盛　君， 金永念， 朱首峰

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇南京210018)

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重力資料在江蘇礦產(chǎn)資源潛力評價中的應(yīng)用

盛君， 金永念， 朱首峰

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇南京210018)

摘要：礦產(chǎn)資源潛力評價過程中，利用重力資料推斷地質(zhì)構(gòu)造是一項復(fù)雜的工作。按推斷不同的地質(zhì)內(nèi)容，舉例說明重力推斷依據(jù)和結(jié)果。從小比例尺到大比例尺重力資料，逐一說明重力資料解釋的步驟，并對礦產(chǎn)資源潛力評價工作中的重力推斷解釋流程做了簡要的歸納總結(jié)，可對今后的重力資料解釋工作起到一定的示范作用。

關(guān)鍵詞：重力解釋；地質(zhì)構(gòu)造；資源潛力評價；江蘇

0引言

重力資料解釋一般從異常的分區(qū)入手，按重力異常的各種特征如異常的強度、形態(tài)、梯度、走向、大小及展布特點等標(biāo)志及其組合特征進行異常分區(qū)。例如重力異常梯度帶，包括線性梯度帶、串珠狀異常等。通過與地質(zhì)構(gòu)造圖件的對應(yīng)分析，初步研究異常分區(qū)與已知地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，推斷各區(qū)域異常的地質(zhì)成因。在對重力異常進行分區(qū)和定性解釋的基礎(chǔ)上，可根據(jù)其他資料對重力的解釋成果進行修改或調(diào)整。

筆者針對斷裂構(gòu)造、盆地、火山機構(gòu)、推覆構(gòu)造、巖漿巖、地層等地質(zhì)構(gòu)造所引起的不同特征的重力異常進行識別及圈定，并舉例說明。

1斷裂構(gòu)造推斷依據(jù)

1.1識別依據(jù)

根據(jù)重力異常形態(tài)的不同劃分出以下9類斷裂構(gòu)造識別依據(jù)：(1) 重力梯級帶；(2) 不同特征異常區(qū)的分界線；(3) 線性分布的高低異常過渡帶；(4) 線狀(窄帶狀)異常帶；(5) 異常(異常軸線)錯動線；(6) 異常等值線規(guī)則扭曲部位；(7) 異常等值線的疏密突變帶；(8) 異常(特別是多異常)的寬度突變帶；(9) 串珠狀異常的分布帶(張明華等，2010)。

不同的標(biāo)志反映不同級別和性質(zhì)的斷裂，前3種標(biāo)志往往反映深大斷裂或大斷裂，但也可能反映的是大范圍不同巖性的接觸帶，板塊學(xué)說認(rèn)為這些反映的是不同塊體(地體)的拼接或增生帶、板塊的縫合帶等(張明華等，2010)。

具有明顯走向和一定長度的重力異常梯度帶包括線性梯度帶、串珠狀異常帶和梯度帶的線性排列，往往是斷裂構(gòu)造的反映。串珠狀異常往往反映斷裂內(nèi)斷續(xù)有侵入巖脈充填的情況；線狀重力異常或線性延展重力等值線的錯斷、扭曲、交叉、切割及突變等，往往有助于反映不同方向和期次斷裂構(gòu)造的存在。

非臺階狀線性異常，可由寬度不大、走向長度大的地質(zhì)體引起。由垂向斷裂直接引起的線性異常呈臺階狀，斷裂頂部大致位于垂直斷裂方向剖面上的異常拐點處，或異常水平導(dǎo)數(shù)的極值處。

