內(nèi)蒙古中部地區(qū)重磁場特征及地質(zhì)解釋

滕菲，張燕，賀福清，邢怡，張國利

（中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170）

內(nèi)蒙古中部地區(qū)重磁場特征及地質(zhì)解釋

滕菲，張燕，賀福清，邢怡，張國利

（中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170）

以內(nèi)蒙古中部地區(qū)重磁資料為基礎(chǔ)，對區(qū)域重磁場特征與地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系進行了深入分析，綜合推斷解釋出區(qū)內(nèi)以北東向、東西向為主的多條斷裂構(gòu)造，并圈定多處巖體。結(jié)果顯示，推斷地質(zhì)構(gòu)造與區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)地空間位置密切相關(guān)。筆者希望本文能為區(qū)內(nèi)深部地質(zhì)構(gòu)造研究及區(qū)域找礦提供基礎(chǔ)資料。

重力異常;航磁異常;地質(zhì)構(gòu)造;成礦規(guī)律

內(nèi)蒙古中部地區(qū)位于興蒙造山帶，地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜，對區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化存在多種觀點認識[1]，區(qū)域成礦規(guī)律研究難度較大。為了配合區(qū)域調(diào)查和礦產(chǎn)評價的開展，近期我們開展了內(nèi)蒙古中部地區(qū)重磁解釋推斷工作，所選研究區(qū)東南部礦產(chǎn)地密集發(fā)育（圖1），礦種多樣，中、北部地區(qū)受中新生界沉積層及火山巖大面積覆蓋的影響，地質(zhì)研究程度較低，礦產(chǎn)地分布零散。以往區(qū)內(nèi)的區(qū)域物探研究工作主要以航磁異常查證為主[2-3]，利用區(qū)域重、磁綜合資料進行深部地質(zhì)構(gòu)造解釋工作鮮有開展?；谶@一研究現(xiàn)狀，筆者以區(qū)內(nèi)新近完成的1:20萬區(qū)域重力調(diào)查成果為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)內(nèi)1:20萬航磁資料，探索最佳的重磁異常提取方式，以區(qū)域地質(zhì)背景及物性參數(shù)為基礎(chǔ)，對區(qū)域一定深度地質(zhì)要素進行提取、圈定并解釋，初步厘定了選區(qū)區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造，新發(fā)現(xiàn)大量北東向、東西向及少量南北向、北西向線性構(gòu)造，并圈定出一批中酸性、基性、超基性巖體，另發(fā)現(xiàn)已知礦產(chǎn)地大多位于圈定巖體邊緣及推斷線性構(gòu)造交匯部位。推斷解釋成果對區(qū)內(nèi)地質(zhì)背景及成礦規(guī)律研究均有借鑒意義，對提高區(qū)域地質(zhì)認識程度有幫助，并可用于區(qū)內(nèi)找礦遠景區(qū)的圈定。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

工作選區(qū)處于歐亞造山帶的中東部，構(gòu)造位置歸屬于西伯利亞板塊和華北板塊之間的巨型造山帶－興蒙造山帶，根據(jù)地質(zhì)力學(xué)觀點，按照構(gòu)造體系劃分，屬北疆－興蒙弧形構(gòu)造帶的東南翼。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造比較發(fā)育，主要為華力西期構(gòu)造形成；斷裂構(gòu)造也較發(fā)育，大致可分為北東、北北東和北北西三組，其中以北東向最為發(fā)育，多發(fā)生在加里東期和華力西期，而北北東和北北西向多發(fā)生在燕山期。主要斷裂構(gòu)造由北向南依次為查干敖包－阿榮旗深斷裂F1、二連－賀根山斷裂F2、二道井－迪彥林場斷裂F3。

本區(qū)中部大面積被新生界覆蓋。北部地區(qū)古生代地層發(fā)育，以石炭－二疊系、泥盆系為主，志留系、奧陶系有零星出露。南部出露地層主要為上古生界二疊系和中生界侏羅－白堊系。全區(qū)地層整體呈北東向展布。巖漿巖從超基性到酸性均有產(chǎn)出，尤以中酸性巖分布最廣，巖漿活動主要受北東向基底構(gòu)造和不同方向的新老構(gòu)造交匯控制。主要產(chǎn)出時代為燕山早期和華力西晚期。區(qū)內(nèi)超基性巖主要出露在賀根山蛇綠巖混雜巖中。主要巖漿活動為沿大興安嶺－太行山重力梯級帶分布的侏羅紀(jì)－早白堊世火山－侵入巖帶［4］。

