大中條地區(qū)重磁場(chǎng)特征及其斷裂分布與構(gòu)造單元

馮旭亮，王萬銀，李建國(guó)，趙 斌，趙 楠

(1. 長(zhǎng)安大學(xué)重磁方法技術(shù)研究所，長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，長(zhǎng)安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710054； 2. 山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西運(yùn)城 044004)

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大中條地區(qū)重磁場(chǎng)特征及其斷裂分布與構(gòu)造單元

馮旭亮1，王萬銀1，李建國(guó)2，趙 斌2，趙 楠2

(1. 長(zhǎng)安大學(xué)重磁方法技術(shù)研究所，長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，長(zhǎng)安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710054； 2. 山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西運(yùn)城 044004)

大中條地區(qū)是我國(guó)著名的銅、金、鐵礦集區(qū)，區(qū)內(nèi)各類礦床的分布與該區(qū)的構(gòu)造演化有關(guān)，并受構(gòu)造體系、巖漿活動(dòng)等地質(zhì)因素控制。因此，系統(tǒng)研究本區(qū)的斷裂分布和構(gòu)造單元是預(yù)測(cè)隱伏礦床的基礎(chǔ)。本文通過對(duì)大中條地區(qū)重、磁場(chǎng)特征研究，系統(tǒng)推斷了該區(qū)斷裂分布并劃分了構(gòu)造單元。對(duì)重、磁場(chǎng)特征的研究表明，布格重力異常與化極磁力異常均呈現(xiàn)東西分帶的特征，這是大中條地區(qū)前寒武紀(jì)、中生代和新生代三期構(gòu)造演化的綜合反映。研究中利用重、磁位場(chǎng)邊緣識(shí)別技術(shù)推斷出11條斷裂，對(duì)斷裂的研究表明，大中條地區(qū)斷裂以NE向和NW向?yàn)橹鳎蠖嘈纬捎谠糯椭猩?，多?shù)斷裂表現(xiàn)出多期活動(dòng)的特點(diǎn)。綜合重、磁場(chǎng)特征，構(gòu)造演化特征及斷裂分布，大中條地區(qū)可劃分為4個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元和7個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，構(gòu)造單元控制了礦床的成因和分布。上述研究成果對(duì)大中條地區(qū)構(gòu)造劃分和礦產(chǎn)資源勘查提供了地球物理依據(jù)。

大中條地區(qū) 重力異常 磁力異常 斷裂 構(gòu)造單元

Feng Xu-liang, Wang Wan-yin, Li Jian-guo, Zhao Bin, Zhao Nan. Distribution of faults and division of tectonic units in the Great Zhongtiao area of southern Shanxi Province derived from gravity and magnetic anomaly data[J].Geology and Exploration, 2015,51(3)：0563-0572.

1 引言

大中條地區(qū)是我國(guó)著名的銅礦床密集區(qū)，其中主要銅礦床類型有銅礦峪斑巖型銅礦床，以及與海底噴流作用有關(guān)的落家河型銅礦床、橫嶺關(guān)型銅礦床和胡篦型銅礦床(真允慶，2012)。大中條地區(qū)也是重要的金礦成礦區(qū)，已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一批金礦床(點(diǎn))(沈保豐等，2004)。此外，大中條地區(qū)亦是重要的鐵礦資源產(chǎn)地之一(沈保豐等，2006)。多年來，諸多學(xué)者在該區(qū)進(jìn)行了大量的科學(xué)研究，在礦床地質(zhì)、礦床成因、成礦背景和找礦勘查方面取得了豐碩的成果(胡維興等，1987；真允慶等，1993；孫繼源等，1995；魏俊浩等，1996；沈保豐等，2004；薛克勤等，2006；陳彩萍，2006；夏麗紅，2008；趙斌等，2009；真允慶，2012)。隨著大中條地區(qū)礦床的開采，主要銅礦儲(chǔ)量已不多，亟需找礦突破。在發(fā)現(xiàn)出露地表或淺部的大型、特大型礦床難度增大的背景下，通過研究成礦規(guī)律，來發(fā)現(xiàn)隱伏礦床顯得尤為重要。縱觀大中條地區(qū)各類金屬礦床和礦體的分布，其在時(shí)間和空間上的分布都與該區(qū)的構(gòu)造演化有關(guān)，并受構(gòu)造體系、巖漿活動(dòng)等地質(zhì)因素控制，因此，研究大中條地區(qū)的斷裂分布和構(gòu)造單元是預(yù)測(cè)隱伏礦床的基礎(chǔ)。

大中條地區(qū)研究程度最高的是中條山地區(qū)，對(duì)該區(qū)斷裂分布和構(gòu)造單元的研究成果主要集中在地質(zhì)構(gòu)造方面(魏俊浩等，1996；薛克勤等，2006；趙斌等，2009)。此外，真允慶等(1993)利用遙感信息解譯了中條山北段的地質(zhì)構(gòu)造。研究區(qū)內(nèi)運(yùn)城盆地和臨汾盆地的一部分也是研究較多的區(qū)域，諸多學(xué)者通過系統(tǒng)的研究，在該區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)、基底性質(zhì)、盆地構(gòu)造和活動(dòng)斷裂展布方面得到了科學(xué)的成果(吳剛，1992；姜振泉等，1997；邢作云等，2005)。

