內(nèi)蒙古某地區(qū)第四紀巖石密度特征的間接求證

謝 樨，孫鵬飛，高 鐵

（1.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局，貴州貴陽550005；2.中節(jié)能建設(shè)工程設(shè)計院有限公司，四川成都610052；3.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽110034）

內(nèi)蒙古某地區(qū)第四紀巖石密度特征的間接求證

謝 樨*1，孫鵬飛2，高 鐵3

（1.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局，貴州貴陽550005；2.中節(jié)能建設(shè)工程設(shè)計院有限公司，四川成都610052；3.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽110034）

巖石密度特征一般通過采集標本、鉆井等方式來獲得，但采集標本往往不能代表30m以下底層的密度特征，鉆井方法雖然數(shù)據(jù)比較精確，但費用太高，而巖石的密度特征往往會通過重力的大小反映出來，因此，通過采集重力數(shù)據(jù)來驗證和反映巖石密度特征更加有利。

巖石密度；重力異常；剩余重力異常

1 概述

工作區(qū)位于內(nèi)蒙古某地，地勢特征方面，地勢平坦、為松遼平原，山地與平原之間為丘陵過渡地帶；水系是流入黑龍江的松花江水系，第四紀中更新世末形成的松遼分水嶺，在松遼平原的北部形成松花江水系，向東經(jīng)黑龍江入海；松遼盆地西部由于氣候變?yōu)楦衫洌锤珊裕纬闪丝茽柷呱车?、松嫩沙地和平原中心區(qū)的鹽堿沼澤和鹽堿地。針對晚古生代以來區(qū)域構(gòu)造格局、沉積盆地形成演化等重大地質(zhì)問題，系統(tǒng)分析、整理前人基礎(chǔ)地質(zhì)、煤田地質(zhì)、石油地質(zhì)以及物、化探資料，開展石油地質(zhì)填圖、剖面測量、非震物探、油氣化探及專題研究工作。其中本文主要研究巖石密度特征。

2 樣品采集

巖石的密度特征主要是通關(guān)重力數(shù)據(jù)來表現(xiàn)，因此，在采集樣本的同時，利用高精度CG-5型重力儀來對該地區(qū)的重力數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)采集，然后利用重力數(shù)據(jù)復驗標本的密度特征。

（1）首先在測區(qū)范圍內(nèi)（面積400km2），統(tǒng)一布設(shè)了8個GPS加密控制點（基準站）；網(wǎng)中包括4個國家級三角點和2個國家一等水準點。

（2）使用6臺Trimble5700雙頻GPS接收機，分別置于控制點上，采用載波相位相對測量法進行觀測，并對控制點取得三維基線向量進行約束平差，從而得到加密控制點GPS空間坐標

（3）在基準站控制下，使用Trimble5700雙頻GPS接收機，采用RTK或快速靜態(tài)方式做測點定位測量。

（4）對GPS取得的WGS-84平面坐標，采用三參量轉(zhuǎn)換方法轉(zhuǎn)換到1954年北京坐標系和1985黃海高程。

本區(qū)面積400km2，大部分為Ⅱ級地形，測區(qū)交通方便，因此可以保證實測點位與設(shè)計點位吻合，且密度分布均勻，共完成重力坐標點1677個，舍點4個，點位最大變動范圍不超過10m。

3 標本點分布采集分布情況

為全面反映工作區(qū)巖石密度特征，根據(jù)1∶20萬地質(zhì)圖布置采集點。采集點基本涵蓋了區(qū)內(nèi)主要地層、各期次、各種巖性的巖石，并具有代表性。每個采集點標本數(shù)一般不少于30塊，同種巖性多點采集，標本重量200～500g，共采集物性標本183塊，實地定名、編錄、描述。密度標本測定，采用電子天平法在全濕條件下測定，測量精度為0.001g。

4 物性數(shù)據(jù)整理

密度資料整理結(jié)果分別按巖性、地層和侵入巖列表。對個別密度值偏差大的標本，在地質(zhì)人員參與下進行必要分析，再決定是否參加統(tǒng)計，對同一巖性標本數(shù)量大于30塊者，使用自編程序繪制直方圖，分別統(tǒng)計變化范圍，眾數(shù)、算術(shù)平均值、標準離差等，否則僅統(tǒng)計變化范圍和算術(shù)平均值（表1）。

5 數(shù)據(jù)處理與初步解釋

該研究區(qū)以往工作程度相對比較低，尤其是缺乏地質(zhì)及其它物探方法等相關(guān)資料，因此給重力異常的解釋推斷帶來很大困難。該區(qū)中新生代盆地一般顯示為明顯的重力低，綜合應用重力和其他物探資料并結(jié)合鉆探資料能夠判別盆地的蓋層性質(zhì)。

圈定盆地邊界（橫向分辯率）的方法：第一步，通過異常分離提取盆地重力異常；第二步，利用盆地重力異常的垂向一階導數(shù)零值線、水平一階導數(shù)極值位置或重力異常水平總梯度模的極值位置進行圈定。

