèi), 是區(qū)內(nèi)火山活動(dòng)強(qiáng)度最弱的一期; 第四期火山活動(dòng)位于騰沖以北至固?hào)|街一帶, 呈南北向串珠狀分布。騰沖火山被歸屬為有活動(dòng)跡象的火山(洪漢凈等, 2007), 具有潛在的噴發(fā)危險(xiǎn)(姜朝松等, 2004), 其危險(xiǎn)性僅次于長白山天池火山。因此, 火山災(zāi)害預(yù)測成為一個(gè)面臨的挑戰(zhàn)。

 

  中、新生代大規(guī)模成礦作用強(qiáng)烈, 騰沖地塊中的以錫為主的有色金屬成礦帶是著名的東南亞錫礦帶的北延部分。他們的形成與中、新生代構(gòu)造–巖漿活動(dòng)關(guān)系密切, 如早白堊世東河巖體群花崗斑巖與鉛–鋅(錫)礦化關(guān)系密切(董方瀏等, 2005), 晚白堊世古永巖體群和早第三紀(jì)檳榔江巖群花崗巖與錫–鎢及稀有金屬礦化關(guān)系密切(毛景文, 1988)。根據(jù)裴榮富(1995)的統(tǒng)計(jì), 大多數(shù)內(nèi)生金屬礦床都與火成巖有關(guān), 且成礦作用往往是一種巖石圈災(zāi)變過程(鄧晉福等, 1999), 具有很短的時(shí)間尺度(羅照華等, 2006b)。因此, 深刻揭示騰沖地區(qū)花崗巖類的形成機(jī)制及其與成礦作用的關(guān)系, 不僅有助于理解該區(qū)的地質(zhì)歷史, 對(duì)于發(fā)展西部經(jīng)濟(jì)也具有現(xiàn)實(shí)的意義。

 

  與火山活動(dòng)有關(guān)的地下熱泉豐富, 騰沖地區(qū)地下流體出露廣泛, 熱水活動(dòng)強(qiáng)烈。特別是騰沖西南 熱海一帶, 高溫熱泉隨處可見, 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)溫泉139處, 其中大部分為高溫熱泉, 展示出騰沖地區(qū)蘊(yùn)藏著巨大的地?zé)崮荛_發(fā)潛力, 將是我國環(huán)保能源、綠色能源開發(fā)的重要基地。同時(shí)也顯示出騰沖地區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍, 并暗示可以據(jù)此研究深部氣體對(duì)現(xiàn)今氣候環(huán)境的影響。

 

  當(dāng)前, 盡管不同分支學(xué)科的學(xué)者在各自的領(lǐng)域取得了豐碩的成果, 但仍存在一些重大問題有待解決, 如班公湖―怒江縫合帶經(jīng)過東構(gòu)造結(jié)后如何向南延伸, 騰沖中、新生代花崗巖帶與岡底斯花崗巖帶除形成時(shí)代一致外, 形成的構(gòu)造背景及有關(guān)的金屬礦床方面仍存在較大差異, 騰沖地塊內(nèi)火山巖盆地的形成與大型走滑作用的關(guān)系等。所有這些問題的出現(xiàn)展示出地球科學(xué)的復(fù)雜性和開展學(xué)科間的交叉、滲透與綜合研究的必要性, 以及獲取地殼深部信息的重要性。騰沖地區(qū)因其復(fù)雜的地質(zhì)演變歷程及特殊的構(gòu)造位置而展露其成為研究青藏高原隆升、塊體旋轉(zhuǎn)、逃逸機(jī)制不可替代的綜合地質(zhì)科研基地選區(qū)。騰沖火山地?zé)針?gòu)造區(qū)是我國大陸地區(qū)唯一確認(rèn)與近代火山活動(dòng)有直接成因聯(lián)系的高溫地?zé)?/a> 區(qū), 地表水熱活動(dòng)規(guī)模宏大, 水熱蝕變現(xiàn)象強(qiáng)烈,  鈣華、硅華、硫華隨處可見。構(gòu)造區(qū)具有明顯的高熱流背景(汪緝安等, 1990; 徐青等, 1997), 鉆孔實(shí)測熱流值平均大于90 mWm?2, 大大高于中國大陸地區(qū)65 mWm?2左右的區(qū)域背景熱流值(黃少鵬, 1989; 胡圣標(biāo)等, 2001), 而且地幔熱流遠(yuǎn)大于地殼巖石放射性生熱的熱流貢獻(xiàn)(徐青等, 1992a, b), 熱巖石圈厚度小。這一地區(qū)的高熱流和深部熱結(jié)構(gòu)特征是與該地區(qū)自新生代以來持續(xù)經(jīng)歷強(qiáng)烈的地殼運(yùn)動(dòng)和火山活動(dòng)的熱構(gòu)造演化歷史以及存在上地殼巖漿囊的多方面資料一致的。

 

