盧 軍， 劉 磊， 郭光宇， 王坤坤， 邱 波

(湖北省地質(zhì)局 地球物理勘探大隊(duì)，湖北 武漢 430056)

江陵凹陷位于中國(guó)東部裂谷盆地系中南部[1],是江漢盆地西部的一個(gè)次級(jí)凹陷,面積6 500 km2，是盆地最大次級(jí)構(gòu)造單元。江陵凹陷內(nèi)白堊系—第三系最大沉積厚度近萬(wàn)米，蒸發(fā)巖主要發(fā)育于古新統(tǒng)沙市組和始新統(tǒng)新溝嘴組。

區(qū)內(nèi)富鉀鹵水除了富含鉀離子，一般還伴生多種元素，如B、Li、I、Br等，均高于工業(yè)品位，具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。為此，湖北省地質(zhì)勘查基金管理中心啟動(dòng)了《湖北荊州江陵凹陷南部鹽盆地鉀鹽及伴生資源調(diào)查評(píng)價(jià)》項(xiàng)目。該項(xiàng)目通過(guò)重力調(diào)查、沉積相研究等手段，查明區(qū)內(nèi)深部構(gòu)造特征，為下一步開(kāi)展深部礦產(chǎn)勘探提供工作依據(jù)。

本文利用該項(xiàng)目取得的重力數(shù)據(jù)，通過(guò)位場(chǎng)轉(zhuǎn)換、異常分離等手段，分析重力場(chǎng)特征與深部成鉀構(gòu)造的關(guān)系，對(duì)在湖北省開(kāi)展深部鉀鹽找礦具有重要的生產(chǎn)和科研意義。

1 勘查區(qū)地質(zhì)及地球物理特征

1.1 地質(zhì)特征

1.1.1地層

江陵凹陷內(nèi)白堊系—第三系最大厚度近萬(wàn)米，自下而上分別為白堊系紅花套組、漁洋組，古近系(下第三系)沙市組、新溝嘴組、荊沙組、潛江組、荊河鎮(zhèn)組，新近系(上第三系)廣華寺組及第四系。

1.1.2巖漿巖

江陵凹陷火山巖非常發(fā)育，主要分布在勘查區(qū)北部，火山巖分布面積廣、厚度大、層位多，從沙市組至潛江組均有火山巖分布。與鹽構(gòu)造類(lèi)似，火山巖構(gòu)造是由火山活動(dòng)深部物質(zhì)上涌所形成的一種底辟型構(gòu)造?；鹕交顒?dòng)與盆地構(gòu)造演化、富鉀鹵水的形成關(guān)系密切。

1.1.3構(gòu)造

江陵凹陷經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，發(fā)育了眾多斷層，各期次運(yùn)動(dòng)發(fā)育的斷層在性質(zhì)、展布上都有極大的差異，因而凹陷內(nèi)的斷層具有多向性、多類(lèi)型、多級(jí)別、多期性及分區(qū)性等特征，它們同盆地的發(fā)展、演化密切相關(guān)，對(duì)不同時(shí)期的沉積建造、巖漿活動(dòng)及油氣的形成與分布具有控制作用。

F1、F2為兩條NNE向斷裂，平行分布在王家祠堂—王家山咀重力低異常區(qū)的東西兩側(cè)，控制了王家祠堂—王家山咀次級(jí)凹陷的東西范圍，為區(qū)內(nèi)“控盆構(gòu)造”。

1.2 區(qū)域重力場(chǎng)特征

江陵凹陷為大面積重力低異常區(qū)，重力等值線較稀疏，反映了重力場(chǎng)的平緩變化特征(見(jiàn)圖1)，布格重力值一般為-50×10-5～-40×10-5m/s2，一般可將-40×10-5m/s2等值線作為劃分該凹陷的參考界線，在閘口—藕池一帶為一NNW向重力低異常帶，布格重力值局部可低至-60×10-5m/s2，反映的是凹陷的次級(jí)洼陷區(qū)域。江陵凹陷西北與布格重力場(chǎng)值更低的松滋凹陷接壤，其它各鄰區(qū)重力場(chǎng)值增大且梯度變化較快，反映構(gòu)造控制成盆，與地質(zhì)資料顯示的丫角新溝低凸起、華容隆起、宜都鶴峰背斜帶等構(gòu)造對(duì)應(yīng)，也反映了江陵凹陷與鄰區(qū)重力特征的差異性。

圖1 布格重力異常圖(據(jù)湖北省物探隊(duì)1∶50萬(wàn)重力資料)
Fig.1 Bouguer gravity anomaly map

2 重力場(chǎng)特征與深部構(gòu)造

2.1 布格重力異常特征

布格重力異常等值線清晰地反映了盆地區(qū)基底隆起或凹陷的構(gòu)造格局(見(jiàn)圖2)，布格重力異常等值線呈西北高—中間低—東南高的對(duì)稱結(jié)構(gòu)[2]。重力場(chǎng)值由西北角、東南角的高值向中間的低值遞減，中間大面積的重力低異常形態(tài)呈舌狀，異常中心分布于測(cè)區(qū)西南的王家山咀一帶，以及中部王家祠堂一帶，兩處圈閉低異常呈北東向展布，與地質(zhì)構(gòu)造走向一致。