在斷裂分布和構(gòu)造單元研究中，地球物理方法是重要手段之一，而重、磁勘探具有覆蓋面廣、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的優(yōu)勢(shì)，從而成為研究斷裂分布和構(gòu)造單元的行之有效的方法。目前在大中條地區(qū)未見利用重、磁方法研究斷裂分布和構(gòu)造單元的文獻(xiàn)，但可見到一些利用重磁方法研究整個(gè)山西省或華北地區(qū)的文獻(xiàn)。馬杏垣等(1979)利用航磁資料，劃分了華北地臺(tái)的基底結(jié)構(gòu)；余欽范等(1989)利用華北地區(qū)航磁圖像處理解釋成果，綜合分析了其反映的地質(zhì)實(shí)體和構(gòu)造行跡，進(jìn)而建立了華北亞板塊的地震構(gòu)造立體格架；張家聲等(2007)利用航磁異常劃分了華北陸塊內(nèi)的斷裂和剪切帶；劉金蘭(2008)利用1∶50萬重力異常劃分了整個(gè)山西省的斷裂體系，并利用1∶50萬磁力異常劃分了前寒武紀(jì)古構(gòu)造單元。綜上所述，大中條地區(qū)斷裂分布和構(gòu)造單元成果主要來自兩方面：一方面來自地質(zhì)構(gòu)造圖，而地表出露的斷裂有限，大部分?jǐn)嗔央[伏于地下，且在構(gòu)造單元方面，除運(yùn)城盆地和臨汾盆地之外，其他區(qū)域的構(gòu)造單元研究較少；另一方面來自地球物理資料等推斷解釋成果，但研究范圍較大(整個(gè)華北或山西省)，而所依據(jù)的地球物理資料比例尺較小，往往只能推斷大的斷裂構(gòu)造或劃分大的構(gòu)造單元。因此，對(duì)于大中條地區(qū)來說，亟需利用較大比例尺的地球物理資料對(duì)斷裂分布和構(gòu)造單元進(jìn)行深入、系統(tǒng)的研究。

鑒于上述問題，本文充分利用重、磁資料在識(shí)別斷裂和劃分構(gòu)造單元方面的優(yōu)勢(shì)，基于重、磁處理方法技術(shù)，主要利用1∶20萬布格重力資料并輔以1∶5萬～1∶20萬不等的航磁資料，對(duì)大中條地區(qū)的斷裂分布和構(gòu)造單元進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究，以期為大中條地區(qū)區(qū)域性地質(zhì)問題，尤其是構(gòu)造劃分和礦產(chǎn)資源勘查提供地球物理依據(jù)。

2 區(qū)域地質(zhì)特征

大中條地區(qū)處于鄂爾多斯地塊與河淮地塊接合帶的南端，該接合帶是在中朝克拉通前寒武紀(jì)三叉型裂谷的基礎(chǔ)上形成的，前人(馬杏垣等，1985)認(rèn)為它起始于新太古代-元古宙(圖1)。該區(qū)地質(zhì)發(fā)展主要經(jīng)歷了3個(gè)重要時(shí)期(刑集善等，1991)：(1) 早前寒武紀(jì)的遷西-阜平和五臺(tái)-呂梁構(gòu)造期，此為殼幔分異、克拉通化，并形成結(jié)晶基底的時(shí)期；(2) 中生代燕山構(gòu)造期，是形成華北主體構(gòu)造格局的較強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿活動(dòng)時(shí)期；(3) 新生代喜馬拉雅構(gòu)造期，為局部形成大陸裂谷的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期。其中第一期為大陸板塊的初始形成期，后兩期則為板內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)期。

圖1 中朝克拉通前寒武紀(jì)裂谷 (據(jù)馬杏垣等，1985資料改編)Fig.1 Precambrian rifts in the Sino-Korean craton (after Ma et al.，1985) 1-新太古代-古元古代裂谷；2-呂梁-中岳旋回；3-古元古代裂谷；4-中新元古代裂谷；5-晚古生代裂谷；6-晉寧旋回；7-加 里東旋回；8-華力西旋回；9-大中條研究區(qū)范圍 1-Neoarchean to Paleoproterozoic rift；2-Luliang to Zhongyue cycle；3- Paleoproterozoic rift；4-Meso-Neoproterozoic rift；5- Late Paleozoic rift；6-Jinning cycle；7-Caledon cycle；8-Variscan cycle；9- study area

大中條地區(qū)地層主要特征：中太古界為深變質(zhì)巖系(混合巖化)，新太古界五臺(tái)系-古元古界滹沱系為淺變質(zhì)巖系，共同組成結(jié)晶基底；古、中元古界長(zhǎng)城系為輕微變質(zhì)巖系；沉積蓋層中，寒武系-奧陶系為碳酸鹽巖建造，上石炭統(tǒng)-下二疊統(tǒng)為煤系地層，上二疊統(tǒng)-三疊系-侏羅系-白堊系為陸相砂泥巖沉積，新生界地層組成裂谷盆地。

