張振宇 胡祥云 王 剛 李永博

(①國家現(xiàn)代地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心，河北廊坊 065000；②中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北廊坊 065000；③中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北武漢 430074)

1 概況

狼山成礦帶位于內(nèi)蒙古中東部，以烏拉特后旗—化德—赤峰深大斷裂帶(由東向西由北東向轉(zhuǎn)為近東西向)為界，跨越了兩種性質(zhì)完全不同的大地構(gòu)造單元(圖1)[1-3]。因此，由于特殊的構(gòu)造位置，研究區(qū)地層出露較齊全、巖漿活動(dòng)頻繁、構(gòu)造復(fù)雜、礦產(chǎn)豐富[4-6]。

圖1 狼山成礦帶區(qū)域構(gòu)造位置圖

目前，主要通過地質(zhì)及地表淺部地球物理調(diào)查了解了狼山成礦帶的區(qū)域地球物理場(chǎng)特征[7]、礦床特征[8-10]、火山巖沉積特征[11-13]、成礦控礦因素[14-15]、礦產(chǎn)成因[16-20]與成礦特征[21]等。受自然條件等因素影響，狼山成礦帶的深部地球物理勘查工作

較少，對(duì)深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征的總體研究程度較低，無法深入研究區(qū)域深部構(gòu)造特征、礦源成因等。為此，本文結(jié)合狼山成礦帶的綜合地球物理勘查資料與地質(zhì)成果資料，深入研究了狼山成礦帶的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，以期為區(qū)域深部找礦提供依據(jù)。

2 研究區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

狼山成礦帶區(qū)域的太古界興和雜巖、烏拉山群、色爾騰山群和下元古界寶音圖群構(gòu)成了結(jié)晶基底；中上元古界、古生界、中生界、新生界為沉積蓋層。太古界變質(zhì)雜巖之上不整合覆蓋輕微變質(zhì)的海相元古界，在元古界上部局部沉積了海相奧陶系，缺失志留系—下石炭統(tǒng)。中(上)石炭統(tǒng)為海陸交替相，二疊系及中、新生界為陸相碎屑(含煤)沉積和火山巖沉積，中、新生界主要分布于斷陷盆地及山間盆地。橫向上地層總體呈北東向展布。

2.2 巖漿巖

狼山成礦帶巖漿巖展布主要受構(gòu)造活動(dòng)制約，主要沿深部斷裂呈帶狀、串珠狀或集中分布于斷裂交會(huì)處。區(qū)域內(nèi)侵入巖出露較廣，南部主要以中元古代、奧陶紀(jì)、志留紀(jì)侵入巖為主，北部主要以石炭紀(jì)侵入巖為主，呈北東走向的狼山(斜長)花崗巖體出露面積最大[7]。

2.3 斷裂構(gòu)造

狼山成礦帶內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，除了烏拉特后旗—化德—赤峰深大斷裂帶(溫都爾廟—西拉木倫河深大斷裂帶)外，還有近東西向的索倫敖包—阿魯科爾沁旗深斷裂帶、北東或北北東向的寶音圖隆起西緣與東緣深斷裂等。

3 區(qū)域地球物理特征

3.1 區(qū)域巖石物性

依據(jù)在狼山成礦帶315個(gè)物理點(diǎn)采集的965件巖石標(biāo)本，統(tǒng)計(jì)、分析了標(biāo)本的物性特征(表1～表3)。

表1 狼山地區(qū)巖礦石物性統(tǒng)計(jì)表

表2 狼山地區(qū)地層物性統(tǒng)計(jì)表

表3 狼山地區(qū)侵入巖體物性統(tǒng)計(jì)表

巖石密度方面，隨地層由新而老密度呈升高趨勢(shì)，區(qū)域內(nèi)各套地層的密度存在差異。以砂巖、砂礫巖、粉砂巖、粗砂巖為代表的陸源碎屑巖的密度較低，片巖、片麻巖、斜長角閃巖等變質(zhì)巖及玄武巖、安山巖、輝綠巖等火山巖(次火山巖)的密度較高。侵入巖體中，泥盆紀(jì)侵入體密度最大，三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)侵入體的密度最小。

