固原硝口巖鹽礦區(qū)及其周緣斷裂體系與特征

虎新軍，陳曉晶，曹園園，陳濤濤，卜進兵，倪 萍>

(寧夏回族自治區(qū)地球物理地球化學勘查院，寧夏 銀川 750001)

1 引 言

隨著硝口巖鹽礦開采程度的日益加深，針對巖鹽礦成礦地質(zhì)條件的研究也越來越深入，諸多研究成果表明[1-3]，構(gòu)造對巖鹽礦沉積、成巖、改造、再富集的演化過程中，起著極其重要的作用，礦體的賦存與斷裂的發(fā)育特征具有緊密的依存關(guān)系。因此，在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造認識的指導下，厘定本區(qū)構(gòu)造體系，尤其是硝口巖鹽礦區(qū)的斷裂展布性狀與局部構(gòu)造展布形態(tài)尤為重要。然而，受青藏高原隆升而產(chǎn)生的北東向擠壓應力持續(xù)作用，在東部穩(wěn)定的“南北古脊梁”阻擋下，形成右旋走滑應力分量，雙重的應力作用將本區(qū)置于復雜的構(gòu)造應力環(huán)境中[3-9]，斷裂構(gòu)造與局部構(gòu)造單元的原始面貌均有不同程度的改變，尤其是在黃土覆蓋區(qū)，厘定難度更大。

近年來，運用地球物理邊界識別技術(shù)對隱伏斷裂的解譯越來越成熟[10]。已有的研究成果[11-14]探討出了能夠針對厚新生界覆蓋的斷陷盆地內(nèi)，由拉張應力形成的各級別斷裂有較好識別效果的一整套技術(shù)方法組合。本次在前人研究的成熟技術(shù)思路指導下進行了優(yōu)化，以1∶5萬區(qū)域重力資料為基礎(chǔ)，運用小波多尺度分解技術(shù)對構(gòu)造進行由淺至深動態(tài)式“掃描”，選取能夠反映本區(qū)斷裂展布特征的重力場，求取歸一化標準差與斜導數(shù)，精準定位斷裂位置，厘定斷裂體系，并結(jié)合鉆孔資料與CSAMT剖面資料對硝口巖鹽礦區(qū)構(gòu)造特征進行了精細分析。

2 地質(zhì)構(gòu)造概況

根據(jù)寧夏最新的動態(tài)構(gòu)造區(qū)劃方案“侏羅紀—第四紀構(gòu)造單元劃分”[15]，硝口凹陷及周緣地區(qū)橫跨祁連早古生代造山帶(Ⅲ2)與阿拉善微陸塊(Ⅲ4)兩個構(gòu)造單元，隸屬于西華山—六盤山?jīng)_斷帶(Ⅲ21-1-2)與煙筒山—窯山?jīng)_斷帶(Ⅲ41-1-4)。新生代以來喜山運動強烈的擠壓，造成本區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育。至今新構(gòu)造運動仍十分強烈，對現(xiàn)代地貌形態(tài)影響較大(圖1)。

1-靈武組；2-洪積層；3-彰恩堡組；4-清水營組；5-寺口子組；6-乃家河組；7-馬東山組；8-李洼峽組；9-活動正斷層；10-隱伏斷層；11-逆斷層圖1 固原地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造略圖Fig.1 Geological structure map of Guyuan area

3 硝口周緣斷裂體系

3.1 斷裂特征解譯

運用歸一化標準差對重力1階、2階、3階小波剩余場進行處理，運用斜導數(shù)對重力1階、2階、3階小波區(qū)域場進行處理，結(jié)合二者處理結(jié)果，綜合推斷硝口周緣地區(qū)斷裂展布，效果良好。

3.1.1 歸一化標準差

3階小波剩余場歸一化標準差處理結(jié)果(圖2c)主要體現(xiàn)出北北西向展布的斷裂，尤其是沿李俊鄉(xiāng)—沙溝鄉(xiāng)—葉家河鄉(xiāng)—硝口鎮(zhèn)一線分布的月亮山北麓斷裂行跡最為清晰；2階小波剩余場歸一化標準差處理結(jié)果(圖2b)中月亮山北麓斷裂的極大值條帶分布勻稱，斷裂東側(cè)的北北西向斷裂的線性特征清晰，具弧形特征，北北東向斷裂特征顯現(xiàn)，與北北西向斷裂形成“X”型交切關(guān)系；1階小波剩余場歸一化標準差處理結(jié)果(圖2a)將淺部斷裂特征刻畫得異常清晰，北西西向與北東向兩組斷裂的相互交切現(xiàn)象凸顯，月亮山北麓斷裂被北東向小規(guī)模斷裂逐次左階錯斷形成5個亞段。

3.1.2 斜導數(shù)