大中條地區(qū)巖漿活動(dòng)較為頻繁，巖類較為復(fù)雜，從中晚太古代、元古代、晚古生代、中生代到新生代均有不同類型巖漿巖形成，其中以晚太古代(五臺(tái)期)、早元古代(呂梁期)及中生代(燕山期)巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈。研究區(qū)內(nèi)的巖漿巖從成因上來說包括三大系列。第一大系列為殼源重熔型，即巖漿來源于地殼物質(zhì)，經(jīng)深熔或重熔再生改造而形成的，五臺(tái)期花崗巖、呂梁期花崗巖、燕山早期花崗閃長(zhǎng)巖—花崗巖屬于此系列。第二大系列為過渡性地殼同熔型，即來源于上地幔的派生巖漿與地殼物質(zhì)同熔，混染而形成的巖漿巖，燕山中期的中酸性巖均屬此系列。第三大系列為幔源型，即由直接來源于上地幔的巖漿不斷分異與結(jié)晶(同時(shí)可能混染、同化少量地殼物質(zhì))而形成的巖漿巖，燕山期的偏堿性、堿性巖，晉寧期和呂梁期的基性巖墻，五臺(tái)期超基性、基性巖(包括火山巖)等均屬此類型。

大中條地區(qū)礦床種類較多，主要有銅、鐵、鉛、鋅、鈷、鎳、金、多金屬礦等，已發(fā)現(xiàn)的礦化類型有沉積型、熱液型、接觸交代型、沉積變質(zhì)型、斑巖型、熱液脈型、石英脈型、巖漿型等。根據(jù)區(qū)域成礦條件及成礦規(guī)律，大體可將研究區(qū)內(nèi)的礦床分為中條裂谷型銅礦、沉積型鐵礦以及接觸交代型鐵礦。中條裂谷銅礦呈NNE向分布于中條山地區(qū)，與太古界、下元古界和中元古界地層的層理、片理和褶皺軸向大體一致，礦床中的主要礦體往往產(chǎn)于變基性巖同圍巖接觸帶及附近的有利構(gòu)造部位。區(qū)內(nèi)沉積型鐵礦主要為海陸交替相或湖相沉積鐵礦床(山西式)，主要分布在呂梁山南端鄉(xiāng)寧縣、河津縣和中條山南麓的垣曲縣古城、王茅等地，礦體賦存在石炭紀(jì)本溪組中，產(chǎn)在中奧陶統(tǒng)風(fēng)化殼之上至上石炭統(tǒng)本溪組鐵鋁巖系之間。接觸交代型鐵礦成礦區(qū)位于襄汾、浮山及翼城三縣之間，以塔爾山與二峰山巖體為中心，并包括露巖區(qū)外的一些區(qū)段，礦床產(chǎn)于中性、中酸性或酸性中淺成侵人體和碳酸鹽巖的接觸帶矽卡巖或附近圍巖中，但其中以中性(偏基性、偏堿性)侵入體與中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖的接觸帶及其附近最為重要。

3 地球物理場(chǎng)特征

3.1 區(qū)域物性特征

大中條地區(qū)地層出露較全，從太古界到新生界都有。根據(jù)山西省西南地區(qū)1∶20萬區(qū)域重力調(diào)查成果報(bào)告，對(duì)地層密度和磁化率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其具有以下特征：地層由老到新其密度值由大變小，太古界密度值最大，可達(dá)2.82×103kg/m3，新生界密度最小，僅為1.93×103kg/m3。全區(qū)可分為3個(gè)密度界面和4個(gè)密度層：新生界密度層，平均密度值為1.93×103kg/m3；三疊系、二疊系和石炭系密度層，平均密度值為2.55×103kg/m3；奧陶系和寒武系密度層，平均密度值為2.71×103kg/m3；前寒武系密度層，平均密度值為2.81×103kg/m3。相應(yīng)的密度界面為：新生界與三疊系、二疊系、石炭系之間的界面平均密度差為0.62×103kg/m3；三疊系、二疊系、石炭系與奧陶系、寒武系之間的界面平均密度差為0.16×103kg/m3；前寒武系變質(zhì)地層與其上沉積地層之間的界面，平均密度差為0.10×103kg/m3。區(qū)內(nèi)最老地層為中太古界深變質(zhì)巖系，具有較強(qiáng)磁性，磁化率平均值為155×10-6×4π·SI。其次為上太古界和下元古界，具有中等磁性，較太古界弱，磁化率平均值為33×10-6×4π·SI。上元古界除長(zhǎng)城系下統(tǒng)外一般可視為無磁性，古生界、中生界和新生界一般無磁性。

前寒武紀(jì)的超基性、基性巖密度較大，平均密度值為2.90×103kg/m3，酸性巖密度較小，其平均值為2.58×103kg/m3；燕山期巖漿巖密度較小，平均值為2.59×103kg/m3。巖漿巖磁性變化較大，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，具有從酸性到基性磁性增強(qiáng)的規(guī)律，如超基性巖磁化率可達(dá)3275×10-6×4π·SI，中酸性巖磁化率為(1000～2000)10-6×4π·SI。相同巖性的巖漿巖其時(shí)代越老，磁性越小，燕山期的中酸性巖磁化率普遍比五臺(tái)期、呂梁期以及晉寧期的中酸性巖的磁化率高。

3.2 區(qū)域重力場(chǎng)特征

布格重力異常(圖2)總體為東西兩邊高，中間低，異常整體走向?yàn)镹EE-NNE向的弧形，反映了新生代山西裂谷系東西開裂的特征。研究區(qū)中部沿永濟(jì)市-運(yùn)城市-絳縣-翼城縣-浮山縣一帶有一條明顯的規(guī)模巨大的重力異常梯級(jí)帶，該梯級(jí)帶是中條山斷裂帶的反映，對(duì)研究區(qū)重力場(chǎng)的變化起重要的控制作用。研究區(qū)西北部，以稷山縣以北至襄汾縣以西一帶為界，兩側(cè)重力場(chǎng)特征明顯不同。據(jù)此，可把研究區(qū)劃分為東、中、西三大區(qū)。

