溧水火山巖盆地地球物理場(chǎng)特征及火山機(jī)構(gòu)圈定

張寶松，邸兵葉，黃寧，朱紅兵，陳基煒，張俊

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京210016）

自1979年開(kāi)始，區(qū)域重力調(diào)查列入中國(guó)地質(zhì)調(diào)查計(jì)劃，至今已有40余載[1]。在此期間，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)除臺(tái)灣省外陸域1/100萬(wàn)區(qū)域重力調(diào)查全覆蓋（除高山雪線以上等地區(qū)），編制了全國(guó)重力圖，還完成了重要成礦帶和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)1/20～1/25萬(wàn)區(qū)域重力調(diào)查約620萬(wàn)km2。重力調(diào)查是測(cè)量與圍巖有密度差異的地質(zhì)體引起的重力異常，以確定這些地質(zhì)體存在的空間位置、大小和形狀的地球物理調(diào)查方法。重力調(diào)查應(yīng)用范圍廣，適用于大地構(gòu)造分區(qū)[2-4]、地殼與上地幔深部構(gòu)造[5]、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查[6]等大尺度勘查，也是成礦帶地球物理調(diào)查斷裂[4，7-9]、火山巖分布及成礦預(yù)測(cè)的重要方法[10-12]。

2010年以來(lái)，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局部署了成礦帶地球物理調(diào)查工作，開(kāi)展1/5萬(wàn)重力調(diào)查項(xiàng)目，并在重力勘查技術(shù)中的近區(qū)地改[13，14]、中區(qū)地改[15，16]和高程轉(zhuǎn)換[16-19]三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題做了系統(tǒng)研究，大大提高了重力調(diào)查精度，取得一系列重要成果[20-24]。

江蘇1/5萬(wàn)溧水縣幅等區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目實(shí)施了重力調(diào)查，分析了區(qū)域場(chǎng)及分區(qū)特征，圈定解釋了132個(gè)重力異常；推斷了35條斷裂構(gòu)造，劃分了一級(jí)、二級(jí)構(gòu)造單元；識(shí)別火山構(gòu)造18處，推斷了51個(gè)巖體；研究了典型礦床與重磁場(chǎng)關(guān)系，劃分了8處成礦遠(yuǎn)景區(qū)，并圈定了8個(gè)找礦靶區(qū)及查證工作；研究了寧蕪盆地、溧水盆地、茅山推覆體、茅東凹陷、上黃斷隆電性特征以及區(qū)域深部構(gòu)造與盆地基底特征，探討了區(qū)域基底形態(tài)、深部構(gòu)造分布特征等。

一般火山構(gòu)造面貌受后期地質(zhì)作用的破壞、改造或掩蓋，致使常規(guī)地質(zhì)調(diào)查工作很難識(shí)別。常規(guī)地質(zhì)調(diào)查主要采用火山巖相構(gòu)造填圖及地層、巖相的研究，輔以遙感地貌分析，但仍無(wú)法較好劃定火山機(jī)構(gòu)邊界范圍。

本文是在江蘇溧水地區(qū)1/5萬(wàn)重力調(diào)查項(xiàng)目成果基礎(chǔ)上，以溧水火山巖盆地為例，說(shuō)明1/5萬(wàn)重力調(diào)查在圈定火山機(jī)構(gòu)方面的作用。

1 溧水火山活動(dòng)基本地質(zhì)特征

溧水盆地是長(zhǎng)江中下游斷裂拗陷帶中許多繼承性火山巖盆地之一[25-29]，中生代陸相火山巖系廣泛分布，其出露面積約占全部出露地層的一半左右，它們與本區(qū)鍶、鐵、銅、金及膨潤(rùn)土等礦產(chǎn)的形成也有十分密切的關(guān)系。

溧水火山巖盆地，以馬鞍山-朗溪斷裂、南京-溧陽(yáng)斷裂為南北界，茅東斷裂、方山-小丹陽(yáng)斷裂為東西邊界（圖1）。

中生代火山活動(dòng)強(qiáng)烈，火山巖種類繁多，可分三個(gè)火山活動(dòng)旋回。晚侏羅世出現(xiàn)了第一次較大規(guī)模的火山活動(dòng)—龍王山旋回，形成了一套基性-中性火山巖。隨后到早白堊世早期出現(xiàn)了第二次較大規(guī)模的火山活動(dòng)—大王山旋回，形成了一套中偏堿性的火山巖。早白堊世晚期火山活動(dòng)有所減弱，局部地區(qū)出現(xiàn)第三次火山活動(dòng)—葛村旋回?？偟膩?lái)看，溧水火山活動(dòng)具有自西向東逐漸遷移的規(guī)律，各類火山巖自西向東半環(huán)狀遷移分布的特征明顯，巖性則由中基性向酸性方向演化。

