長江中下游成礦帶宣城礦集區(qū)重磁場特征與找礦啟示*

陳安國，周濤發(fā)，劉東甲，杜建國，蘭學(xué)毅，郭 冬

（1 合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽合肥 230009；2 安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽合肥 230001；3 安徽省礦產(chǎn)資源與礦山環(huán)境工程技術(shù)研究中心，安徽合肥 230009；4 安徽省勘查技術(shù)院，安徽合肥 230031）

宣城礦集區(qū)位于長江中下游成礦帶東段的安徽省南陵-宣城盆地，是長江中下游成礦帶新一輪找礦工作的重點勘查區(qū)。為了進一步研究地殼精細結(jié)構(gòu)與控礦背景，評價深部礦產(chǎn)資源潛力。國家重點研發(fā)計劃項目“華南陸內(nèi)成礦系統(tǒng)的深部過程與物質(zhì)響應(yīng)”在宣城地區(qū)開展了綜合地球物理探測工作，實施多條反射地震剖面、大地電磁測深剖面和高精度重磁測量，開展典型礦床成礦模式研究。其中，對大比例尺的重磁觀測數(shù)據(jù)開展位場分離與三維反演工作，是推動金屬礦產(chǎn)資源500～2000 m“第二深度空間”（滕吉文等，2007）找礦的較為經(jīng)濟有效的地球物理方法。

重磁異常是地下介質(zhì)的不均勻分布的反映，觀測的重磁異常數(shù)據(jù)中包含了從地表到深部的地下介質(zhì)不均勻分布引起的各種響應(yīng)。由實測重磁異常反演解釋地下結(jié)構(gòu)，首先必須從各種疊加異常中分離出目標地質(zhì)體引起的異常，然而，從疊加重磁異常中分離出某個或多個地質(zhì)體引起的異常，十分困難。傳統(tǒng)的位場分離方法如多項式擬合法（Al-Zoubi et al.,2013）、延拓法（Jacobsen,1987; Pawlowski,1995）、最小曲率法（Briggs,1974; 紀曉琳等，2015）、匹配濾波法（Spector et al.,1970）等，一般是將位場二分為區(qū)域場和局部場，無法將位場進一步細分。近年來出現(xiàn)的小波多尺度分解（Fedi et al.,1998）、優(yōu)化濾波（郭良輝等，2012）等方法，突破了傳統(tǒng)位場分離將異常場二分的局限。

通過重磁異常的三維反演技術(shù)對地質(zhì)體的三維形態(tài)進行研究，目前主要是最優(yōu)化反演法（Li et al.,1996;1998），通過位場分層分離技術(shù)（徐世浙等，2009）和改進的波數(shù)域迭代向下延拓方法（劉東甲等，2009）在重磁三維反演方面也取得了進展。重磁位場分離和三維反演技術(shù)在深部找礦和深部構(gòu)造研究中，取得了顯著的效果。Pawlowski（1994）使用格林等效層理論構(gòu)建優(yōu)選延拓因子，得到Paradox盆地的北西向鹽丘褶皺構(gòu)造。劉天佑等（2007）以大冶鐵礦為例，將磁異常進行小波多尺度分解，結(jié)合譜分析解釋深部盲礦體，經(jīng)鉆孔查驗發(fā)現(xiàn)深部的磁鐵礦體。嚴加永等（2014）對安徽沙溪地區(qū)的重磁資料開展位場分離和三維巖性反演，提出了尋找斑巖型銅金礦的有利地段。葛粲等（2017）使用重力異常分層分離的改進方法，研究了安徽五河地區(qū)的構(gòu)造格架，揭示了五河斷裂等深部產(chǎn)狀。

在國家重點研發(fā)計劃項目等經(jīng)費資助下，宣城地區(qū)重要成礦區(qū)域已經(jīng)完成了1∶25 000 的地面重力測量和1∶10 000 地磁測量。本文依據(jù)新的重、磁資料，通過解析延拓、匹配濾波、優(yōu)化濾波等方法進行重、磁場分離，基于位場分離得到的局部異常場開展重磁三維反演，以揭示宣城礦集區(qū)3 km 以淺的結(jié)構(gòu)特征，為深部找礦和深部構(gòu)造研究提供信息和依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

宣城礦集區(qū)位于揚子陸塊北緣的長江中下游成礦帶內(nèi)，處在下?lián)P子長興-廣德坳陷褶斷束即宣城-郎溪-廣德盆地的東北緣，西北緊鄰寧蕪火山巖盆地（圖1）。據(jù)安徽省地質(zhì)調(diào)查院（2005），宣城地區(qū)地層屬于下?lián)P子地層區(qū)江南地層分區(qū)，志留系—第四系均有出露，發(fā)育有以淺海相、濱海相碎屑巖為主的志留系和泥盆系，以碳酸鹽巖為主的石炭系—三疊系，以及其后的陸相碎屑巖、火山碎屑巖系。