圖2 大中條地區(qū)布格重力異常圖Fig.2 Bouguer gravity anomalies in the Great Zhongtiao area

東區(qū)包括了中條山、王屋山及其以北的區(qū)域，布格重力異常整體表現(xiàn)為重力高，異常走向?yàn)镹EE-NNE向SE凸出的弧形。芮城縣至平陸縣一帶主要表現(xiàn)為NEE向的高值異常條帶，與中條山西部范圍較為一致；平陸縣至垣曲縣一帶為大面積的重力高值區(qū)，與中條山東部和王屋山范圍一致；陽城縣至沁水縣一帶為平緩的重力異常，顯示了沉積盆地的特征。中區(qū)包括了運(yùn)城盆地、孤峰山、稷王山一帶及臨汾盆地的一部分，重力異常整體表現(xiàn)為NE向的重力低，這種特征主要是新生代裂谷的反映。臨猗縣、聞喜縣、萬榮縣以及侯馬市一帶重力值稍高，反映了前新生界局部隆起，鉆孔資料也證實(shí)了這一點(diǎn)。西區(qū)屬于呂梁山南端，主要為鄉(xiāng)寧縣、襄汾縣一帶，為平緩的重力異常，整體表現(xiàn)為西北低、東南高，顯示了鄂爾多斯構(gòu)造盆地邊部的特征。

結(jié)合區(qū)域密度特征分析，重力低異常主要是由新生界引起的，重力高異常主要是前寒武紀(jì)變質(zhì)地層的反映，局部異常可能是巖漿巖的表現(xiàn)。

3.3 區(qū)域磁力場(chǎng)特征

圖3為航磁ΔT異常圖，其整體表現(xiàn)為南高北低的特征。由于研究區(qū)處于中緯度地區(qū)，異常受斜磁化的影響，因此需要對(duì)ΔT異常進(jìn)行化極處理?；瘶O磁力異常(圖4)高值向北移，整體呈現(xiàn)東南低、西北高，異常走向?yàn)镹EE-NNE向。與布格重力異常類似，在研究區(qū)內(nèi)以永濟(jì)市-運(yùn)城市-絳縣-翼城縣-浮山縣一線為界，兩側(cè)磁力異常明顯不同；另外，以稷山縣以北至襄汾縣以西一帶為界，兩側(cè)磁力異常特征也明顯不同。據(jù)此，研究區(qū)內(nèi)的磁力異常也可劃分為東、中、西三大區(qū)。

圖3 大中條地區(qū)航磁ΔT異常圖Fig.3 Magnetic anomalies in the Great Zhongtiao area

圖4 大中條地區(qū)化極磁力異常圖Fig.4 Magnetic anomalies reduced to the pole in the Great Zhongtiao area

東區(qū)磁異常形態(tài)變化較為復(fù)雜。永濟(jì)市-運(yùn)城市-夏縣-絳縣為狹窄的正異常條帶，與中條山斷裂位置吻合。芮城縣至平陸縣一帶的為平緩的負(fù)磁異常，其為新生代沉積層的反映。平陸縣以東至絳縣以東一帶，以負(fù)磁異常為主要特征，在負(fù)磁異常背景之上分布有NE向的低緩正磁異常帶，將背景場(chǎng)分割為正負(fù)相間、平行排列的異常條帶。沁水縣至陽城縣一帶為平靜的負(fù)磁異常，異常強(qiáng)度為研究區(qū)最低，推測(cè)該區(qū)為巨厚的沉積蓋層，在長(zhǎng)期構(gòu)造演化過程中未遭受大的改造。中區(qū)表現(xiàn)為大范圍的高磁異常，大致反映了太古界的結(jié)晶基底的分布范圍，臨猗至聞喜一帶局部地區(qū)出露太古界黑云斜長(zhǎng)片麻巖證實(shí)了這一點(diǎn)。運(yùn)城市至夏縣一帶以及稷山縣至侯馬市一帶為平緩的負(fù)磁異常，其反映了該區(qū)新生界沉積較厚。西區(qū)磁力異常特征與布格重力異常特征類似，整體亦表現(xiàn)為平緩中等磁力異常，呈現(xiàn)西北低、東南高的特征。

結(jié)合地層磁性特征分析，中條山脈并非磁性基底，該區(qū)的局部正磁異常條帶主要為基性(超基性)雜巖或其他磁性侵入巖體的反映，研究區(qū)中部高磁異常系太古界結(jié)晶基底引起。

4 斷裂分布特征

4.1 識(shí)別斷裂的方法技術(shù)

在斷裂構(gòu)造作用下，會(huì)產(chǎn)生各種構(gòu)造現(xiàn)象，如斷階、斷陷、凸起和凹陷等，深大斷裂還可控制其兩側(cè)的構(gòu)造活動(dòng)，形成不同的構(gòu)造單元，且常常伴隨巖漿活動(dòng)，從而破壞了原來地質(zhì)體的連續(xù)性，形成磁性與密度上的橫向差異，這就具備了利用重力異常確定斷裂構(gòu)造的地球物理前提。利用重、磁異常識(shí)別斷裂的方法技術(shù)有很多種(張鳳旭等，2007；王萬銀等，2010；王彥國(guó)等，2013；Zhouetal., 2013)，這里主要采用歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)(NVDR_THDR)技術(shù)(Wangetal., 2009)，以布格重力異常歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)(圖5a)和化極磁力異常歸一化總水平導(dǎo)數(shù)垂向?qū)?shù)(圖5b)為主要依據(jù)，并結(jié)合布格重力異常(圖5c)和化極磁力異常(圖5d)進(jìn)行推斷。由于部分地層為無磁性或弱磁性，使得磁力異常在劃分?jǐn)嗔逊矫娴男Ч艿较拗?，因此，斷裂推斷主要以重力資料為主，以磁力資料為輔，并結(jié)合地質(zhì)、構(gòu)造等資料來完成。

