重力剖面反演萊陽(yáng)南凹陷深度

董健

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東省土地質(zhì)量地球化學(xué)與污染防治工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250013)

萊陽(yáng)南凹陷屬于萊陽(yáng)盆地的一部分，很多學(xué)者在此區(qū)域開(kāi)展過(guò)不同程度的地質(zhì)勘查工作，取得了豐富的地質(zhì)成果，對(duì)凹陷的沉積演化過(guò)程有了相對(duì)一致的認(rèn)識(shí)，但是對(duì)該區(qū)中生界沉積厚度有著不同的介紹[1-6]。重力測(cè)量作為受外界干擾最小的一種地球物理勘探方法，數(shù)據(jù)采集質(zhì)量可靠，在地殼深部構(gòu)造研究、覆蓋區(qū)的地質(zhì)填圖、基底起伏形態(tài)分析等方面發(fā)揮了其優(yōu)勢(shì)，取得了不少科技成果[7-20]。該文以“山東1∶5萬(wàn)夏甸、河頭店、日莊、萊陽(yáng)市幅區(qū)域地質(zhì)綜合調(diào)查”項(xiàng)目為依托，以區(qū)內(nèi)地層巖性密度資料為基礎(chǔ)對(duì)重力剖面進(jìn)行正反演擬合計(jì)算，推斷萊陽(yáng)南凹陷深度，然后用可控源音頻大地電磁測(cè)深(CSAMT)剖面進(jìn)行驗(yàn)證，從重、電角度解釋萊陽(yáng)南凹陷的中生界沉積厚度。

1 地質(zhì)概況

萊陽(yáng)南凹陷位于山東省萊陽(yáng)地區(qū)，南側(cè)以金崗口斷裂為界與荊山凸起相接，北側(cè)以角度不整合面與膠北斷隆相接，西側(cè)邊界為周格莊西斷裂，向東出調(diào)查區(qū)，區(qū)內(nèi)地層簡(jiǎn)單(圖1)。凹陷內(nèi)部被白堊紀(jì)地層所覆蓋，為一套陸相沉積地層，從下到上依次為萊陽(yáng)群、青山群、王氏群(1)山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東1∶5萬(wàn)萊陽(yáng)市、萬(wàn)第、姜山、行村幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，2010年。。

1—沂河組；2—臨沂組；3—黑土湖組；4—山前組；5—王氏群；6—石前莊組；7—八畝地組；8—后夼組；9—萊陽(yáng)群；10—荊山群；11—唐家莊巖群；12—王氏期潛玄武巖；13—石前莊期潛流紋斑巖；14—石前莊期潛英安斑巖；15—棲霞片麻巖套圖1 測(cè)區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(2)山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東1∶5萬(wàn)萊陽(yáng)市、萬(wàn)第、姜山、行村幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，2010年。

萊陽(yáng)群為一套河湖相沉積的陸緣碎屑巖建造，下部為止鳳莊組巖性為灰紫色、灰綠色砂礫巖、礫巖夾紫色泥質(zhì)粉砂巖的洪積扇相的粗碎屑巖建造；中下部為水南組灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、頁(yè)巖夾微晶灰?guī)r的湖相沉積的細(xì)碎屑巖沉積建造；上部為龍旺莊組巖性為湖前三角洲相的泥質(zhì)粉砂巖、長(zhǎng)石砂巖；頂部為曲格莊組，具有典型的河流相沉積的二元結(jié)構(gòu)，巖性為砂礫巖、砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。青山群是火山噴發(fā)形成的一套火山巖系，主要巖性為中酸性及中—基性火山巖夾火山-沉積相的砂巖、砂礫巖等。王氏群為陸源碎屑沉積建造，由早期山麓沖積的砂礫巖、礫巖(林家莊組)—中期淺湖相沉積的雜色泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖、泥巖(辛格莊組)—晚期泛濫盆地沉積的砂礫石巖、泥質(zhì)粉砂巖(紅土崖組)—末期的的河流相沉積的含礫中粗粒長(zhǎng)石砂巖、含礫泥質(zhì)粉砂巖及

紫紅色粉砂巖(金崗口組)組合而成。

凹陷南北側(cè)出露古元古代荊山群變質(zhì)巖地層，西北側(cè)出露棲霞超單元片麻巖套，基底為元古代的變質(zhì)巖系。

2 地球物理特征

2.1 巖石物性

表1統(tǒng)計(jì)了該區(qū)地層的密度、電阻率參數(shù)，巖石的物性資料是進(jìn)行正反演計(jì)算的基礎(chǔ)，也是利用重、電數(shù)據(jù)資料劃分地層并進(jìn)行解釋的前提。