圖1　斷裂構(gòu)造識別標(biāo)志示意圖(據(jù)張明華等，2010)(a) 線性重力高與重力低之間的過渡帶；(b) 異常軸線明顯錯動的部位；(c) 串珠狀異常的兩側(cè)或軸部所在位置；(d) 兩側(cè)異常特征明顯不同的分界線；(e) 封閉異常等值線突然變寬、變窄的部位；(f) 等值線同形扭曲部位Fig.1　Sketch showing discrimination indicators of fault structures(after Zhang et al., 2010)(a) transition zone between gravity highs and lows; (b) obvious dislocation of anomalous axis;(c) both sides or axis of moniliform anomalies; (d) boundary of distinct anomaly features on both sides; (e) abrupt widening or narrowing position of closed anomaly contours; (f) position of contours with the same shape distortion

1.2劃分方法

斷裂構(gòu)造位置主要依據(jù)布格重力異常特征、各種異常處理轉(zhuǎn)換結(jié)果及定量反演結(jié)果，結(jié)合其他物探、地質(zhì)等資料確定。

1.2.1依據(jù)異常梯級帶劃分?jǐn)嗔褬?gòu)造在布格重力異常圖上表現(xiàn)為梯級帶，在布格重力異常水平方向一階導(dǎo)數(shù)圖上表現(xiàn)為極值，在布格重力異常垂向?qū)?shù)圖上表現(xiàn)為零值線。斷裂構(gòu)造位置用布格重力異常垂向?qū)?shù)的零值線、水平方向?qū)?shù)的極值點確定。圖2為寧蕪地區(qū)推斷的斷裂構(gòu)造，全區(qū)均為重力正異常，在重力梯級帶上可劃分出幾條斷裂構(gòu)造，最右邊1條NNE方向的斷裂構(gòu)造是比較明顯的重力梯級帶(金永念等，2013)。

1.2.2依據(jù)異常場分區(qū)界線劃分當(dāng)布格重力異常中存在異常場的形態(tài)、幅值、走向變化時，可能為斷裂構(gòu)造控制的重力異常分區(qū)界線，斷裂位置參考剩余重力異常、水平方向?qū)?shù)確定。圖3為徐州地區(qū)的1條斷裂構(gòu)造，斷裂北西方向重力異常幅值較大，形態(tài)完整，北東東方向的近橢圓形異常，斷裂南東方向重力幅值明顯變小，且異常形態(tài)不完整，與北西方向異常相異(金永念等，2013)。

圖2　寧蕪地區(qū)斷裂構(gòu)造(1∶5萬)Fig.2　Fault structures in the Nanjing-Wuhan area(at a scale of 1∶50 000)

圖3　徐州地區(qū)斷裂構(gòu)造(1∶20萬)Fig.3　Fault structures in the Xuzhou area(at a scale of 1∶200 000)

1.2.3依據(jù)線狀異常帶劃分反映斷裂構(gòu)造的線狀異常帶一般為狹長的線性重力異常帶，通常是較大斷裂或斷裂破碎帶的反映。圖4為淮陰—響水口斷裂，NE向展布，地質(zhì)上認(rèn)為是1條切割上地幔的深斷裂，并且沿淮陰—響水口一線作為秦嶺中央造山帶與揚子板塊兩大構(gòu)造域的分界線，斷裂帶北側(cè)為秦嶺中央造山帶前震旦變質(zhì)巖系，是1條省內(nèi)比較大的斷裂構(gòu)造(金永念等，2013)。

圖4　淮安地區(qū)淮陰—響水口斷裂構(gòu)造(1∶20萬)Fig.4　The Huaiyin-Xiangshuikou fault structure in the Huaian area (at a scale of 1∶200 000)