區(qū)域構(gòu)造形跡總體呈北東向，表現(xiàn)為北東向展布的山脈和盆地相間分布，在區(qū)域中部，安徽境內(nèi)的九連山和江蘇境內(nèi)的茅山連成一線，呈北東-北北東向“S”形展布，構(gòu)成茅山-九連山山脈，山脈主體由志留系—下三疊統(tǒng)，山脈高100～400 m。山脈西側(cè)及盆地中主要出露下白堊統(tǒng)火山巖系和上白堊統(tǒng)紅色砂礫巖。茅山-九連山山脈自南往北依次由九連山背斜、新河莊背斜、茅山背斜3 段組成，大致以貍橋、新河莊兩地為界，為復(fù)背斜。本文的研究主體即為處于新河莊和貍橋之間的新河莊背斜。

圖1 宣城礦集區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖（據(jù)安徽省地質(zhì)調(diào)查院，2005）1—魏墩Pb-Zn礦；2—馬尾山Pb-Zn礦；3—銅山-蕎麥山Cu-Fe-S礦（多個礦床）；4—蕎麥山含鍺Fe礦；5—石門山Mn礦；6—南門嶺Mn礦；7—小昆山Fe礦；8—茶山Pb-Zn礦；9—抬頭山Fe礦；10—獅子山Cu礦；11—塔山Mn礦；12—朱山Fe礦；13—茶亭Cu-Au礦；14—湯家咀Pb-Zn礦；15—尖山Pb礦；16—大花山Pb礦Fig.1 Regional geological map of the Xuancheng ore concentration area（after Geological Survey of Anhui Province,2005）1—Weidun Pb-Zn deposit;2—Maweishan Pb-Zn deposit;3—Tongshan-Qiaomaishan Cu-Fe-S deposits；4—Qiaomaishan Fe deposit;5—Shimen‐shan Mn deposit;6—Nanmenlin Mn deposit;7—Xiaokunshan Fe deposit;8—Chashan Pb-Zn deposit;9—Taitoushan Fe deposit;10—Shizishan Cu deposit;11—Tashan Mn deposit;12—Zhushan Fe deposit;13—Chating Cu-Au deposit;14—Tangjiazui Pb-Zn deposit;15—Jianshan Pb deposit;16—Dahuashan Pb deposit

區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育（Zhou et al.,2015），主要出露一套陸相噴溢相-淺成侵入相中酸性巖石：噴溢相巖石主要有流紋巖、流紋英安巖、英安巖、安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、安山質(zhì)角礫熔巖和火山角礫巖等，主要地層單元為中分村組、大王山組等；淺成侵入相巖石主要有花崗巖、花崗斑巖、閃長巖、閃長玢巖、花崗閃長巖、花崗閃長斑巖、輝石閃長巖等。

礦產(chǎn)資源主要有Cu、Fe、Au、Pb、Zn 和Mn 礦，礦床成因類型以矽卡巖型、熱液型為主。近年來，深部找礦工作取得重大進展，新發(fā)現(xiàn)宣城茶亭銅金礦床，初步估算工業(yè)Cu 金屬量53 萬噸，平均品位0.52%；共生/伴生Au 金屬量79 t，平均品位0.77 g/t，已達到大型規(guī)模（杜建國等，2017；徐曉春等，2018）。

2 物性與重磁場特征

2.1 物性分析

查明地層和巖體的物性參數(shù)，是解讀重磁場異常的前提和必要條件。根據(jù)安徽省勘查技術(shù)院《安徽1∶5 萬灣沚鎮(zhèn)、沈村、寒亭鎮(zhèn)、宣城幅重力調(diào)查報告》對南陵-宣城地區(qū)采集的大量巖礦石標本的測量統(tǒng)計結(jié)果，宣城地區(qū)主要地層和巖體的密度統(tǒng)計如表1。

由表1 可知，白堊系—第四系的密度低，屬于形成年代較新且廣泛覆蓋于地表的低密度層。志留系—侏羅系之間各層密度有顯著的差異，二疊系孤峰組和龍?zhí)两M（P2）具有偏低的密度值平均值為2.37 g/cm3，與之相鄰的石炭系中上統(tǒng)（C2-3）和二疊系棲霞組（P1）具有明顯偏高的密度值平均值為2.68 g/cm3，是研究區(qū)內(nèi)重要的賦礦地層。泥盆系五通組砂巖是接觸交代熱液型礦床的賦礦地層，密度平均值為2.56 g/cm3?；◢忛W長巖類是研究區(qū)內(nèi)主要的含礦巖體，密度平均值為2.65 g/cm3。

表1 宣城地區(qū)地層或巖石密度和磁化率統(tǒng)計表Table 1 Density and susceptibility statistics of strata or rocks in Xuancheng area

