鄂爾多斯盆地西南緣重磁場特征研究

馬小雷

(西安石油大學 地球科學與工程學院，西安 710065)

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鄂爾多斯盆地西南緣重磁場特征研究

馬小雷

(西安石油大學 地球科學與工程學院，西安 710065)

摘要：以鄂爾多斯盆地西南緣地區(qū)的重磁資料為基礎(chǔ)，結(jié)合地質(zhì)、巖石物性特征和前人的研究成果，系統(tǒng)地對研究區(qū)的重力場和磁力場異常進行了研究.分析了重力場和磁力場特征及其成因，推斷了研究區(qū)斷裂構(gòu)造體系，探討了該區(qū)重力異常、磁力異常和斷裂之間的關(guān)系.為該區(qū)資源的進一步勘探和開發(fā)提供參考意義.

關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地西南緣地區(qū)；重磁異常；斷裂構(gòu)造

鄂爾多斯盆地位于華北克拉通地塊西部,是一個蘊藏著豐富能源礦產(chǎn)的克拉通盆地，盆地中的礦產(chǎn)資源有石油、天然氣、煤炭、煤層氣、砂巖型鈾礦等，其分布具有南油北氣、上油下氣、煤層分布廣、盆緣有含鈾礦化及富集煤層氣的特點，而本次所研究的區(qū)域位于鄂爾多斯西南部，石油、天然氣、煤、鈾礦等資源共存于此處.研究區(qū)內(nèi)的吳起、慶陽等地區(qū),延長組和延安組油藏大面積分布于此處，在研究區(qū)西南方向的平?jīng)?、?zhèn)原一帶分布有多個鈾礦床和鈾礦化點，在研究區(qū)西部的西緣逆沖帶發(fā)育有煤炭和天然氣.本文對研究區(qū)已完成的重、磁力測量資料進行了系統(tǒng)的整理分析，探索重、磁力場與斷裂構(gòu)造之間的關(guān)系，探討了重磁異常的成因以及斷裂分布與礦產(chǎn)資源之間的關(guān)聯(lián)，為該區(qū)資源的進一步勘探和開發(fā)提供借鑒.

1地質(zhì)地球物理背景

1.1地質(zhì)背景

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，東與晉西撓褶帶毗鄰，西接六盤山盆地，北與伊盟隆起毗鄰，南部和渭北隆起相鄰.研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的各個構(gòu)造單元地層發(fā)育程度不一致，陜北斜坡地層呈平緩單斜，西緣逆沖帶由于晚侏羅世擠壓沖斷活動強烈,斷裂和局部構(gòu)造普遍發(fā)育.天環(huán)坳陷由于受西緣逆沖帶的影響,現(xiàn)今具西翼陡東翼緩的不對稱向斜結(jié)構(gòu).研究區(qū)所處的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復雜，緊鄰整體性較差且內(nèi)部活躍的阿拉善地塊和六盤山盆地，六盤山盆地有巨厚的沉積地層，盆地內(nèi)多處地方顯示有油苗活躍，地勢由北東向南西呈波浪狀逐漸上升，但構(gòu)造地勢復雜，目前尚處于初探階段[1-3].

1.2巖石物性特征

本次研究收集的研究區(qū)及鄰區(qū)各地層及各類巖石的密度資料見表1.

表1　鄂爾多斯盆地西南部地層密度參數(shù)表

從上表可以看出研究區(qū)的地層密度值從新到老呈逐漸增大趨勢.研究區(qū)內(nèi)分布有5個密度層，這些密度層的起伏及厚度變化均會引起重力值的變化.研究區(qū)不同密度的巖石侵入到與其不同密度地層之中時，常常會引起重力低.當侵入巖密度大于地層密度值時，這些巖石侵入一般會引起重力高.[4-6]

2重磁力場特征

本次研究所使用的資料為1∶50萬的重力和磁力資料.