1.2.4依據(jù)異常錯動與扭曲劃分在重力異常等值線發(fā)生錯動或扭曲的位置，往往推斷為斷裂構(gòu)造，但也需要結(jié)合地質(zhì)資料認(rèn)識并確定斷裂構(gòu)造。圖5為北北西向豐縣—金鄉(xiāng)(山東)斷裂。軸向近東西向與北西向的2處重力高異常梯度帶推斷為同一條河口—鐵佛斷裂，從異常圖上看，重力異常發(fā)生了錯動與扭曲，據(jù)此推斷該處有斷裂構(gòu)造(金永念等，2013)。1.2.5依據(jù)異常突變帶劃分重力異常的突然變化可能是斷裂構(gòu)造的反映。圖6為長江斷裂最東面的一段，切割泰州—南通地區(qū)重力異常，斷裂北西向為大片負(fù)異常區(qū)，而南東方向為大片正異常區(qū)，且兩側(cè)異常的形態(tài)、幅值發(fā)生了突然變化，可推斷為斷裂構(gòu)造(金永念等，2013)。

圖6　泰州—南通地區(qū)長江斷裂構(gòu)造(1∶20萬)Fig.6　The Yangtze fault structure in the Taizhou-Nantong area (at a scale of 1∶200 000)

1.2.6依據(jù)串珠狀異常劃分反映斷裂構(gòu)造的串珠狀異常一般為狹長的串珠狀重力異常帶，往往是較大斷裂或斷裂破碎帶的反映。圖7重力異常顯示為多個異常組成的重力異常帶，結(jié)合地質(zhì)資料推斷為郯廬斷裂帶，斷裂在江蘇省內(nèi)為華北板塊和秦嶺中央造山帶2大構(gòu)造域的分界線，地質(zhì)上認(rèn)為郯廬斷裂帶是切割上地幔的控制巖漿活動的深斷裂(金永念等，2013)。

圖7　宿遷地區(qū)郯廬斷裂構(gòu)造(1∶20萬)Fig.7　The Tancheng-Lujiang fault structure in the Suqian area (at a scale of 1∶200 000)

2盆地構(gòu)造推斷依據(jù)

中新生代盆地一般顯示為明顯的重力低。綜合應(yīng)用重力和其他物探資料并結(jié)合鉆探資料能夠判別盆地的蓋層性質(zhì)。圈定盆地邊界的方法：第一步，通過異常分離提取盆地重力異常(可求剩余重力)；第二步，利用盆地重力異常的垂向一階導(dǎo)數(shù)的零值線、水平一階導(dǎo)數(shù)極值位置或重力異常水平總梯度模的極值位置進行圈定。盆地的埋深可利用二維半剖面反演進行計算推斷(張明華等，2010)。

圖8為鹽城重力低異常，結(jié)合地質(zhì)資料推斷為射陽(鹽城)凹陷，近南北向展布，規(guī)模較大，基底埋藏深。重力異常圖上，為醒目的重力低，塊狀異常形態(tài)，強度大，四周為梯級帶，有2個低值中心，分別在南洋、興橋附近，推斷重力低異常由巨厚的中、新生界引起(金永念等，2013)。二維半剖面反演計算盆地中、新生界底界面最大埋深達(dá)3.4 km(圖9)。

圖8　鹽城地區(qū)射陽凹陷(1∶20萬)Fig.8　The Sheyang sag in the Yancheng area(at a scale of 1∶200 000)

圖9　射陽(鹽城)凹陷二維半剖面反演圖(據(jù)金永念等，2013)Fig.9　Inversion of 2.5 dimensional profile in the Sheyang (Yancheng) sag(after Jin et al., 2013)

圖10西北方向為金湖凹陷、東南方向為高郵凹陷，規(guī)模大，基底埋藏深。重力異常圖上，均為醒目的重力低，軸向近東西，周邊均為梯級帶。金湖凹陷、高郵凹陷為蘇北盆地主要深大凹陷，呈近東西向展布，屬中、新生代凹陷。根據(jù)鉆孔及地震資料，凹陷內(nèi)新近系、古近系發(fā)育，有大量的玄武巖分布。推測新生界厚度可達(dá)3.0 km，且自西向東增厚(金永念等，2013)。二維半剖面反演計算金湖凹陷的中、新生界底界面最大埋深達(dá)4.0 km(圖11)，高郵凹陷的中、新生界底界面最大埋深達(dá)2.8 km(圖12)。