由統(tǒng)計表1 結(jié)果可知，區(qū)內(nèi)地層的磁化率變化范圍不是很大，約0～40×10-6SI，各地層磁性較弱；研究區(qū)內(nèi)主要的花崗斑巖、花崗閃長巖和輝石閃長巖類具有明顯高出兩個數(shù)量級的磁化率，約1000×10-6～1800×10-6SI，研究區(qū)內(nèi)主要的強磁異常由中酸性侵入巖體和磁性礦體形成，茶亭礦區(qū)還疊加了淺層中分村組火山巖的磁異常。

2.2 重磁場特征

本文研究數(shù)據(jù)來自于安徽省勘查技術(shù)院，重力數(shù)據(jù)為2014 年采集的1∶25 000 測量數(shù)據(jù)，重力異?？偩冗_±0.028×10-5m/s2；磁力數(shù)據(jù)為2014 年采集的1∶10 000測量數(shù)據(jù)，磁異?？偩冗_±2.12 nT。

圖2a是研究區(qū)的布格重力異常圖，布格重力異常的高值分布在研究區(qū)域的中部和西北側(cè)，研究區(qū)中部的布格重力高值異常在新河莊-貍橋以東呈現(xiàn)北東向的高-低-高-低相間展布，而在新河莊-貍橋以西的茶亭附近呈面狀的高重力異常分布。研究區(qū)的西南和東南兩側(cè)重力低，是因為這兩側(cè)毗鄰南漪湖水域。

根據(jù)IGRF12（Thébault et al.，2015）地磁場參考模型，本次以研究區(qū)中心坐標選擇化極參數(shù)：磁傾角47.47°，磁偏角?5.43°。通過化極消除中低緯度的地磁斜磁化現(xiàn)象，得到垂直磁化異常，以精確研究礦床和異常的關(guān)系?；瘶O后的磁異常顯示（圖2b），研究區(qū)內(nèi)最大規(guī)模和強度的磁異常分布在貍橋的南東，與輝石閃長巖體（昆山巖體）的分布一致，蕎麥山附近具有小規(guī)模分布的弱磁異常。茶亭附近呈現(xiàn)不連續(xù)的串狀磁異常，該磁異常與白堊系中分村組火山巖分布區(qū)（圖1b）對應(yīng)。研究區(qū)西北部為寬緩分布的面狀弱磁異常，其他區(qū)域以大面積分布的負磁異常為主。

3 重磁場分離

圖2 宣城礦集區(qū)布格重力異常圖（a）和地磁化極異常圖（b）Fig.2 Bouguer gravity anomaly map of Xuancheng ore concentration area(a)and reduction to pole magnetic anomaly map(b)

重磁異常是地下介質(zhì)的不均勻分布的反映。重力異常是介質(zhì)密度的響應(yīng)，高低相間的布格重力異常為研究區(qū)域的褶皺、構(gòu)造和基底結(jié)構(gòu)研究提供了豐富的信息。磁異常是介質(zhì)磁性的響應(yīng)，它為研究巖體的分布，礦體與巖體關(guān)系提供了線索。重磁異常場是地下所有不均勻地質(zhì)體的疊加信息，必須選擇合適的重磁場分離方法得到可靠區(qū)域場和局部場。向上延拓方法（Pawlowski,1995;Fedi,2012;曾華霖等，2002；徐世浙等，2009；劉東甲等，2009）由于向上延拓因子具有收斂性，隨延拓高度的增加向上延拓方法能穩(wěn)定的分離得到區(qū)域場，進而計算得到局部場，本次研究選擇向上延拓方法作為對比方法。匹配濾波方法（Spector,1976）的提出即應(yīng)用在處理Cordil‐lera山區(qū)的航磁，消除了火山巖覆蓋的干擾，提取了與成礦有關(guān)的異常信息，本次研究區(qū)的茶亭大型銅金礦床同樣位于早白堊世火山巖覆蓋區(qū)，與匹配濾波方法的適用性一致，本次研究選擇匹配濾波方法作為對比方法。優(yōu)化濾波方法（Pawlowski,1994；1995;Meng et al.，2009；許德樹等，2000；郭良輝等，2012）突破了向上延拓、匹配濾波等方法只能將位場二分的局限性，實現(xiàn)了對位場的多尺度分離，由多尺度分離結(jié)果可以組合重構(gòu)局部異常場，本次研究選擇優(yōu)化濾波方法作為對比方法。通過重磁場分離研究區(qū)內(nèi)的推覆構(gòu)造、褶皺、基底等地質(zhì)特征，總結(jié)異常與成礦關(guān)系。

3.1 重力位場分離結(jié)果

通過向上延拓不同高度對比，宣城礦集區(qū)1∶25 000布格重力異常在上延3 km 后，區(qū)域場相對穩(wěn)定（圖3a）。從布格重力異常中減去向上延拓3 km后的區(qū)域場，得到圖3b中的重力局部異常場。

