1∶20萬重磁綜合異常提取及地質(zhì)意義—以內(nèi)蒙東烏旗地區(qū)為例

滕菲，邢怡，張國利，張素榮，高學生，蘇永軍，匡海陽

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

1∶20萬重磁綜合異常提取及地質(zhì)意義—以內(nèi)蒙東烏旗地區(qū)為例

滕菲，邢怡，張國利，張素榮，高學生，蘇永軍，匡海陽

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

以東烏旗地區(qū)1∶20萬重、磁數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，針對一定深度地質(zhì)構(gòu)造的研究需要，提取了局部重力異常和航磁化極上延異常。對二者進行重磁異常對應分析，圈定13個重磁正相關(guān)異常，13個負相關(guān)異常。統(tǒng)計得出區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)地重磁相關(guān)系數(shù)值R主要在－0.4～0.4之間。分析認為區(qū)內(nèi)正相關(guān)異常主要由高磁高密度侵入巖體引起，負相關(guān)異常主要對應區(qū)內(nèi)古生界隆起等，推斷結(jié)果與已知地質(zhì)資料吻合。為當?shù)鼗A(chǔ)性地質(zhì)找礦工作提供了可靠的深部地球物理信息；也為重磁綜合異常信息提取工作提供了較為有效的、可借鑒的經(jīng)驗方法。

布格重力異常；航磁化極異常；垂向一階導數(shù)；對應分析

近年來，深部地質(zhì)構(gòu)造研究、隱伏礦尋找等工作對重磁異常解釋的需求日益增強。隨著1∶20萬區(qū)域重力調(diào)查工作的迅速推廣，中比例尺重磁資料的數(shù)據(jù)處理工作在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、成礦建造解釋推斷中所起的作用越來越大。如何更大程度的開發(fā)、提取重磁異常的有效地質(zhì)信息成了一個值得我們深入研究的重要問題。目前，重力、航磁異常分別提取的方法較多，理論研究及推斷應用較為成熟，重磁綜合異常的研究工作相對開展較少。筆者選擇東烏旗地區(qū)進行重磁對應分析，本區(qū)此前并未開展過重磁綜合異常研究的工作，筆者嘗試對本區(qū)重、磁異常求取重磁相關(guān)系數(shù)，對重磁同源異常、不同源異常進行分別提取分析，增加異常的約束條件，減少多解性，提高解釋的精確程度，進而發(fā)現(xiàn)重磁場共同反映的微弱的特殊地質(zhì)異常信息。本文可為研究類似的區(qū)域地質(zhì)背景、隱伏礦產(chǎn)預測提供借鑒。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)處于內(nèi)蒙古中部地區(qū)，構(gòu)造單元屬于天山－興蒙造山系，據(jù)地質(zhì)力學觀點的構(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，以華力西早期構(gòu)造為主；斷裂構(gòu)造，大致可分為北東、北北東和北北西三組，其中以北東向的最為發(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的多發(fā)生在燕山期［1］。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［2］。

本區(qū)中部大面積被新生界覆蓋。北部地區(qū)下古生代地層發(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套中。主要巖漿巖帶為大興安嶺－太行山重力梯級帶分布的侏羅紀－早白堊紀火山－侵入巖。

