區(qū)域重力工作在煤田勘查中應(yīng)用效果

陶鵬飛 李延清 姚衛(wèi)星

摘 ?要：據(jù)三塘湖勘查區(qū)區(qū)域重力勘查工作，推斷斷裂體系、局部構(gòu)造和預(yù)測煤田，取得找煤突出效果，反映重力勘查具快速高效和有效性特點(diǎn)，對同類或相似地區(qū)煤田勘探工作具借鑒作用。

關(guān)鍵詞：區(qū)域重力測量;煤田勘探;應(yīng)用效果

區(qū)域地球物理調(diào)查工作是地質(zhì)調(diào)查的重要組成部分，它借助先進(jìn)現(xiàn)代化儀器設(shè)備，運(yùn)用物理學(xué)原理方法和觀測技術(shù)，通過一定比例尺、觀測精度、多參數(shù)（重力、磁性、電性和放射性等）、高精度探測及多學(xué)科（地質(zhì)礦產(chǎn)、地球物理、地球化學(xué)）綜合研究，快速查明地球物理場特征和分布規(guī)律，進(jìn)行定性、定量的科學(xué)論斷及巖性和構(gòu)造填圖，提供找礦有關(guān)的物探異常及地下淺部、深部待測目標(biāo)物的信息[1]。

近年來中國地質(zhì)調(diào)查局在新疆東準(zhǔn)地區(qū)開展了以 “提高重要成礦區(qū)帶和重要經(jīng)濟(jì)區(qū)的區(qū)域地球物理調(diào)查工作程度和更新一批區(qū)域地球物理調(diào)查基礎(chǔ)圖件”為目標(biāo)的1∶25萬區(qū)域重力調(diào)查工作[2]。區(qū)域重力工作在新疆地區(qū)開展較早，主要以1∶20萬區(qū)域重力調(diào)查為主。幾十年來引進(jìn)一批LCR和CG-5型等高精度重力儀，延長了重力野外觀測閉合時(shí)間，廣泛應(yīng)用GPS高精度定位測量技術(shù)和CQG2000大地水準(zhǔn)精化模型，大大提高了重力觀測精度、定位精度和工作效率，解決了西部高山區(qū)區(qū)域重力調(diào)查的關(guān)鍵技術(shù)問題[3]。中比例尺區(qū)域重力調(diào)查總精度從以往的1.0 mgal提高到0.5 mgal，平面定位精度從50 m提高到1 m，高程精度從4 m提高到1.6 m，使區(qū)域重力工作對弱異常的提取成為可能，對局部構(gòu)造的分辨能力得到加強(qiáng)和提高[4]。

現(xiàn)結(jié)合新疆東部三塘湖-淖毛湖地區(qū)1∶25萬區(qū)域重力調(diào)查最新成果和以往開展的煤田勘查工作，對區(qū)域重力工作在煤田勘查中的運(yùn)用效果進(jìn)行闡述。

1 ?概況

三塘湖盆地位于新疆東北部，北與蒙古接壤， 夾持于阿爾泰山系與莫?dú)J烏拉-卡拉麥里山系之間，面積23×103 km2。區(qū)域構(gòu)造位置處于西伯利亞板塊南部活動大陸邊緣，盆地總體呈NW向展布，與現(xiàn)今山脈走向基本一致。三塘湖盆地地層發(fā)育較全，有古生界、中生界、新生界等。上古生界構(gòu)成盆地基底，多出露于盆地周邊;中、新生界構(gòu)成盆地蓋層，分布于盆地之中。三塘湖盆地是在二疊紀(jì)裂谷-斷陷盆地基礎(chǔ)上形成的疊合改造型山間盆地，沉積蓋層包括二疊—古近—新近系。侏羅系是盆地內(nèi)主要含煤層位。侏羅紀(jì)時(shí)期三塘湖盆地發(fā)育多種沉積體系，巖石組成特征及分布差別很大，沉積碎屑物多來自兩側(cè)山脈。