2.1重力異常特征

由布格重力異常等值線平面圖(圖1(a))可以看出，該區(qū)的重力場特征具有明顯的分區(qū)性.研究區(qū)中部以慶城縣為中心布格重力異常宏觀為一東南向展布的斜坡狀重力高，異常值在-130~-170×10-5m/s2之間，異常幅值達40×10-5m/s2；研究區(qū)東南角為一明顯的重力高值帶，異常幅值大于40×10-5m/s2；研究區(qū)南部崇信到?jīng)艽ㄒ痪€布格重力異常為一近東西走向低緩重力高值區(qū)，異常值在-165~-180×10-5m/s2之間；研究區(qū)西南角平?jīng)鲆痪€，布格重力異常為一北東向的重力高值帶，異常值在-150~-200×10-5m/s2之間，異常幅值達50×10-5m/s2；分別在華亭、崇信西北方向形成重力低圈閉，研究區(qū)西邊德隆-固原-碳山一線為重力低值帶，該重力低值帶異常值在-170~-210×10-5m/s2之間，研究區(qū)北部預(yù)旺-吳起一線為重力低值帶，研究區(qū)東北角志丹為一低緩的重力高，異常值在-150~-170×10-5m/s2之間.

(a)西南緣布格重力異常等值線平面圖　　　　　　　　　　(b)西南緣航磁ΔT化極異常等值線平面圖圖1　鄂爾多斯西南緣布格重力異常和航磁ΔT化極異常等值線平面圖

研究區(qū)布格重力異常等值線整體趨向近NW向，以慶陽市為中心，宏觀呈近北西向.研究區(qū)內(nèi)重力高、重力低的過渡帶發(fā)育有重力梯級帶.由研究區(qū)重力場值東部高、西部低的特征，我們分析研究區(qū)基底為東部較淺，西部較深；由研究區(qū)布格重力異常等值線圈閉的重力高、重力低差異較大，推測研究區(qū)基底起伏較大，隆起與凹陷發(fā)育的比較多；由研究區(qū)內(nèi)密集分布的重力異常等值線反映的重力梯級帶判斷研究區(qū)構(gòu)造復雜，斷裂發(fā)育.在慶陽一帶重力高，這正好與中央古隆起的位置大體上對應(yīng)，為演武高丘，北部預(yù)旺-吳起一帶為一重力低值帶，為姬原剝蝕丘陵平原，志丹以東為一低緩的重力高，為子午嶺高丘.重力高值區(qū)與低值區(qū)之間發(fā)育的密集梯級帶和區(qū)內(nèi)發(fā)育的重力異常等值線同形扭曲部位，推斷該區(qū)斷裂發(fā)育、構(gòu)造復雜.

2.2航磁異常特征

圖1(b)是研究區(qū)航磁ΔT異常等值線平面圖.通常對航磁異常的解釋需要進行化磁極處理，如圖1(b)所示.由研究區(qū)航磁ΔT化極異常等值線平面圖可以看出，磁力場亦具有明顯的分區(qū)性.整個研究區(qū)ΔT異常宏觀為一北東向展布，在吳起附近形成一個磁力高圈閉，異常值大于400 nT.在研究區(qū)南部崇信、涇川附近形成閉合的磁力高圈閉，在東北方向，志丹一帶為磁力高值帶，而研究區(qū)其他三個方向均為磁力低值帶.研究區(qū)中部為一低緩的磁力高值帶，整個研究區(qū)航磁ΔT化極異常等值線以固原-慶城一線為界一分為二，以南等值線以東西向為主，以北等值線以近南北向為主.磁異常值的變化分布主要與巖漿活動、斷裂活動和磁性地質(zhì)體的分布及埋深有關(guān).研究區(qū)東北方向上姬源-吳起之間有一高磁力圈閉，幅度和強度均很大，串珠狀異常有規(guī)律地延伸，向上延拓后，等值線展布方向仍然沒有變化，深部構(gòu)造與淺部構(gòu)造方向相同，而此處重力值低而平緩，根據(jù)鄂爾多斯基底斷裂分布圖可以看到恰好位于兩條基底大斷裂之間，表明此處為古老基底斷裂.崇信-涇川一線串珠狀異常有規(guī)律地延伸，對此做向上延拓后等值線異常有所減小，但是趨勢明顯，表明引起此異常的深度較大，應(yīng)該是深大斷裂所引起的，結(jié)合其他資料可以得出是古老基地斷裂被高磁性的礦物充填所造成的.

