《Global and Planetary Change》：Seismic constraints on the nature of the basement of the Junggar Basin, the southwestern Central Asian Orogenic Belt
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本研究通过宽带地震数据、重力及磁力异常分析，揭示准噶尔盆地基底以幼年海洋 crust 为主，具有显著幔导层，对中央亚欧造山带基底性质与成矿研究具有重要价值。
朱晓三|黄宇森|王涛|陈晓飞|黄鹤|童颖|陈菊青|李正波|郑宏伟
中国地质科学院地质研究所，北京100037，中华人民共和国
摘要
中亚造山带（CAOB）是世界上最大的显生宙增生造山带。准噶尔盆地中生代-新生代地层的基底性质对于理解CAOB的组成和演化以及获取该地区潜在矿产资源的基本信息至关重要。在本研究中，我们分析了准噶尔盆地及其周边地区的地球物理异常现象，并结合了区域重力和磁力数据。此外，我们还利用宽频地震数据研究了盆地及其周边区域（包括西准噶尔造山带、北天山造山带和伊犁盆地）的深部地壳和上地幔结构。结果表明，准噶尔盆地20-40公里深度处的剪切波速度与西准噶尔造山带（具有年轻基底）相似，而与北天山造山带（具有再构造的古老基底）不同。在西准噶尔造山带，剪切波速度在近垂直方向上在近70公里的水平范围内发生了突变。综合这些特征，加上均匀强烈的磁异常和高重力异常、低热流以及近乎平坦的莫霍面，表明准噶尔盆地的基底主要由年轻的海洋地壳物质组成，含有丰富的地幔导电体，并且主要是年轻的地壳。研究表明，西准噶尔盆地和西准噶尔造山带中保存了近乎垂直俯冲的海洋板块。总体而言，我们的发现为了解西南部CAOB的岩石圈结构提供了重要见解。
引言
中亚造山带（CAOB）包括位于西伯利亚和东欧克拉通沿线的阿尔泰造山带和乌尔拜卡尔造山带（?eng?r和Natal’in，1996；Windley等人，2007；?eng?r等人，2022），是世界上最大的显生宙造山带。值得注意的是，该造山带含有大量的年轻地壳（Jahn等人，2000；?eng?r等人，2018；Wang等人，2023a，Wang等人，2023b）。CAOB的组成、结构框架和时空演化已得到广泛研究（Tang等人，2010；Yin等人，2013；Safonova，2017；Wu等人，2018；Xu等人，2020）。准噶尔盆地和西准噶尔造山带位于三个大陆板块的交汇处：西伯利亚板块、哈萨克斯坦板块和塔里木板块，这些板块是CAOB的关键组成部分（Windley等人，2007；Xiao等人，2019）。准噶尔盆地的基底保留了CAOB复杂的增生过程，特别是多次岩浆活动和构造增生事件（Windley和Xiao，2018）。基底特征对金属成矿具有明显的指示意义（Wang等人，2023a，Wang等人，2023b，Wang等人，2023c；Yong等人，2023）。对准噶尔盆地基底特征的分析可以为理解哈萨克斯坦板块、西伯利亚板块和塔里木板块之间的相互作用提供重要证据，这对于重建古亚洲洋的闭合模型至关重要（Yi等人，2015；Xu等人，2019；Zhang等人，2019）。此外，对该基底的详细分析可以提供该地区潜在矿产资源的关键信息。
关于准噶尔盆地基底的性质存在多种观点。一些研究表明，盆地由前寒武纪结晶基底组成（Ren，1984；Zhang等人，1984；Wang，1986；Wu，1986；Waston等人，1987），而另一些研究则认为基底具有双层结构：下层为前寒武纪结晶基底，上层为赫尔辛基纪褶皱岩（Zuo等人，1999）。还有人认为基底由古生代海洋地壳物质组成，没有坚硬的古老基底岩层（Jiang，1984；Li，1985，Li，1986；Coleman，1989；Feng等人，1989；Xiao等人，1994；Chen和Jahn，2004；Zhang等人，2007；Han和Zhao，2017；Wang等人，2023a），或者由古生代海洋盆地、洋内盆地和褶皱海洋盆地的小规模沉积岩组成（Xiao等人，1994；Wang等人，2003；Wu等人，2018；Zhao等人，2018）。基于这些观察结果，Di等人（2021）提出了一个“海洋模型”来评估准噶尔盆地基底的起源。这些不同观点的主要原因是缺乏地球物理证据。在最近的研究中，地球物理数据被用来解决这个问题，例如，一个磁通量（MT）剖面揭示了西准噶尔地区存在晚古生代的化石洋内带（Xu等人，2016，Xu等人，2019，Xu等人，2020），而三维（3D）P波速度模型显示了盆地西部区域下方存在明显的高速度异常（Hua等人，2020）。然而，特别是在准噶尔盆地背景下，缺乏令人信服的地球物理证据是一个关键的研究空白。