4.2 斷裂劃分

根據(jù)重、磁異常特征，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)、構(gòu)造等，共劃分主要斷裂帶11條(圖6)。可以看出，大中條地區(qū)主要由NE向和NW向兩組斷裂組成，形成了X型斷裂構(gòu)造系統(tǒng)。其中NE向的斷裂規(guī)模大、延伸長(zhǎng)，而NW向的斷裂除橫河斷裂(F2)和同善-落家河-王屋斷裂(F3)之外，其余3條斷裂規(guī)模較小。

中條山斷裂(F1)是研究區(qū)研究最多的斷裂，該斷裂出露于中條山山系的北麓和西麓，呈向南東凸出的弧形(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)。中條山西麓斷裂和北麓斷裂以120°相交，交匯點(diǎn)在西姚溫附近，長(zhǎng)137km，自東北向西南可分為三段：夏縣段、解州段和韓陽段(程紹平等，2002)。本次根據(jù)重、磁場(chǎng)特征識(shí)別的中條山斷裂(F1)向北延伸至浮山東一帶，其長(zhǎng)度約226km。山西省區(qū)域地質(zhì)志認(rèn)為絳縣至浮山縣之間為浮山斷裂，形成于中生代。本文根據(jù)重力異常特征，認(rèn)為其屬于中條山斷裂的一部分。整個(gè)中條山斷裂在布格重力異常NVDR_THDR圖(圖5a)上表現(xiàn)為極大值連線，而在化極磁力異常NVDR_THDR圖(圖5b)上也表現(xiàn)為極大值連線；其在布格重力異常(圖5c)和化極磁力異常(圖5d)上均表現(xiàn)為明顯的不同異常場(chǎng)特征的分界線，斷裂北西側(cè)呈明顯重力低和磁力低的特征，反映了新生代以來北西側(cè)運(yùn)城一帶發(fā)生大規(guī)模沉降，形成巨厚的沉積層。另外，從化極磁力異常圖來看，斷裂北西側(cè)除運(yùn)城一帶因巨厚沉積引起的磁力低異常外，大面積區(qū)域表現(xiàn)為磁力高，而磁力高異常則是前寒武系結(jié)晶基底的反映，因此推斷中條山斷裂為中條古裂谷的邊界，形成于新元古代以前。綜合重、磁異常并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造特征考慮，中條山斷裂形成于元古代(與中條古裂谷同期形成)，至中生代為逆沖斷層，演化至新生代時(shí)，發(fā)生了與中生代應(yīng)力方向相反的運(yùn)動(dòng)，為高角度正斷層。

圖5 大中條地區(qū)重磁異常與推斷斷裂分布圖(黑色實(shí)線為推斷斷裂)Fig.5 Gravity and magnetic anomalies and distribution of inferred faults in the Great Zhongtiao area (black solid lines denote faults inferred) a-布格重力異常NVDR_THDR；b-化極磁力異常NVDR_THDR；c-布格重力異常；d-化極磁力異常 a-NVDR_THDR of Bouguer gravity anomalies；b-NVDR_THDR of magnetic anomalies reduced to the pole；c-Bouguer gravity a- nomalies；d-Magnetic anomalies reduced to the pole

圖6 大中條地區(qū)主要斷裂分布圖Fig.6 Distribution of major faults in the Great Zhongtiao area

橫河斷裂(F2)是研究區(qū)內(nèi)的一條重要的斷裂，位于研究區(qū)東北，總體呈北西-南東向延伸，形成時(shí)代為中生代(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)。通過本次研究，認(rèn)為橫河斷裂的北西端更靠北，其位于翼城縣東側(cè)，長(zhǎng)度約82km。該斷裂在布格重力異常NVDR_THDR圖(圖5a)和化極磁力異常NVDR_THDR圖(圖5b)上都表現(xiàn)為明顯的異常分區(qū)界限，斷裂兩側(cè)NVDR_THDR的形態(tài)及走向等都差別較大。橫河斷裂在布格重力異常圖(圖5c)和化極磁力異常圖(圖5d)上均表現(xiàn)為明顯的分界線，斷裂北東側(cè)表現(xiàn)為平靜的重力低異常和磁力低異常，而其南西側(cè)異常形態(tài)較為復(fù)雜。斷裂南西側(cè)正、負(fù)相間的磁異常以及其北東側(cè)平靜的磁力低異常反映了橫河斷裂為中條古裂谷的北東邊界，推測(cè)其可能形成于元古代。從區(qū)域地層來看，自長(zhǎng)城紀(jì)至新生代，中條山、王屋山區(qū)的沉積特征有別于山西主體部分，顯然橫河斷裂帶在地層分區(qū)和構(gòu)造單元的劃分上都具有重要的地質(zhì)意義。綜合區(qū)域重、磁異常及地質(zhì)資料考慮，橫河斷裂形成于元古代，中生代和新生代活動(dòng)較弱。