圖10　金湖凹陷、高郵凹陷(1∶20萬)Fig.10　The Jinhu and Gaoyou sags(at a scale of 1∶200 000)

圖11　金湖凹陷二維半剖面反演圖(據(jù)金永念等，2013)Fig.11　Inversion of 2.5 dimensional profile in the Jinhu sag(after Jin et al., 2013)

圖12　高郵凹陷二維半剖面反演圖(據(jù)金永念等，2013)Fig.12　Inversion of 2.5 dimensional profile in the Gaoyou sag(after Jin et al., 2013)

3火山機構(gòu)推斷依據(jù)

以重力資料為主，配合其他地質(zhì)、地球物理資料可以識別火山機構(gòu)。一般火山機構(gòu)的重力異常因與周圍巖石和地層之間的密度差不同而呈現(xiàn)環(huán)狀、似環(huán)狀、似圓形的局部重力低異?；蛑亓Ω弋惓！沫h(huán)形異常的完整程度可以判斷火山構(gòu)造是否完整或受到后期破壞?；鹕綑C構(gòu)邊界可參考重力異常的垂向?qū)?shù)的零值、水平總梯度模的極值位置，結(jié)合地質(zhì)、航磁等資料進行圈定(張明華等，2010)。圖13為安徽浮山火山構(gòu)造(破火山口)重力異常圖、垂向一階導(dǎo)數(shù)圖以及水平總梯度模圖。

圖13　安徽浮山火山構(gòu)造(破火山口)(據(jù)蘭學(xué)毅等，2013)Fig.13　Fushan volcanic structures in Anhui Province (caldera)(after Lan et al., 2013)(a) Bouguer gravity anomaly; (b) vertical first derivative;(c) horizontal total gradient mode

4推覆構(gòu)造推斷依據(jù)

凡依據(jù)重力資料，推斷老地層下存在新地層，且新老地層以斷裂為界的情況，可判別為推覆構(gòu)造。推覆構(gòu)造一般與大型斷裂帶相伴，且規(guī)模較大。

推覆構(gòu)造的重力異常識別主要依據(jù)地表地質(zhì)資料。在新地層出露區(qū)，有局部老地層出露(或經(jīng)其他方法驗證有老地層存在)，并伴隨有走滑斷裂或逆沖斷裂發(fā)育的地區(qū)，重力異常在地表新老地層接觸帶上為明顯的梯級帶異常，且老地層之上為弱的重力高異常。在推覆距離較遠(yuǎn)的情況下為弱的平臺狀重力高異常，而且重力高異常幅值對應(yīng)于該老地層的密度而言，場值相對偏低(張明華等，2010)。

圖14為茅山斷裂，呈北北東向展布，長296 km，向北東延伸過長江，由于高淳花山鉆孔剖面打穿古生代地層見到侏羅系—白堊系，故地質(zhì)上將茅山斷裂作為推覆構(gòu)造的典型例子。

圖14　茅山斷裂構(gòu)造(1∶20萬)Fig.14　The Maoshan fault structure (at a scale of 1∶200 000)

5巖漿巖推斷依據(jù)

5.1巖體識別

以重力資料為主，配合其他地質(zhì)地球物理資料，可有效識別基性到酸性的各類侵入巖體、次火山巖。

5.2巖體空間形態(tài)確定

巖體邊界圈定方法：利用推斷為巖體的局部異常的垂向一階導(dǎo)數(shù)零值(或布格重力異常的垂向二階導(dǎo)數(shù))、水平一階導(dǎo)數(shù)極值位置，或總梯度模極值位置，結(jié)合磁異常和地質(zhì)認(rèn)識進行圈定，并且可利用二維半反演計算巖體的埋深和規(guī)模(張明華等，2010)。5.2.1基性-超基性巖體識別與圈定局部重力異常一般顯示重力高。異常形態(tài)多呈橢圓、串珠狀、線狀、等軸狀等。異常強度不等，規(guī)模一般不大。