地震方法是确定地球内部结构的主要手段。通过地表波色散曲线反演地球的速度结构是一种有效的约束地壳和上地幔结构的方法（Chen，1993；Wang等人，2019；Wu等人，2020；Zhan等人，2020）。此外，环境地震噪声数据的互相关可以克服反演过程中地震时空分布的限制（Yao等人，2006；Lin等人，2011；Shen等人，2016）。频率-贝塞尔（F-J）频谱图被广泛用于从环境地震噪声数据中提取多模态色散曲线，以约束精细的地壳剪切波速度结构（Wang等人，2019；Zhang等人，2023）。这种方法可以用于提取浅层地壳区域的高频和高阶地表波（Li和Chen，2020）。此外，它还有助于识别深层地壳和地幔中的低频、高分辨率的基础阶地表波以及第三和第四阶地表波色散曲线（Zhan等人，2020）。
在本研究中，我们在准噶尔-北天山地区设置了两个移动地震阵列，采集了12个月的连续波形数据。这些数据还结合了来自新疆维吾尔自治区112个永久地震站的数据。通过将地表波反演与重力、磁力和区域地质数据相结合，本研究旨在阐明准噶尔盆地及其周边地区的基底性质。
地质背景
CAOB是在新元古代至晚古生代古亚洲洋演化过程中，多个微大陆、海洋高原、海山、岛弧、蛇绿岩和增生复合体的长期增生作用形成的（Jahn等人，2000；Choulet等人，2012；Li等人，2016；Zhu等人，2022）（图1）。
准噶尔盆地西侧被准噶尔造山带环绕，北侧为中国阿尔泰造山带，南侧为天山造山带。
波形数据
研究区域位于北纬43.50°–46.67°，东经81.12°–86.17°（图2）。本研究中使用的连续波形数据覆盖了2021年6月至2022年6月的时期，包括两个数据集。第一个数据集来自沿两条调查线分布的60个站点（图2）。第一条调查线从伊犁盆地（北纬43.50°，东经81.12°）开始，穿过北天山和西准噶尔，一直延伸到霍布克塞尔（北纬47.17°，东经86.15°），共有43个移动宽频地震站（覆盖范围
结果
通过分析宽频地震数据的地表波反演结果，并结合从重力和磁力数据以及MT数据获得的地质信息，我们确定了准噶尔-北天山地区不同构造单元的地壳结构、物理性质和构造变形。剪切波速度模型揭示了该区域主要构造单元的特征。
讨论
地表波反演结果显示，在准噶尔盆地西部边缘的中下地壳和上地幔存在高剪切波速度区，呈东北-西南走向，并向西北方向倾斜（图6，图7，图8，图9）。这些高速度与预测的中洋脊玄武岩（Wu等人，2018）或变质基性下地壳（Christensen，1996）的速度一致。本研究提供了关于准噶尔盆地基底性质的证据
结论
在本研究中，利用宽频地震数据以及重力和磁力数据和区域地质信息，我们推断出了准噶尔盆地、西准噶尔造山带、北天山和伊犁盆地中地震波速度异常的分布，从而揭示了准噶尔盆地基底的性质。
- （1）
准噶尔盆地20-40公里深度处的剪切波速度与西准噶尔造山带（具有年轻基底）相似，而与
CRediT作者贡献声明
朱晓三：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，软件使用，方法论，数据管理，概念化。黄宇森：撰写——初稿，软件使用。王涛：撰写——审稿与编辑，资源提供。陈晓飞：方法论，概念化。黄鹤：撰写——审稿与编辑，资源提供。童颖：撰写——审稿与编辑，资源提供。陈菊青：软件使用，方法论。李正波：软件使用，方法论。郑宏伟：数据管理。
未引用参考文献
Li, 2021
Lü和Lei, 2018
Pan, 2024
Shen和Ritzwoller, 2016
Yang等人，2023
Zhu等人，2025
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢新疆维吾尔自治区地震局和克拉玛依地震监测中心在野外工作中提供的便利和支持。我们感谢新疆维吾尔自治区地震局提供地震波形数据。本工作得到了BGRIMM技术集团科学研究基金项目（编号：JTKY202427822）和深部地球探测与矿产资源勘探-国家科学