本次研究中，對(duì)于同善-落家河-王屋斷裂(F3)的延伸問題也提出了新的認(rèn)識(shí)。前人認(rèn)為，同善-落家河-王屋斷裂(F3)位于中條山北部，呈NW走向，向南東延伸至呈河南虎嶺一帶(真允慶等，1993；孫繼源等，1995)。通過本次研究認(rèn)為同善-落家河-王屋斷裂(F3)向北西一直延伸至稷山縣附近，而前人劃分的斷裂是該斷裂帶的一部分。在布格重力異常NVDR_THDR圖(圖5a)和化極磁力異常NVDR_THDR圖(圖5b)上，斷裂表現(xiàn)為極大值的錯(cuò)斷，局部地區(qū)表現(xiàn)為極大值的轉(zhuǎn)向。在化極磁力異常圖(圖5d)上，斷裂南東段處于磁力低異常上，其兩側(cè)為正、負(fù)相間磁異常；北西段表現(xiàn)為磁力低異常，兩側(cè)為磁力高異常；推斷斷裂形成于元古代或稍晚形成。斷裂在布格重力異常(圖5c)上反映不明顯，推斷其在新生代活動(dòng)較弱。

研究區(qū)內(nèi)的羅云山-龍門山斷裂(F4)、芮城-平陸斷裂(F5)、臨猗-聞喜斷裂(F6)和萬榮-侯馬斷裂(F7)是前人認(rèn)識(shí)較為一致的斷裂(姜振泉等，1997；邢作云等，2005；劉金蘭，2008)，根據(jù)研究區(qū)構(gòu)造演化資料(刑集善等，1991)推測(cè)，此4條斷裂均形成于中生代，為逆斷層，而在新生代反向活動(dòng)，為正斷層。

另外，通過研究，新識(shí)別了2條NW向斷裂：芮城東斷裂(F10)和平陸東斷裂(F11)，以及NE向的中條山北部斷裂(F6)。其中芮城東斷裂(F10)在重力異常(圖5a、5c)上無明顯反映，但斷裂兩側(cè)的化極磁力異常(圖5d)特征稍有不同。另外，該斷裂附近有燕山期侵入巖分布。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)可推斷芮城東斷裂(F10)和平陸東斷裂(F11)形成于中生代。中條山北部斷裂(F6)在布格重力異常圖(圖5c)及其NVDR_THDR圖(圖5a)上有明顯的反映，中條裂谷型銅礦床多分布在該斷裂附近，推斷該斷裂可能形成于元古代。

根據(jù)研究區(qū)的重、磁異常特征，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)及構(gòu)造演化等資料，推斷研究區(qū)斷裂多形成于元古代和中生代，受區(qū)域應(yīng)力控制，多數(shù)斷裂表現(xiàn)出多期活動(dòng)的特點(diǎn)。NE向的斷裂統(tǒng)一表現(xiàn)為中生代的逆沖斷裂，而在新生代反向活動(dòng)，為正斷層；NW向的斷裂活動(dòng)性較弱，但可能具有走滑性質(zhì)。結(jié)合斷裂特征及重、磁場(chǎng)特征來看，斷裂多為構(gòu)造單元的分界線，其對(duì)構(gòu)造分區(qū)具有重要控制作用。

5 構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/h2>

5.1 重磁場(chǎng)特征與構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

大中條地區(qū)重、磁場(chǎng)具有東西分帶的特征。布格重力異常(圖2)的三個(gè)異常區(qū)中，東區(qū)反映了中條山隆起；西區(qū)反映了鄂爾多斯盆地邊緣的特征；而中部整體表現(xiàn)為重力低，與汾渭裂谷系的范圍(邢作云等，2005；劉金蘭，2008)一致，其中部萬榮縣至侯馬市一帶為明顯的重力高，根據(jù)區(qū)域密度特征及鉆孔資料推測(cè)該區(qū)為前寒武系隆起區(qū)。綜上所述，大中條地區(qū)布格重力異常明顯表現(xiàn)為三高兩低的特征，異常呈NEE-NNE向的條帶展布。化極磁力異常(圖4)的三個(gè)分區(qū)中，東區(qū)磁力低異常背景上的磁力高異常條帶的特征主要是元古代中條古裂谷(馬杏垣等，1985)的反映，而沁水縣至陽城縣一帶平緩的磁力低異常是穩(wěn)定巨厚沉積層的反映，其與沁水構(gòu)造盆地在研究區(qū)的范圍(任戰(zhàn)利等，2005)較為吻合；中區(qū)為大面積的磁力高異常，其反映了前寒武紀(jì)結(jié)晶基底的范圍；西區(qū)為平緩中等磁力異常，呈現(xiàn)西北低、東南高的特征，反映了構(gòu)造盆地邊緣的特征。整體而言，大中條地區(qū)化極磁力異常整體表現(xiàn)為西北高、東南低的特征，異常主體走向也呈NEE-NNE向。

從以上分析并結(jié)合斷裂分布特征可以看出，斷裂的位置能較好的吻合重、磁場(chǎng)的分區(qū)邊界。故在大中條地區(qū)以斷裂為界劃分構(gòu)造單元，并結(jié)合重、磁場(chǎng)特征，地質(zhì)、構(gòu)造等資料研究構(gòu)造單元特征。