磁性方面，玄武巖磁化率最大，推斷是引起區(qū)域強(qiáng)磁異常的主要原因；安山巖、安山玢巖、超基性巖磁化率略低，推斷是引起區(qū)域次磁異常的主因；大理巖、石英巖、白云母花崗巖、灰?guī)r、黑云母花崗巖、變質(zhì)角礫巖、斜長花崗巖、結(jié)晶灰?guī)r、變粒巖、淺粒巖、花崗巖、片麻巖、云母花崗巖等的磁化率較低，推斷可能引起弱磁異常。白堊系固陽組具有較高磁性，石炭系阿木山組磁性最弱。侵入巖體中，白堊紀(jì)侵入巖體的磁性最強(qiáng)。

電阻率方面，粉砂巖、砂礫巖、砂巖等陸源碎屑巖的電阻率小于500Ω·m，灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r、玄武巖的電阻率大于3000Ω·m，其他巖石的電阻率介于500～3000Ω·m。各期侵入巖體的電阻率差異不明顯，介于817～2456Ω·m。

3.2 區(qū)域重力場(chǎng)特征

狼山成礦帶及外圍布格重力異常圖(圖2)顯示，成礦帶重力場(chǎng)場(chǎng)值總體較低，均為負(fù)值，重力場(chǎng)呈“南低北高”且由南向北高、低相間排列的特征。南部呈重力低異常，對(duì)應(yīng)河套斷陷；東部呈近東西向分布的次級(jí)重力低異常，對(duì)應(yīng)中、新生代沉積盆地；中部的北東向次級(jí)重力低異常推測(cè)為狼山花崗巖體的反映；西部的東西向次級(jí)重力低異常推測(cè)為中、新生代沉積盆地和狼山花崗巖體的反映。

圖2 狼山成礦帶及外圍布格重力異常圖

3.3 區(qū)域磁場(chǎng)特征

狼山成礦帶及外圍航磁異常圖(圖3)顯示，成礦帶航磁磁場(chǎng)由南向北呈低、高相間排列分布特征，航磁磁場(chǎng)值總體較低。中部和北部的近東西向相對(duì)高磁異常推測(cè)為磁性巖漿巖體的反映。在烏拉特后旗周邊分布的一系列小規(guī)模局部高磁異常，應(yīng)為小規(guī)模磁性巖漿巖體的反映。

圖3 狼山成礦帶及外圍航磁異常圖

4 綜合地球物理勘查

為了研究狼山成礦帶的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)，布置了兩條垂直于主要構(gòu)造走向的大地電磁測(cè)深和重磁探測(cè)綜合地球物理調(diào)查剖面(圖4，剖面Ⅰ、Ⅱ)。

圖4 狼山成礦帶綜合地球物理調(diào)查剖面實(shí)際點(diǎn)位圖

4.1 大地電磁數(shù)據(jù)采集與處理解釋

利用V5-2000寬頻帶大地電磁測(cè)深儀以2km的點(diǎn)距完成狼山成礦帶152個(gè)物理點(diǎn)的寬頻帶大地電磁測(cè)深測(cè)量。野外觀測(cè)點(diǎn)低頻段數(shù)據(jù)采集時(shí)長為22～24h，觀測(cè)頻段范圍為320～0.0005Hz。數(shù)據(jù)采集后依次進(jìn)行頻譜分析、功率譜計(jì)算、Robust處理，利用最小二乘法計(jì)算阻抗張量元素，最終獲得視電阻率和阻抗相位。中蒙邊境地勢(shì)平坦，人煙稀少，野外數(shù)據(jù)采集干擾較小，獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量較高，其中一級(jí)點(diǎn)136個(gè)、二級(jí)點(diǎn)16個(gè)，無不合格點(diǎn)。對(duì)于存在干擾的數(shù)據(jù)，對(duì)時(shí)間域數(shù)據(jù)分段篩選，對(duì)剔除強(qiáng)干擾的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻轉(zhuǎn)換，在保證數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠的同時(shí)，提高了信噪比，取得了較好的處理效果[22-23]。

