重力勘探在山東平度地區(qū)基底構(gòu)造發(fā)育研究的應(yīng)用

李建超，曹朋軍，王志豪，吳曉飛

（1.中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津300222；2.天津市地球物理勘探中心，天津300170）

研究區(qū)位于膠北隆起東南部和膠萊盆地北部，礦產(chǎn)資源較豐富，主要礦種有金礦、鐵礦、鉛鋅礦、石墨礦等。其中以金礦最為著名，其開(kāi)采與保有儲(chǔ)量全國(guó)第一；平度及萊西石墨礦田是我國(guó)石墨資源三大主要產(chǎn)地之一。張寶林、李衣鑫、張丕建、原顯順、王偲瑞等對(duì)膠東地區(qū)的地質(zhì)、成礦條件進(jìn)行過(guò)研究[1－6]。但平度地區(qū)前期僅完成1/20萬(wàn)及1/10萬(wàn)等小比例尺調(diào)查工作，1/5萬(wàn)以上調(diào)查開(kāi)展較少，調(diào)查勘探成果精度相對(duì)較低，不能滿足當(dāng)前生產(chǎn)需要。重力勘探是開(kāi)展斷裂構(gòu)造識(shí)別、構(gòu)造單元?jiǎng)澐?、礦產(chǎn)資源調(diào)查及基底特征研究的重要手段，大量的實(shí)例已經(jīng)證明了該方法的可靠性[7-20]。筆者本次依托《山東省平度-萊陽(yáng)地區(qū)1/5萬(wàn)高精度重磁測(cè)量》項(xiàng)目，在平度地區(qū)開(kāi)展1/5萬(wàn)重力勘探工作。通過(guò)建立最優(yōu)化的地質(zhì)-地球物理模型，解決了平度-萊陽(yáng)構(gòu)造研究中斷裂發(fā)育問(wèn)題，劃分了“三高兩低”的格局，取得了較好的勘探效果。期望可以為研究區(qū)基礎(chǔ)性、公益性地質(zhì)調(diào)查，礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)及為社會(huì)需求提供基礎(chǔ)參考資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 地質(zhì)概況

研究區(qū)隸屬華北-柴達(dá)木地層大區(qū)、華北地層區(qū)及魯東地層分區(qū)，地層出露相對(duì)零星。分布有太古宙、元古宙、中生代、新生代地層。區(qū)內(nèi)巖漿巖十分發(fā)育，巖石類(lèi)型為超基性巖-基性巖-中性巖-酸性巖，以中酸性巖為主。

研究區(qū)大地構(gòu)造隸屬于華北板塊（Ⅰ級(jí)）膠遼隆起區(qū)（Ⅱ級(jí)）膠北隆起和膠萊盆地西部（Ⅲ級(jí)）構(gòu)造單元（圖1）。構(gòu)造特點(diǎn)是基底構(gòu)造線以近EW向展布為主，基底褶皺軸向與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致。中生代斷裂構(gòu)造以NE-NNE向最突出，NE向次之，還有NW及近EW向斷裂。該區(qū)斷裂構(gòu)造頗為發(fā)育，其中NE-NNE向和NE向斷裂構(gòu)造明顯而突出；近EW向斷裂除平度斷裂規(guī)模較大外，其它斷裂與NW向斷裂均零散地夾雜于研究區(qū)各個(gè)地段。這些不同方位的斷裂均具多期活動(dòng)特點(diǎn)，力學(xué)性質(zhì)各異，其形成及活動(dòng)時(shí)間亦不盡相同。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造展布圖Fig.1 Geotectonic layout of the study area

1.2 區(qū)域重力場(chǎng)特征

據(jù)已有物探資料可知，研究區(qū)及其周邊地區(qū)總的重力場(chǎng)特征是南高北低，中部偏西為重力低異常區(qū)。布格重力異常規(guī)模較大，重力變化也較大，重力值一般為（-20～30）×10-5m/s2，全省重力場(chǎng)的最高點(diǎn)萊西市南大望城布格重力異常高達(dá)34×10-5m/s2。異常走向以北北東和近東西向?yàn)橹鳎蔽飨虻漠惓Ｒ?guī)模一般較小，穿插于北北東向和近東西向的異常中。與研究區(qū)的構(gòu)造格架反映相一致，也與研究區(qū)地層和巖漿巖的分布相對(duì)應(yīng)。

2 解釋與應(yīng)用效果分析

2.1 解釋依據(jù)