2 區(qū)域重磁場特征

2.1 重力場特征

布格重力異常是從地表到深部所有密度不均勻引起重力效應的總和或疊加，中大比例尺布格重力異常圖能較好反映一定深度結(jié)晶基巖內(nèi)部的密度變化、

結(jié)晶基底頂面的起伏、沉積巖的構(gòu)造和成分變化［3］。本區(qū)布格重力異常整體呈北東走向，局部為北北東向（圖1）。全區(qū)布格重力異常幅值變化較大，由-139×10-5/m2上升到-49×10-5/m2。根據(jù)區(qū)域重力場特征，可以進一步劃分為3個重力場分區(qū)。Ⅰ區(qū)北東向、北北東向重力異常呈條帶狀相間規(guī)律分布，走向延伸長，梯級帶明顯。根據(jù)宋景明［4］等人對本區(qū)重、磁、地震、地質(zhì)聯(lián)合反演及解釋，重力高異常帶為上古生界基底隆起的反映。Ⅱ區(qū)高低重力異常帶東西分布，西部為北東向?qū)捑徠届o低重力異常區(qū)，局部重力低異常在北部集中，東部高重力異帶為區(qū)內(nèi)規(guī)模最大、幅值最高的，推斷同為上古生界基底隆起的反映。區(qū)內(nèi)局部極高異常值位于霍林郭勒西部。Ⅲ區(qū)重力低異常帶緊鄰Ⅱ區(qū)高異常帶，具有規(guī)模大、幅值低的特點，位置與地表大面積出露燕山期巖漿巖相對應。

2.2 磁場特征

區(qū)域性磁異常與大的區(qū)域構(gòu)造或火成巖分布等因素有關(guān)，局部異?？赡芘c礦床和礦化、小磁性侵入體等因素有關(guān)［5］。為消除斜磁化引起的磁源位置偏移，筆者對選區(qū)航磁異常作了化磁極處理（圖2）。選區(qū)區(qū)域磁場整體趨勢西北高，東南低，有北東向延伸趨勢，幅值范圍為-688 nT～1799 nT。分區(qū)與重力場一致，Ⅰ分區(qū)為高磁異常區(qū)，賀根山地區(qū)幾處極高值圈閉區(qū)域與超基性巖體有關(guān)。北部國界處高磁異常帶與出露中酸性侵入巖吻和較好。Ⅱ分區(qū)為正磁異常區(qū)，局部磁異常發(fā)育，區(qū)內(nèi)以第四系覆蓋為主，不規(guī)律分布的局部異?？赡転橄赂操_系火山巖引起。Ⅲ分區(qū)為平緩的低負磁異常區(qū)，局部正磁異常零星發(fā)育，軸向以北東向為主；低磁異常與低重力異常共同反映了燕山期巖漿巖帶低磁性、低密度的物性特征。從區(qū)域重磁場特征綜合分析，本區(qū)新生界覆蓋面積較大，但厚度較淺，有利于隱伏礦產(chǎn)的尋找。

圖1 東烏旗地區(qū)布格重力異常圖Fig.1 Bougue r g ravity anom a lies in Dongw uqia rea

圖2 東烏旗地區(qū)航磁ΔT化極異常圖Fig.2 Aeromagnetic anoma lies reduced to the po le in the Dongw uqia rea

3 重磁異常提取

3.1 局部重力異常

目前，重力異常分離方法眾多。常用的有平均場法、高次導數(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[6]等。從應用效果看，除物理概念不同之外，異常分離結(jié)果大有類同之處[7]。筆者采用布格重力異常垂向一次導數(shù)提取本區(qū)局部重力異常，并通過解析延拓，達到突顯“低頻”，即一定深度、一定規(guī)模地質(zhì)構(gòu)造的最佳效果。選擇2 km、3 km、4 km不同高度進行上延實驗，通過與區(qū)域地質(zhì)特征比對，認為上延4 km取得

的局部重力異常（圖3）能夠清晰反映了本區(qū)隆凹相間的構(gòu)造格局，和北東、北北東向的斷裂構(gòu)造方向。

3.2 航磁化極上延異常

相對不同尺度資料、不同研究目標，局部異常是相對概念。本文中局部異常所指為反映一定深度區(qū)域基底隆凹、磁性巖漿巖分布等與成礦環(huán)境相關(guān)的區(qū)域背景異常。因為磁異常不像布格重力異常那樣具有強烈的區(qū)域背景,直接對航磁化極異常進行一定高度的上延處理，突出相對低頻成分，便可得到深部一定規(guī)模建造構(gòu)造引起的異常[8]。解析延拓方法突出區(qū)域異常的原理是利用了向上延拓時，淺而小的地質(zhì)體引起的異常比深而大的地質(zhì)體引起的異常衰減得快這一特點。筆者通過對2 km、4 km、6 km等不同上延高度的對比試驗，選定與目標地質(zhì)構(gòu)造對應效果最佳的航磁化極上延2 km異常等值線圖（圖4）進行研究。