2 重力場特征

2.1 布格重力異常

研究區(qū)重力異常整體表現(xiàn)為北東向條帶狀重力高低異常帶相間分布的特點。布格重力異常值范圍在-127×10-5m/s2～-67×10-5m/s2之間，異常幅值變化較大，達到60×10-5m/s2。極高值出現(xiàn)在霍林郭勒西部，地表出露侏羅系火山巖地層。從區(qū)域場來看，北

東向異常帶明顯受到后期北西向構(gòu)造影響，存在異常帶突然終止、局部北西向加寬、橫向錯動等現(xiàn)像。主要高值異常帶包括賀根山異常帶、塔日根敖包－烏蘭察布異常帶、西烏旗－霍林郭勒異常帶、西烏旗－翁古異常帶。低值異常帶主要有東烏旗異常帶、新廟－查干楚魯異常帶、呼斯?fàn)枺虉D異常帶、迪彥林場－白音諾爾異常帶。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Sketch geological map of the study area

2.2 區(qū)域構(gòu)造信息提取

重力場對區(qū)域構(gòu)造信息的反映主要包括區(qū)域重力場分區(qū)信息、局部重力異常、重力梯級帶、重力異常扭曲帶、重力異常突變帶等。相對異常信息提取的方法也較多，常用的有平均場法、高次導(dǎo)數(shù)法、解析延拓法、趨勢分析法、匹配濾波法、維納濾波法、切割法、優(yōu)選延拓法、小波分析法[5]等。從應(yīng)用效果看，各類方法單一使用均有利弊。筆者經(jīng)過對布格重力異常進行多方法的實驗對比，認為使用RGIS軟件中窗口濾波法結(jié)合梯級帶濾波增強，能最大可能提取重力數(shù)據(jù)所包含的異常信息，同時剔除高頻噪聲干擾。

剩余重力異常的計算公式為：G剩＝gi－G區(qū)，式中：gi為網(wǎng)格化后的布格重力異常值。

采用方域窗口滑動平均法計算區(qū)域重力異常，計算公式為：

式中：gi為網(wǎng)格化后的布格重力異常值；n為窗口內(nèi)的重力點數(shù)[6]。

筆者分別選擇10 km、30 km、50 km不同半徑窗口求取剩余重力異常，窗口越大，反映的地質(zhì)體越深。經(jīng)過與區(qū)域地質(zhì)特征比對，認為30 km窗口取得的剩余重力異常與本區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造對應(yīng)關(guān)系最好，利于異常的研究。

梯級帶濾波增強主要分四個步驟：①在每個區(qū)域內(nèi)分別計算異常均值和方差：

式中：mi為第i個區(qū)域異常測點數(shù)；gˉi為第i個區(qū)域異常平均值；gi(j)為第i個區(qū)域內(nèi)第j個點上的異常值；δi則為第i個區(qū)域的異常方差。②選擇δi中最小者δmin。③把δmin所對應(yīng)區(qū)域的異常均值作為處理結(jié)果。④窗口滑動到下一點上重復(fù)①～③。

從圖2可以看出，局部重力異常以串珠狀正負伴生異常為主，走向主要為北東向、北北東向。西烏旗－霍林郭勒一線以東地區(qū)大量出現(xiàn)長軸方向東西向的橢圓形異常，反映出區(qū)內(nèi)地質(zhì)體所受應(yīng)力方向的明顯變化。

3 磁場特征

3.1 區(qū)域磁場

圖2 剩余重力異常圖Fig.2 Residual gravity anomaly map

研究區(qū)區(qū)域航磁場正負異常區(qū)以北東向西烏

旗－霍林郭勒一線為界，表現(xiàn)出明顯的兩分性，西北區(qū)表現(xiàn)為大面積的正磁異常背景，幅值范圍在80～400 nT之間，區(qū)內(nèi)局部高磁異常發(fā)育，東烏旗及其北部地區(qū)存在幾條北東向平行排列且延伸較長的正磁異常條帶，賀根山地區(qū)規(guī)模較大的極高磁異常聚集是本區(qū)超基性巖體的反映，極大值達到1500 nT?；袅止找晕鞯貐^(qū)高磁異常分布相對凌亂，規(guī)律性較差；東南區(qū)則為明顯的北東向?qū)捑徹摦惓l帶，幅值范圍處于－20～250 nT之間。其上零星分布較小規(guī)模局部高磁異常,長軸向以北東向為主。