圖1 溧水火山巖區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖[30-31]Fig.1 Geological sketch map of the Lishui volcanic basin

龍王山旋回主要分布于盆地中、北部，呈北西向帶狀分布，其周邊東崗、杭村也有出露。巖性：上部輝石安山巖、玄武巖、安山質(zhì)含集塊角礫巖、角礫凝灰?guī)r夾沉凝灰?guī)r，下部安山質(zhì)角礫凝灰?guī)r、火山角礫巖、角閃安山巖。

大王山旋回沿夏家邊-東蘆山-觀山-雙尖山呈環(huán)帶狀分布。巖性:上部石英粗面巖，粗面質(zhì)（集塊）火山角礫巖和沉凝灰?guī)r；中部粗安巖、粗安質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r；下部沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、泥巖，含植物及豐富的孢粉，代表一次較大的噴發(fā)間歇。

葛村旋回伴有兩次較大規(guī)模的由中偏堿性至酸性的火山噴發(fā)活動(dòng)，相應(yīng)出現(xiàn)上黨火山巖帶及甲山火山巖錐。

2 溧水巖礦石物性特征

區(qū)域巖（礦）石的物性參數(shù)特征為:

磁鐵礦（K 為 163 551～775 788×10-6SI，Jr 為252 888～666 752×10-3A/m，密度為3.07～3.37 g/cm3，極化率為17.7%）為強(qiáng)磁性、高密度、高極化率特征；黃銅礦、赤鐵礦、鏡鐵礦、鉛鋅礦等（K為0～100×10-6SI，Jr為0～10×10-3A/m，密度為3.68～3.94 g/cm3，極化率為8.3%～34.0%）為低磁、高密度、高極化特征；天青石（鍶礦）（K為0～100×10-6SI，Jr為0～10×10-3A/m，密度為3.85 g/cm3,極化率為0～1.2%）為低磁、高密度、高電阻率，低極化率特征。

侵入巖具有一定磁性，其中閃長(zhǎng)玢巖類磁性較強(qiáng)，如輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖、輝石閃長(zhǎng)玢巖、石英閃長(zhǎng)玢巖、閃長(zhǎng)玢巖等K值一般為8 500～3 550×10-64πSI，Jr值一般為1 043～335×10-3A/m，其它侵入巖磁性較低，K值一般為n×102×10-64πSI，Jr值一般為n×102×10-3A/m，Q值一般小于1，總體隨酸度的增加磁性逐漸下降，密度減小，即由輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖→輝石閃長(zhǎng)玢巖→閃長(zhǎng)玢巖→粗安斑巖→石英斑巖，磁性K 值由n×103×10-5SI，Jr值由n×103×10-3A/m降至無(wú)磁，中酸侵入巖在埋深不大時(shí)可引起數(shù)百或數(shù)千nT較為規(guī)則的磁異常。

火山巖類具有較強(qiáng)的磁性，磁性變化范圍較大，其中玄武巖類磁性較強(qiáng)，K值一般為2 768×10-64πSI，Jr值一般為2 358×10-3A/m，其它磁性較低，安山巖、粗安巖、流紋巖和凝灰?guī)rK值一般為n×102×10-64πSI，剩余磁化強(qiáng)度一般為n×（102～103）×10-3A/m，Q值絕大部分大于1，明顯以剩磁為主，且磁化方向雜亂，一般產(chǎn)生正負(fù)雜亂跳躍的磁異常，出露地表時(shí)，尤為強(qiáng)烈，密度和視電阻率均較侵入巖稍低。

正常沉積巖無(wú)磁、低極化，地球物理場(chǎng)以平緩負(fù)磁場(chǎng)、無(wú)極化率異常為特征。

3 溧水火山盆地重磁場(chǎng)特征

3.1 重力場(chǎng)特征

溧水火山盆地位于北北東向句容-溧水-高淳相對(duì)重力高值帶上，整體為“西北重力低、中部重力高、東北重力低”（圖2）。

布格重力低值區(qū)主要有西北湖熟鎮(zhèn)-陶吳鎮(zhèn)重力低（北東向）、南東有上沛重力低（北東向）、西南有石臼湖重力低（北東向）；布格重力高值區(qū)主要有臥龍山、老虎頭、韓湖村、別橋重力高，均為北東向。