蔣王廟巖體為燕山早期輝長巖，基性巖體，位于南京市紫金山附近，東西向橢圓狀，走向長度5.36 km，面積8.8 km2，周邊為沉積地層。布格重力異常圖和剩余重力異常圖上，蔣王廟巖體反映為寧鎮(zhèn)高重力背景中的重力高異常，梯度小，異常特征說明巖體規(guī)模相對較小(圖15)。該巖體所在區(qū)域早期進行過地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作，先后發(fā)現(xiàn)過南京紅山鐵礦、南京蔣王廟鐵礦等小型鐵礦床，成礦條件好。輝長巖巖體是鐵礦床的物質(zhì)來源，巖體侵入與碳酸鹽巖圍巖發(fā)生交代作用后，在接觸帶附近形成有工業(yè)價值的礦體。由于巖體所在位置位于南京市區(qū)，已失去找礦意義(金永念等，2013)。二維半剖面反演，計算巖體頂面最小埋深為0.173 km(圖16)。

圖15　蔣王廟巖體布格重力(a)及剩余重力(b)異常圖(1∶20萬)Fig.15　Maps showing Bouguer gravity anomalies and residual gravity anomalies of the Jiangwangmiao rockmass (at a scale of 1∶200 000)

圖16　蔣王廟巖體二維半剖面反演圖(據(jù)金永念等，2013)Fig.16　Inversion of 2.5 dimensional profile in the Jiangwangmiao rock mass(after Jin et al., 2013)

5.2.2中性、酸性巖體識別中性巖體主要指閃長巖類的侵入巖體，一般與圍巖的密度差較小，其剩余重力異常在不同的背景上可顯示為弱的重力高或重力低異常，識別時要結(jié)合圍巖巖石密度資料具體分析。

酸性巖體主要指花崗巖類的侵入巖體，一般多顯示為重力低異常，通常異常規(guī)模較大，異常形態(tài)多樣，如橢圓、串珠狀、線狀、等軸狀等。

圖17中圈定的異常均為中酸性花崗閃長巖，分布在寧鎮(zhèn)山脈的中段，橢圓狀，部分出露地表，周邊為沉積地層，與鐵、銅等多金屬礦成礦關(guān)系密切。布格重力異常圖上，最東面高資異常規(guī)模較大，反映為寧鎮(zhèn)重力高中的相對重力低，梯度小，北側(cè)為梯級帶。重力低異常特征說明巖體以中酸性巖為主，延深較大，北側(cè)有斷裂存在(金永念等，2013)。二維半剖面反演，計算巖體頂面埋深范圍為0～0.002 km(圖18)。5.2.3次火山巖識別次火山巖包括各類淺成、超淺成的侵入巖。酸性、中酸性次火山巖，如花崗斑巖、閃長斑巖(玢巖)類同前述酸性、中酸性巖體的識別，一般顯示為重力低異常，規(guī)模較??；基性次火山巖如輝綠巖類同前述基性巖識別方法，一般顯示為重力高異常，規(guī)模較小。

圖19為宜溧地區(qū)次火山巖的布格重力及剩余重力異常圖，圖中重力異常顯示為幅值較低，規(guī)模較小，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷為中酸性次火山巖(金永念等，2013)。

圖17　寧鎮(zhèn)地區(qū)中酸性巖體布格重力(a)及剩余重力(b)異常圖(1∶20萬)Fig.17　Map showing Bouguer gravity anomalies (a) and residual gravity anomalies (b) of intermediate-acidic rock masses in the Nanjing-Zhenjiang area (at a scale of 1∶200 000)

圖18　高資巖體二維半剖面反演圖Fig.18　Inversion of 2.5 dimensional profile in the Gaozi rock mass

