內(nèi)蒙古區(qū)域重力場特征研究

蘇美霞+范亞麗+孫會玲+吳艷君

摘要：內(nèi)蒙古區(qū)域重力場分為東、中、西三大部分，大興安嶺及其以東地區(qū)為鏡像異常區(qū)，山體重力低，平原區(qū)重力高，艾里模式成立；大興安嶺到寶音圖—巴彥烏拉山—雅布賴山—阿爾騰山為內(nèi)蒙中部區(qū)，山形異常區(qū)，山體重力高，平原區(qū)重力低，普拉特模式成立；寶音圖—巴彥烏拉山—阿爾騰山以西為內(nèi)蒙西部區(qū)，亦為山形異常區(qū)，山體重力高，平原區(qū)重力低，普拉特模式成立。

關(guān)鍵詞：區(qū)域重力場；鏡像異常；山形異常；艾里模式；普拉特模式

內(nèi)蒙古重力場總體展布特征，明顯地反映出東、中、西三部分格局。東部區(qū)重力場以北東向帶狀展布為主要特征；中部區(qū)重力場以東西方向上的分塊、南北方向上的分帶為特征；西部區(qū)重力場以南北方向上的分帶、東西方向上的分塊為特征。

1.大興安嶺及其以東地區(qū)

內(nèi)蒙東部區(qū)的大興安嶺是松遼大型移置體和內(nèi)蒙古板塊擠壓碰撞活動的產(chǎn)物[1]，第三紀(jì)以后，由于松遼和蒙古板塊擠壓碰撞活動逐漸增強，導(dǎo)致大興安嶺山體迅速抬升[1]，形成內(nèi)蒙東部區(qū)北東向的構(gòu)造格局。

與內(nèi)蒙全區(qū)相比，東部區(qū)總體反映為相對重力高值區(qū)。區(qū)域剩余重力異?？傮w展布方向受區(qū)域構(gòu)造控制，呈北東向，沿大興安嶺一線存在一明顯的北東向展布的巨型重力梯級帶（見圖1）。

該區(qū)域從東到西區(qū)域剩余重力異常呈波浪式過渡趨勢，重力高低變化為：東部的松遼盆地東側(cè)長白山系（完達(dá)山、張廣才嶺、老爺嶺、威虎嶺、吉林哈達(dá)嶺、龍崗山、老嶺、千山等，在內(nèi)蒙古境外以東地區(qū)）是重力相對低值區(qū)；松遼盆地為重力相對高值區(qū)；向西，在大興安嶺東緣及至大興安嶺主脊部位為重力相對低值區(qū)；大興安嶺以西，海拉爾盆地區(qū)為重力相對高值區(qū)；額爾古納地區(qū)為重力相對低值區(qū)?？傮w而言呈現(xiàn)為長白山系重力低—松遼盆地重力高—大興安嶺重力低—海拉爾盆地重力高—額爾古納重力低。而地形則出現(xiàn)相反的情況，海拔高度變化為：長白山系（高）—松遼盆地（低）—大興安嶺（高）—海拉爾盆地（低）～額爾古納地區(qū)（高）。即相鄰地區(qū)地形低，重力場值則高，而地形高，重力場值則低。也就是山體重力低，平原區(qū)重力高，具備典型的鏡像異常特征。

該區(qū)域的莫霍面深度（地幔深度）深淺變化為：平原區(qū)莫霍面淺，地幔上凸，山區(qū)莫霍面深，地幔下凹，有山根和反山根（見圖2）。顯然鏡像異常與莫霍面的起伏變化具有內(nèi)在聯(lián)系。

內(nèi)蒙東部區(qū)松遼盆地、海拉爾盆地有巨厚的中新生界沉積。大興安嶺主脊部位和額爾古納一帶是酸性花崗巖的分布區(qū)。酸性花崗巖的密度值一般低于古生界、元古界、太古界老地層的密度值，與中生界地層的密度值接近或略低，高于新生界地層的密度值。

那么有中新生界低密度巨厚沉積物的松遼盆地區(qū)、海拉爾盆地區(qū)呈現(xiàn)重力高異常，顯然與該區(qū)域地幔呈隆起狀態(tài)有關(guān)；大興安嶺，雖分布有密度較中新生界沉積物高的酸性花崗巖，重力異常卻隨山體增高，其值降低，形成著名的大興安嶺梯級帶，這與該區(qū)域地幔深度逐漸變深有關(guān)。大興安嶺巨型梯級帶，對應(yīng)幔坡區(qū)（見圖1、圖2）。所以認(rèn)為這一地區(qū)的布格重力異常高低變化趨勢及其鏡像異常特征與地幔（莫霍面）深度變化有關(guān)，同時，也與地殼內(nèi)物質(zhì)密度不均勻有關(guān)。