匹配濾波是通過將圖3e的功率譜點線二分為深源場和淺源場，使用最小二乘法分別擬合深源場段和淺源場段的功率譜曲線，通過擬合的直線方程得到2條切線的斜率和截距，由公式（Spector,1976）計算分離得到重力區(qū)域場（圖3c）和局部異常場（圖3d）。

與匹配濾波將重力異常的對數(shù)功率譜曲線分成深源和淺源2 段擬合切線方程不同，優(yōu)化濾波是根據(jù)功率譜曲線的形態(tài)特征，特別是一些重要的轉(zhuǎn)折端拐點坐標，將功率譜曲線分成多段。使用最小二乘法擬合每一個分段的直線方程，通過擬合直線方程的斜率計算各個分段的似深度，最終構(gòu)建出目標層的優(yōu)化濾波因子（郭良輝等，2012）。本文將重力異常的對數(shù)功率譜曲線分成五段（圖3h），由于中-低波數(shù)段蘊含了豐富的地質(zhì)體信號，而高波數(shù)主要是淺部干擾或噪聲信號，因此，在中-低波數(shù)段分段要更密一些。圖3g 是通過構(gòu)建淺部四層的優(yōu)化濾波因子分離出局部異常場，圖3f是區(qū)域場。

從圖3 的重力局部異常結(jié)果可見，經(jīng)過不同的位場分離方法處理后，重力局部異常都能更加突出淺部異常，使淺部的地質(zhì)特征更為顯著，位場分離起得了很好的效果。不同方法之間對比，可見匹配濾波局部異常中夾雜的區(qū)域場成分較多，茶亭附近的重力場仍然是大范圍面狀分布；向上延拓結(jié)果的局部場在茶亭附近要收斂得多；相對而言，優(yōu)化濾波方法區(qū)域場和局部場得到了更好的分離，茶亭附近的重力局部異常比較集中。

本文以圖3g 的位場分離結(jié)果進一步分析重力局部異常與地質(zhì)體的關(guān)系。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，在新河莊、蕎麥山至貍橋之間主要分布有新河莊背斜和昆山復(fù)向斜，新河莊背斜的核部是志留系茅山組。昆山復(fù)向斜自北西向南東又進一步劃分為以二疊系龍?zhí)督M為核部的陳家灣向斜、以石炭系黃龍組或泥盆系五通組為核部的馬山埠背斜、以及以三疊系殷坑組為核部的昆山向斜，在這一套褶皺中以馬山埠倒轉(zhuǎn)背斜為主要的控礦構(gòu)造（洪大軍等，2017；陶龍季，2019）。重力局部異常很好的反映了新河莊背斜、陳家灣向斜、馬山埠背斜和昆山向斜，它們在局部異常圖中呈現(xiàn)出高—低—高—低的相間格局，都呈北東向分布，昆山向斜在重力局部異常中不如陳家灣向斜的低重力異常那樣突出和集中，反映了昆山向斜分布可能寬緩。

從表1 的物性測試結(jié)果可知，馬山埠背斜的核部為石炭系黃龍組，密度為2.68 g/cm3，是研究區(qū)內(nèi)地層密度測試的最大值，是銅山-蕎麥山銅、鐵、含鍺鐵礦的主要賦礦地層，圖1和圖3的礦床分布結(jié)果也顯示了已知的主要礦床都分布在馬山埠背斜。表1顯示，在志留系—侏羅系中，二疊系龍?zhí)督M、孤峰組具有最低的測試密度為2.37 g/cm3，該套地層構(gòu)成了陳家灣向斜的核部。

昆山輝石閃長巖的密度在2.65～2.70 g/cm3，高于四周的地層，昆山巖體的規(guī)模也較大，因而在重力局部異常中呈現(xiàn)出比較顯著的高重力異常，已知的主要礦床都分布在昆山巖體與西北側(cè)地層接觸帶附近。茶亭地區(qū)主要的賦礦巖體為石英閃長玢巖和閃長玢巖，根據(jù)鄰近的構(gòu)造環(huán)境比較類似的銅陵礦集區(qū)的測試結(jié)果（蘭學(xué)毅等，2015），石英閃長玢巖和閃長玢巖的密度約為2.61～2.69 g/cm3，相對于被第四系覆蓋的南陵盆地具有相對較高的密度，因而茶亭銅金礦床附近具有較高的重力局部異常。

3.2 磁異常分離結(jié)果

磁異常的位場分離計算處理同重力異常，簡述如下：圖4b是從化極磁異常中減去向上延拓3 km 后的區(qū)域場（圖4a），得到的磁力局部異常場；圖4d 是匹配濾波方法分深源和淺源兩段擬合圖4e的功率譜點線，分離得到的磁力局部異常，圖4c是相應(yīng)的磁力區(qū)域場；圖4h 將磁力異常的對數(shù)功率譜曲線分成六段，通過構(gòu)建淺部五層的優(yōu)化濾波因子，分離出磁力局部異常場（圖4g）和區(qū)域異常場（圖4f）。多種方法都能較好的分離出淺層的局部異常，并且區(qū)域場也非常近似，并不像重力的區(qū)域場多種方法結(jié)果還存在比較明顯差異，說明研究區(qū)內(nèi)磁異常的位場分離結(jié)果更穩(wěn)定可靠。