盆地基底深度反演（縱向分辯率）：若沉積盆地的蓋層與盆地基底之間具有明顯密度差異，利用重力異常能夠反演計算盆地基底頂界面的深度；在勘探程度較高、淺部蓋層得到控制的前提下，利用重力異常，通過剝層處理等方法消除淺層影響，計算出盆地基底與主要目的層深度及起伏特性；對勘探程度較低，已知資料缺乏的盆地，利用重力異常，通過定量反演，可大致確定盆地基底深度及其起伏?；谆蚰康膶由疃扔嬎惴椒ǎ焊鶕?jù)圈定的盆地邊界和密度資料，通過對盆地重力異常進行2.5D剖面正反演或3D界面反演等方法進行。

表1 內(nèi)蒙某地區(qū)1∶5萬重力調(diào)查物性統(tǒng)計表

5.1 重力場分布特征

根據(jù)布格重力異常可以看出，測區(qū)內(nèi)重力區(qū)域背景場形態(tài)變化相對簡單，從異常的數(shù)值及其變化趨勢來看，呈現(xiàn)出東部和東南高、北西和西部低的特征；測區(qū)的中部出現(xiàn)局部異常變化，場值由西北部-24.1×10-5m/s2上升到東部的2.6×10-5m/s2，變化幅值達27×10-5m/s2左右?？傮w輪廓與區(qū)內(nèi)地形呈鏡象關(guān)系，這是地殼現(xiàn)代均衡理論的表現(xiàn)，反映了地殼莫霍面變化總體趨勢。

測區(qū)內(nèi)重力梯度帶比較發(fā)育，雖然局部有切錯，但總體延伸和連續(xù)性較好。其展布方向從西到東部由北北東向逐漸轉(zhuǎn)為北東向；以北北東和北東為主的重力等值線和異常軸向成為重力圖的主要特征之一，反映了測區(qū)內(nèi)的主要構(gòu)造格架。

區(qū)內(nèi)重力場具有明顯的分區(qū)特征，各區(qū)之間被重力梯度帶所隔，其內(nèi)部無論局部異常形態(tài)、規(guī)模、強度、軸向及等值線展布特征等都存在較大差異，這反映出測區(qū)內(nèi)構(gòu)造輪廓是由若干個密度體組成，它們之間存在著深大斷裂。各自重力場特點，反映了不同密度體各自經(jīng)歷了不同地質(zhì)歷史發(fā)展，可能存在沉積建造、巖漿活動及構(gòu)造運動上的差異。

測區(qū)中部及東南部中新生代盆地比較發(fā)育，它們各具不同的重力異常特征。較大型的中新生代盆地，多表現(xiàn)為被密集的等值線所環(huán)繞的重力低。密集的等值線反映了盆地的范圍和性質(zhì)，其內(nèi)部等值線展布則主要反映了盆地基底及結(jié)構(gòu)特征。從盆地分布來看，明顯被疏密異常帶所截，說明盆地的形成與發(fā)展受構(gòu)造控制的特點。

5.2 中新生代盆地群重力推斷解釋

由以上論述可知，中新生代盆地在重力異常上多表現(xiàn)為重力相對低的特征。布格重力異常是基底起伏及蓋層變化等多種異常疊加形成的綜合反映，從定性解釋上來說，可以認為，基底起伏屬于區(qū)域重力場，蓋層變化屬于局部重力場，因此研究中新生代盆地分布應該去除基底起伏所引起的重力異常，即以研究布格重力剩余異常為主。為此，結(jié)合重力剩余異常及其垂向一階導數(shù)圈定了中新生代盆地平面分布范圍。測區(qū)內(nèi)推斷中生代盆地群整體以北西向展布，東部盆地則以南北向形式分布?？梢远ㄐ酝茢嘀行律璧厣疃茸兓闆r，有一定規(guī)模及延深的盆地主要分布在測區(qū)南部；東部和西部盆地由于受測區(qū)范圍的限制，其延深狀況很難確定；以北西向展布的中南部盆地群，在上延1000m深度范圍全部消失。

因為重力數(shù)據(jù)與巖石密度是一一對應的，巖石密度的大小在物性上的反映就是重力的增大或減少。所以對重力數(shù)據(jù)進行延拓處理，我們可以看到重力大小的分布變化情況，它與巖石密度的大小是一一對應的，同時表層重力密度的大小與采集的標本密度具有很好的一致性。

6 結(jié)論

通過樣本采集的數(shù)據(jù)可以看到，在東南方向上的標本密度偏高大致在2.570g/cm3左右，而在西北部分的標本密度大致在2.458g/cm3左右，這與重力異常分布規(guī)律是相符合的。同時對重力異常進行分析，特別是延拓100m的重力異常（其反映的是50m左右深度的重力異常），可以看到采集到的標本密度分布規(guī)律與重力異常的分布規(guī)律具有很高的相似性。因此針對巖石的密度的判定，可以通過物探方法，采集重力數(shù)據(jù)來進行佐證，特別是淺層重力數(shù)據(jù)能很好的表明巖石密度的大小特征情況。

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A

1004-5716(2015)09-0141-03

2015-02-12

2015-02-12

謝樨（1982-），男（漢族），貴州貴陽人，工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)勘查和研究工作。