3.2 局部航磁異常

筆者采用已成熟應(yīng)用的頻率域方法計算航磁化極異常垂向一階導(dǎo)數(shù)，選取區(qū)域下限參數(shù)，提取局部航磁異常［7］（圖3）。此方法是壓制區(qū)域場，圈定局部場，分離疊加異常的常用方法。局部異常展布特征與區(qū)域場具有相同兩分性，東烏旗以北地區(qū)異常呈條帶狀規(guī)律分布，西烏旗－霍林郭勒地區(qū)發(fā)育北北東向局部異常帶，異常形態(tài)以橢圓形、條帶狀為主，具有幅值高，正負伴生的特點，異常長軸方向以北東向為主。賀根山地區(qū)蛇綠混雜巖表現(xiàn)為明顯的高磁異常區(qū)。筆者對航磁垂向一階導(dǎo)數(shù)圖與剩余重力異常圖疊加，發(fā)現(xiàn)航磁高異常多產(chǎn)出在局部重力異常的邊界處，甚至環(huán)繞高重力異常，推斷解釋為巖體邊部或斷裂地帶明顯的熱液活動。

4 推斷地質(zhì)構(gòu)造

圖3 航磁化極垂向一階導(dǎo)數(shù)圖Fig.3 Vertical first-order derivative map of aeromagnetic anomalies reduced to the pole

4.1 主要巖石、地層物性特征

根據(jù)已有物性統(tǒng)計資料［8］（表1），區(qū)內(nèi)新生界砂、砂礫、粘土類的密度值最低，與前新生界沉積巖系存在平均0.74×103kg/m3的明顯密度差,均表現(xiàn)為無－弱磁性特征。火山巖密度隨巖性變化，密度值增大，具有強－中等強度磁性，且磁性極不均勻，強度一般為±1000～±1200 nT。變質(zhì)巖平均密度較高、磁化率變化范圍較大，物性參數(shù)整體受變質(zhì)原巖、變質(zhì)程度影響。本區(qū)變質(zhì)巖磁性整體較低，比沉積巖略高。

巖漿巖的物性特征，總體上由酸性到基性密度增大、磁性增強。中酸性巖密度2.46～3.05（103kg/m3），平均2.74（103kg/m3）；磁化率0～6630（4π×10-6SI），平均為240（4π×10-6SI）。根據(jù)其成因類型可進一步劃分，S型中酸性巖基本無磁性，磁化率平均為40（4π×10-6SI），密度相對較低，I型中酸性巖磁化率較高，平均為1720（4π×10-6SI），密度也略高。本區(qū)基性巖的平均密度2.83（103kg/m3）；磁化率60～6000（4π× 10-6SI），平均為2044（4π×10-6SI）；蛇綠巖的平均密度2.91（103kg/m3）；磁化率100～9000（4π×10-6SI），平均為2100（4π×10-6SI）?；裕詭r，普遍與正常沉積巖、中酸性巖具有較大的密度和磁性差異。

4.2 線性構(gòu)造解釋

表1 興蒙造山帶物性參數(shù)統(tǒng)計表Table 1 Statistics of the stratummagnetic and density parameters from Xing-Meng orogenic belt

區(qū)內(nèi)三條地質(zhì)推斷深大斷裂在區(qū)域磁場上均表現(xiàn)為場的分界線或梯級帶上,斷裂帶上并無局部強磁異?；虻拓摯女惓С霈F(xiàn)。本文旨在探討局部地區(qū)重磁異常的解釋，對區(qū)域性構(gòu)造分區(qū)等問題在此不

做過多討論。筆者對區(qū)內(nèi)的次級線性構(gòu)造進行了定性解釋,具有一定規(guī)模的線性構(gòu)造在重磁場上多有明顯反映，如構(gòu)造兩側(cè)地質(zhì)體的密度、磁性差異引起的重磁異常梯級帶（在布格重力異常圖及航磁化極異常圖上反映明顯），沿構(gòu)造發(fā)育的巖漿巖帶表現(xiàn)出的串珠狀重磁異常、斷裂破碎帶磁性減弱形成的低負磁異常帶、地質(zhì)體重磁異常帶的突然錯斷、扭曲等（在剩余重力異常圖及航磁化極異常垂向一階導(dǎo)數(shù)圖上反映明顯），均是推斷線性構(gòu)造的重要依據(jù)[9-10]（圖4）。