本文以優(yōu)化濾波方法的位場分離結(jié)果（圖4g）進一步分析磁力局部異常與地質(zhì)體的關(guān)系。圖中強度最大的磁性巖體為昆山輝石閃長巖體，分布面積也最廣，異常呈北北東走向。據(jù)表1 物性測試結(jié)果輝石閃長巖的磁化率為1800×10-6SI，比周緣的地層磁化率強度高出2 個數(shù)量級，這是磁力局部異常呈現(xiàn)高值的原因。已知的熱液礦床都分布在昆山巖體的西側(cè)，主要的賦礦地層是以碳酸鹽巖建造為主的二疊系—三疊系沉積地層，如昆山巖體附近的獅子山銅礦、茶山鉛鋅礦床等都具有矽卡巖型礦床形成的地質(zhì)條件，主要礦體埋深分布在地表下300 m 以淺（黃建滿等，2013）。

在銅山-蕎麥山附近有一片北東走向分布的正磁異常，該處異常位于馬山埠背斜。據(jù)華東冶金地質(zhì)勘查局綜合地質(zhì)大隊《安徽省宣城市銅山-蕎麥山銅硫礦深部勘探地質(zhì)報告》，開采的銅山銅硫礦床、蕎麥山東銅硫礦床等已知礦體都是賦存與燕山晚期花崗閃長斑巖與石炭系黃龍組、船山組灰?guī)r接觸帶，以似層狀為主，具有層控矽卡巖型礦床特征，主要礦體埋深分布在地表下400 m 以淺。結(jié)合表1 和圖1，蕎麥山附近的老地層磁性普遍弱，磁化率約0～40×10-6SI，而花崗閃長斑巖的磁化率約1000×10-6SI，該處局部磁異常主要對應(yīng)花崗閃長斑巖體的分布，從異常規(guī)模和強度分析該處巖體規(guī)模不大。

茶亭地區(qū)主要的賦礦巖體為石英閃長玢巖和閃長玢巖的磁化率測試結(jié)果暫未知，根據(jù)鄰近的構(gòu)造環(huán)境比較類似的銅陵礦集區(qū)的測試結(jié)果（蘭學(xué)毅等，2015），石英閃長玢巖和閃長玢巖的磁化率約在1800×10-6～2400×10-6SI，白堊系火山巖的磁化率約在200×10-6SI。相對于周圍地層的磁化率0～40×10-6SI，白堊系火山巖具有高出數(shù)倍的磁化率，而主要的賦礦巖體的磁化率則要高出幾十至百倍。茶亭地區(qū)磁力局部異常具有多處，異常往往獨立分布，茶亭銅金礦床位于其中的一處磁力局部異常的西北邊緣。

4 重磁三維反演

4.1 重磁三維反演方法

為使視密度（或視磁化強度）反演問題一般化，通常建立模型參數(shù)和各測點重力異常（或磁異常）觀測值的線性方程組：

式中，d = (d1, d2,…, dN)T表示N 維觀測數(shù)據(jù)向量；m = (m1, m2, …, mM)T表示M 維模型參數(shù)向量；GN×M表示N×M 維矩陣，Gij表示地下第j 個長方體在第i個測點產(chǎn)生的重力異常（或磁異常）。

由于觀測數(shù)據(jù)的個數(shù)通常遠小于模型參數(shù)的個數(shù)，即N?M，因此，上述方程為一欠定方程。一些學(xué)者（Li et al.,1996;1998）由方程（1）及正則化法構(gòu)造目標函數(shù)，對模型參數(shù)向量m 施加約束，并用最優(yōu)化法求解，以獲得地下視密度或視磁化強度的分布。

目標函數(shù)的定義如下式所示：

φm= αs∫Vωsω2(z)( ρ - ρ0)2dv + αx∫Vωx

式中，ωs，ωx，ωy和ωz是空間相關(guān)函數(shù)，αs，αx，αy和αz是和方向有關(guān)的重要性系數(shù)。每個方向平滑程度可以通過以下3 個參數(shù)定義：Lx=

式（2）中的ω(z)函數(shù)是深度加權(quán)函數(shù)，該函數(shù)用于抵消核函數(shù)Gij隨深度的衰減，避免反演時使異常過于集中在淺表。

為確定測量的誤差，用二范數(shù)來度量誤差：

假設(shè)測量數(shù)據(jù)中包含的噪聲是獨立的并且服從高斯分布，指定Wd是第i 個元素1/δi的對角矩陣，δi是第i 個數(shù)據(jù)的均方誤差，dobs是觀測數(shù)據(jù)向量。φd為一具有N 個自由度的隨機變量，E[φd]= N 提供了反演中容許的擬合差。