采用非線性共軛梯度(NLCG)法對(duì)大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行二維反演。NLCG法允許多模式反演，計(jì)算穩(wěn)定且速度快，反演需要設(shè)置多參數(shù)，且對(duì)初始模型的依賴性高，需要多次嘗試[24-25]。為了獲得真實(shí)、可靠的反演結(jié)果，依次對(duì)電阻率分別為10、100和1000Ω·m的均勻半空間初始模型，采用TM模式、TE模式及TM+TE聯(lián)合模式反演。通過對(duì)比、分析反演結(jié)果，最終選取電阻率為100Ω·m的均勻半空間初始模型，初始網(wǎng)格保證在兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間有一個(gè)空白網(wǎng)格，正則化因子為3，視電阻率反演相對(duì)誤差限為10%，阻抗相位反演誤差限為5%，采用TM+TE聯(lián)合模式，得到剖面Ⅰ、Ⅱ的大地電磁二維反演電阻率斷面(圖5、圖6)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，解釋了大地電磁二維反演電阻率斷面。

圖6 剖面Ⅱ大地電磁二維反演電阻率斷面

剖面Ⅰ大地電磁二維反演結(jié)果(圖5)表明：①深度小于30km時(shí)，高、低電阻率異常分布明顯，深度大于30km時(shí)電阻率分布相對(duì)穩(wěn)定。②在斷面上部存在3處高阻異常塊體，推測(cè)為由古生代、元古代、太古代老地層及巖漿巖引起；剖面中北部的淺層及南端淺層的低阻異常，推測(cè)是斷陷盆地的中、新生代地層的反映，烏拉特后旗南部的低阻異常可向下延伸至莫霍面以下，推測(cè)由巖漿軟流體引起。

圖5 剖面Ⅰ大地電磁二維反演電阻率斷面

剖面Ⅱ大地電磁二維反演結(jié)果(圖6)表明：①深度小于30km時(shí)，高、低電阻率異常分布明顯，深度大于30km時(shí)電阻率分布相對(duì)穩(wěn)定。②在斷面北部與南部淺層存在2處高阻異常體，推測(cè)為由古生代、元古代、太古代老地層及巖漿巖引起；剖面中部的淺層及南端淺層的低阻異常，推測(cè)是中、新生代地層的反映，其中烏拉特中旗南部高阻異常下部的低阻異?？上蛳卵又聊裘嬉韵拢茰y(cè)由巖漿軟流體引起。

4.2 重磁數(shù)據(jù)處理與解釋

狼山成礦帶重磁剖面勘查分別采用LCR-G型重力儀和GSM-19T型磁力儀，完成重磁剖面探測(cè)280km。同時(shí)，搜集了狼山地區(qū)1∶20萬區(qū)域重力調(diào)查成果數(shù)據(jù)和1∶5萬航磁ΔT原始數(shù)據(jù)，并且對(duì)區(qū)域重力和航磁數(shù)據(jù)進(jìn)行了三維處理(圖7、圖8)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，解釋了重、磁數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

剖面Ⅰ高精度重、磁數(shù)據(jù)處理結(jié)果(圖7)表明：①磁場(chǎng)值整體較低，場(chǎng)值在零值附近波動(dòng)，總體呈“北高南低”特征；沿剖面從西北到東南，存在5處局部相對(duì)高磁異常，但異常幅度不大，其中南部的兩個(gè)呈鋸齒狀的跳動(dòng)異常，推測(cè)由地表穿插分布的老變質(zhì)巖地層與巖漿巖引起(圖7a)。②存在5處明顯的高磁性體，推測(cè)為高磁性巖漿巖體的反映(圖7b)。③重力場(chǎng)總體表現(xiàn)為北段平穩(wěn)南段變化大，中北部為平穩(wěn)的相對(duì)低緩異常，中南段為相對(duì)高異常，南端為大幅度降低的低重力異常。在80km與130km位置存在明顯的梯度帶，推測(cè)前者為寶音圖隆起的西邊界，后者為河套斷陷盆地的北界(圖7a)。④存在兩處明顯的強(qiáng)烈起伏密度界面(圖7c)，推測(cè)為板塊推覆擠壓形成的強(qiáng)烈褶皺的反映。