從該表可以看出：白堊系與荊山群之間存在約0.18～0.23(單位：×103kg/m3，下同)的密度差，當(dāng)其相互接觸時(shí)，可形成明顯的密度界面，在重力場(chǎng)上會(huì)有明顯的反映，形成重力低和重力高異常；區(qū)內(nèi)自上而下大致可劃分為三大電性層，上部為第四系的黏土和白堊紀(jì)王氏群粉砂巖、泥巖等相對(duì)低阻電性層，平均電阻率100Ω·m左右，中部為白堊紀(jì)青山群火山角礫巖、凝灰?guī)r和萊陽(yáng)群砂礫巖等組合而成的相對(duì)中阻電性層，平均電阻率在幾千Ω·m，下部古元古代荊山群黑云變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖等變質(zhì)巖一般呈相對(duì)高阻電性特征，電阻率達(dá)數(shù)萬(wàn)Ω·m。這種客觀存在的密度、電阻率差異，為開(kāi)展重力勘探、電法勘探提供了地球物理前提。

2.2 重力場(chǎng)特征

圖2為測(cè)區(qū)布格重力異常圖，可以看出：萊陽(yáng)南凹陷反映為西寬東窄的重力低值閉合異常區(qū)，整體呈近EW向展布；該低值區(qū)形態(tài)開(kāi)闊，區(qū)內(nèi)有3個(gè)低值異常中心，東邊兩個(gè)強(qiáng)度相當(dāng)，封閉成長(zhǎng)軸為近EW向的橢圓狀，西邊重力低異常強(qiáng)度較大，受周格莊西斷裂圍限影響，呈NNW向分布，異常中心封閉成近平行四邊形；布格重力低值中心對(duì)應(yīng)沉積中心，從等值線圈閉的低值范圍看，周格莊東北中生界凹陷范圍最大。

3 重力剖面反演

3.1 重力剖面推斷解釋

為了查明萊陽(yáng)南凹陷的空間分布形態(tài)，穿過(guò)布格重力異常中心及周?chē)荚O(shè)了五條重磁剖面加以控制，編號(hào)從西到東依次為HL1～HL5(圖2)，剖面長(zhǎng)度均為25km。利用RGIS2014軟件依據(jù)表1統(tǒng)計(jì)的物性參數(shù)，采用二度半體模型模擬地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)，用模型引起的重力理論異常與實(shí)測(cè)異常相比較，通過(guò)逐步修改地質(zhì)-數(shù)學(xué)模型，使理論異常與實(shí)測(cè)異常相擬合來(lái)實(shí)現(xiàn)，以求得地下地質(zhì)體的幾何形態(tài)。結(jié)合地質(zhì)資料不斷修改地質(zhì)模型，達(dá)到正演異常與實(shí)測(cè)重力異常的最佳擬合，這樣就完成了對(duì)重力剖面數(shù)據(jù)的2.5D正反演計(jì)算，推測(cè)地下地質(zhì)體的產(chǎn)狀、形態(tài)，以對(duì)萊陽(yáng)南凹陷的基底形態(tài)做詳細(xì)分析。

將荊山群平均密度取2.75，中生界平均密度取2.55，棲霞超單元平均密度取2.68，對(duì)五條剖面分別進(jìn)行了正演擬合計(jì)算，擬合后重力理論計(jì)算曲線與實(shí)測(cè)曲線基本重合(圖3)。圖3a～3e上部為布格重力異常曲線擬合結(jié)果，下部為推斷地質(zhì)剖面。

圖3中a～e分別對(duì)應(yīng)HL1～HL5剖面。從△g曲線特征看，剖面均反映為中間低兩頭高的曲線形態(tài)，重力低反映了中生界凹陷，南部重力高反映了荊山群凸起。HL1剖面曲線底部延伸較寬，幾乎為直線段，反映了中生界凹陷最深處南北延伸較大；北部重力高反映了棲霞超單元，與中生界地層以斷裂(F30)形式接觸，傾角82°左右；南部與荊山群地層以斷裂(F18)形式相交，傾角69°左右。HL2剖面曲線底部有所變窄，拐點(diǎn)漸漸出現(xiàn)，反映了中生界凹陷最深處南北延伸縮小；曲線在20～22km段走平，推測(cè)兩端有斷裂(F53，F(xiàn)54)存在，傾角82°左右，該段為矩形凹陷；北部重力高為荊山群和棲霞超單元共同的反映；南部邊界為F32(金崗口)斷裂，傾角50°左右。HL3～HL5剖面底部出現(xiàn)拐點(diǎn)，幾乎呈“√”形展布，反映了中生界凹陷最深處南北延伸已變得很小；北側(cè)曲線平緩上升，推測(cè)為向S傾的平緩的不整合界面，傾角為20°～10°，由西向東逐漸減?。槐辈康闹亓Ω呔从沉饲G山群凸起；南部邊界為F32(金崗口)斷裂，總體走向85°，斷面N傾，傾角50°～60°左右，由西向東角度增加。

表1 測(cè)區(qū)地層巖石密度、電阻率參數(shù)統(tǒng)計(jì)

1—居民地；2—布格重力異常等值線及標(biāo)注(10-5m/s2)；3—重力剖面；4—推斷斷裂圖2 測(cè)區(qū)布格重力異常圖

1—實(shí)測(cè)重力異常曲線；2—擬合重力異常曲線；3—地形線；4—推斷斷裂；5—推斷地層界線；6—中生代地層；7—荊山群；8—棲霞超單元圖3 重力剖面推斷解釋成果圖