本次解譯先通過(guò)繪制布格重力異常平面等值線圖（主要解釋圖件）客觀地描繪出研究區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況，結(jié)合物性參數(shù)及地質(zhì)規(guī)律，建立合理的初始地質(zhì)-地球物理模型；通過(guò)反演、延拓、求導(dǎo)等手段得到不同目的的重力成果。依據(jù)不同重力異常的特征，通過(guò)結(jié)合地質(zhì)規(guī)律有效解決基巖中斷裂分布及構(gòu)造單元?jiǎng)澐值鹊刭|(zhì)問(wèn)題[21-27]。

2.2 基底構(gòu)造研究

在對(duì)布格重力異常進(jìn)行位場(chǎng)轉(zhuǎn)換獲取線性增強(qiáng)水平總梯度模的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往物探成果及地質(zhì)認(rèn)識(shí)，對(duì)研究區(qū)斷裂構(gòu)造進(jìn)行了圈定，并依據(jù)斷裂體系控制下不同重力場(chǎng)的特征對(duì)地質(zhì)構(gòu)造單元進(jìn)行了劃分。

2.2.1 布格重力異常場(chǎng)特征

本次重力向上延拓選取0.5 km、1 km、2 km、3 km、5 km 共5 個(gè)高度進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)對(duì)比分析上延0.5 km反映區(qū)域異常特征較明顯。布格重力（上延0.5 km）異常區(qū)域場(chǎng)圖（圖2）可以看出，布格重力場(chǎng)形態(tài)在研究區(qū)內(nèi)整體上大致呈西高東低的形態(tài)，南北向重力場(chǎng)又由一近東西向梯級(jí)帶分割。區(qū)內(nèi)重力異常規(guī)模較大，重力幅值變化也較大，布格重力場(chǎng)值一般在（-19～30）×10-5m/s2之間變化。全區(qū)重力場(chǎng)最低位于研究區(qū)北北東一帶，布格重力場(chǎng)值約為-19×10-5m/s2，最高位于研究區(qū)中西部，布格重力場(chǎng)約為30×10-5m/s2，高低之間相差約49×10-5m/s2。異常走向主要為近東西向、北北東向、北北西向，高低異常接觸帶較為明顯。

圖2 平度區(qū)布格重力異常區(qū)域場(chǎng)圖（上延0.5km）Fig.2 Pingdu area field map of Bouguer gravity anomaly(up by 0.5km)

研究區(qū)布格重力異常形態(tài)宏觀上表現(xiàn)為“三高兩低”。其幅值的高低充分揭示了研究區(qū)內(nèi)隆起、凹陷的地質(zhì)構(gòu)造特征的分布范圍。依據(jù)布格重力場(chǎng)的變化特征及所處的構(gòu)造位置，將研究區(qū)布格重力場(chǎng)分為東北部、中南部重力低值區(qū)，西北部、西南部及中西部重力高值區(qū)。每個(gè)分區(qū)的邊界均對(duì)應(yīng)控制該區(qū)邊界的斷裂及巖性界限。

（1）西北部重力高值區(qū)

該區(qū)位于研究區(qū)西北部，面積約28 km2。重力場(chǎng)變化區(qū)間為（7.5～16）×10-5m/s2之間，變化幅度8.5×10-5m/s2。布格重力異常整體呈北北東向延伸，區(qū)內(nèi)異常未完全封閉，局部異常不發(fā)育，異常邊界梯度變化明顯。該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造位于三級(jí)構(gòu)造單元（Ⅲa）膠北隆起區(qū)的膠北凸起區(qū)，推測(cè)地質(zhì)上對(duì)應(yīng)出露在研究區(qū)西北部的下元古界粉子山群，較大范圍的重力高與下元古界地層隆起有關(guān)。

（2）東北部重力低值區(qū)

該區(qū)位于研究區(qū)東北部，面積約330 km2，重力場(chǎng)變化區(qū)間為（-18～4）×10-5m/s2之間，變化幅度22×10-5m/s2。布格重力異常西高東低，整體呈北北西向延伸、局部北北東向延伸，邊界梯度變化劇烈的形態(tài)特征。該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造位于三級(jí)構(gòu)造單元（Ⅲa）膠北隆起區(qū)的膠北凸起區(qū)，推測(cè)地質(zhì)上與低密度的花崗巖體相對(duì)應(yīng)，其西高東低的相對(duì)特征，說(shuō)明該區(qū)域西部部分巖體被上覆中新生代地層所覆蓋，呈現(xiàn)半隱伏狀態(tài)所致。