區(qū)內(nèi)比較醒目的重力梯級(jí)帶主要有方山-小丹陽(yáng)梯級(jí)帶、茅東重力梯級(jí)帶、南渡-金壇梯級(jí)帶，均為區(qū)域性深斷裂的反映。呈北東、北北東向展布的異常帶在走向上往往發(fā)生等值線或梯級(jí)帶拐折、扭曲或被切斷、錯(cuò)位等現(xiàn)象，相鄰異常扭曲的連線構(gòu)成北西向異常扭曲帶，為后期斷裂構(gòu)造的反映。重力異常梯級(jí)帶、扭曲帶所反映的區(qū)域性斷裂構(gòu)成了本區(qū)區(qū)域斷裂構(gòu)造格架，控制了區(qū)內(nèi)隆、凹成帶、成塊出現(xiàn)的地質(zhì)構(gòu)造特征。

3.2 磁場(chǎng)特征

在區(qū)域航磁△T化極異常圖上，北東向磁異常帶非常清晰，強(qiáng)度中等，說(shuō)明區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈。區(qū)內(nèi)磁異常強(qiáng)度及變化趨勢(shì)與重力場(chǎng)有類似特征，主要存在句容平靜磁場(chǎng)區(qū)、柘塘-溧水雜亂磁場(chǎng)區(qū)、茅山磁異常帶。

上述區(qū)域重磁場(chǎng)特征與本區(qū)的地質(zhì)背景關(guān)系密切：重力低值區(qū)、平靜磁場(chǎng)區(qū)與凹陷區(qū)相對(duì)應(yīng)，為一套低密度，無(wú)-弱磁性的沉積區(qū)；重力高值區(qū)，雜亂磁異常區(qū)與隆起區(qū)相對(duì)應(yīng)；為局部基底隆起，侵入巖、次火山巖類高密度體的疊加，以及磁性不均勻的火山巖覆蓋區(qū)；重力梯級(jí)帶，次異常帶主要為第二密度界面的反映。

圖2 溧水火山巖盆地區(qū)布格重力異常圖Fig.2 Bouguer gravity anomaly map of Lishui volcanic basin

4 火山機(jī)構(gòu)推斷依據(jù)

溧水地區(qū)火山活動(dòng)始于上侏羅世西橫山期，在晚侏羅世-早白堊世出現(xiàn)大規(guī)模火山活動(dòng)（分為龍王山旋回、大王山旋回、姚家邊旋回、甲山旋回），新生代方山旋回火山活動(dòng)僅發(fā)生局部地區(qū)、零星分布。前期火山構(gòu)造面貌受后期地質(zhì)作用的破壞、改造或掩蓋，導(dǎo)致火山巖自西向東遞進(jìn)發(fā)育和疊加覆蓋，大多數(shù)已很難恢復(fù)，致使地表難以識(shí)別，因此區(qū)內(nèi)一致公認(rèn)火山機(jī)構(gòu)較少。在結(jié)合1/5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，本文從重磁場(chǎng)特征研究區(qū)內(nèi)火山穹隆、破火山口等分布及范圍。

火山穹隆構(gòu)造為巖漿上隆作用，將上覆巖層頂成穹形或拱形的構(gòu)造，這種穹隆往往由同噴發(fā)旋回的熔巖和次火山巖體組成。由于本區(qū)次火山巖體如輝山閃長(zhǎng)玢巖密度高，其在重力場(chǎng)會(huì)引起等軸狀剩余高異常，如韓湖村火山穹?。ㄒ?jiàn)圖2中韓湖村重力高）。

破火山口構(gòu)造是由破火口及周圍的火山噴發(fā)物組成的火山構(gòu)造。在地貌上呈周邊地勢(shì)高，內(nèi)部地勢(shì)低洼特點(diǎn)。如硯瓦橋破火山口及通道充填大王山閃長(zhǎng)斑巖等巖脈；東崗頭火山口破火山口構(gòu)造外圍為溢流相熔巖，通道為輝石閃長(zhǎng)玢巖，后期塌陷形成。以上破火山口構(gòu)造在重力場(chǎng)上多呈封閉的“負(fù)心”構(gòu)造，會(huì)引起等軸狀剩余負(fù)異常，它常常被剩余正異常環(huán)繞，這種環(huán)狀特征在地貌和遙感圖像上更為清晰。

在常規(guī)地質(zhì)調(diào)查已發(fā)現(xiàn)或疑似火山機(jī)構(gòu)地區(qū)，綜合分析研究重力、磁測(cè)資料可推斷火山穹隆、破火山口等[3，11]分布范圍。本次推測(cè)火山穹隆、破火山構(gòu)造主要依據(jù)剩余重力特征線、垂向?qū)?shù)、水平總梯度模等參數(shù)，航磁等資料進(jìn)行圈定。

5 典型火山機(jī)構(gòu)剖析

5.1 硯瓦橋火山機(jī)構(gòu)