圖2 閘口工區(qū)重力異常圖
Fig.2 Gravity anomaly map of Zhakou work area

2.2 布格重力異常向上延拓變化特征

為了解重力場(chǎng)隨高度的變化特征，通常采用向上延拓的辦法。一般來(lái)講，延拓高度越大，反映的是深部的構(gòu)造特征，延拓高度小，反映的是淺部較小的地質(zhì)體的分布。

上延不同高度對(duì)比(圖3)，除了上延5 000 m異常等值線步長(zhǎng)加密至0.1×10-5m/s2以外，其余各高度等值線步長(zhǎng)均為0.2×10-5m/s2?？梢钥闯?，在上延500 m高度時(shí)，測(cè)區(qū)重力場(chǎng)特征與區(qū)域重力場(chǎng)特征大體一致，重力異常等值線較圓滑，表明該上延高度及以上已經(jīng)壓制了局部異常體的影響。在上延1 000 m及以上高度后，王家山咀、王家祠堂兩處重力低異常融為一體，隨著上延高度增加，重力場(chǎng)等值線逐漸稀疏，中部的重力低異常向西南部收縮，王家祠堂異常中心收斂直至消失，全區(qū)重力低異常收斂至王家山咀異常中心。這也反映了斷裂構(gòu)造控凹(或洼)的過(guò)程。

綜上所述，測(cè)區(qū)重力場(chǎng)呈現(xiàn)西北高、中部低、東南高的特征，場(chǎng)值向中部遞減，王家山咀、王家祠堂重力低異常向西南部收斂，受斷裂構(gòu)造等控制，盆地不斷向西南凹陷沉積。王家祠堂—王家山咀一帶符合構(gòu)造控盆、次盆成鉀的地質(zhì)前提模式是成礦有利部位。

圖3 閘口工區(qū)重力場(chǎng)各上延高度對(duì)比圖
Fig.3 Comparison diagram of each upward elevation ofgravity field in Zhakou work area

2.3 重力異常三維反演及剖面擬合

2.3.1重力異常三維反演

將布格重力數(shù)據(jù)進(jìn)行三維自動(dòng)反演，對(duì)結(jié)果進(jìn)行切片，可以得到不同深度剩余密度等值線平面圖。通常從剩余布格重力異常等值線平面圖上看到的異常特征都是地質(zhì)體淺部及深部疊加的綜合反應(yīng)，但是通過(guò)不同深度的三維重力切片，可以更加直觀地看到地質(zhì)體剩余密度特征隨深度變化的趨勢(shì)，也間接反應(yīng)了地質(zhì)體的深部空間特征。

取400 m、600 m、800 m、1 000 m、1 500 m、2 000 m、3 000 m七個(gè)深度的反演數(shù)據(jù)進(jìn)行切片成圖(圖4)。因反演數(shù)據(jù)差異(密度差異)較小，為了便于成圖，繪制等值線時(shí)選取了較小的步長(zhǎng)(0.1、0.2 g/cm3)，不同色階等值線不一定代表巖性界面。

從反演的不同深度切片圖中，可以得到以下信息：中部相對(duì)低密度地質(zhì)體在縱向上貫穿始終，可見(jiàn)異常源縱深極大；1 000 m深度內(nèi)西北、東南部相對(duì)高密度物質(zhì)存在導(dǎo)致重力場(chǎng)向上述兩個(gè)方向增大；2 000 m及以上深度，南側(cè)亦存在相對(duì)高密度物質(zhì)，說(shuō)明在區(qū)域上，閘口—藕池一帶重力低異常區(qū)可能為兩個(gè)次級(jí)凹陷區(qū)，兩處異常之間受地層隆起等影響而被隔開(kāi)。

圖4 閘口工區(qū)重力異常三維反演切片圖
Fig.4 3D inversion section of gravity anomalyin Zhakou work area

2.3.2重力異常剖面擬合

為進(jìn)一步了解凹陷中心的深部特征，沿垂直異常

走向方向切長(zhǎng)剖面，根據(jù)巖性標(biāo)本實(shí)測(cè)密度值數(shù)據(jù)進(jìn)行定量計(jì)算。反演結(jié)果表明(圖5)，凹陷區(qū)北緣產(chǎn)狀較緩，約為45°左右，凹陷中心南緣產(chǎn)狀較陡。凹陷盆地基底埋深達(dá)到2.4 km。下伏為三疊系灰?guī)r地層。凹陷受北東向斷裂構(gòu)造控制，在異常中部有北西向斷裂將其錯(cuò)動(dòng)。

圖5 閘口工區(qū)P1重力剖面擬合圖
Fig.5 P1gravity profile fitting map of zhekou work area

3 結(jié)論

通過(guò)重力位場(chǎng)轉(zhuǎn)換處理手段，查明了該區(qū)深部構(gòu)造特征。結(jié)合重力場(chǎng)三維反演和剖面擬合反演成果，發(fā)現(xiàn)江陵凹陷區(qū)次級(jí)凹陷中心在王家山咀附近，其中心埋深約2.4 km。根據(jù)前人提出的“礦隨盆移”、“次盆成鉀”理論，認(rèn)為王家山咀是尋找“裂谷小盆地成鉀”的理想?yún)^(qū)域。

本文利用重力資料，通過(guò)應(yīng)用數(shù)據(jù)處理、位場(chǎng)反演等方法手段，查明了凹陷盆地深部構(gòu)造特征，取得了該地區(qū)深部地球物理信息，這對(duì)在湖北江漢盆地尋找深部鉀鹽礦床具有較好的示范和借鑒意義。