圖3 東烏旗地區(qū)重力垂向一階導數(shù)上延4 km異常圖Fig.3 Vertica l first－order derivative o f gravity anoma lybyupward continuation for 4 km in Dongwuqiarea

4 重磁異常對應分析

4.1 方法原理

由泊松公式,可以推導出重力異常和磁力異常在一定寬度的分析窗口內(nèi)具有如下關(guān)系［9］：

式中,k為延遲時間,當x（t）=y（t）時稱為自相關(guān)函數(shù)Cxx（k）或Cyy（k）。兩序列的相關(guān)系數(shù)可以由下式求得

計算時給定分析窗口大小。以當前點為中心，將窗口內(nèi)各點磁異常和重力異常按（1）至（3）式進行最小二乘線性回歸和相關(guān)分析，求得這一點的相關(guān)系數(shù)R、斜率α和截距A。相關(guān)系數(shù)R反映了窗口內(nèi)重磁異常的線性相關(guān)程度。當R≈1時，重磁異常是正相關(guān)；當R≈-1時，重磁異常為負相關(guān)。相關(guān)系數(shù)R宏觀上反映了重磁異常的“同源性程度”。當|R|≈1時，表示窗口內(nèi)重磁異常的“同源性”較好。當|R|?1時，表示窗口內(nèi)重磁異常相關(guān)性差,可能不同源。斜率α反映所有場源泊松比的加權(quán)平均值，它只有在重磁異常同源的前提下才有意義。截距A反映重磁異常的背景值。在重磁異常完全同源時,A=0。

圖4 東烏旗地區(qū)航磁化極上延2 km異常圖Fig.4 Aeromagnetic anom a lies reduced to the po le by upw ard continuation for 2 km in Dongwuqiarea

4.2 分析結(jié)果及地質(zhì)意義

筆者對本區(qū)上延4 km重力垂向一階導數(shù)異常結(jié)果及航磁化極上延2 km異常結(jié)果，分別采用8 km× 8 km、14 km×14 km、20 km×20 km的滑動窗口進行重磁對應分析，得到相關(guān)系數(shù)R。窗口半徑增大可以達到突顯低頻信息的目地，經(jīng)過對不同尺度分析結(jié)果的對比，認為采用14 km×14 km所求結(jié)果更能反映本區(qū)深部一定規(guī)模地質(zhì)體特征。提?。黂｜≥0.5，生成等值線圖（圖5）并篩選出13個正相關(guān)異常（AM），13個負相關(guān)異常（a－m）。

正相關(guān)異常影響因素相對簡單，考慮本區(qū)構(gòu)造背景為天山－興蒙造山系，太古宙基底存在的可能性較小，推斷主要為高磁高密度侵入巖體引起。結(jié)合區(qū)內(nèi)物性資料分析，本區(qū)部分花崗閃長巖具有高磁高密度的特征，又是區(qū)內(nèi)混合巖漿巖的重要組成部分，很可能是引起區(qū)內(nèi)正相關(guān)異常的主要原因。此認識在基巖出露區(qū)得到了很好的驗證，如A、B、M等正相關(guān)異常形態(tài)與地表出露中酸性混合巖漿巖范圍均有較好對應。部分正相關(guān)異常地表為第四系覆蓋，應在隱伏地質(zhì)體推斷解釋中引起足夠重視，尤其E異常等重磁異常幅值均較高的局部異常。負相關(guān)異常則主要反映了區(qū)內(nèi)高密度、低磁性的古生界隆起。如d異常反映了地表薄層侏羅系火山巖下的古生界基底隆起。根據(jù)趙汝敏等人的經(jīng)驗認識［10］，正負相關(guān)異常的陡變帶多為區(qū)域構(gòu)造分區(qū)的反映。本區(qū)正相關(guān)J異常帶東側(cè)陡變帶正是區(qū)內(nèi)重要的區(qū)域重磁場分區(qū)界線，與區(qū)內(nèi)地質(zhì)資料二連—賀根山斷裂F2位置相吻合。