推斷結(jié)果顯示，本區(qū)西部斷裂構(gòu)造地主要以北東向、北北東向為主，伴生北西向，東部地區(qū)斷裂早期以北北東、近南北向為主，后期疊加?xùn)|西向斷裂?？傮w來說，北東向的斷裂切斷了該區(qū)較早近東西向斷裂帶，后期又被較新的北西向斷裂帶切斷。這些網(wǎng)狀線性構(gòu)造控制了該區(qū)的不同時期的次級構(gòu)造、沉積建造、巖漿活動和多金屬礦產(chǎn)的形成和分布。

4.3 局部重磁異常解釋

本區(qū)新生界松散沉積物與密度較高的變質(zhì)巖及沉積巖類形成較大的密度差，且均以無－弱磁性為主，重力異常圖上，常表現(xiàn)為反映基底隆拗起伏的波狀異常，相對平靜的低負磁異場[11]。區(qū)內(nèi)的火山巖多大面積出露地表，由于厚度較薄，不形成明顯的重力異常，而常形成正負頻繁交替、劇烈變化的雜亂磁異常場。航磁化極異常是圈定其范圍的主要依據(jù)。

區(qū)內(nèi)基性、超基性巖體密度最大、磁性最強，超基性巖體主要集中分布在賀根山地區(qū)，向北東方向也有零星出露。表現(xiàn)為界限明顯的強磁異常及局部高重力異常。相對密度較高，重力異常不明顯主要是受到規(guī)模，縱向延伸淺等的影響。研究認為大量的超基性巖屬蛇綠巖，是古大洋閉合后殘留的洋殼殘片［12］?；詭r的密度、磁性僅次于超基性巖，筆者所圈定基性巖產(chǎn)出地區(qū)無高密度元古宙或更老沉積地層、變質(zhì)巖，且鄰區(qū)內(nèi)無灰?guī)r等高密度沉積巖地層，結(jié)合其高磁異常特性，進一步增加了推斷結(jié)果的可靠性。

根據(jù)本區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景特征，區(qū)內(nèi)中酸性巖體極為發(fā)育，受中新生界廣泛覆蓋影響，重磁資料成了部分地區(qū)圈定巖體范圍的重要依據(jù)。中酸性巖體的重力場特征取決于其所處的地質(zhì)背景。處于新生界覆蓋地區(qū)則表現(xiàn)為明顯的重力高；處于前新生界沉積地層發(fā)育地區(qū)，則表現(xiàn)為相對的重力低。前文表述，磁性特征較為復(fù)雜，受成因類型的影響。根據(jù)區(qū)域重磁相關(guān)分析的結(jié)果［13］，筆者對重磁同源I型中酸性巖體、弱磁性S型中酸性巖體作了進一步區(qū)分提取。

推斷結(jié)果顯示，本區(qū)中酸性巖體分布范圍最廣，基性、超基性巖體及磁性火山巖體均有發(fā)育。巖漿巖分布明顯受到斷裂構(gòu)造發(fā)育控制，除賀根山地區(qū)超基性巖體呈團塊狀大面積發(fā)育以外，區(qū)內(nèi)巖體延伸以北東向為主，東南部巖體表現(xiàn)出明顯的北西向拉伸。

圖4 重磁推斷地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.4 Gravity and magnetic inferred geological and structural map

4.4 與礦產(chǎn)分布關(guān)系

根據(jù)本區(qū)礦產(chǎn)分布規(guī)律研究認識[14-15]，華力西至印支期是內(nèi)蒙古中部地區(qū)大地構(gòu)造演化的重要階段，同時，也是各類金屬礦床（點）成礦作用的重要時期，除了少數(shù)金屬礦床（點）直接在超鎂鐵質(zhì)、鎂鐵質(zhì)和中酸性侵入巖體及其與圍巖接觸帶上產(chǎn)出外，大多數(shù)金屬礦床（點）與花崗巖類侵入巖體具有密切空間分布關(guān)系。大型北東向斷裂構(gòu)造通過控制本區(qū)的巖漿活動間接控制了礦產(chǎn)在時間、空間、類型上的分布規(guī)律，是區(qū)內(nèi)成礦期次和成礦區(qū)帶劃分的主要因素。北西－北西西向和北東向裂隙和小型斷裂構(gòu)造是區(qū)內(nèi)主要的容礦構(gòu)造，多呈規(guī)模不一的帶狀發(fā)育。

