重力資料在吉林中東部地區(qū)斷裂構(gòu)造推斷解釋中的應(yīng)用

張宗寶，李志成，孫立偉，張震，秦學(xué)虎，張強(qiáng)

吉林省勘查地球物理研究院，吉林 長(zhǎng)春 130012

0 引言

重力勘探是一種常用的地球物理方法，是利用組成地殼的各種地質(zhì)體的密度差異所引起的重力變化而進(jìn)行地質(zhì)勘探的一種方法。在地質(zhì)研究中，重力資料及解釋成果已被廣為應(yīng)用，如研究基底的起伏和構(gòu)造，圈定沉積盆地范圍，研究沉積巖系各密度界面的起伏和內(nèi)部構(gòu)造[1-4]。本文在重力資料分析處理的基礎(chǔ)上，探討重力測(cè)量在推斷斷裂構(gòu)造地質(zhì)問(wèn)題中的應(yīng)用和重要指導(dǎo)意義。

斷裂構(gòu)造解釋推斷工作是重力資料解釋的一項(xiàng)主要內(nèi)容。由于區(qū)域重力調(diào)查測(cè)點(diǎn)密度較大，獲取了較豐富的淺層目標(biāo)物信息，用其追索、圈定調(diào)查區(qū)斷裂構(gòu)造應(yīng)以中深部斷裂為主要目標(biāo)。根據(jù)布格重力異常、剩余重力異常、水平方向?qū)?shù)異常、重力異常水平總梯度及地質(zhì)特征等綜合信息，使斷裂異常特征更加清晰、明顯，并初步判斷部分?jǐn)嗔训那懈钌疃燃爱a(chǎn)狀。

1 斷裂的重力識(shí)別標(biāo)志

主要根據(jù)布格重力異常圖、不同方向水平一次導(dǎo)數(shù)異常圖及重力垂向二階導(dǎo)數(shù)圖作為斷裂構(gòu)造推斷依據(jù)。

斷裂兩盤的相對(duì)位移會(huì)產(chǎn)生斷階、斷陷、突起和凹陷等各種構(gòu)造現(xiàn)象，從而破壞了原來(lái)地質(zhì)體的連續(xù)性，使斷層面某些部位成為密度分界，當(dāng)密度差、位移量和深埋條件適當(dāng)時(shí)就會(huì)在重力場(chǎng)中常形成如下多種斷裂構(gòu)造異常標(biāo)志：

(1)線性重力高與重力低之間的過(guò)渡帶是確定斷裂構(gòu)造的基本標(biāo)志，是地殼(或上地幔)物質(zhì)沿水平方向發(fā)生劇烈變動(dòng)地帶，通常是斷裂兩盤相對(duì)升降形成的正斷層或逆斷層而引起的異常。一般重力梯級(jí)帶等值線越密，反映的斷裂構(gòu)造的斷距越大，斷層面越陡。

(2)重力局部異常性質(zhì)和特征是截然不同的兩個(gè)場(chǎng)區(qū)的分界線，多是兩個(gè)性質(zhì)不同的地質(zhì)構(gòu)造單元之間走滑斷層分界線位置，一般斷裂規(guī)模較大。該類異常往往在垂直異常走向方向表現(xiàn)較為明顯。

(3)異常等值線或者異常軸(帶)有規(guī)律錯(cuò)位、規(guī)律性扭曲或重力等值線的疏密突變部位，往往是走滑斷層的反映。

(4)呈線狀或條帶狀延伸的重力高或重力低異常帶是斷裂構(gòu)造常見的標(biāo)志。

(5)串珠狀排列的重力異常帶的兩側(cè)或軸部所在位置，是后期沿?cái)嗔褞秩氲膸r珠所引起。

(6)圈閉的異常等值線突然變寬(窄)的部位，且異常軸基本一致，只是斷裂兩盤發(fā)生升降所引起，可能為規(guī)模較大的正斷層或逆斷層所致。

2 斷裂的類型及斷裂級(jí)別劃分

由于調(diào)查區(qū)面積相對(duì)較小，依據(jù)構(gòu)造方向的期次劃分為四組構(gòu)造。依據(jù)切割深度將區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造僅劃分了兩個(gè)級(jí)別，即大斷裂和一般斷裂。大斷裂除具有上述特征外，還具有規(guī)模大、切割深的特點(diǎn)，大斷裂還可以控制其兩側(cè)的構(gòu)造活動(dòng)，形成不同的構(gòu)造格局，從而破壞原來(lái)的地質(zhì)體連續(xù)性，造成兩側(cè)地層缺失明顯，形成密度上的橫向差異。部分大斷裂還控制著巖漿巖的侵入和礦產(chǎn)的分布。

3 斷裂的產(chǎn)狀及相互關(guān)系推斷

3.1 斷裂產(chǎn)狀的推斷依據(jù)

(1)根據(jù)布格重力異常梯級(jí)帶中心確定出斷裂的位置，再依據(jù)上延不同高度的布格重力異常梯級(jí)帶中心位置的偏移，大體了解斷裂面的傾向。

(2)受斷裂控制的巖體、化探異常往往出現(xiàn)在上盤，即斷裂的傾向方向。

(3)由上延不同高度的各方向水平一次導(dǎo)數(shù)局部異常軸線，兩翼的對(duì)稱性大致判別斷層面的傾向，如導(dǎo)數(shù)極值等值線兩翼對(duì)稱時(shí)表明斷裂產(chǎn)狀直立，兩翼呈不對(duì)稱時(shí)在斷層傾向方向上，梯度較緩、等值線稀疏。