對重力測量而言，由于上古生界與其上的中生界、新生界的砂、泥巖之間存在明顯的密度差（上古生界與中生界密度差大于0.12×10 kg/m3，中生界與新生界密度差大于0.47×10 kg/m3），物性條件良好。由于上古生界基地受NS向構(gòu)造應(yīng)力擠壓作用，三塘湖盆地局部基地隆起區(qū)，中生界缺失，上古生界基地直接與新生界不整合接觸，其界面密度差異較大（上古生界與新生界密度差大于0.56×10 kg/m3），在一定深度內(nèi)利用重力資料易于分辨。上古生界與中生界間界面引起的基地隆起，由于埋藏深度相對較大，界面密度差異相對較小，利用重力資料分辨有相當(dāng)難度。采用二種模型：①基地隆起形成的無煤區(qū)重力異常;②基地隆起有煤區(qū)重力異常，做正演分析，通過有效解析推斷，利用區(qū)域重力工作預(yù)測煤層賦存條件。

2 區(qū)域重力資料及對局部構(gòu)造勘探 ? ? ? ? ?能力探討

本次三塘湖1∶25萬重力異常精度±0.304×10-5 m/s2，對局部異常的分辨率不低于0.9×10-5 m/s2。由于1∶25萬重力工作點(diǎn)密度以控制面積為每個(gè)測點(diǎn)不大于6 km2的要求進(jìn)行布設(shè)，所以現(xiàn)以一個(gè)水平正方形體來近似模擬一個(gè)幅度與其相當(dāng)?shù)木植繕?gòu)造，研究其中心在地面投影點(diǎn)引起的重力異常極大值。①中生界缺失的古生界基地隆起。設(shè)剩余密度Δσ=0.47×103 kg/m3，以正方形邊長2.45 km為參數(shù)，計(jì)算不同埋深產(chǎn)生0.9×10-5 m/s2異常所對應(yīng)的正方形厚度。若設(shè)正方形邊長為2.45 km時(shí)，可近似于圈閉面積為6 km2的局部構(gòu)造。當(dāng)埋深為100 m、300 m、500 m時(shí)，可分辨出厚度為100 m、200 m、300 m的局部構(gòu)造（圖1）;②新生界、中生界存在的古生界基地隆起。設(shè)剩余密度Δσ=0.29×103 kg/m3，以正方形邊長2.45 km為參數(shù)，計(jì)算不同埋深產(chǎn)生0.9×10-5 m/s2異常所對應(yīng)的正方形厚度。若設(shè)正方形邊長為2.45 km時(shí)，它可近似于圈閉面積為6 km2的局部構(gòu)造。當(dāng)埋深為100 m、300 m、500 m時(shí)，可分辨出厚度為200 m、350 m、750 m的局部構(gòu)造（圖1）。據(jù)分析可知，本次據(jù)重力異常解釋推斷結(jié)果，在中生界缺失地區(qū)不會遺漏面積大于6 km2、埋深小于500 m、幅度大于300 m的局部構(gòu)造。在新、中生界賦存地區(qū)不會遺漏面積大于6 km2、埋深小于500 m、幅度大于750 m的局部構(gòu)造。

巖性對重力異常有較大影響。當(dāng)上第三系直接與前第三系以下地層直接接觸時(shí)，密度差明顯，有利于重力勘探尋找局部構(gòu)造。當(dāng)下古生界埋藏過深，上部密度界面有局部隆起，或巖石密度橫向局部變化時(shí)，如受火成巖體、礫石層等異常干擾，則會增大尋找局部構(gòu)造的難度。重力異常隨探測對象埋深增大而迅速衰減，局部構(gòu)造的埋藏深度、幅度和面積對重力異常有較大影響。

3 ?區(qū)域重力資料地質(zhì)效果

通過對三塘湖地區(qū)布格重力異常與主要構(gòu)造的對應(yīng)關(guān)系和深部莫氏面的形態(tài)分析可知（圖2），測區(qū)內(nèi)布格重力異常不受明顯的區(qū)域背景場的影響，總體反映了沉積蓋層厚度變化和古生界基底的起伏形態(tài)。據(jù)勘查區(qū)重力資料，結(jié)合地震、地質(zhì)資料，將該盆地劃分為西南緣逆掩推覆構(gòu)造隆起帶、中央坳陷帶和東北部逆沖推覆構(gòu)造隆起帶3個(gè)一級構(gòu)造單元。從A-B線和C-D線推斷解釋剖面上看（圖3，4），中央坳陷帶是中新生界的主要沉積單元，上古生界石炭系和二疊系保存較好。據(jù)構(gòu)造線展布和地層發(fā)育特征，可進(jìn)一步劃分為5凹、5凸共10 個(gè)次級構(gòu)造單元（圖5）1。