3階小波區(qū)域場斜導數(shù)處理結(jié)果(圖2f)僅對月亮山北麓斷裂葉家河以南段有一定的跡象；2階小波區(qū)域場斜導數(shù)處理結(jié)果(圖2e)對月亮山北麓斷裂全段得以清晰的刻畫，東部斷裂逐漸顯現(xiàn)，平面延伸均不長，線性特征較弱；1階小波區(qū)域場斜導數(shù)處理結(jié)果(圖2d)細致地反映了斷裂的細節(jié)特征，馬東山背斜東翼斷裂表現(xiàn)出一簇向北東凸出的弧形斷裂，北東向斷裂對北北西向斷裂的錯斷現(xiàn)象更加清楚。

圖2 重力異常處理及其推斷斷裂結(jié)果Fig.2 Gravity anomaly processing and inferred fracture results

3.1.3 斷裂綜合劃定

對比可以發(fā)現(xiàn)，歸一化標準差與斜導數(shù)處理結(jié)果共同刻畫了硝口巖鹽礦周緣地區(qū)斷裂展布形態(tài)及相互關(guān)系，但二者之間具有較明顯的差異性，歸一化標準差處理結(jié)果(圖2(a)～圖2(c))對月亮山北麓斷裂(FⅠ2)細節(jié)刻畫更清楚，對馬東山凸起內(nèi)部的小規(guī)模斷裂也具有較強的識別與劃定作用，斜導數(shù)處理結(jié)果(圖2(d)～圖2(f))則主要反映了月亮山北麓斷裂、馬東山東麓斷裂及其他北西向斷裂整體分布格架及斷裂之間的相互交切關(guān)系。本次硝口巖鹽礦周緣地區(qū)斷裂整體形態(tài)的劃定以斜導數(shù)處理結(jié)果斷裂整體特征為基礎(chǔ)，綜合了歸一化標準差處理結(jié)果對斷裂細節(jié)刻畫的特點。

以區(qū)域斷裂分級方案，將歸一化標準差與斜導數(shù)綜合推斷斷裂分為Ⅰ級、Ⅳ級、Ⅴ級，其中Ⅰ級斷裂1條，為月亮山北麓—六盤山東麓斷裂(FⅠ2)，Ⅳ級1條，為馬東山東麓斷裂(FⅣ1)，其余24條為局部構(gòu)造單元內(nèi)部小規(guī)模斷裂(圖3)。

3.2 斷裂體系厘定

根據(jù)斷裂性質(zhì)、斷裂發(fā)育特征及相互交切關(guān)系，將劃定的26條斷裂歸為兩個體系：北西向斷裂系與北東向斷裂系。

3.2.1 北西向斷裂系

北西向斷裂系以月亮山北麓斷裂為典型代表，是本區(qū)主要發(fā)育的斷裂類型。斷裂多呈北東向微凸的“弧形”展布特征，延伸長度大。因受擠壓應力作用，多展布于擠壓變形帶的中前緣，，如FⅣ1、FⅤ8、FⅤ15等；在兩組逆沖帶的轉(zhuǎn)換部位，差異化擠壓造成局部的拉張應力作用，在硝口、上店子等區(qū)域形成了一系列小規(guī)模正斷層，多為局部次級凹陷的邊界斷裂或內(nèi)部分帶斷裂，如：FⅤ2、FⅤ3、FⅤ10等；特殊的月亮山北麓斷裂為“中深部逆沖、淺部正斷”的復合斷裂帶特征，推斷月亮山持續(xù)隆升、硝口—上店子—沙溝一線持續(xù)下降進而產(chǎn)生大規(guī)模逆沖前緣推覆體，在重力勢能作用下，在前期逆沖斷層的基礎(chǔ)上，上盤整體滑落，形成淺部正斷層。

3.2.2 北東向斷裂系

北東向斷裂系多具局部發(fā)育、平面延伸距離較小的特征。來自西南向的擠壓應力產(chǎn)生明顯的推覆構(gòu)造體系，持續(xù)擠壓作用使得于不同構(gòu)造部位，產(chǎn)生差異化的變形效應，這種應力調(diào)節(jié)作用是北東向斷裂形成的主要力學機制。北東向斷裂均具明顯的走滑特征，本區(qū)基本以左行走滑為主，如：FⅤ1、FⅤ9、FⅤ12，個別斷裂為右行走滑性質(zhì)(FⅤ4)。

1.地質(zhì)實測斷裂；Ⅰ級推斷斷裂；Ⅳ級推斷斷裂；Ⅴ級推斷斷裂圖3 固原地區(qū)斷裂展布Fig.3 Layout of faults in Guyuan area

4 硝口巖鹽礦區(qū)斷裂特征

受青藏塊體北北東向推覆作用，硝口巖鹽礦區(qū)及其周緣整體處于擠壓應力環(huán)境，但硝口巖鹽礦北側(cè)的馬東山背斜南部傾末端直接與月亮山?jīng)_斷帶相接，南側(cè)的開城以南處于祁連早古生代造山帶與鄂爾多斯西緣擠壓縫合區(qū)，在受同一擠壓應力過程中，巖鹽礦南北兩側(cè)隆起的基底較為穩(wěn)固，變形位移量??；硝口巖鹽礦區(qū)域基底埋深大，上覆的六盤山群地層塑性強，變形位移量大。差異性的變形使得硝口地區(qū)形成了局部拉張應力環(huán)境，內(nèi)部發(fā)育的均為正斷層，南北邊界斷裂則為走滑斷層。