（3）中南部重力低值區(qū)

該區(qū)位于研究區(qū)中部偏南，面積約220 km2，重力場(chǎng)變化區(qū)間為（-9～7）×10-5m/s2之間，變化幅度16×10-5m/s2。布格重力異常形態(tài)總體為閉合的重力低值異常，重力異常等值線密集、梯度變化大。該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造位于三級(jí)構(gòu)造單元（Ⅲb）膠萊盆地西部，推測(cè)地質(zhì)上對(duì)應(yīng)表基底埋深較深。

（4）西南重力高值區(qū)

該區(qū)位于研究區(qū)西南，面積約77 km2，重力場(chǎng)變化區(qū)間為（7～14.5）×10-5m/s2之間，變化幅度7.5×10-5m/s2。布格重力異常形態(tài)為未閉合的重力高值異常，呈東西向、北西西向展布，梯度變化大。該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造位于三級(jí)構(gòu)造單元（Ⅲb）膠萊盆地西部，推測(cè)地質(zhì)上對(duì)應(yīng)隆升的高密度基底地層。

（5）中西重力高值區(qū)

圖3 平度區(qū)布格重力剩余異常平面圖Fig.3 Plan of bouguer gravity residual anomaly in Pingdu region

該區(qū)位于研究區(qū)中西部，面積約200 km2，重力場(chǎng)變化區(qū)間為（0～29）×10-5m/s2之間，變化幅度29×10-5m/s2。重力場(chǎng)異常呈未閉合的重力高值異常，北西向展布，幅值較高。該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造位于三級(jí)構(gòu)造單元（Ⅲb）膠萊盆地西部，推測(cè)地質(zhì)上對(duì)應(yīng)高密度基底地層及大規(guī)模侵入巖體。

2.2.2 斷裂構(gòu)造解釋

斷裂構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成地層空間、位置發(fā)生相對(duì)變化，使正常地層發(fā)生錯(cuò)段和位移，致使接觸關(guān)系發(fā)生變化，上下盤(pán)之間出現(xiàn)臺(tái)階或其它復(fù)雜形態(tài)，使地層空間位置和地層密度分布狀態(tài)發(fā)生了變化，從而引起重力場(chǎng)的異常變化。這種重力場(chǎng)的變化特征是推斷斷裂的地球物理依據(jù)。

斷裂構(gòu)造在布格重力剩余異常和總梯度模圖件上一般具有以下標(biāo)志：

1）走向明顯的重力梯級(jí)帶；2）狹長(zhǎng)的帶狀異常；3）異常帶的水平錯(cuò)位或平移；4）異常等值線的同向扭曲；5）重力場(chǎng)發(fā)生明顯變化的分界線；6）重力高與重力低之間的線性過(guò)渡帶。

主要通過(guò)對(duì)布格重力剩余異常圖（圖3）及總梯度模圖（圖4）的研究，輔以0°，45°，90°，135°等不同方向?qū)?shù)異常圖，并結(jié)合研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)及鉆探成果進(jìn)行綜合分析。區(qū)內(nèi)存在推斷斷裂19條，與地質(zhì)成果基本吻合。研究區(qū)各斷裂展布見(jiàn)斷裂推斷成果圖（圖5）。其中較大斷裂有4條：

圖4 平度區(qū)布格重力異?？偺荻饶DFig.4 General gradient pattern of Bouguer gravity anomaly in Pingdu region

圖5 平度區(qū)斷裂推斷成果圖Fig.5 The inferred results of the Pingdu area fault

（1）F1斷裂

該斷裂自西向東貫穿研究區(qū)中部偏南，呈東西向展布，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度約22 km。與該地區(qū)“平度斷裂”相吻合。布格重力異常表現(xiàn)為東西向明顯的重力梯級(jí)帶，重力場(chǎng)變化巨大；斷裂北側(cè)為布格重力高、南側(cè)為布格重力低。

（2）F2斷裂

該斷裂位于研究區(qū)南部，沿宅科北2 km、張家北2 km、姜蘭鎮(zhèn)北、何家店一帶呈東西向展布，研究區(qū)內(nèi)共延伸約20 km。布格重力異常表現(xiàn)為東西向明顯的重力梯級(jí)帶，重力場(chǎng)變化巨大；斷裂北側(cè)為布格重力低、南側(cè)為布格重力高。