3.2 萊陽(yáng)南凹陷三維空間分布形態(tài)推斷解釋

根據(jù)HL1～HL5剖面的正演計(jì)算模型，結(jié)合布格重力異常圖，對(duì)萊陽(yáng)盆地三維空間分布形態(tài)做了大致推斷，見(jiàn)圖4(前視圖定義為由南往北方向)。綜合分析得出：萊陽(yáng)盆地為一南厚北薄，西厚東薄的中生界凹陷，覆蓋于元古代老地層之上，盆地內(nèi)中生界最大厚度在4km左右，西部周格莊地區(qū)南北凹陷范圍最大，并且整體凹陷最深，盆底南北延伸達(dá)8km以上；凹陷南部中生界厚度基本一致，往北逐漸變薄，而且越往東變薄的速率越快，從馮格莊往東盆底南北延伸距離減少至3km左右，到東部泉水地區(qū)凹陷深度變得很淺，其北部出露的中生界只是覆蓋于元古代地層之上的薄層(圖5)。

圖4 萊陽(yáng)南凹陷三維空間分布形態(tài)圖(a—前視圖；b—后視圖；c—左視圖；d—右視圖)

圖5 萊陽(yáng)南凹陷三維切片圖

4 CSAMT剖面驗(yàn)證

根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦?、地質(zhì)條件，選取HL4剖面南部10km長(zhǎng)度做了可控源音頻大地電磁測(cè)深(CSAMT)測(cè)量工作，其起始點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)HL4重磁剖面上的3.675km處，該剖面的CSAMT視電阻率反演斷面圖見(jiàn)圖6。

1—視電阻率等值線及標(biāo)注；2—推斷斷裂及編號(hào)；3—推斷地層界線；4—白堊紀(jì)王氏群；5—白堊紀(jì)青山群；6—白堊紀(jì)萊陽(yáng)群；7—荊山群圖6 HL4綜合剖面圖(a.布格重力異常曲線；b.CSAMT視電阻率斷面圖；c.推斷地質(zhì)剖面)

由圖6可以看出：剖面橫向上呈現(xiàn)南高北低的電性特征，符合實(shí)際地質(zhì)情況，即83675～85600號(hào)點(diǎn)之間為“塊狀體”高阻電性特征，視電阻率值一般大于1000Ω·m，對(duì)應(yīng)著區(qū)內(nèi)荊山群變質(zhì)巖地層，巖性以黑云變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖為主；85600～93675號(hào)點(diǎn)之間標(biāo)高-2600m以淺區(qū)域呈相對(duì)低阻電性特征，視電阻率值一般小于500Ω·m，視電阻率等值線稀疏寬緩，對(duì)應(yīng)著區(qū)內(nèi)白堊系王氏群地層，巖性以砂巖、砂礫巖、泥巖為主；85600～93675號(hào)點(diǎn)之間標(biāo)高-2600m至標(biāo)高-4200m深部范圍內(nèi)呈相對(duì)中高阻電性特征，視電阻率值一般大于500Ω·m，且與上部低阻電性層之間存在明顯的等值線梯級(jí)帶，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)資料及其電性特征，推斷該中高阻電性層為白堊紀(jì)青山群、萊陽(yáng)群地層，青山群地層為高阻電性層，與上覆地層之間存在明顯的電性差異，可作為電性標(biāo)志層，而下部的萊陽(yáng)群地層為相對(duì)低阻電性層，因此，垂向上電性層存在間斷現(xiàn)象；85600～93675號(hào)點(diǎn)之間標(biāo)高-4200m至標(biāo)高-6000m深部范圍內(nèi)呈相對(duì)高阻電性特征，且該電性層視電阻率值普遍大于1000Ω·m，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)資料及其電性特征，推斷該電性層為荊山群變質(zhì)巖地層，與上覆地層之間呈角度不整合接觸。

綜上所述，CSAMT剖面視電阻率反演斷面顯現(xiàn)出很好的分層性，中生界最大沉積厚度在4300m左右，與重力剖面推斷解釋結(jié)果基本一致。從而也以電性的角度驗(yàn)證了重力剖面解釋推斷的有效性。

5 結(jié)論

隨著社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)化程度不斷提高，外部干擾因素越來(lái)越多，對(duì)地球物理勘探工作提出了更高的要求，尤其在東部發(fā)達(dá)地區(qū)，多種傳統(tǒng)的物探方法數(shù)據(jù)采集比較困難，有時(shí)候甚至無(wú)法完成既定的目的任務(wù)。重力測(cè)量作為一種受外界干擾較小的地球物理勘探方法，有其獨(dú)特的優(yōu)越性，在覆蓋區(qū)的地質(zhì)填圖中應(yīng)受到足夠的重視。

該文運(yùn)用重力剖面反演萊陽(yáng)南凹陷沉積厚度，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠，可為該區(qū)地質(zhì)填圖工作提供一定的依據(jù)。