(4)地表已知斷裂與重力異常推斷斷裂的位置接近而不重合，則重力推斷一側(cè)為斷裂的傾向。推測(cè)斷裂與地表已知斷裂偏移越大，則說(shuō)明斷裂的產(chǎn)狀越緩。

3.2 斷裂之間的相互關(guān)系

依據(jù)重力圖件及原場(chǎng)轉(zhuǎn)換的圖件如水平方向0°、45°、90°、135°導(dǎo)數(shù)圖，水平總梯度平面圖，上延不同高度平面圖等圖件，可見調(diào)查區(qū)內(nèi)發(fā)育有多期、不同方向的斷裂構(gòu)造。一般斷裂確定其形成時(shí)代比較困難，可通過(guò)斷裂之間的相互錯(cuò)動(dòng)來(lái)確定斷裂形成的先后順序，被切割的斷裂形成較早；當(dāng)一條斷裂對(duì)附近其它斷裂有控制作用時(shí)，那么起控制作用的形成早。

4 主要斷裂構(gòu)造圈定及解釋推斷

斷裂構(gòu)造圈定是以分析上述布格重力異常標(biāo)志為基礎(chǔ)并結(jié)合數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成果(方向?qū)?shù)，垂向一、二階段導(dǎo)數(shù)，水平總梯度，小波變換等)提供的有用信息來(lái)初步確定。再結(jié)合地質(zhì)、物化遙信息進(jìn)行綜合分析，來(lái)確定的斷裂構(gòu)造，并初步確定斷裂的級(jí)別和組合關(guān)系。全區(qū)共圈定斷裂構(gòu)造41條，本文以吉林中東部地區(qū)磐石小梨河—永吉頭道溝調(diào)查區(qū)中的FA1和FA10兩條斷裂構(gòu)造為例，通過(guò)重力資料的處理，對(duì)半截河—松樹屯南北向斷裂(FA1)及上頭道川—新城子?xùn)|西向斷裂(FA10)進(jìn)行斷裂構(gòu)造圈定及推斷解譯(1)吉林省勘查地球物理研究院.吉林省吉林中部地區(qū)構(gòu)造巖漿巖帶金、銅多金屬礦產(chǎn)資源調(diào)查1∶5萬(wàn)重力調(diào)查成果報(bào)告[R].吉林省地質(zhì)資料館，2018.。

(1)半截河—松樹屯南北向斷裂(FA1)

半截河—松樹屯南北向斷裂主要依據(jù)布格重力異常圖、水平90°方向?qū)?shù)圖、垂向一階導(dǎo)數(shù)圖及航磁異常圖等圖件綜合分析解釋。

位于調(diào)查區(qū)A區(qū)西側(cè)半截河—松樹屯一帶，近似南北向，長(zhǎng)約14 km，布格重力異常圖上表現(xiàn)為重力相對(duì)高與重力高分界線，斷裂西側(cè)為相對(duì)低值區(qū)、東側(cè)為相對(duì)高值區(qū)。水平90°方向?qū)?shù)圖上為南北向正異常帶，其軸線即為斷裂線。斷裂特征特別明顯。在水平總梯度圖上斷裂呈線狀南北向展布，航磁異常處在正負(fù)磁異常接觸帶上。

在1∶5萬(wàn)地質(zhì)圖上，斷裂帶處于石炭系下統(tǒng)余富屯組與白堊系下統(tǒng)安民組接觸帶上，斷裂北端東西兩側(cè)均出露晚二疊世堿長(zhǎng)花崗巖，南端東側(cè)出露中侏羅世花崗巖(見圖1)。

圖1 FA1重力推斷斷裂剖析圖

綜合上述信息，推斷該斷裂構(gòu)造形跡突出，標(biāo)志明顯，以垂向運(yùn)動(dòng)為主，西傾。

(2)上頭道川—新城子?xùn)|西向斷裂(FA10)

上頭道川—新城子?xùn)|西向斷裂為本區(qū)最古老的斷裂，常被后期斷裂所切割，此斷裂構(gòu)造劃分主要依據(jù)布格重力異常圖、水平方向?qū)?shù)，垂向一階導(dǎo)數(shù)圖及航磁異常圖等綜合分析解釋推斷。

FA10斷裂位于工作區(qū)中北部，西起上頭道川，東至新城子，近似東西向或北北東向，長(zhǎng)約9.3 km，布格重力異常圖上處于重力相對(duì)高與相對(duì)低梯級(jí)帶上，上延500 m、1 000 m圖件上斷裂特征依然明顯，水平0°方向?qū)?shù)圖上呈串珠狀負(fù)異常帶。水平導(dǎo)數(shù)模平面科上串珠狀異常極值帶。航磁異常處在磁力高異常帶上。

1∶5萬(wàn)地質(zhì)圖上，斷裂北側(cè)出露中侏羅世花崗閃長(zhǎng)巖，南側(cè)出露二疊系中統(tǒng)范家屯組地層(見圖2)。

圖2 FA10重力推斷斷裂剖析圖

綜合上述信息，該斷裂在布格重力異常圖、水平方向?qū)?shù)圖上反應(yīng)明顯，故推斷該斷裂存在。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)重力數(shù)據(jù)進(jìn)行水平方向?qū)?shù)、水平導(dǎo)數(shù)模等方法，根據(jù)重力、航磁異常的線性特征，建立了調(diào)查區(qū)主要斷裂構(gòu)造格架，推斷出區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造半截河—松樹屯南北向斷裂(FA1)以及上頭道川—新城子?xùn)|西向斷裂(FA10)，并為該區(qū)今后基礎(chǔ)地質(zhì)研究、礦產(chǎn)預(yù)測(cè)以及其它學(xué)科的研究提供了可靠的有基礎(chǔ)價(jià)值的地球物理資料。