3. 1 ?構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

3.1.1 ?斷裂體系特征

盆地西南緣斷裂 ? ?位于盆地西南緣， 重力圖上表現(xiàn)為重力梯度帶，延伸長500 km。馬朗凹陷以西走向呈NW向，斷面傾向SW向;以東地區(qū)走向近EW向，斷面傾向南。斷裂上盤發(fā)育泥盆系和下石炭統(tǒng)，下盤中上石炭統(tǒng)到新生界均較發(fā)育。剖面上由一組傾向南的逆斷層構(gòu)成逆掩斷裂帶，包括白依山大斷裂和石頭梅斷裂等，各分支逆斷層傾角均上陡 、下緩， 呈疊瓦狀向深部收斂合并。該斷裂與盆地中央斷裂構(gòu)成盆地南北對沖的構(gòu)造格架（圖3，4），形成于二疊紀(jì)末期，燕山中晚期和喜山期又再次活動。

盆地中央斷裂 ? ?位于盆地中部， 亦稱中央復(fù)活斷裂，走向NW向，斷面傾向NE向，傾角較陡，為逆斷層。該斷裂為阿爾泰陸緣構(gòu)造系南緣逆沖推覆構(gòu)造體系的前鋒逆沖斷層，形成于二疊紀(jì)末期，對三塘湖盆地中生代沉積具控制作用，燕山中晚期和喜山期多次發(fā)生沖斷推覆活動。

NE和NEE向斷裂系 ? ?NE向斷裂主要分布于岔哈泉凸起以西，其東部地區(qū)NEE向斷裂發(fā)育，兩組斷裂均形成于侏羅紀(jì)末， 之后又多次活動， 具左行壓扭性質(zhì)。

3.2 ? 局部構(gòu)造類型及特征

為提高本次區(qū)域重力工作對局部構(gòu)造的分辨能力，提取弱重力異常信息致為關(guān)鍵。由于布格重力異常的疊加效應(yīng)使局部細(xì)節(jié)反映不明顯，因此，必須進(jìn)行區(qū)域異常和局部異常劃分，分離出局部重力異常。本次資料處理采用重力垂向二次導(dǎo)數(shù)和趨勢分析方法求取的剩余異常圖，對局部異常特征能更清晰凸顯。對比地質(zhì)勘探成果可看出，圖6所反映的局部異常形態(tài)與已發(fā)現(xiàn)的局部構(gòu)造基本相似。局部構(gòu)造以背斜和斷鼻類型為主， 具以下特點(diǎn)： ①成排成帶分布，主要呈NE向、NW向和NEE向展布，絕大多數(shù)位于二級構(gòu)造帶中;②受斷裂控制或與斷裂有直接成因聯(lián)系; ③按成因可分為擠壓和壓扭兩種類型，前者一般呈NW向展布，如石板墩背斜構(gòu)造帶等; 后者多呈NE向分布， 如砂河壩構(gòu)造帶等;④多期性和繼承性， 受古構(gòu)造和古地形影響較大，海西期形成的局部構(gòu)造在后期構(gòu)造變動中多得到繼承性發(fā)展或被改造。

據(jù)重力場特征和已有地震勘探成果，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)及重力模型計(jì)算，將三塘湖地區(qū)局部構(gòu)造類型大致分為4種類型：①古生界基地岀露區(qū)。包括圖中所劃分的局部構(gòu)造單元I-1、III-1、III3、II-1-9地區(qū)。該地區(qū)地質(zhì)上為古生界出露區(qū)，布格重力幅值為-180～-160 mgal，屬區(qū)域布格重力高值區(qū)，反映高密度體分布特征;②中生界缺失或殲滅。新生界與古生界基地隆起為不整合接觸，包括I-2和III-2-2地區(qū)，布格重力幅值在-200～-180 mgal，屬區(qū)域布格重力中高值區(qū)，反映高密度體埋藏較淺特征;③古生界基地隆起，中生界與新生界賦存較薄。包括II-1-2、II-1-4、II-1-8地區(qū)，布格重力幅值在-220～-200毫伽，屬區(qū)域布格重力中低值區(qū)，反映高密度體埋藏較深特征;④古生界基地坳陷區(qū)，中生界與新生界賦存較厚。包括II-1-2、II-1-4、II-1-8地區(qū)，布格重力幅值在-227～-220 mgal，屬區(qū)域布格重力低值區(qū)，反映高密度體埋藏較深，本次區(qū)域重力工作已無分辨能力。