4.1 斷裂平面特征

以1∶5萬區(qū)域重力小波1階細節(jié)場為基礎(chǔ)，通過求取垂向二階導數(shù)，劃定了硝口地區(qū)斷裂平面展布形態(tài)(圖4)。

重力小波1階細節(jié)場反映了硝口巖鹽礦區(qū)斷裂發(fā)育概貌，4條北西走向的斷裂跡象清晰，為北西向重力高、低異常條帶的分界。最西側(cè)為月亮山北麓斷裂(FⅠ2)，走向北西西305°，控制了次凹的西側(cè)邊界，與其相鄰的為小規(guī)模斷裂FⅤ2-1，呈北東向微凸的弧形展布，與斷裂FⅠ2共同控制了西側(cè)斷塊條帶；斷裂FⅤ2-2與FⅤ2-1平面展布特征類似，二者夾持形成了中部斷塊條帶；斷裂FⅤ3為礦區(qū)東邊界。北邊界斷裂FⅤ4為北東走向的右行走滑斷裂，南邊界斷裂FⅤ1為北東向左行走滑斷裂。

1-未見礦鉆孔；2-見礦鉆孔；3-行政單位；4-聯(lián)井剖面；5-實測斷裂；6-推斷斷裂圖4 固原硝口巖鹽礦區(qū)重力異常推斷斷裂分布Fig.4 Distribution map of gravity anomaly inferred faults of Xiaokou rock salt deposit in Guyuan

4.2 斷裂剖面特征

以8口鉆孔資料為基礎(chǔ)，結(jié)合CSAMT資料，構(gòu)建了2條二維聯(lián)井剖面(位置見圖4)，對斷裂平面特征進行校正，分析了斷裂剖面傾向特征(圖5)。

根據(jù)斷裂展布形態(tài)及其鉆遇地層(礦層)分析：月亮山北麓斷裂FⅠ2為正斷性質(zhì)，傾向北北東35°，傾角約60°，根據(jù)ZK206與ZK103鉆遇的K1m、K1n厚度及埋深推算斷裂斷距大于1 800 m；FⅤ2-1斷裂為西傾正斷層，與FⅠ2斷裂組成反“Y”字結(jié)構(gòu)，傾向南南西228°，傾角約65°，斷距由北向南逐漸變小，在ZK301—ZK201一線，斷距約300 m；FⅤ2-2斷裂為東傾正斷層，北東傾向50°，傾角約63°，斷距南北變化不大，約140 m；FⅤ3斷裂東傾正斷層，北東傾向52°，傾角約65°，斷距比較大，斷裂兩側(cè)的鉆孔推斷斷距約1 200 m。

1-第四系；2-清水營組；3-乃家河組(巖鹽礦層)；4-馬東山組；5-馬東山組—三橋組；6-礦區(qū)斷裂圖5 硝口巖鹽礦區(qū)電性剖面與地質(zhì)推斷剖面Fig.4 Electric slope and inverted geological profile of combined wells in Xiaokou rock salt mine

5 結(jié) 論

1)斷裂性質(zhì)、斷裂發(fā)育特征及相互交切關(guān)系表明，硝口巖鹽礦區(qū)及周緣發(fā)育的斷裂劃歸為北西向斷裂系與北東向斷裂系兩個體系。北西向斷裂系以月亮山北麓斷裂為典型代表，多呈北東向微凸的“弧形”展布特征，延伸長度大，為典型的逆沖推覆斷層；北東向斷裂系局部發(fā)育、平面延伸距離較小，具明顯的走滑特征，本區(qū)基本以左行走滑為主，個別斷裂為右行走滑性質(zhì)。

2)硝口巖鹽礦區(qū)及其周緣整體處于擠壓應力環(huán)境，在受同一擠壓應力過程中，巖鹽礦區(qū)南北兩側(cè)隆起的基底較為穩(wěn)固，變形位移量?。簧细驳牧P山群地層塑性強，變形位移量大。差異性的變形使硝口地區(qū)形成了局部拉張應力環(huán)境。

3)硝口巖鹽礦區(qū)發(fā)育4條北西走向斷裂正斷層，月亮山北麓斷裂(FⅠ2)控制了巖鹽礦西側(cè)邊界，F(xiàn)Ⅴ2-1斷裂與FⅠ2控制了西部塹塊帶，F(xiàn)Ⅴ2-2斷裂與FⅤ2-1斷裂夾持形成了中部壘塊帶，斷裂FⅤ3為巖鹽礦區(qū)東邊界，與FⅤ2-2斷裂構(gòu)成了東部塹塊帶的邊界。北邊界FⅤ4斷裂具有右行走滑特征，南邊界FⅤ1斷裂為左行走滑性質(zhì)。