根據(jù)重磁對應分析的前提條件是重磁同源，對重磁異常相關(guān)程度較差的地質(zhì)體則無法反映。如賀根山蛇綠巖套，有高密度，磁性不均勻的物性特征，地表出露規(guī)模較大，剩余重力異常與出露地質(zhì)體范圍吻合較好，但在相關(guān)分析等值線圖上，無明顯反映。

圖5 相關(guān)系數(shù)R等值線圖Fig.5 The con tou rm ap o f co rre la tion coe fficien t R

4.3 重磁異常與區(qū)域礦產(chǎn)分布關(guān)系

研究區(qū)內(nèi)銀、鉛鋅、銅、鐵、鉻等各類礦產(chǎn)發(fā)育，礦產(chǎn)類型多樣，規(guī)模大、中、小型不等，滿足礦產(chǎn)地分布規(guī)律研究條件。筆者根據(jù)目標地質(zhì)體相對埋深淺、規(guī)模不大的高頻特征，未對重磁圖件進行低通濾波處理。直接以剩余重力異常圖、航磁化極異常圖、航磁化極垂向一階導數(shù)異常圖、重磁對應分析相關(guān)系數(shù)圖（8 km×8 km）為基礎(chǔ)，對本區(qū)主要礦種銀礦、銅多金屬礦、鐵礦、鉛鋅礦、鉻鐵礦等礦產(chǎn)地的重磁異常特征進行了統(tǒng)計分析。研究發(fā)現(xiàn)不同礦種的重磁場特征規(guī)律各不相同，而不同成礦類型礦產(chǎn)分布則無明顯的重磁場特征標志。

研究區(qū)內(nèi)銀礦、銅多金屬礦、鐵礦、鉛鋅礦等礦產(chǎn)主要分布在剩余重力高異常、低異常的邊部地區(qū)，磁異常特征各有不同。從重磁相關(guān)系數(shù)幅值來看，主要分布在正相關(guān)異常帶邊部及正負相關(guān)異常過渡帶上，相關(guān)系數(shù)值R主要在-0.4～0.4之間。鉻鐵礦重磁相關(guān)系數(shù)值R主要在0.4～0.6之間，為明顯重磁正相關(guān)。

從成礦環(huán)境來說，大部分礦產(chǎn)均產(chǎn)出在地層與巖體接觸帶上，而非單一地質(zhì)體內(nèi)，具有重磁不同源的普遍性。如白音諾爾矽卡巖型鉛鋅礦處在以-0.4等值線圈閉的負相關(guān)異常內(nèi)。重磁場特征表現(xiàn)為相對高重力異?！B系地層（密度2.67×10-5m/s2）與低重力異?！兴嵝郧秩霂r體（密度2.53×10-5m/s2～2.58×10-5m/s2）的接觸帶上，磁異常也顯示出相對無磁性地層向微弱高磁過渡的地帶。而部分礦產(chǎn)成礦環(huán)境與特定地質(zhì)體直接對應，則在重磁相關(guān)異常上表現(xiàn)出明顯的正負相關(guān)，如區(qū)內(nèi)鉻礦含礦建造為超基性巖，表現(xiàn)為高密度高磁性的重磁正相關(guān)關(guān)系。

5 結(jié)論

（1）1∶20萬重磁資料能有效反映區(qū)域地質(zhì)背景

及成礦環(huán)境，選擇不同的方法、參數(shù)進行重、磁異常提取能達到突顯不同深度、不同規(guī)模目標地質(zhì)體的目的。如東烏旗地區(qū)重力垂向一階導數(shù)上延4 km等值線圖清晰反映了區(qū)內(nèi)古生界隆起的分布。

（2）重磁異常對應分析是一種定性、半定量解釋方法，能對重力、磁法資料單獨的地質(zhì)信息提取起到輔助、補充作用，擅長于同源地質(zhì)體的認別。特別在東烏旗地區(qū)東南部地區(qū)，重磁場受地表巖漿巖帶干擾明顯地區(qū)，弱異常—古生界基底的圈定取得了較好效果。