反演問題解法思路是：根據(jù)數(shù)據(jù)的噪聲水平，找出一個合適的密度分布使得φm和擬合差都達到最小化。為獲得數(shù)值解，首先需要對目標函數(shù)φm進行離散化。

在實際工作中，以重力反演視密度為例，密度差往往局限于某一較小范圍內(nèi)變化，通?？梢曰诘刭|(zhì)信息或者物性標本測定信息，確定模型密度差變化的上下邊界，從而使反演結(jié)果更加收斂。反演解可以通過使下式最小化獲得：

式中，μ ∈[0,∞)是一個控制數(shù)據(jù)擬合差φd與模型目標函數(shù)φm之間誰更重要的規(guī)則化參數(shù)，ρmin和ρmax是包含模型上下密度邊界的矢量。

4.2 重磁三維反演結(jié)果

本文使用第3 節(jié)優(yōu)化濾波方法分離得到的重力局部場和地磁局部場，作為三維反演的輸入數(shù)據(jù)。反演計算網(wǎng)格單元劃分為長×寬×高=150 m×150 m×150 m，網(wǎng)格單元總數(shù)為100×98×21=205 800個。

重力異常數(shù)據(jù)反演，初始模型采用密度差為0的均勻半空間模型，深度加權(quán)系數(shù)β=2，z0=600 m，空間相關(guān)系數(shù)ωx，ωy和ωz均取1，歸一化正則化因子取0.56，設(shè)置密度差邊界為-2～2 g/cm3。通過18次迭代計算完成反演，反演結(jié)果如圖5a 所示，從藍色、綠色到紅色的顏色漸變表示密度差從低到高的變化。

圖5 宣城礦集區(qū)重力三維反演結(jié)果（a）和地磁三維反演結(jié)果（b）Fig.5 Three-dimensional inversion results of gravity data(a)and magnetic data(b)in the Xuancheng ore concentration area

磁異常數(shù)據(jù)反演，初始模型采用磁化強度為0的均勻半空間模型，深度加權(quán)系數(shù)β=3，z0=800 m，空間相關(guān)系數(shù)ωx，ωy和ωz均取1,歸一化正則化因子取0.48。通過16 迭代計算完成反演，反演結(jié)果如圖5b所示，從藍色、綠色到紅色的顏色漸變表示磁化強度從低到高的變化。

4.3 重磁三維反演結(jié)果分析

本節(jié)使用計算得到研究區(qū)的三維視密度和視磁化強度，通過沿主要構(gòu)造單元走向切取垂向切片，研究主要地質(zhì)體的深部結(jié)構(gòu)特征。本次研究垂直于新河莊背斜、陳家灣向斜、馬山埠背斜和昆山向斜的走向設(shè)置了1-1’、2-2’兩條垂直切片，1-1’剖面處分布有銅山-蕎麥山Cu-Fe-S 礦床（多個礦床點）、2-2’剖面不僅切穿了褶皺構(gòu)造，2-2’剖面的北西段還穿過茶亭銅金礦床區(qū)域，3-3’剖面垂直于昆山巖體的走向，附近有獅子山銅礦等熱液礦床。3條垂直剖面位置見圖3 和圖4，圖6 中左列為3 條密度垂直切片圖，右列為對應(yīng)位置的3條磁化強度垂直切片圖。

圖6 中，左列為反演的密度差垂直切片，3 條剖面使用統(tǒng)一的顏色色標。1-1’剖面清楚的揭示宣城研究區(qū)內(nèi)的褶皺構(gòu)造，新河莊背斜、陳家灣向斜、馬山埠背斜和昆山向斜依次對應(yīng)了圖6a～d 密度橫向不均勻體，背斜為正的高密度異常，向斜為低的負密度異常，褶皺構(gòu)造在垂向上的最大深度約為2 km，新河莊背斜的規(guī)模較大。將1-1’剖面兩側(cè)1 km 以內(nèi)的熱液礦床投影到剖面上，前文統(tǒng)計了已知開采的銅山-蕎麥山多金屬礦床的主礦體深度在地表下400 m 以淺，可知銅山-蕎麥山Cu-Fe-S 礦（含多個密集分布的礦床點）和蕎麥山含鍺Fe 礦位于馬山埠背斜的頂部。在淺部褶皺構(gòu)造和深部正密度異常之間，存在一處低密度層過渡帶，在2-2’剖面上褶皺構(gòu)造下方的低密度層則十分明顯，似乎在褶皺構(gòu)造下方形成一組低密度層界面，將褶皺構(gòu)造和深部的地質(zhì)體區(qū)分為2 組不同的地質(zhì)單元。茶亭銅金礦床的礦體自-1800～-300 m 都有分布，分布在高密度體的邊部。3-3’揭示了昆山巖體的深部特征，昆山巖體的南東側(cè)比較陡立，北西側(cè)相對傾緩，獅子山銅礦位于昆山巖體北西側(cè)的緩傾部位上方，處于昆山巖體與古生代地層的接觸帶。