圖7 剖面Ⅰ高精度重(Δg)、磁(ΔT)數(shù)據(jù)處理結(jié)果

剖面Ⅱ高精度重、磁數(shù)據(jù)處理結(jié)果(圖8)表明：①整體背景磁場(chǎng)值與剖面Ⅰ類似，北部平穩(wěn)南部磁異常值較高；北端存在2處正負(fù)峰值磁異常，推斷為超基性巖引起，南部存在多處連續(xù)的簇狀峰值不等的高磁異常，推測(cè)由穿插分布的超基性巖、花崗巖及輝綠巖引起(圖8a)。②存在4處明顯的高磁性異常體，推測(cè)為高磁性巖漿巖體的反映(圖8b)。③重力場(chǎng)由北至南總體表現(xiàn)為“高—低、高—低、高—低”波浪起伏式異常曲線特征，推測(cè)為板塊推覆擠壓形成的褶皺基底的反映(圖8a)。④存在兩處明顯的波浪起伏的密度界面異常(圖8c)。

圖8 剖面Ⅱ高精度重、磁數(shù)據(jù)處理結(jié)果

5 深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征分析

狼山成礦帶南部處于烏蘭布和沙漠和庫布齊沙漠北部，中部為黃河河套地區(qū)，水系較發(fā)育，北部為呈近北東向的狼山山脈。通過綜合地球物理勘查，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，剖析了狼山成礦帶的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

5.1 斷裂

依據(jù)狼山成礦帶綜合地球物理勘查成果及區(qū)域地質(zhì)資料，共推斷出 9條斷裂(圖9、圖10、圖11)：①F1(F1′)。位于烏力吉圖鎮(zhèn)南部，烏拉特中旗、后旗北部，處于重力異常梯度帶(圖11)，三維反演相對(duì)密度差斷面(圖7c、圖8c)和MT二維反演電阻率斷面(圖9a、圖10a)顯示該斷裂帶橫向跨度大，寬約30km，向下延伸較深，在東部為東西向，西部為北東向，推斷烏拉特后旗—化德—赤峰深大斷裂帶與溫都爾廟—西拉木倫河深大斷裂帶在此交會(huì)，為華北地塊與西伯利亞板塊兩大一級(jí)單元的縫合帶。②F2。位于黃河河套北緣，分布在“南低北高”的重力異常帶上(圖11)，MT二維電阻率斷面(圖9a)顯示該斷裂向下延伸較深，并呈弧形展布，推斷為臨河—集寧—喀喇沁旗深斷裂。③F3。位于“南低北高”的重力梯度帶之F1北側(cè)(圖11)，屬于中部地槽褶皺系，MT二維電阻率斷面(圖10a)顯示向下延伸較深，呈北東向展布，推斷為斷陷盆地北緣。④F4和F5。位于寶音圖隆起兩側(cè)，推斷分別為寶音圖西緣和東緣斷裂(圖11)。F4北東端由蒙古國延入本區(qū)，經(jīng)巴音查干至寶音圖，南西端切割華北地臺(tái)北緣深大斷裂(圖9)；F5與F4平行展布，長約150km，北東端由蒙古國延入本區(qū)，經(jīng)索倫山南緣德日斯至杭蓋戈壁，南西端被巴音烏拉山—狼山—色爾騰山南緣深斷裂所截(圖10)。⑤F6。位于中蒙邊境，處于重力異常梯度帶與串珠狀或條帶狀航磁異常帶(圖11)，推斷為阿門烏蘇斷裂(圖9、圖10)。⑥F7。MT二維電阻率斷面(圖9a)顯示該斷裂穿越中、新生代斷陷盆地，推斷為盆北緣斷裂。⑦F8與F9。推斷分別為白云鄂博裂陷槽北緣斷裂和南緣斷裂(圖10)。

圖9 剖面Ⅰ地質(zhì)解釋

圖10 剖面Ⅱ地質(zhì)解釋

圖11 狼山成礦帶重力異常與MT二維反演電阻率斷面推斷的深部斷裂構(gòu)造疊合圖

5.2 斷陷盆地

在F7與F4之間及F2與剖面Ⅰ東南端點(diǎn)間的位置，淺部的反演電阻率呈明顯低阻異常特征(圖9a)，推斷認(rèn)為，上述低阻異常由斷陷盆地的中、新生代地層引起，其中剖面中北部斷陷盆地位于華北板塊石炭紀(jì)陸緣增生區(qū)，而東南段斷陷盆地即河套盆地。在F1向西北約60km的范圍，淺部的反演電阻率呈明顯低阻異常特征(圖10a)，推斷該段為華北板塊北緣陸緣增生區(qū)，其中F1與F3之間為斷陷盆地。

