新疆北部喀拉通克矿区位于阿尔泰造山带北缘，是中亚造山带内的大型岩浆铜镍硫化物矿床，硫化物矿产资源丰富，在国民经济发展中占有重要地位。随着近地表矿产资源的大量开采，在喀拉通克矿区浅层（0~800米）挖掘丰富矿产资源已十分不易，寻找深部隐伏矿床是目前矿区找矿工作的一项重大挑战。前人应用重-磁-电-人工源地震勘探等方法对矿区结构进行研究后，尚不能得到喀拉通克矿区精细的地下结构和清晰的矿/岩体分布，因此开展矿区精细地下结构探测具有重要意义。 

　　近年来发展的地震背景噪声成像方法被广泛运用到浅层结构的研究工作中。相比传统的地球物理探测方法，基于密集台阵的噪声成像方法具有探测范围广、分辨率高、探测精度高的特点，是一种经济、环保的方法，故认为该方法有望揭示矿区地下的精细结构和矿体分布。 

　　  

　　 

图1. 喀拉通克构造地质概况、地震台阵和岩体群分布。（a）台阵分布（b）矿区地理位置和周围地震活动性分布（c）主要岩体群分布 

　　中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室壳幔结构探测学科组硕士生杜培笑、李扬及其导师吴晶副研究员，与本所王建研究员、韩春明研究员、西澳大学Mark Lindsay教授与袁怀玉教授、本所赵亮研究员和肖文交院士等合作，在新疆喀拉通克矿区开展了为期两个月的100台单分量短周期密集地震观测，采用背景噪声成像方法对2018年06~08月的连续波形数据进行分析，获取了矿区下方浅部地壳(0~1.3 km)三维剪切波速度结构。 

　　研究发现，0~0.5 km深度范围内，矿区主要含矿岩体呈现不同的速度特征，推测含矿岩体间的速度差异主要与岩体矿化程度有关。在矿区中部的0.7~1.3 km深度范围内发现明显的低速区，推测其可能为早期的岩浆通道、矿区地层、或者可能的矿化区域。在矿区西北和东南区域内的0.7~1.3 km深度范围，发现高速区，认为可能与早期岩浆上涌留下的辉长岩、苏长岩以及橄榄辉长岩有关。 

　　  

　　  

图 2. 三维剪切波速度结构（左）和二维剪切波速度切片（右）。（左）上图黑色线为0.1-0.7 km深度内Y1~Y3的位置分布。红色矩形为Y1和Y2西北端下方0.1-0.7 km深度内的低速区，蓝色矩形为Y2东南端和Y3下方0.1-0.7km 深度内的高速区。（右）蓝色线和黄色线为喀拉通克含矿岩体Y1-Y9的位置分布。 

　　本研究首次将被动源地震观测密集台阵噪声成像方法与喀拉通克矿区含矿岩体分布联系。研究表明，基于密集台阵观测的背景噪声成像方法是揭示矿区浅层精细结构的有效方法。本研究对矿区的深部找矿工作以及成矿机制具有重要的指导作用，同时也为将来联合多种地球物理探测方法，发展高分辨、多物理属性的结构成像方法，以获取壳幔精细结构和精确的矿体空间分布提供参考。 

　　研究成果发表于国际权威学术期刊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）（原文链接）。该成果受到国家重点研发计划“综合地球物理探测与深部动力学过程”课题、国家自然科学基金委和岩石圈演化国家重点实验室的联合资助。