5.2 構(gòu)造單元特征

大中條地區(qū)可劃分為4個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元和7個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元(圖7)。4個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元為：中條山塊隆、運(yùn)城臨汾裂陷、呂梁山塊隆和沁陽塊坳。其中，中條山塊隆內(nèi)分別以同善-落家河-王屋斷裂、平陸東斷裂及芮城-平陸斷裂為界，可進(jìn)一步劃分為4個(gè)二級(jí)單元，分別為中條山東部隆起、中條山中部隆起、中條山西部隆起和平陸斷陷；運(yùn)城臨汾裂陷內(nèi)部以臨猗-聞喜斷裂和萬榮-侯馬斷裂為界，可分為3個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，從南向北依次為：運(yùn)城盆地、峨嵋臺(tái)地、稷山侯馬盆地。其他兩個(gè)一級(jí)單元只有部分位于研究區(qū)，故沒有進(jìn)行二級(jí)單元?jiǎng)澐帧?/p>

圖7 大中條地區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.7 Subdivision of tectonic units in the Great Zhongtiao area 1-一級(jí)構(gòu)造單元邊界；2-二級(jí)構(gòu)造單元邊界 1-boundary of first-order tectonic unit；2-boundary of second-order tectonic unit

中條山塊隆主體位于研究區(qū)南部中條山地區(qū)，北西以中條山斷裂為界，北東以橫河斷裂為界，東南延伸到河南境內(nèi)，研究區(qū)內(nèi)中條裂谷型銅礦床及其他金屬礦多分布于該區(qū)域。中條山塊隆的范圍與之前認(rèn)識(shí)的中條古裂谷范圍主體相同，但其北東邊界有所區(qū)別。前人認(rèn)為，中條古裂谷北東界為桑林-古朵地?cái)嗔?孫繼源等，1995)，其位于橫河斷裂西南歷山至衛(wèi)莊鎮(zhèn)一帶，二者相距約15km。本次研究認(rèn)為，中條山塊隆的邊界應(yīng)該是橫河斷裂，原因如下：(1) 從地理位置來看，橫河斷裂為王屋山北東邊界，而桑林-古朵斷裂從王屋山中部切過，應(yīng)該為構(gòu)造單元內(nèi)部斷裂；(2) 從重力異常特征(圖2)來看，橫河斷裂兩側(cè)異常特征明顯不同，說明橫河斷裂為大的地質(zhì)邊界，另外，橫河斷裂南西側(cè)至同善-落家河-王屋斷裂之間為整體的重力高，中間無明顯的分界，顯然該區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)整體的構(gòu)造單元；(3) 從化極磁力異常特征(圖4)來看，橫河斷裂兩側(cè)的磁力異常差別較大，斷裂南西側(cè)至同善-落家河-王屋斷裂之間異常特征相似，變化規(guī)律一致，顯然該區(qū)域內(nèi)部無大的構(gòu)造單元分界線；(4) 從地層分布來看，橫河斷裂與同善-落家河-王屋斷裂之間主要為長(zhǎng)城系，而橫河斷裂北東為寒武系和奧陶系，斷裂兩側(cè)地層之間不整合接觸(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)，更進(jìn)一步說明橫河斷裂應(yīng)為中條山塊隆的邊界。

運(yùn)城臨汾裂陷位于研究區(qū)中部，主體為新生代的裂陷盆地，屬于汾渭裂谷系的一部分，南東以中條山斷裂為界，北西以羅云山-龍門山斷裂為界，該裂陷范圍與前人認(rèn)識(shí)(邢作云等，2005；劉金蘭，2008)一致。

沁陽塊坳在南西以橫河斷裂為界，西側(cè)以中條山斷裂為界，其余邊界均超出研究區(qū)范圍，為沁水盆地的一部分。沁水盆地在前寒武紀(jì)為巨厚的沉積蓋層，中侏羅世之后至白堊世之前，沁水盆地處于強(qiáng)擠壓應(yīng)力場(chǎng)中，形成向斜構(gòu)造盆地。中侏羅世之后盆地整體抬升，遭受剝蝕。從重、磁異常來看，本區(qū)表現(xiàn)為穩(wěn)定的中等重力異常及磁力低異常的特征，顯示其為較為穩(wěn)定的構(gòu)造單元，故其在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過程中，所造成的巖漿活動(dòng)以幔源型偏堿性巖為主，且分布于該構(gòu)造盆地四周的狐堰山、祁縣、塔兒山等地(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)，該區(qū)是接觸交代型鐵礦成礦區(qū)。

呂梁山塊隆位于研究區(qū)西北，以羅云山-龍門山斷裂與運(yùn)城臨汾裂陷分開，其余邊界超出研究區(qū)范圍，屬于鄂爾多斯構(gòu)造盆地的邊緣。從重、磁異常特征來看，該區(qū)存在明顯的局部重力高和磁力高的特征，結(jié)合本區(qū)的礦床特征分析，這些局部異?？赡苁浅练e型鐵礦的反映。本區(qū)在前寒武紀(jì)為結(jié)晶基底，隨后接受穩(wěn)定的沉積。至中生代，由于沁水盆地?cái)D壓推移，在二者交界處地表縮短而隆升成呂梁山構(gòu)造帶之南段，并且在運(yùn)城臨汾裂陷中萬榮至侯馬一帶隆起形成峨嵋臺(tái)地。