圖3 不同位場分離方法得到的宣城礦集區(qū)重力異常分離結(jié)果a.向上延拓得到的區(qū)域場；b.向上延拓得到的局部場；c.匹配濾波得到的區(qū)域場；d.匹配濾波得到的局部場；e.匹配濾波擬合功率譜切線；f.優(yōu)化濾波得到的區(qū)域場；g.優(yōu)化濾波得到的局部場；h.優(yōu)化濾波功率譜分段與擬合Fig.3 Maps of the Xuancheng ore concentration area after different anomaly separationa.Regional field after upward continuation;b.Local field after upward continuation;c.Regional field after matched filtering;d.Local field after matched filtering;e.The power spectrum tangent if fitted by matched filter;f.Regional field after preferential filtering;g.Local field after preferential filtering;h.The power spectrum segmentation and fitting by preferential filtering

圖4 不同位場分離方法得到的宣城礦集區(qū)地磁異常分離結(jié)果a.向上延拓得到的區(qū)域場；b.向上延拓得到的局部場；c.匹配濾波得到的區(qū)域場；d.匹配濾波得到的局部場；e.匹配濾波擬合功率譜切線；f.優(yōu)化濾波得到的區(qū)域場；g.優(yōu)化濾波得到的局部場；h.優(yōu)化濾波功率譜分段與擬合Fig.4 Maps of the Xuancheng ore concentration area after separation of different anomaliesa.Regional field after upward continuation;b.Local field after upward continuation;c.Regional field after matched filtering;d.Local field after matched filtering;e.The power spectrum tangent if fitted by matched filter;f.Regional field after preferential filtering;g.Local field after preferential filtering;h.The power spectrum segmentation and fitting by preferential filtering

圖6 3條垂直剖面的重磁異常特征與解譯（左列為密度切片，右列為磁化強度切片）Fig.6 Gravity and magnetic anomaly characteristics and interpretation of three vertical sections(the density sections are listed on the left and the magnetization sections are listed on the right)

圖6 中右列為磁化強度垂直切片，3 條剖面使用統(tǒng)一的顏色色標。1-1’剖面圖反映馬山埠背斜處的正磁化強度異常值較低、異常范圍也較小，指示馬山埠背斜處的花崗閃長斑巖體的規(guī)模不大，此處的銅山-蕎麥山一帶雖然礦床點較多，但皆為中小型規(guī)模。2-2’剖面顯示新河莊復(fù)背斜這套褶皺構(gòu)造對應(yīng)的古生代地層具有微弱的正磁化強度異常，在褶皺構(gòu)造下方，分布有一組低磁性層，形態(tài)和位置和低密度層基本對應(yīng)。茶亭附近地下2 km 以淺分布有局部的磁化強度正異常區(qū)域，與茶亭銅金礦床的賦礦巖體空間位置和深度有較好的契合。3-3’剖面昆山巖體的磁化強度異常形態(tài)、傾向等與密度異常一致，傾向北西，磁化強度異常顯示昆山巖體的垂向深度近3 km。

5 討 論

5.1 重磁異常與地下結(jié)構(gòu)

根據(jù)呂慶田等（2015）在長江中下游成礦帶實施的反射地震NW-11-01剖面結(jié)果，茅山斷裂至東南側(cè)的江南斷裂之間為一處上地殼自南東向北西方向的推覆構(gòu)造，根據(jù)反射特征推測此處基底頂面深度約10 km，上地殼的反射多終止在蓋層與基底之間的滑脫面上。其他學(xué)者的地質(zhì)剖面研究認為，茅山-九連山山脈是自南東向北西方向的推覆構(gòu)造，逆沖作用將盆地邊緣褶皺推掩到晚侏羅世—早白堊世盆地沉積物之上（黃潤生等，2010；李海濱等，2011）。據(jù)中石化江蘇油田分公司在研究區(qū)實施的淺層反射地震剖面（圖7）揭示的10 km 以淺的構(gòu)造特征，可知區(qū)內(nèi)的推覆構(gòu)造界面呈現(xiàn)北西淺、南東深的特點，推覆構(gòu)造在新河莊背斜北西側(cè)的界面深度接近出露地表，在新河莊背斜至昆山復(fù)向斜下方，推覆構(gòu)造的界面深度平均約3～4 km，往南東約在8 km 深度終止在主干斷裂；新河莊背斜和昆山復(fù)向斜等褶皺構(gòu)造的深度可達地表下2 km。