硯瓦橋破火山口位于溧水隆起北部，屬龍王山早亞旋回角閃安山質(zhì)火山巖噴發(fā)期所形成的火山機(jī)構(gòu)。因剝蝕較深，火山機(jī)構(gòu)外貌已難恢復(fù)。推測(cè)硯瓦橋一帶為主要火山口，近火山口由爆發(fā)相粗碎屑巖組成?；鹕娇谙酁榧s3 km2的閃長(zhǎng)玢巖體-硯瓦橋巖體，北北西向近橢圓狀，巖體中心相為石英閃長(zhǎng)斑巖，屬于龍王山早亞旋回晚期分異的殘余巖漿填充在火山口中的產(chǎn)物?；鹕交顒?dòng)中心外圍分布一系列玄武玢巖、輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖、輝石閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖、花崗閃長(zhǎng)玢巖等龍王山晚亞旋回巖脈，充填在疊加區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征的構(gòu)造裂隙中。

硯瓦橋破火山口在布格重力圖上顯示負(fù)異常，剩余重力異常大致能反映出破火山口形態(tài)；航磁顯示火山口外圍存在多處磁高異常，與剩余磁異常反映一致。硯瓦橋破火山口大致可依據(jù)剩余重力異?！?0.2”等值線圈定。

圖3 硯瓦橋破火山與重磁異常剖析圖Fig.3 Analysis map of Yanwaqiao caldera and gravity-magnetic anomalies

5.2 甲山破火山口

甲山地區(qū)甲山旋回流紋巖分布呈東西長(zhǎng)2.2 km，南北最寬1.1 km的橢圓狀，主要為溢流相熔巖，底部局部發(fā)育少量爆發(fā)相碎屑熔巖。其上下都為葛村組湖盆相紅層，甲山旋回屬葛村早期局部火山活動(dòng)的產(chǎn)物。甲山流紋巖基本上屬裂隙-中心式火山噴發(fā)，主要受北西西向斷裂控制，在中段局部見(jiàn)陡流理的瘤狀流紋巖為主要噴發(fā)口，在北西西延長(zhǎng)方向上有同成分巖床侵入于龍王山組火山巖中。

甲山破火山內(nèi)主要充填了低密度酸性流紋巖，因此在布格重力圖上顯示梯級(jí)帶局部陡變部位，重力剩余異常大致能反映出破火山口形態(tài)；航磁及剩余異常均顯示其火山口外圍存在2處磁高異常。最終，甲山破火山口大致可依據(jù)剩余重力異?！?0.5”等值線圈定。

6 火山機(jī)構(gòu)解釋成果

本次調(diào)查包括了二級(jí)火山機(jī)構(gòu)溧水火山構(gòu)造洼地區(qū)，依據(jù)地質(zhì)資料，結(jié)合重磁場(chǎng)異常特征，共推斷了火山機(jī)構(gòu)18處，包括破火山、火山穹窿等，其中破火山16處、火山穹窿2處。

圖4 甲山火山口與重磁異常剖析圖Fig.4 Analysis map of Jiashan caldera and gravity-magnetic anomalies

圖5 溧水地區(qū)重力推測(cè)火山機(jī)構(gòu)分布圖Fig.5 Distribution map of gravity-magnetic inferred volcanic structures in Lishui area

在本次火山機(jī)構(gòu)推斷解釋中，重力調(diào)查、航磁資料較好地圈定了火山機(jī)構(gòu)邊界，這與地表地質(zhì)、遙感調(diào)查有區(qū)別，主要表現(xiàn)重磁圈定范圍略大一些，整體環(huán)形結(jié)構(gòu)更加完善，常規(guī)地表調(diào)查、遙感影像無(wú)法做到。單以重磁異常直接推斷火山機(jī)構(gòu)也是不可行的，必須具有火山構(gòu)造的地質(zhì)前提下，利用重磁資料進(jìn)行火山機(jī)構(gòu)推斷解釋，為地質(zhì)構(gòu)造研究和資源預(yù)測(cè)提供有用信息。

7 結(jié)語(yǔ)

（1）利用1/5萬(wàn)重力調(diào)查資料研究區(qū)域構(gòu)造與斷裂研究表明，區(qū)域重磁場(chǎng)反映出基底起伏形態(tài)，深大斷裂具有較寬梯級(jí)帶異常，隱伏斷裂一般也有較明顯異常。

（2）研究典型火山機(jī)構(gòu)與重磁場(chǎng)關(guān)系與形成機(jī)理，為解決重力調(diào)查圈定火山機(jī)構(gòu)提供了技術(shù)路線。

（3）利用地質(zhì)調(diào)查與重磁資料相結(jié)合方法，依據(jù)重力剩余異常、垂向?qū)?shù)、水平總梯度模等，可有效地推斷火山機(jī)構(gòu)，為今后重力調(diào)查研究火山機(jī)構(gòu)提供了很好的案例。