孫曉峰

(安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心， 安徽合肥 230601)

0 引言

重力異常的反演工作是重力勘探，特別是資料處理解釋中的主要環(huán)節(jié)之一。針對(duì)不同的反演目標(biāo)，重力異常的反演方法很多。如，計(jì)算地質(zhì)模型體的幾何及物性參數(shù)有直接法、特征點(diǎn)法、選擇法等；計(jì)算密度分界面的深度有線性回歸法、壓縮質(zhì)面法、迭代法等。上世紀(jì)60年代末，由前蘇聯(lián)地球物理學(xué)家Березкин提出一種利用重力場(chǎng)中的特征點(diǎn)或解析函數(shù)的奇點(diǎn)反演重力異常的場(chǎng)源體并估算其位置的方法——重力歸一化總梯度法[1]。

由重力異常換算得到的密度稱(chēng)為視密度。地層視密度的分布對(duì)于地質(zhì)構(gòu)造分區(qū)及其研究大地構(gòu)造單元具有一定的價(jià)值[2]。重力場(chǎng)視密度三維反演就是將重力異常換算為地層屬性的參數(shù)——視密度，它往往與地層的巖性、大地構(gòu)造等地質(zhì)現(xiàn)象直接關(guān)聯(lián)，這正是地質(zhì)工作者所需要的結(jié)果。

1 姚家?guī)X地區(qū)地質(zhì)與重力場(chǎng)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)及礦產(chǎn)特征

姚家?guī)X銅鉛鋅礦床是近年來(lái)我省發(fā)現(xiàn)的一個(gè)大型的多金屬礦床，它位于安徽省南陵縣境內(nèi)，礦床大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)下?lián)P子臺(tái)坳，貴池—繁昌坳斷褶束東部，銅陵—南陵多金屬成礦帶東段邊緣，礦床處于戴公山背斜北東傾伏端與繁昌火山巖盆地交接地帶[3]。

區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造為戴公山背斜，該背斜總長(zhǎng)約20km，在應(yīng)用區(qū)內(nèi)約為15km，軸向50°～60°，軸面傾向南東。核部地層為志留系高家邊組（S1g）、墳頭組(S2f)、茅山組（S2m），北西翼地層出露齊全，從泥盆系上統(tǒng)五通組至三疊系下統(tǒng)南陵湖組均有出露，地層倒轉(zhuǎn)，傾向南東；南東翼地層因斷陷作用出露零星，地層一般正常，傾向南東。戴公山背斜的南東翼為區(qū)域上的宣（城）南（陵）坳陷。

姚家?guī)X礦床位于銅陵礦集區(qū)東部的沙灘角礦田。區(qū)域上近東西向、南北向基底深斷裂十分發(fā)育，控制著巖漿活動(dòng)及成礦作用。區(qū)內(nèi)蓋層斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，主要有北東向、北西向和近南北向三組，其中以與區(qū)域構(gòu)造方向近乎一致的北東向斷層為主。

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，主要為燕山期侵入活動(dòng)，在應(yīng)用區(qū)中部分布有沙灘角花崗閃長(zhǎng)巖體、姚家?guī)X花崗閃長(zhǎng)斑巖體，在應(yīng)用區(qū)北東部分布有青山花崗閃長(zhǎng)斑巖體，它與姚家?guī)X巖體為同源侵入體。在區(qū)內(nèi)北部分布有大片白堊系蝌蚪山組旋回噴出巖，主要巖性為流紋巖、安山巖、玄武巖。另外在區(qū)內(nèi)西部邊緣零星分布有流紋斑巖、粗安斑巖、流紋巖等巖脈。

應(yīng)用研究區(qū)內(nèi)現(xiàn)已知礦床（點(diǎn)）多，圍繞沙灘角巖體共有13個(gè)礦床（點(diǎn)）[4],其中大型礦床1處（姚家?guī)X）小型礦床2處（沙灘角、朱家沖），礦點(diǎn)10處（戴腰山、大公山、破頭山、金山等）。見(jiàn)圖1。