圖6 中1-1’剖面和2-2’剖面揭示在新河莊背斜至昆山復(fù)向斜這套褶皺下方有一處低密度和低磁性的介質(zhì)層，北西測淺與新河莊背斜的北西翼相鄰，往南東逐步加深。近年來，由中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心在宣城地區(qū)實施的多處頁巖氣深鉆孔，在研究區(qū)南東側(cè)的宣城至廣德盆地施工的鉆孔揭穿了推覆體，在推覆體的下方分布有早白堊世紅層（據(jù)杜建國私人通訊）。結(jié)合反射地震剖面資料，本文推測研究區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造下方的低密度和低磁性介質(zhì)層可能是推覆構(gòu)造界面下方的較新時代地層，是否是早白堊世紅層有待于今后區(qū)內(nèi)的深鉆孔驗證。

5.2 茶亭地區(qū)成礦規(guī)律

圖7 研究區(qū)反射地震剖面解釋圖Fig.7 Reflection seismic profile of the study area

茶亭銅金礦床（江峰，2017；徐曉春等，2018；Xiao et al.,2019）是研究區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的一處大型礦床，礦區(qū)出露的地層主要有上白堊統(tǒng)赤山組陸相紅色盆地沉積和火山碎屑堆積、下白堊統(tǒng)中分村組陸相火山巖，礦區(qū)位于新河莊背斜西北側(cè)約2 km。茶亭銅金礦床的礦體主要賦存在石英閃長玢巖侵入體中，侵入體的圍巖為下三疊統(tǒng)和龍山組、南陵湖組灰?guī)r，接觸帶大理巖化?；鹕綆r的活動要晚于成礦期，呈面狀分布在礦區(qū)的淺地表層。

茶亭地區(qū)石英閃長玢巖和閃長玢巖的密度約在2.61～2.69 g/cm3，含礦巖體的密度更大，圍巖下三疊統(tǒng)灰?guī)r的密度約在2.66 g/cm3。成礦巖體和圍巖的密度相對較高，因此在茶亭下方皆為高密度異常（圖6），但是由于兩者密度接近，在重力資料反演結(jié)果上，圍巖和賦礦巖體密度差無法進一步區(qū)分。

茶亭地區(qū)石英閃長玢巖和閃長玢巖的磁化率約在1800×10-6～2400×10-6SI，白堊系火山巖的磁化率約在200×10-6SI，隱爆角礫巖呈無磁性或弱磁性（蘭學(xué)毅等，2015）。從表1 可知，圍巖下三疊統(tǒng)灰?guī)r的磁化率在4.7×10-6～5.3×10-6SI，磁性弱。成礦巖體和圍巖有顯著的磁性差異，成礦巖體的磁性也明顯高于上覆的火山巖地層。圖6 中茶亭下方約自-400～-1900 m 磁化強度正異常區(qū)域與地質(zhì)認識和物性資料吻合，正磁異常區(qū)域與勘探地質(zhì)剖面揭示的茶亭銅金礦床的賦礦巖體空間位置和深度有較好的契合。

茶亭地區(qū)的淺地表層火山巖稍晚于成礦期，淺層的白堊系火山巖具有一定磁性，厚度通常有數(shù)百米，淺層火山巖的磁異常干擾對分離成礦巖體的磁異常和反演工作都比較不利，這是茶亭地區(qū)利用重磁找礦需要進一步解決的問題。

6 結(jié) 論

（1）新河莊背斜、陳家灣向斜、馬山埠背斜和昆山向斜等褶皺構(gòu)造橫向上剩余密度正負差異顯著呈相間分布的深部特征，垂向上褶皺構(gòu)造的最大深度約為2 km；在褶皺構(gòu)造下方分布北西淺、往南東逐漸加深的低密度、低磁性層，推測可能為研究區(qū)內(nèi)茅山-九連山推覆構(gòu)造的滑脫面，滑脫面下方可能是白堊系陸相紅色盆地沉積地層。

（2）馬山埠背斜軸部花崗閃長斑巖附近的重高磁高組合異常是銅山-蕎麥山矽卡巖型礦床的找礦線索，然而成礦巖體規(guī)模較小，深部磁化強度呈弱異常，馬山埠背斜附近深部找礦潛力有限。

（3）茶亭礦區(qū)重高磁高組合異常是重要的找礦線索，成礦的石英閃長玢巖巖體與圍巖灰?guī)r、上覆火山巖磁性差異明顯，反演得到的磁化強度異常與勘探地質(zhì)剖面圖的地質(zhì)體特征吻合。研究結(jié)果證實茶亭下方-400～-1900 m 磁化強度正異常區(qū)域?qū)?yīng)茶亭銅金礦床，這為在研究區(qū)其他地點深部進一步尋找斑巖型、隱爆角礫巖型銅金礦床提供了地球物理方面預(yù)測的經(jīng)驗。

致 謝感謝兩位審稿專家的建議！文中圖件主要由Wessel & Smith 開發(fā)的免費作圖軟件GMT繪制！