圖19　宜溧地區(qū)次火山巖布格重力(a)及剩余重力(b)異常圖(1∶20萬)Fig.19　Maps showing Bouguer gravity anomalies (a) and residual gravity anomalies (b) of the subvolcanic rocks in the Yixing-Liyang area (at a scale of 1∶200 000)

6地層推斷依據(jù)

6.1地層的識別

利用重力資料可以識別存在密度差異的不同巖性的地層，在條件有利時，有可能區(qū)分不同新老時代地層，包括各時代的沉積地層、火山巖地層、變質(zhì)巖地層。不同巖性的地層，通常存在密度差異。不同時代的地層也存在密度差異，一般隨著地層時代的變老，密度有增大的趨勢。因此，可以利用密度差異的分析，依據(jù)重力異常劃分不同巖性或時代的地層(張明華等，2010)。

6.2地層空間形態(tài)的確定

地層邊界(以隱伏長度、寬度為主)等圈定方法：利用推斷為地層的局部異常的垂向一階導(dǎo)數(shù)(或垂向二階導(dǎo)數(shù))零值、水平一階導(dǎo)數(shù)極值位置，或總梯度極值位置，結(jié)合磁異常和地質(zhì)認(rèn)識進行圈定。出露邊界以地質(zhì)填圖結(jié)果為準(zhǔn)。

圖20為蘇南地區(qū)布格重力及剩余重力異常圖，結(jié)合地質(zhì)資料圈定的地層范圍、邊界、形成時代(金永念等，2013)。圖中黑色虛線為推斷的地層邊界，圈定的依據(jù)主要根據(jù)剩余異常的梯度帶(或垂向一階導(dǎo)數(shù)的零值)位置，在寧蕪、寧鎮(zhèn)等地層邊界不明顯的地方結(jié)合地質(zhì)資料進行綜合解釋。

7 結(jié)論

在資源潛力評價中，利用重力資料進行地質(zhì)構(gòu)造的推斷，從流程上看，首先從小比例尺的資料進行解釋，結(jié)合已有地質(zhì)資料，合理地進行分析與對比，給出相應(yīng)的物探解釋；其次是在有大比例尺資料的地區(qū)，進一步進行異常的劃分和分析，做出詳細(xì)的地質(zhì)構(gòu)造推斷；最后就是綜合重力、磁法、物性、地質(zhì)、鉆探等資料，對局部有意義的異常進行二維半剖面反演，這樣可進一步地確定地質(zhì)體的埋深、大小與范圍。

圖20　蘇南地區(qū)布格重力(a)及剩余重力(b)異常圖(1∶20萬)Fig.20　Maps showing Bouguer gravity anomalies (a) and residual gravity anomalies (b) in southern Jiangsu Province(at a scale of 1∶200 000)

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Application of gravity data in the project of potential evaluation of mineral resources in Jiangsu Province

SHENG Jun, JIN Yongnian, ZHU Shoufeng

(Geological Survey of Jiangsu Province, Nanjing 210018, Jiangsu, China)

Abstract：In the mineral resource potential evaluation project of Jiangsu Province, it is complex to infer geological structures using gravity data. This paper illustrates how to use gravity data to infer geological structures from different geological aspects. We explained the steps of gravitational interpretation from small scale to large scale gravity data, and summarized the process of the gravitational inference and interpretation in mineral resource potential evaluation project. This work may play a demonstration effect for the future gravity interpretation.

Keywords：gravity interpretation; geological structure; resource potential evaluation; Jiangsu Province

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.01.163

收稿日期：2015-06-24；修回日期：2015-08-28；編輯：陸李萍

基金項目：中國地質(zhì)調(diào)查局項目“江蘇省(含上海市)礦產(chǎn)資源潛力評價”(1212011121007)

作者簡介：盛君(1983—)，女，工程師，碩士，地球物理專業(yè)，E-mail： shengjun1227@163.com

中圖分類號：P631.1+4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-3636(2016)01-0163-08