區(qū)內(nèi)已知礦產(chǎn)地與推斷地質(zhì)構(gòu)造要素疊加顯示，區(qū)內(nèi)礦床大都位于呈面狀延伸的巖體邊緣,特別是推斷中酸性巖體的邊緣，非常清晰地顯示出位于不同物理場的接觸帶附近,或推斷線性構(gòu)造及構(gòu)造交

匯部位，主要的容礦線性構(gòu)造為北西向。從已有成礦規(guī)律認識到對應(yīng)關(guān)系結(jié)果均體現(xiàn)出礦產(chǎn)地位置與推斷巖體、構(gòu)造的密切關(guān)系。筆者定量解釋的大量最新線性構(gòu)造及巖漿巖信息，對指導(dǎo)找礦有重要的現(xiàn)實意義。

5 結(jié)論

（1）巖石、地層的密度、磁性參數(shù)雖然符合火成巖由酸性向基性密度、磁性逐漸增大，沉積巖由新到老密度逐漸增大，變質(zhì)巖變質(zhì)程度越深密度越大的一般規(guī)律，但在具體異常的解釋推斷中則復(fù)雜的多。在充分考慮所處位置地質(zhì)背景、具體巖體的物性參數(shù)及重磁異常高低相對性的前提下，重磁異?？梢詫r體、地層、盆地、斷裂構(gòu)造等進行準(zhǔn)確的定性解釋。根據(jù)I型中酸性巖體的重磁同源性特征，還可以對I型及S型中酸性巖體進行進一步區(qū)分提取。經(jīng)驗證推斷結(jié)果與地表出露地質(zhì)體性質(zhì)對應(yīng)較好，同時普遍存在分布范圍變化的現(xiàn)象，主要因為重磁異常反映了巖體深部的展布形態(tài)。

（2）根據(jù)筆者的推斷解釋成果，本區(qū)斷裂構(gòu)造主要以北東向、北北東向為主，伴生北西向；區(qū)內(nèi)中酸性巖體分布范圍最廣，基性、超基性巖體及磁性火山巖體均有發(fā)育；區(qū)內(nèi)礦床大都位于呈面狀延伸的巖體邊緣,特別是推斷中酸性巖體的邊緣，或推斷線性構(gòu)造及構(gòu)造交匯部位，反映出礦產(chǎn)地位置與推斷巖體、構(gòu)造的密切關(guān)系及推斷地質(zhì)要素的重要意義。區(qū)域找礦工作可以通過區(qū)域物探解釋成果首先圈定有利的找礦遠景區(qū),繼而開展詳細的地面調(diào)查工作。

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Geophysical Field Characteristics and Its Geological Interpretation in Central Inner Mongolia

TENG Fei,ZHANG Yan,HE Fu-qing,XING Yi,ZHANG Guo-li
（Tianjin Center,China Geological Survey,Tianjin,300170,China）

The relationship between geophysical field features and geological structure is studied based on gravimetric and magnetic data in the central Inner Mongolia.Rock masses and fault structures are interpreted which are mainly tend towards NE and EW direction.The high correlation has been found between the results of Geological interpretation and the distribution of deposits in the study area.The authors hope this paper could supply basic datum for the further study of the deep geological structure and ore deposits in the area.

gravity anomaly;aeromagnetic anomaly;geological structure;metallogenic regularity

P631.1；P631.2

A

1672－4135（2014）03－0182-05

2014-05-29

中國地質(zhì)調(diào)查項目：區(qū)域地球物理調(diào)查成果集成與方法技術(shù)研究（1212011120915）

滕菲（1982-），女，碩士，工程師，2007年7月畢業(yè)于吉林大學(xué)數(shù)字地質(zhì)科學(xué)專業(yè)，現(xiàn)主要從事應(yīng)用地球物理研究，Email：tengbeibei2006@163.com。