1.2 重力場(chǎng)特征

布格重力異常Δg等值線平面圖（圖2）表現(xiàn)為：異常等值線總體上呈北東向分布，區(qū)內(nèi)自南面的戴家匯—中東部的工山坊—北東部的立頭俞一線表現(xiàn)為一個(gè)明顯的北東－南北－北北東向異常梯度帶，異常帶南東一側(cè)為重力低值區(qū)，北西一側(cè)為大片的重力高值區(qū)。高值區(qū)內(nèi)自南向北又分離出一個(gè)以11mGal等值線圈閉的大公山－平頂山北東向串珠狀異常帶和兩個(gè)局部重力高值區(qū)：九榔半封閉狀重力高、蝌蚪山封閉狀重力高。區(qū)內(nèi)北部邊緣自西向東，異常等值線近東西向展布，表現(xiàn)出一個(gè)漸變的東西向梯度異常帶，異常帶以北為重力低，南側(cè)為重力高。

可進(jìn)一步將區(qū)內(nèi)布格重力異常Δg異常特征歸納為：區(qū)內(nèi)南、東、北三面為重力低；中、西部為大片的重力高。重力高、低區(qū)間是以梯度帶異常分割的；重力低值區(qū)內(nèi)異常為寬緩的漸變特征；重力高值區(qū)內(nèi)相對(duì)異常高、低相間，存在一個(gè)明顯的北東向高值帶（大公山－平頂山）和兩個(gè)局部重力高（九榔、蝌蚪山）。

圖2 姚家?guī)X地區(qū)布格重力異常Δg等值線平面圖（單位：mGal）Fig.2 Bouguer gravity anomaly Δg isoline plan for the Yaojialing area

2 三維反演應(yīng)用

布格重力異常三維反演是將布格重力異常Δg曲化平到區(qū)內(nèi)最低平面（Hmin=35.32m）后進(jìn)行反演的。以300m為一厚度層進(jìn)行，分別計(jì)算了0～300m、300～600m、600～900m、…… 2700～3000m共計(jì)10個(gè)厚度層的視密度三維反演。

圖3 布格重力異常Δg 0～300m層厚三維反演視密度等值線平面圖Fig.3 Bouguer gravity anomaly Δg 3D apparent density inversion isoline plan for the 0-300m depth

2.1 布格重力異常0～300m層厚的三維反演結(jié)果

圖3是布格重力異常0～300m層厚的視密度三維反演結(jié)果。通過(guò)反演，視密度異常等值線主要特征具有北東向分帶的特點(diǎn)。即，規(guī)模大視密度大的北東向正值視密度異常帶——平頂山－犀牛山－青山－西牛山異常帶；規(guī)模大視密度為負(fù)值的北東向異常帶——戴家匯－工山坊－立頭俞異常帶；規(guī)模小視密度為負(fù)值的北東向異常帶——猴子崖地段串珠狀異常帶；規(guī)模小視密度中等的北東東向正值異常帶——沙灘角西南－大公山串珠狀異常帶。另外，在獅形山－朱家沖－姚家?guī)X一帶為低視密度異常區(qū)；在蝌蚪山表現(xiàn)為中等強(qiáng)度視密度正值異常區(qū)。

平頂山－犀牛山－青山－西牛山正值高視密度異常帶給出了戴公山背斜北西翼泥盆系五通組石英砂巖、石炭和二疊紀(jì)碳酸鹽巖地層的分布特征；而戴家匯－工山坊－立頭俞低視密度異常帶反映戴公山背斜軸部泥盆系墳頭組粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖地層的分布。猴子崖地段串珠狀低視密度異常帶是戴公山背斜北西翼二疊系下統(tǒng)泥質(zhì)粉砂巖地層的反映；沙灘角－大公山呈串珠狀中等強(qiáng)度的正視密度異常帶反映出戴公山背斜北西翼三疊系下統(tǒng)碳酸鹽巖地層分布的特點(diǎn)。獅形山－朱家沖－姚家?guī)X一帶低視密度異常區(qū)是淺部酸性巖漿巖和蝌蚪山組噴出巖的綜合反映；蝌蚪山的中等強(qiáng)度視密度正值異常區(qū)是蝌蚪山背斜中泥盆系五通組石英砂巖的反映。另外，區(qū)內(nèi)東部大面積的低視密度異常區(qū)反映了宣南坳陷中宣南組紅層分布的特點(diǎn)。

圖4 布格重力異常Δg 900～1200m層厚三維反演視密度等值線平面圖Fig.4 Bouguer gravity anomaly Δg 3D apparent density inversion isoline plan for the 900-1200m depth