3斷裂構(gòu)造

圖2　鄂爾多斯盆地西南緣斷裂分布圖

研究區(qū)共推斷出一級斷裂1條、二級斷裂4條、三級斷裂26條，這些斷裂按走向可明顯分為NE、近EW、近NS向和NW向等(見圖2).區(qū)內(nèi)斷裂交錯復雜，形成了以NE和NW向為主干，近EW和近NS向斜交分布的“田”字形分布的構(gòu)造特征，顯示了研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動的多期性和復雜性.主斷裂F1呈北西向、F2呈近東西向展布，規(guī)模大、延伸距離長，是主要控制盆地的大斷裂.

1)固原——青銅峽斷裂(F1).斷裂帶由南向北大致沿六盤山東麓作南北向延伸,是一條深大斷裂.從預(yù)旺到平?jīng)鰹榻媳毕蛘共?過平?jīng)鲛D(zhuǎn)為北西向.在研究區(qū)布格重力圖上顯示為南北向轉(zhuǎn)北西向的異常分界和梯級帶,其東側(cè)顯示為重力高值帶,西側(cè)顯示為重力低值帶.在航磁ΔT化極異常圖上引起的北東向高值帶存在一個明顯的梯級帶.在不同濾波尺寸剩余重力異常圖及不同半徑垂向二階導數(shù)圖上表現(xiàn)為重力高與重力低的梯級過渡帶，在重力水平總梯度圖上為極大值連線.

2)渭北隆起北緣斷裂(F2).該斷裂位于渭北隆起北緣，總體走向呈近北東向，是鄂爾多斯盆地內(nèi)構(gòu)造單元渭北隆起和陜北斜坡的分界斷裂.該斷裂為逆斷層，規(guī)模大、構(gòu)造活動性強，地表斷裂不連續(xù).在涇川附近走向東西向，往東在正寧一帶走向為北東向.在不同濾波尺寸剩余重力異常圖及不同半徑垂向二階導數(shù)圖上均表現(xiàn)為重力高與重力低的梯級過渡帶，在水平一階0°、45°、90°、135°方向?qū)?shù)圖上表現(xiàn)為正或負異常的極值連線，在重力水平總梯度圖上為極大值連線.該斷裂是中、新生代渭北隆起和鄂爾多斯盆地的分界斷裂[7~8].

4礦產(chǎn)資源與研究區(qū)內(nèi)斷裂的分布關(guān)系

鄂爾多斯盆地是中國重要的多種能源礦產(chǎn)共存盆地之一，盆地內(nèi)礦產(chǎn)資源分為有機和無機礦產(chǎn)，其中有機礦產(chǎn)包括煤、石油、煤層氣等，無機礦產(chǎn)以鈾礦為主.研究區(qū)位于盆地的西南緣，分布著大量的礦產(chǎn)資源.

在南部鎮(zhèn)原一帶斷裂切割成凹陷,分布有大量的侏羅紀煤田,盆地內(nèi)的固原凹陷是比較寬闊的深凹陷,發(fā)育有煤層,而在旁邊的平?jīng)鰯嗔亚懈钔蛊?沉積厚度較大,最厚可達3 000多米,也是油氣勘探的有利帶，在這附近已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了煤炭資源.往南有華亭斷裂，周邊分布呈凹陷,該區(qū)位于平?jīng)鲆阅?構(gòu)造線呈北西向，該區(qū)在磁力圖上顯示平緩高值，區(qū)內(nèi)下白堊統(tǒng)發(fā)育辮狀河相砂體，砂體具有一定的厚度和規(guī)模,是一個構(gòu)造變形弱發(fā)育穩(wěn)定的構(gòu)造斜坡帶；該區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，地下水補給充足,經(jīng)探測地表存在大量放射性異常,已發(fā)現(xiàn)GJW鈾礦床；此處的成礦條件好,是一個找礦潛力較大的地區(qū).