（3）F5斷裂

該斷裂位于研究區(qū)西北部，沿王埠莊-后高家-沙嶺一線呈北東向展布，研究區(qū)內(nèi)延伸約10 km。布格重力異常表現(xiàn)為北東向明顯的重力梯級(jí)帶，重力場(chǎng)變化巨大；斷裂西北側(cè)為布格重力高、東南側(cè)為布格重力低。

（4）F8斷裂

斷裂位于研究區(qū)中部，沿張家-賈家煙村-北盛家呈北北東向展布，研究區(qū)內(nèi)延伸約14 km。布格重力異常表現(xiàn)為為重力異常等值線同向軸出現(xiàn)扭曲。

同時(shí)推測(cè)F3、F11、F14為一條較大斷裂，活動(dòng)期應(yīng)早于F1斷裂（平度斷裂），后期被F1斷裂錯(cuò)斷，北部基底向東向上抬升形成凸起，南部基底向西向下沉降形成凹陷。

2.2.3 構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

根據(jù)研究區(qū)重力場(chǎng)特征、斷裂構(gòu)造，在整個(gè)研究區(qū)劃分出膠北隆起和膠萊盆地2 個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元。在各Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元內(nèi)進(jìn)一步劃分出3個(gè)Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元，在Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元中又劃分出5 個(gè)Ⅴ級(jí)構(gòu)造單元（與異常分布區(qū)吻合）。各構(gòu)造單元?jiǎng)澐智闆r見(jiàn)表1。

表1 構(gòu)造單元?jiǎng)澐忠挥[表Table 1 List of division of construction units

（1）邵家凸起位于研究區(qū)西北部。出露粉子山群，主要巖性為大理巖、黑云變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖、磁鐵石英巖等與東南側(cè)第四系覆蓋區(qū)對(duì)比形成重力高低異常形態(tài)。

（2）茶山花崗巖帶包含斷裂F1（平度）、F7、F8及研究區(qū)邊界所圍限的區(qū)域。該區(qū)域出露大面積玲瓏花崗巖。

（3）趙戈莊凹陷包含斷裂F1（平度斷裂）、F2、F3、F11及研究區(qū)邊界所圍限的區(qū)域，為受斷裂作用形成的基底斷陷構(gòu)造。白惡系頂板埋深約1 km。

（4）宅科凸起包含斷裂F1（平度斷裂）、F2、F3、F4、F11及研究區(qū)邊界所圍限的區(qū)域。

（5）東坡凸起包含斷裂F1（平度斷裂）、F5、F7、F8及研究區(qū)邊界所圍限的區(qū)域。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)平面地球物理場(chǎng)的定性分析，對(duì)研究區(qū)的基底構(gòu)造特征進(jìn)行了研究。依據(jù)地球物理場(chǎng)的線性梯度變化特征，2個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元，3個(gè)Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元，5個(gè)Ⅴ級(jí)構(gòu)造單元，呈現(xiàn)了“三高兩低”的格局，較客觀地反映了研究區(qū)構(gòu)造面貌，為研究該區(qū)域基底特征、構(gòu)造發(fā)育情況、地殼穩(wěn)定性和礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)提供了基礎(chǔ)地球物理資料。

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育斷裂19條，斷裂構(gòu)造格架以北東、北西、近東西向?yàn)橹?，它控制了區(qū)域構(gòu)造單元的基本格架，此成果與地質(zhì)成果大致吻合。同時(shí)推測(cè)F3、F11、F14為一條較大斷裂，活動(dòng)期應(yīng)早于F1斷裂（平度斷裂），后期被F1斷裂錯(cuò)斷，北部基底向東向下抬升形成凸起，南部基底向西向上沉降形成凹陷。

研究區(qū)地處膠東半島東部，農(nóng)、工業(yè)發(fā)達(dá)，人文活動(dòng)頻繁，電力設(shè)備設(shè)施多，嚴(yán)重影響電法、電磁法的布設(shè)與采集。重力勘探所觀測(cè)、研究的是天然重力場(chǎng)，具有勘探深度大，不受電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)；而且設(shè)備輕便易攜帶，采集時(shí)間短，可以有效避開(kāi)人文干擾。這就使得該方法不僅在傳統(tǒng)的勘察領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，更將在人文干擾大的城市工程環(huán)境調(diào)查等領(lǐng)域嶄露頭角。

致謝：本論文在編寫(xiě)過(guò)程中得到了天津華北地質(zhì)勘查局楊學(xué)明和中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司王志豪兩位物探專(zhuān)家的幫助和指導(dǎo)。在此表示最誠(chéng)摯的謝意！