（3）東烏旗地區(qū)大部分礦產(chǎn)重磁相關(guān)系數(shù)值R主要在－0.4～0.4之間，相關(guān)性較差。鉻鐵礦重磁相關(guān)系數(shù)值R主要在0.4～0.6之間，為明顯重磁正相關(guān)。從成礦環(huán)境來說，大部分礦產(chǎn)均產(chǎn)出在地層與巖體接觸帶上，具有重磁不同源的普遍性。部分礦產(chǎn)成礦環(huán)境與特定地質(zhì)體直接對應，則在重磁相關(guān)異常上表現(xiàn)出明顯的正負相關(guān)。

總體來說，重力、磁測異常均包含不同方面的地質(zhì)信息，而重磁場源相關(guān)性十分復雜，重磁相關(guān)系數(shù)R不能脫離重力異常、磁異常孤立研究判斷。充分結(jié)合地質(zhì)、礦產(chǎn)、重磁綜合異常，增加約束條件，減少多解性，才能取得更加真實可靠的結(jié)果。

[1]蘇美霞,陰曼寧,孫會玲，等.內(nèi)蒙古自治區(qū)重力資料應用成果報告[R].內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院.2013,6.

[2]李承東,趙利剛,常青松，等.內(nèi)蒙古索倫山－霍林郭勒地區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)綜合研究成果報告[R].天津地質(zhì)調(diào)查中心.2013,4.

[3]曾華霖.重力場與重力勘探[M].北京:地質(zhì)出版社,2005, 235-257.

[4]宋景明,金鳳鳴,王玉青，等.二連盆地重磁異常地質(zhì)意義及上古生界結(jié)構(gòu)認識[J].石油地球物理勘探.2012,47（增刊1）: 140-146.

[5]管志寧.地磁場與磁力勘探[M].北京:地質(zhì)出版社,2005, 257-289.

[6]郭良輝,孟小紅,石磊，等.重力異常分離的相關(guān)法[J].地球物理學進展.2008,23（5）:1425-1430.

[7]程東興,李延清,徐忠平，等.重力資料數(shù)據(jù)處理及解釋概論[J].西部探礦工程.2011（12）:144-146.

[8]劉士毅.重磁資料數(shù)據(jù)處理中的若干問題[J].物探化探計算技術(shù).1991,13（1）:65-68.

[9]劉心鑄.重磁異常對應分析（赴美學習重磁方法介紹之一）[J].國外地質(zhì)勘探技術(shù).1985（4）:1-8.

[10]趙汝敏,朱光輝,柏冠軍.重磁對應分析技術(shù)在緬甸X區(qū)塊的應用研究[J].地球物理學進展.2013,28（2）:914-919.

Interpretation of 1∶200 000Comp rehensive Anomaliesof Gravity and M agnetism and Geological Significance in DongwuqiArea,Inner M ongolia

TENG Fei,XING Yi,ZHANGGuo-li,ZHANG Su-rong,GAO Xue-sheng, SUYong-jun,KUANGHai-yang

(Tianjin Center,China Geological Survey,Tianjin,300170,China)

Vertical first-order derivative of the local gravity anomalies and upward continuation of aeromagnetic anomalies reduced to the pole are calculated based on 1:200 000 gravimetric andmagnetic data in Dongwuqiarea,inner Monggolia,for study of the deep structure.The authors have delineated 13 positive anomalies and 13 negative anomalies in the study area.The statistical values R of correlation coefficient in depositareasmainly fall between-0.4～0.4.The interpretation shows that the positive and negative anomalies are related to magmatic rocks and Palaeozoic uplift respectively.Some of the inference are proven by the geological data.The study provides reliable information of geophysics forbasic geologicalwork and effectivemethod for comprehensive anomaly analysisofgravity andmagnetism.

Bouguer gravity anomaly;aeromagnetic anomaly reduced to the pole;vertical first-order derivative; correspondenceanalysis technique

P631.2

A

1672－4135（2014）02－0131-05

2014-04-18

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)于吉林大學數(shù)字地質(zhì)科學專業(yè)，現(xiàn)主要從事應用地球物理研究，Email：tengbeibei2006@163.com。