從斷裂圖中可以看出斷裂發(fā)育密集帶分布著各種資源，表明能源礦產(chǎn)的形成、演化與斷裂及其活動密切相關(guān).研究區(qū)內(nèi)斷裂控制了多種能源礦產(chǎn)的分布特征，研究區(qū)北部以油田為主，西部發(fā)育有煤礦、鈾礦，南部則分布有煤田和鈾礦,鈾礦富集受斷裂的控制，已發(fā)現(xiàn)的鈾礦表明重力梯度帶與鈾礦發(fā)育有著一定的關(guān)聯(lián)，有待進步一步的探討[9-12].

5結(jié)語

通過重磁數(shù)據(jù)綜合處理，研究鄂爾多斯盆地西南區(qū)域構(gòu)造.利用重、磁數(shù)據(jù)及其多種處理結(jié)果，進行分析解釋.綜合前人的研究成果，系統(tǒng)劃分了研究區(qū)的斷裂，主要認識和成果有以下幾個方面：

(1)研究區(qū)的重力場特征具有明顯的分區(qū)性.研究區(qū)中部以慶城縣為中心重力異常宏觀為一北東向展布的斜坡狀重力高，由東向西逐漸降低，部分地區(qū)高低相間分布，重力高值區(qū)與低值區(qū)之間發(fā)育有密集梯級帶.研究區(qū)ΔT異常宏觀為一北東向展布，在吳起、崇信、涇川附近形成三個磁力高圈閉，整個研究區(qū)航磁ΔT化極異常等值線以固原-慶城一線為界一分為二，以南等值線以近東西向為主，以北等值線以近南北向為主.

(2)研究區(qū)共推斷出一級斷裂1條、二級斷裂4條、三級斷裂26條，這些斷裂按走向可明顯分為北東向、近東西向、近南北向和北西向等.區(qū)內(nèi)斷裂交錯復雜，顯示了研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動的多期性和復雜性.

(3)研究區(qū)斷裂控制著多種能源礦產(chǎn)的分布，區(qū)內(nèi)固原凹陷和平?jīng)鐾蛊鹬猩缛B系沉積厚度大、烴源巖豐富，可能是尋找三疊系延長組油頁巖層勘探目標的有利帶.華亭凹陷成礦條件好,找礦潛力較大.已發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)資源分布表明重力梯度帶與鈾礦發(fā)育有著一定的關(guān)聯(lián)，有待進一步的探討.

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[責任編輯仲圓]

Research on the Characteristics of Gravity and Magnetic Fieldin the Southwest Margin of the Ordos Basin

MA Xiao-lei

( School of Earth Sciences and Engineering, Xi’an Shiyou University, Xi’an 710065, China )

Abstract：Based on the gravity and magnetic data in the southwest margin of the Ordos basin, and combined the geological, rock physical properties and previous research results, the gravity and magnetic anomaly of the study area were systematically studied. The characteristics of the gravity field and magnetic field and its cause were analyzed, and the fault system of the study area was concluded, and the relationship between the gravity anomaly, the magnetic anomaly and the fracture in this area were discussed. All of above will provide reference for further exploration and development of resources in this area.

Key words：area of the southwest margin of the Ordos basin; gravity and magnetic anomaly; fracture structure

中圖分類號：TE121.2

文獻標志碼：A

作者簡介：馬小雷(1988—)，男，陜西延安人，西安石油大學地球科學與工程學院碩士研究生，主要從事應(yīng)用地球物理研究.

收稿日期：2015-01-20

文章編號：1008-5564(2016)01-0079-05