內(nèi)蒙東部區(qū)大興安嶺重力低，松遼盆地重力高，是最具代表性的鏡像異常。利用鏡像異常的補償模式（見圖3），可解釋其地質(zhì)起因：

大興安嶺地殼平均密度（σ0）為2.82g/cm3，平均厚度（h0）43km，松遼平原地殼平均密度（σ1）2.75g/cm3，平均厚度（h1） 35km，顯然就地殼異常質(zhì)量而言大興安嶺高于松遼盆地。但是大興安嶺莫霍面下凹，造成8km厚的山根，松遼平原莫霍面上凸，形成8km厚的反山根，這一區(qū)域地幔物質(zhì)密度（σM）為3.30g/cm3，8km厚的山根和反山根密度差大于0.40g/cm3。那么在43km厚的尺度上，松遼平原巖石圈異常質(zhì)量必然遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大興安嶺異常質(zhì)量，所以出現(xiàn)松遼平原重力高（10～30×10-5m/s2），大興安嶺重力低（-80～-140×10-5m/s2）[1]（見圖3）。由于物質(zhì)密度地幔明顯高于地殼，可見地幔的起伏是影響布格重力異常的高低變化的重要因素。另外在莫霍面之下的地幔物質(zhì)也是有差異的，大興安嶺、松遼平原相應(yīng)區(qū)域莫霍面之下，地震波速（Vp）分別為8.0km/s～8.1km/s和8.2km/s～8.3km/s，利用地震波速推算其密度分別為3.28g/cm3和3.35g/cm3。這樣在43km之下，地幔因素對地表重力分布的影響，松遼平原也比大興安嶺來得大些。正是由于地幔起伏及幔內(nèi)物質(zhì)密度差異，最終形成松遼平原比大興安嶺相對重力高出80～140×10-5m/s2的現(xiàn)象，亦是形成鏡像異常之內(nèi)因。

長白山系、額爾古納與大興安嶺相同，均為重力低異常區(qū)，莫霍面拗陷，山體有山根（地殼物質(zhì)）；海拉爾盆地區(qū)與松遼盆地區(qū)相同，均顯示為重力高異常區(qū)，莫霍面隆起，有反山根（地幔物質(zhì)），均是典型的鏡像異常區(qū)。

大興安嶺以東地區(qū)，是中生代構(gòu)造區(qū)，松遼大型移置體是前寒武古板塊在中生代移置到現(xiàn)代構(gòu)造位置的[1]。松遼西緣形成大興安嶺、松遼東緣形成長白山系、松遼北緣形成小興安嶺。大興安嶺以西海拉爾盆地基底，亦是前寒武紀(jì)陸塊，是早古生代移置到現(xiàn)當(dāng)代構(gòu)造位置的中型移置體[1]。前寒武陸塊為高密度體，可見以上地殼結(jié)構(gòu)特征也是內(nèi)蒙古東部區(qū)形成鏡像異常的重要因素。

內(nèi)蒙古東部區(qū)是全國典型的鏡像異常區(qū)，山體重力低平原區(qū)重力高，存在山根和反山根，艾里模式成立。該區(qū)域斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，主體呈北東向展布，包括得爾布爾斷裂、鄂倫春—伊列克得斷裂、嫩江—白城—八里罕斷裂、大興安嶺—林西—多倫斷裂、大興安嶺西緣斷裂等一系列北東向斷裂；區(qū)內(nèi)巖漿活動尤為強烈，中生代火山巖、侵入巖廣布，在大興安嶺中段及南段存在的區(qū)域重力低（見圖1），與相應(yīng)區(qū)域發(fā)育的構(gòu)造巖漿巖帶有關(guān)。一系列北東向斷裂及構(gòu)造巖漿巖帶對內(nèi)外生礦產(chǎn)的形成有重要意義。

2.內(nèi)蒙古中部區(qū)

內(nèi)蒙古中部區(qū)，大興安嶺以西至寶音圖—巴彥烏拉山地區(qū)。位于西伯利亞板塊與華北板塊復(fù)合縫合帶分布區(qū)，北側(cè)為西伯利亞板塊南緣，南為華北板塊北緣。重力場呈近東西向展布，且與航磁異常的方向基本一致。布格重力異常值，從北向南呈波浪式高低高低帶狀變化趨勢，南北向分帶特征明顯（見圖4），總體分布規(guī)律如下：

大致以蘇尼特右旗—錫林浩特一線為界，其北區(qū)域剩余重力異常反映為重力高異常帶；烏拉特后旗—達(dá)茂旗—鑲黃旗—多倫為重力低值帶；狼山—色爾騰山—烏拉山—大青山為重力高值帶；臨河—包頭—呼和浩特為重力低值帶；東勝—清水河—豐鎮(zhèn)為重力高值帶；鄂托克旗—烏審旗為重力低值帶。對應(yīng)的地形高程變化趨勢與重力異常的高低變化一致，即重力異常高的區(qū)域，地形高程也相對高，重力異常低的區(qū)域，地形高程也相對低?？傮w而言內(nèi)蒙中部區(qū)為山區(qū)重力高，平原區(qū)重力低的山形異常區(qū)。