2.2 布格重力異常900～1200m層厚的三維反演結(jié)果

圖4是布格重力異常900～1200m層厚的三維反演結(jié)果。視密度異常分布清晰、明朗，主要表現(xiàn)為兩帶、兩區(qū)的特點(diǎn)：規(guī)模大視密度大呈北東向的正值視密度異常帶——平頂山－犀牛山－青山異常帶；規(guī)模大視密度為負(fù)值的北東向異常帶－戴家匯－工山坊－立頭俞異常帶。獅形山－朱家沖－姚家?guī)X一帶低視密度異常區(qū)；蝌蚪山、九榔的高強(qiáng)度視密度正值異常區(qū)。

上述異常帶（區(qū)）特征與布格重力異常0～300m層厚的三維反演結(jié)果發(fā)生了較大的變化，規(guī)模大視密度大呈北東向的正值視密度異常帶變寬且在青山地段尖滅，西牛山地段的北東向正值視密度異常與蝌蚪山連成一體，變?yōu)橐粋€(gè)規(guī)則的北東向呈橢圓狀正值視密度異常區(qū)；戴家匯－工山坊－立頭俞的視密度為負(fù)值的異常帶也變寬，并由-0.005視密度等值線圈定。

由此可以解釋?zhuān)瑢拸V的平頂山－犀牛山－青山的正值異常是戴公山背斜北西翼泥盆紀(jì)五通組石英砂巖－石炭紀(jì)－二疊紀(jì)－三疊紀(jì)碳酸鹽巖地層的反映；戴家匯－工山坊－立頭俞的負(fù)值異常帶是戴公山背斜軸部的志留系粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖在深部的反映。獅形山－朱家沖－姚家?guī)X一帶低視密度異常區(qū)是深部酸性巖漿巖體引起的。值得注意的是，蝌蚪山－西牛山地段呈北東向延展的高密度異常很可能是地下-1000m左右深度內(nèi)存在泥盆系五通組和石炭紀(jì)碳酸鹽巖地層，即蝌蚪山背斜與戴公山背斜在深部相連；九榔地段顯現(xiàn)的高密度異常對(duì)應(yīng)于舒家店背斜北東的傾伏端。

3 結(jié)論

（1）視密度三維反演結(jié)果是以視密度分布圖形式給出的，直觀、明朗。高（正）視密度區(qū)表明地層密度大，低(負(fù))視密度區(qū)表明地層密度小。

（2）視密度分布圖與大地構(gòu)造關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。應(yīng)用結(jié)果表明，三維反演視密度等值線圖清晰地反映了戴公山背斜以及宣南坳陷的分布特征。戴公山背斜自西向東其軸部由北東向在青山附近變?yōu)槟媳毕?，在西牛山附近呈北北東向。

（3）局部的視密度高、低直接揭示了次級(jí)褶皺和巖體的分布位置。如，九榔附近的高視密度異常與舒家店背斜北東向傾伏端對(duì)應(yīng)；蝌蚪山附近的高視密度異常與蝌蚪山背斜對(duì)應(yīng)；戴家匯附近的低視密度異常與戴家匯花崗閃長(zhǎng)斑巖體對(duì)應(yīng)。

（4）通過(guò)對(duì)姚家?guī)X地區(qū)重力異常視密度三維反演，其結(jié)果表明，視密度分布圖對(duì)區(qū)內(nèi)戴公山、舒家店、蝌蚪山背斜以及宣南坳陷有著很好地指示作用。因此，利用視密度分布圖可以有效地劃分大地構(gòu)造單元。

[1]曾華霖.重力場(chǎng)與重力勘探[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[2]許樹(shù)德，曾華霖，萬(wàn)天豐.中國(guó)視密度圖與大地構(gòu)造單元[J].地學(xué)前緣，2001，8（2）.

[3]蔣其勝，韓長(zhǎng)生，等.姚家?guī)X銅鉛鋅礦床地質(zhì)特征及成因探討[J].安徽地質(zhì)，2005,（4）.

[4]韓長(zhǎng)生，鐘國(guó)維.銅陵礦集區(qū)沙灘角礦田礦床地質(zhì)特征及成因[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013,36（12）：1504～1510.

[5]郭厚軍，張國(guó)鴻.重力場(chǎng)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用[J].安徽地質(zhì)，2014（3）.