綜合構(gòu)造分區(qū)特征及區(qū)域構(gòu)造演化特征，大中條的構(gòu)造演化經(jīng)歷了三個(gè)主要時(shí)期。大中條北部地區(qū)在太古代至元古代為結(jié)晶基底，元古代時(shí)，南部開裂形成中條三叉古裂谷，而北部東西分塊，隨后北東塊接受穩(wěn)定的沉積，形成巨厚的沉積層；中生代受北西向擠壓應(yīng)力的作用，中條古裂谷隆起成為中條山塊隆，萬榮至侯馬一帶結(jié)晶基底隆起形成峨嵋臺(tái)地，研究區(qū)北東一帶形成沁水向斜構(gòu)造盆地；新生代應(yīng)力方向改變，在山西中部形成汾渭裂谷系，在研究區(qū)表現(xiàn)為運(yùn)城盆地和稷山-侯馬盆地，且裂谷帶向NNW延伸至研究區(qū)外，其在重力異常表現(xiàn)為明顯的NNW向的重力低異常區(qū)，地形上也表現(xiàn)為坳陷區(qū)。

6 結(jié)論

綜合大中條重、磁異常特征來看，重力高和磁力高異常特征主要是前寒武紀(jì)基底的反映，而沉積蓋層表現(xiàn)為重力低和磁力低異常的特征。布格重力異常與化極磁力異常分區(qū)具有一致性，均呈現(xiàn)東西分帶的特征，這是大中條地區(qū)三期構(gòu)造演化的綜合結(jié)果。

大中條地區(qū)斷裂以NE向和NW向?yàn)橹?，大多形成于元古代和中生代，多?shù)斷裂表現(xiàn)出多期活動(dòng)的特點(diǎn)。中條山斷裂(F1)、橫河斷裂(F2)、同善-落家河-王屋斷裂(F3)、羅云山-龍門山斷裂(F4)規(guī)模大，對(duì)研究區(qū)的構(gòu)造單元?jiǎng)澐志哂锌刂谱饔?，并?duì)大中條地區(qū)礦床的成因與分布也有一定的影響。

大中條地區(qū)可劃分為4個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元和7個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，這些構(gòu)造單元以斷裂為界，主要經(jīng)過前寒武紀(jì)、中生代和新生代三期構(gòu)造作用而形成。另外，構(gòu)造單元總體控制了礦床的分布，不同的構(gòu)造單元內(nèi)礦床的成因和類型不同。

通過對(duì)大中條地區(qū)區(qū)域重、磁場(chǎng)的分析及區(qū)域斷裂、構(gòu)造單元的研究，對(duì)該區(qū)斷裂分布及構(gòu)造單元?jiǎng)澐钟辛松钊氲恼J(rèn)識(shí)，對(duì)大中條地區(qū)構(gòu)造劃分和礦產(chǎn)資源勘查具有重要的意義。對(duì)以上推斷結(jié)果還需要進(jìn)一步結(jié)合其他地球物理資料和地質(zhì)資料進(jìn)行綜合研究解釋，以提高大中條地區(qū)的研究程度。

致謝 感謝論文評(píng)審專家及潘作樞教授提出的寶貴意見，感謝責(zé)任編輯對(duì)論文的編輯和加工！

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Distribution of Faults and Division of Tectonic Units in the Great Zhongtiao Area of Southern Shanxi Province Derived from Gravity and Magnetic Anomaly Data

FENG Xu-liang1，WANG Wan-yin1，LI Jian-guo2,ZHAO Bin2，ZHAO Nan2

(1.InstituteofGravityandMagneticTechnology,CollegeofGeologyEngineeringandGeomatics,KeyLaboratoryofWesternChina'sMineralResourcesandGeologicalEngineering,MinistryofEducation,Chang'anUniversity,Xi'an,Shaanxi710054；2.ShanxiInstituteofGeophysicalandGeochemicalSurvey,Yuncheng,Shanxi044004)

The Great Zhongtiao area of southern Shanxi Province is an important locality for copper, gold and iron deposits in China. The distribution of these deposits is related to the tectonic evolution and controlled by the tectonic system and magmatic activity in this area. Therefore, systematic study of the distribution of faults and tectonic units is the basis for the prediction of concealed ore deposits. In this work, we delineated the distribution of faults and divided the tectonic units based on the characteristics of gravity and magnetic fields in this area. Our research shows that the Bouguer gravity anomalies and magnetic anomalies reduced to the pole in the study area trend in NE or NNE directions dominantly, that may reflect the basement structure associated with the tectonic evolution of three periods, i.e. Precambrian, Mesozoic and Cenozoic. In terms of these data, we inferred 11 faults by using edge recognition technique of the gravity and magnetic potential fields. The trending directions of these faults are dominated by NE and NW, which mostly formed in Proterozoic and Mesozoic. Most of them have the characteristics of multi-stage development. On the basis of characteristics of gravity and magnetic fields, features of tectonic evolution and distribution of faults, the Great Zhongtiao area can be divided into 4 first-order tectonic units and 7 secondary tectonic units. The genesis and distribution of deposits in the study area are mostly controlled by these structural units. These results provide geophysical evidence for regional tectonic division and mineral resource exploration in the study area.

Great Zhongtiao area，gravity anomalies，magnetic anomalies，fault，tectonic units

2015-01-07；

2015-03-10；[責(zé)任編輯]陳偉軍。

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(2014G3262010)和長(zhǎng)安大學(xué)基礎(chǔ)研究支持計(jì)劃專項(xiàng)基金聯(lián)合資助。

馮旭亮(1989年-)，男，長(zhǎng)安大學(xué)博士研究生，主要從事重磁方法理論與應(yīng)用研究工作。E-mail: fxlchd@163.com。

P631

A

0495-5331(2015)03-0563-10