內(nèi)蒙古中部地區(qū)，南側(cè)區(qū)域重力高場區(qū)基本上與華北地臺區(qū)太古界基底相對應(yīng)；北側(cè)區(qū)域重力高場區(qū)基本上位于北緯42°線以北地區(qū)，與元古代陸塊區(qū)相對應(yīng)，重力值強度與南側(cè)相當(dāng)，地表有前寒武老地層出露，故推斷該帶重力高為前寒武基底隆起所致。在南北兩側(cè)區(qū)域重力高場區(qū)之間的近東西向重力低值帶為花崗巖帶和中新生界的盆地群引起[2]。

陰山山系，從西至東為巴彥烏拉山、狼山、色爾騰山、渣爾泰山、烏拉山、大青山、大馬群山、七老圖上、努魯爾虎上等，是北側(cè)元古代陸塊與南側(cè)華北陸塊北緣擠壓碰撞活動的產(chǎn)物，區(qū)域上形成重力高值帶。吉蘭泰—河套—呼包平原重力低，沉積了巨厚的中新生界沉積物，對應(yīng)重力低值區(qū)。以上兩個重力高低異常區(qū)亦是內(nèi)蒙中部區(qū)典型的山形異常區(qū)，山區(qū)重力高，平原區(qū)重力低，普拉特模式成立：

利用土右旗到達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗布格重力異常與高程變化的對應(yīng)關(guān)系建立了山形異常補償模式（見圖5、圖6）。該區(qū)域莫霍面平緩，重力值高低主要與殼內(nèi)物質(zhì)密度差異有關(guān)。由圖可見土默特右旗重力低與呼包盆地相對應(yīng)，亦為巨厚的低密度中新生代沉積所引起。達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗重力低對應(yīng)白云鄂博群分布區(qū)，系為古生代巨厚型花崗巖帶所引起的。上述兩重力低之間的重力高，與大青山相對應(yīng)，系為高密度的太古界隆起所致。

大青山區(qū)有一個平均厚1.25km的高山山體（太古代，密度2.74g/m3）；呼包平原有一層巨厚的平均2.5km厚的中新生界蓋層（平均密度2.30g/m3），其基底亦為太古界。大青山區(qū)和呼包平原區(qū)莫霍面平緩，綜上可見大青山區(qū)地殼異常質(zhì)量遠(yuǎn)比呼包平原區(qū)地殼異常質(zhì)量大的多。顯然這一地區(qū)地幔因素對地表重力分布的影響大致相同，地殼內(nèi)部密度不均勻是重力異常不同的主要原因。所以重力異常特征表現(xiàn)為大青山區(qū)重力高，呼包平原重力低的山形異常（圖6），普拉特模式成立。

整個內(nèi)蒙中部區(qū)，重力場為山區(qū)重力高，平原區(qū)重力低的山形異常區(qū)，普拉特模式成立。與河北、山西、陜西相似。這些地區(qū)莫霍面較平緩，深度變化不大。所以區(qū)域上地幔密度變化的影響較小，布格重力異常的變化主要是地殼內(nèi)物質(zhì)密度不均勻引起，與大興安嶺和松遼盆地的鏡像異常區(qū)完全相反。

綜上所述，內(nèi)蒙中部區(qū)重力場的展布特征，不僅反映了中新生代以來殼幔均衡補償作用對本區(qū)的影響，也較清晰地顯示出了古構(gòu)造-東西向構(gòu)造和弧形構(gòu)造的痕跡。區(qū)內(nèi)發(fā)育的東西向構(gòu)造為該區(qū)的主體構(gòu)造體系，主要包括二連—東烏旗斷裂、溫都爾廟—西拉木倫河斷裂、索倫山—巴林右旗斷裂、艾里格廟—錫林浩特斷裂、臨河—集寧斷裂、烏拉特前旗—固陽斷裂、烏拉特前旗—呼和浩特斷裂、四子王旗斷裂、鄂爾多斯盆地北緣斷裂、岱海北側(cè)斷裂等。以上東西向構(gòu)造的形成與發(fā)展與本區(qū)大地構(gòu)造演化有密切的關(guān)系，對不同時期的沉積構(gòu)造、巖漿活動、變質(zhì)作用和礦產(chǎn)的形成，具有明顯的推動作用。陰山山系是南北古陸塊擠壓碰撞的產(chǎn)物，為區(qū)域重力高值帶，該區(qū)域是鐵、金、銅、鉛鋅等多金屬礦的重要成礦區(qū)域。