  地球物理和地球化學(xué)資料表明, 騰沖火山地?zé)針?gòu)造區(qū)上地殼存在巖漿囊, 但不同的方法給出的巖漿囊位置和深度有所不同。大地電磁測深(MT)資料表明(白登海等, 1994), 騰沖熱海至熱水塘一帶地下7～27 km存在一個(gè)巖漿囊。三維地震速度地殼層析成像(王椿鏞等, 2002)顯示巖漿囊的深度可能在5～12 km的深度范圍。根據(jù)多年流動(dòng)數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)觀測到的震群分布和震源機(jī)制分析, 有學(xué)者判斷在深度14 km內(nèi)存在2個(gè)巖漿囊體(葉建慶等, 2003)。而趙慈平等根據(jù)溫泉化學(xué)溫標(biāo)數(shù)據(jù)分析則認(rèn)為區(qū)內(nèi)存在3個(gè)巖漿囊(趙慈平等, 2006)。激光測距(黎煒等, 1998)和GPS監(jiān)測(李成波等, 2007)也表明這一帶地下有巖漿活動(dòng)。王椿鏞等的層析成像結(jié)果還表明, 區(qū)內(nèi)除上地殼呈低速異常外, 上地幔也呈低速異常,  因此推測地殼內(nèi)巖漿來源于上地幔, 巖漿囊的溫度 估計(jì)不低于500(℃上官志冠, 2000)。  地球深部蘊(yùn)藏著巨大的能量。目前普遍認(rèn)為,  騰沖地?zé)?/a>區(qū)的地?zé)崮?/a>主要來源于與上地殼巖漿囊相關(guān)的高溫巖體, 地殼巖石中放射元素蛻變和區(qū)內(nèi)新 生代強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)引發(fā)的斷層摩擦也可能有一定的熱貢獻(xiàn)。印度板塊與歐亞板塊兩個(gè)大陸板塊碰撞在這一地區(qū)地下形成了一系列深大斷層, 在地表造就了高山地貌。深大斷裂為地下水深循環(huán)提取深部熱能提供了通道, 高山地貌則為地下水循環(huán)提供了水動(dòng)力條件。騰沖位于熱帶和亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū), 雨量充沛, 年降雨量1480 mm, 為地?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)提供了必要的水源。地下熱水在地殼淺層儲(chǔ)存形成地熱儲(chǔ), 在地表大面積出露則為地?zé)崽?/a>。

  目前騰沖火山高溫地?zé)?/a>構(gòu)造區(qū)內(nèi)最具開放潛力的地?zé)?/a>區(qū)是熱海熱田。該熱田基底巖層為元古界高黎貢山群變質(zhì)巖, 下部是燕山期以來的花崗巖, 上部有第三系不整合沉積。再上為第四系火山巖覆蓋(上官志冠, 2000)。根據(jù)各種地球化學(xué)溫標(biāo)估計(jì), 熱海熱田的熱儲(chǔ)溫度可能高達(dá)250以上, 并呈東高西低分布(廖志杰等, 1999)。熱海地區(qū)的熱泉水溫都在100℃左右, 近年的水熱活動(dòng)似有增強(qiáng)趨勢, 發(fā)生過多起水熱爆炸事件(廖志杰等, 1999)。1976年, 在熱海硫磺塘施工鉆孔時(shí), 在淺層13 m處發(fā)生3次大井噴, 水柱高25 m, 氣柱高36 m, 水溫達(dá)145℃。根據(jù)云南省電力部門測算, 熱海熱田面積8.5 km2。熱田天然流量2.8379萬千卡/秒, 可滿足建設(shè)10萬千瓦裝機(jī)容量的地?zé)犭娬?/a>的熱能需求。騰沖火山地?zé)釁^(qū)集火山遺跡、地?zé)峋坝^及宜人的氣候條件和秀美奇異的山川風(fēng)光構(gòu)成重大旅游資源, 已經(jīng)被國土資源部列為“火山地?zé)釃业刭|(zhì)公園”。

 

  科學(xué)目標(biāo)和研究內(nèi)容

 

  通過對(duì)騰沖地塊東、西兩側(cè)的怒江和那幫韌性走滑剪切帶及地塊內(nèi)部主要走滑剪切帶的變形特征、性質(zhì)、變形序次的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究, 同構(gòu)造花崗巖的微構(gòu)造要素、形成時(shí)限的確定, 闡明大型韌性走滑剪切帶的走滑過程及其對(duì)青藏高原物質(zhì)向東南的流動(dòng)和逃逸的貢獻(xiàn), 以及對(duì)地塊內(nèi)新生代火山巖盆地的制約; 通過深部地質(zhì)地球物理探測、高分辨率定量熱紅外遙感技術(shù)和先導(dǎo)孔實(shí)驗(yàn)查明盆地內(nèi)火山巖區(qū)的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)和中、新生代花崗巖的空間分布、巖石地球化學(xué)特征及錫多金屬成礦作用機(jī)制, 查明地?zé)岙惓^(qū)的分布及其與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng)的關(guān)系; 通過構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)、同位素地質(zhì)學(xué)和地球化學(xué)對(duì)比, 查明騰沖 地塊與岡底斯巖漿巖帶中巖漿活動(dòng)的構(gòu)造背景聯(lián)系, 確定騰沖地塊在青藏高原隆升過程中的動(dòng)力學(xué)響應(yīng);  通過實(shí)施1~2口鉆探實(shí)驗(yàn), 查明火山噴發(fā)旋回、巖漿演化序列及其與大規(guī)模走滑作用的內(nèi)在聯(lián)系, 為高熱異常區(qū)實(shí)施鉆探工程提供各種地質(zhì)地球物理參數(shù), 論證該區(qū)進(jìn)行深孔科學(xué)鉆探的必要性和可行性, 為在騰沖地區(qū)及類似地?zé)岙惓^(qū)開展科學(xué)深鉆做可行性技術(shù)準(zhǔn)備。