5.3 寶音圖隆起

寶音圖隆起位于F4與F5之間，地球物理異常特征非常明顯，隆起兩端呈高密度體凸起(圖7c、圖8c)，反演電阻率呈高阻兩側(cè)低阻的特征(圖9a、圖10a)。寶音圖隆起受深部斷裂F4與F5的影響，其內(nèi)部次生斷裂發(fā)育，有多期巖漿巖侵入。

5.4 褶皺構(gòu)造

重力異常三維反演相對(duì)密度差斷面(圖8c)顯示，在F1兩側(cè)出現(xiàn)明顯的波浪起伏式密度異常特征，推測(cè)該異常為華北板塊與西伯利亞板塊接觸擠壓、在板塊縫合帶兩側(cè)形成的褶皺構(gòu)造的反映。

5.5 巖漿巖體

狼山成礦帶巖漿巖體均表現(xiàn)為高磁性、高電阻率異常特征。剖面Ⅰ航磁異常三維反演相對(duì)磁化強(qiáng)度斷面指示存在5處高磁性體(圖7b)，推斷其為巖漿巖體，分別位于剖面西北端和距剖面西北端50、80、105及128km處。MT二維反演電阻率斷面(圖9a)西北段的2處高阻體及寶音圖隆起上部的1處高阻體，應(yīng)為巖漿巖與古生代及元古代、太古代地層的綜合反映。剖面Ⅱ航磁異常三維反演相對(duì)磁化強(qiáng)度斷面指示存在4處高磁體(圖8b)，推斷其為巖漿巖體，中心位置分別距剖面西北端20、60、110及133km處，其中距剖面西北端60km處的巖漿巖體規(guī)模較大，可能為巖漿巖組合體。MT二維反演電阻率斷面(圖10a)指示南、北兩端分別存在1處高阻體，推斷為巖漿巖與古生代及元古代、太古代地層的綜合反映；在南側(cè)高阻體之下存在1處向下延伸和規(guī)模較大低阻異常體，可能為巖漿軟流體的反映(圖10a)。

5.6 巖漿軟流體(或巖漿通道)

由MT二維反演電阻率斷面可見，在F1大于10km深度(圖9a)、F1與F9大于20km深度(圖10a)位置存在巨大的低阻異常體，呈“上部直立、下部向北傾”，向下可延伸至莫霍面以下，推斷為從地幔上涌的巖漿軟流體(或巖漿通道)，為巖漿上溢及深部成礦提供了深部地質(zhì)條件。

6 結(jié)論

內(nèi)蒙古狼山成礦帶位于華北板塊與西伯利亞板塊兩個(gè)一級(jí)大地構(gòu)造單元交會(huì)處，該區(qū)域深部構(gòu)造非常發(fā)育、復(fù)雜，巖漿巖具有多期侵入且明顯受深部斷裂構(gòu)造控制的分布特征。本文通過在研究區(qū)開展綜合地球物理勘查,研究了區(qū)域內(nèi)深部斷裂構(gòu)造、斷陷盆地、高磁性體分布等區(qū)域深部結(jié)構(gòu)特征，指明了9條區(qū)域深部斷裂構(gòu)造分布位置，圈定了區(qū)內(nèi)高磁性體分布位置。其中F1-F1′化德—赤峰深大斷裂帶，橫向規(guī)模大，延伸深度大，是該地區(qū)華北板塊與西伯利亞板塊縫合帶的位置。給出了寶音圖隆起兩側(cè)分布的斷陷盆地和南部河套盆地的邊界位置。首次發(fā)現(xiàn)在華北板塊與西伯利亞板塊的縫合帶深部分布兩處巖漿軟流體，且向下可延伸至莫霍面以下，推斷為巖漿通道，為該區(qū)豐富的礦產(chǎn)資源的深部動(dòng)力源泉。本文的研究成果為在狼山成礦帶開展深部找礦及圈定成礦遠(yuǎn)景區(qū)提供了地球物理資料依據(jù)，同時(shí)對(duì)認(rèn)識(shí)中亞造山帶也具有重要意義。