4 ?煤田勘探方向分析

三塘湖盆地是晚古生代以來多期逆沖推覆活動造成盆地蓋層多期構(gòu)造變形的結(jié)果，各期原型盆地遭嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致主要勘探目的層——煤系地層侏羅系被剝蝕與抬升，對煤田地質(zhì)勘探產(chǎn)生極不利影響。通過本地區(qū)區(qū)域重力勘查工作基本確定三塘湖-淖毛湖地區(qū)“二隆二坳”古生界基地起伏形態(tài)及范圍?！岸　睘椋孩贋镮區(qū)東北部逆沖推覆構(gòu)造隆起帶;②為III區(qū)西南緣逆掩推覆構(gòu)造隆起帶?！岸辍睘椋孩贋槿梁?淖毛湖中央坳陷帶;②為紙坊-巴里坤煤礦坳陷區(qū)。隆起區(qū)大多缺失中生界，為古生界基地岀露區(qū)或第四系超覆于古生界上。坳陷區(qū)為古生界基地坳陷，中生界賦存且為侏羅系煤層的賦存區(qū)。

通過區(qū)域重力成果和地震資料對比分析認(rèn)為，三塘湖-淖毛湖沉積盆地的中央坳陷帶（II區(qū)）為古生界基地坳陷區(qū)，中生界、新生界沉積賦存，中生界中的侏羅系為該地區(qū)主要煤層賦存區(qū)。重力推斷局部構(gòu)造與地震推測成果吻合程度較好（表1）。中央坳陷帶中局部較高重力異常所反映的凸起如：巴潤塔拉凸起、岔哈泉凸起、方方梁凸起、韋北凸起，中生界缺失，新生界直接超覆在古生界基地上。因界面密度差異較大，局部重力異常值較高，屬重力推斷的無煤區(qū)域。中央坳陷帶中局部較低重力異常所反映的凸起如：塘淺凸起、石頭梅凸起，雖為古生界基地凸起，中生界、新生界沉積相對較厚，基地埋藏較深，密度界面差異相對較小，局部重力異常較低，煤層埋藏相應(yīng)較深。

今后該區(qū)值得重視的煤田勘探方向主要為中央坳陷區(qū)內(nèi)相對較弱的局部重力異常區(qū)和中央凹陷北部重力梯級帶相對舒緩的抬升區(qū)。

5 結(jié)束語

近年來采用各種先進(jìn)高精度測量儀器和高新資料解釋方法，提高了重磁野外測量精度、勘探深度和資料解釋精度，使重磁測量這一傳統(tǒng)地球物理方法在勘探程度較高的本地區(qū)取得可喜成果。目前，新疆煤田勘探工作正在如火如荼的進(jìn)行中，要充分利用重力勘探工作， 快速有效的劃分成煤盆地的構(gòu)造變化和成煤單元，吸收各種勘探手段的優(yōu)點(diǎn)，才有利于取得新的突破。從新疆煤田的埋藏類型來看，新生界沉積盆地和古生界基地隆坳變化占有較大的比例，這與本次重力勘查區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特征相類似，即均具有進(jìn)行高精度重、力測量的地球物理前提，所以對沉積盆地邊緣及相對深凹陷的煤田勘探而言，高精度重力測量方法也不失為勘探效率高、成本低、行之效的方法之一。

參考文獻(xiàn)

[1] ? ?《重力勘探資料解釋手冊》編寫組.重力勘探資料解釋手冊[M].北京：地質(zhì)出版社，1983.

[2] ? ?吳蓉元.油氣田重磁勘探[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1991.

[3] ? ?金宜聲，賀顥，涂承林.DZ/T 0082-2006區(qū)域重力調(diào)查規(guī)范[S].中國地質(zhì)調(diào)查局，2006.

[4] ? ?長春地質(zhì)學(xué)院重力教研室.重力勘探[M].北京：地質(zhì)出版社，1980.

Abstract： Regional gravity survey was carried out in Santanghu exploration area，deduced the fracture zone，part of the geological structure and predicting coalfield on this basis，and then achieved outburst effect of looking for coal.It shows that gravitational prospecting has characteristics of quickness and efficiency，It can provide enlightenment and reference for coalfield exploration in same or similar areas.

Keywords： Regional Gravity Survey; Coalfield exploration; Application effect.