3.內(nèi)蒙古西部地區(qū)

內(nèi)蒙西部區(qū)，指寶音圖—巴彥烏拉山—雅布賴山—阿爾騰山以西地區(qū)，該區(qū)應(yīng)為阿拉善元古代陸塊區(qū)：巴彥烏拉山—阿爾騰山是華北太古代陸塊與阿拉善元古代陸塊擠壓碰撞活動的產(chǎn)物；額濟納旗—珠斯楞—烏蘭呼海為前寒武基底分布和隆起區(qū)；哈利山—龍首山是甘肅陸塊與阿拉善陸塊擠壓碰撞活動形成的，由前寒武變質(zhì)巖組成，亦為元古代陸塊；整個巴丹吉林或阿拉善右旗為前寒武基底分布區(qū)，所以也應(yīng)為元古代陸塊。

內(nèi)蒙西部區(qū)區(qū)域剩余重力異?？傮w走向自西向東由北西西向轉(zhuǎn)為近東西向，區(qū)域剩余重力異常值自北向南呈波浪式下降趨勢（見圖7）。布格重力異常值額濟納旗一帶為-140×10-5m/s2，至龍首山一帶為-240×10-5m/s2。地震測深和大地電磁測深表明，額濟納旗一帶地殼厚度為50km，而龍首山一帶地殼厚度約56km（見圖2）。從北向南地殼厚度變化6km。區(qū)域重力場自北向南遞減，正是反映了地殼厚度自北向南逐漸增厚的變化特征。另外，莫霍面相差6km深度不足以引起-100×10-5m/s2的重力差值。額濟納旗一帶的區(qū)域重力高，除莫霍面相對變淺因素外，有高密度的前寒武基底存在并隆起的影響也是重要原因。

寶音圖—巴彥烏拉山—雅布賴山以西地區(qū)亦為山形異常區(qū)，區(qū)域剩余重力異常呈北西向展布。額濟納旗-珠斯楞—烏蘭呼海，為重力高值帶；石板井—湖西新村—巴彥諾爾公，為重力低值帶；紅柳大泉—阿拉善右旗—溫都爾圖布亦為重力低值帶。從地形高程看，比較而言，重力異常較高地段，地形高程也較高，重力異常較低地段，地形高程也較低。即山區(qū)重力高，平原區(qū)重力低，亦為山形異常區(qū)。如巴彥烏拉山，布格重力異常值為-140～-150×10-5m/s2；吉蘭泰平原區(qū)為-190～-200×10-5m/s2；龍首山區(qū)為-200×10-5m/ s2，阿拉善右旗平原為-270×10-5m/s2，為重力低區(qū)域，相鄰地區(qū)，均表現(xiàn)為山區(qū)重力高，平原區(qū)重力低，具備山形異常的特點。

綜上可見，內(nèi)蒙西部區(qū)，區(qū)域重力場變化與莫霍面深度變化有關(guān)，自北向南莫霍面漸深，所以布格重力異常自北向南重力值呈降低趨勢。但局部區(qū)域，莫霍面的深度變化不大，重力異常的變化主要與殼內(nèi)物質(zhì)密度分布不均勻有關(guān)，相鄰地區(qū)形成山體重力高，平原區(qū)重力低的山形異常，與鄰區(qū)甘肅、寧夏相同。

內(nèi)蒙古西部地區(qū)，額濟納旗斷裂、橫巒山—烏蘭浩海斷裂、阿拉善斷裂、巴丹吉林?jǐn)嗔选Ⅱv格里斷裂等北西向和近東西向斷裂是阿拉善元古代陸塊區(qū)的主要斷裂構(gòu)造，對巖漿活動和內(nèi)外生礦產(chǎn)的形成有重要意義。

4.結(jié)論

①內(nèi)蒙古東部為鏡像異常區(qū)，山體重力低，有山根，平原區(qū)重力高，有反山根，艾里模式成立。重力高低變化與地幔上凸和下凹密切相關(guān)。

②內(nèi)蒙中部區(qū)為山形異常區(qū)，莫霍面平緩，山體重力高，平原區(qū)重力低，無山根，普拉特模式成立。重力高低主要是殼內(nèi)物質(zhì)不均勻引起，

③內(nèi)蒙西部區(qū)，局部區(qū)域，莫霍面埋深變化小，相鄰地段山體重力高，平原區(qū)重力低，具備山形異常的特點，重力高低主要與殼內(nèi)物質(zhì)密度有關(guān)。區(qū)域上從北到南重力值總體呈下降趨勢，莫霍面埋深由南到北由50km漸變?yōu)?6km，重力場區(qū)域變化特征主要與莫霍面埋深有關(guān)。

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