安徽廬樅盆地中段重磁電特征及地質意義

朱將波， 汪啟年， 崔先文

(安徽省勘查技術院，安徽 合肥 230031)

0 引言

廬樅盆地是長江中下游成礦帶的重要礦集區(qū)[1]，具有較好的成礦地質條件。任啟江等[2]推斷廬樅盆地火山巖之下存在一個大的隱伏巖體，頂板距地表1～4 km，巖體形態(tài)及分布范圍與火山巖盆地大體相當； 董樹文等[3]、高銳等[4]通過深地震反射研究，認為廬樅盆地是一個沿羅河斷裂向東發(fā)育的非對稱火山盆地，排除了盆地另一半被斷在西側紅層之下的可能性； 肖曉等[5]通過分析大地電磁測量數(shù)據(jù)，認為廬樅盆地火山巖的沉積厚度為1～2 km，底部存在一個連續(xù)的巖漿活動中心； 呂慶田等[6-7]建立了礦集區(qū)EW向“兩拗一隆”、SN向“北隆南坳”的結構框架，提出了廬樅盆地“多級巖漿系統(tǒng)”結構模型。近年來，相關單位在羅河—小包莊、井邊等地區(qū)開展了深部鉆探，對部分上述成果進行了驗證[8]，但深部鉆孔均未控制隱伏侵入巖底界位置，部分鉆孔可見三疊系—石炭系灰?guī)r[9-10]，表明火山巖基底具有復雜性，相關地質問題需持續(xù)研究和探討。

本文在已有地質調查成果的基礎上，通過GeoGME重磁電一體化處理解釋平臺[11]對重磁電數(shù)據(jù)進行再處理，分析地球物理場與地質特征的對應關系，探討廬樅盆地中段主要地層、斷裂及巖漿巖可能的分布特征，為該區(qū)基礎地質研究及找礦預測提供參考資料。

1 地質背景

研究區(qū)位于沿江褶斷帶中部廬樅盆地，其東北部連接巢湖古生代地層褶皺帶，西南部連接懷寧古生代地層褶皺帶。該區(qū)出露寒武系—第四系的地層序列(圖1)。寒武系—奧陶系碳酸鹽巖及碎屑巖主要出露于研究區(qū)北部，志留系—三疊系主要出露于廬樅盆地邊部，盆地主要由早白堊世陸相火山巖構成，厚2 530～3 323 m[12]，火山巖盆地基底為中侏羅世羅嶺組，龍橋鐵礦鉆探發(fā)現(xiàn)火山巖直接覆蓋在三疊系海相碳酸鹽巖之上[13]。

廬樅盆地主要發(fā)育2條基底隆起帶，即黃屯—樅陽基底隆起帶和羅河—缺口基底隆起帶，不僅影響和控制了廬樅盆地的構造格局、巖漿巖分布及火山活動，且與區(qū)域成礦作用關系密切?；滓訬E向斷裂為主，主要有羅河—缺口斷裂、黃屯—樅陽斷裂以及陶家灣—施家灣斷裂，其次為NW向斷裂，主要有義津—陶家巷斷裂等。蓋層以EW向斷裂、NE向—SW向斷裂為主，褶皺不發(fā)育。盆地兩側，羅河鎮(zhèn)西側為孔城盆地，湯溝東側為沿江構造帶，中生界—新生界發(fā)育。廬樅盆地火山巖由龍門院旋回、磚橋旋回、雙廟旋回和浮山旋回組成，4個旋回大致呈同心環(huán)狀分布，各組之間均為噴發(fā)不整合接觸，各旋回的火山巖均形成于早白堊世[14]。

區(qū)內侵入巖發(fā)育，被劃分為早晚兩期： 早期侵入巖主要為二長巖類和閃長巖類，以巴家灘巖體與拔茅山巖體為代表，成巖時代為134～130 Ma。晚期侵入巖分為2類，第一類主要為正長巖類，以小嶺巖體為代表，成巖時代為129～123 Ma； 第二類主要為A型花崗巖，以黃梅尖巖體為代表[15]。

1.第四系； 2.浮山組； 3.雙廟組； 4.磚橋組5.龍門院組； 6.羅嶺組； 7.磨山組； 8.中—上三疊統(tǒng)； 9.中—下三疊統(tǒng)； 10.中—上志留統(tǒng)； 11.石英正長巖； 12.正長斑巖； 13.輝石粗安玢巖； 14.輝石二長巖； 15.粗面玢巖； 16.AA′重磁電剖面； 17.主要鐵礦點； 18.鉆孔位置。

2 物性特征

本研究實測物性標本1 100余塊，包括研究區(qū)出露的全部地層及主要巖性。采用GP-120S電子密度儀(固體模式測定精度0.1 kg/m3)與Bartington MS2型磁化率儀(分辨率2×10-7SI)進行密度及磁化率參數(shù)測定，檢查率均在10%以上，密度測定均方誤差為±4.0 kg/m3，磁化率測定相對誤差為2.1%，均符合《DD 2006—03巖礦石物性調查技術規(guī)程》[16]要求。巖石地層物性參數(shù)統(tǒng)計結果見表1。

表1 研究區(qū)巖石物性特征統(tǒng)計結果

(1)第四系—上白堊統(tǒng)，主要為低阻、低密度和弱磁化率層。

(2)下白堊統(tǒng)—上侏羅統(tǒng)，主要為火山巖。總體為中等電阻率(n×102Ω·m)，電阻率值低于侵入巖。中等密度，地表樣品密度平均值為2.50×103kg/m3，其中凝灰?guī)r密度偏低，為2.44×103kg/m3，粗安巖及安山巖密度較高，為2.54×103kg/m3； 鉆孔中，火山巖密度顯著增大，平均值為2.70×103kg/m3，其中粗安巖密度達2.73×103kg/m3，可引起顯著的重力異常。磁化率總體為中低值，但變化較大。

(3)中侏羅統(tǒng)—中三疊統(tǒng)，以砂巖為主，為低阻、中低密度和弱磁化率層。

(4)中三疊統(tǒng)—石炭系，以灰?guī)r為主，為高阻層，電阻率平均值為5×103Ω·m，呈層狀分布，是該區(qū)電性標志層； 高密度，地表樣品密度平均值為2.70×103kg/m3； 弱磁性層。

(5)泥盆系—志留系，以砂巖、頁巖為主，電阻率值為(1～2)×103Ω·m，為研究區(qū)低阻標志層； 中低密度、弱磁性層。

(6)奧陶系—寒武系，以灰?guī)r為主，為高阻、高密度和弱磁性層。

(7)侵入巖及潛火山巖，磁性由酸性-中性-基性而增長，其中正長巖、二長巖為中等磁性，閃長玢巖磁性略低。

(8)磁鐵礦，密度為3.83×103kg/m3，磁化率為95 300×10-5SI。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 數(shù)據(jù)來源及精度

本文使用的地球物理數(shù)據(jù)來自中國地質調查局在廬樅地區(qū)開展的區(qū)域地質綜合調查成果，其中1∶5萬地面磁測采用G-856高精度磁力儀，經(jīng)日變改正、高度改正和正常場改正后，磁異常總精度為3.75 nT； 1∶5萬重力工作采用高精度CG-5重力儀，經(jīng)地形、正常場及布格等各項改正后，布格重力異?？偩葹?.096×10-5m/s2； 大地電磁采用V5-2000測量系統(tǒng)，采用遠參考，五分量觀測方式，測點點距2 km，觀測頻率0.000 5～320 Hz，經(jīng)SSMT-2000進行Robust處理、功率譜編輯后，一級測點占比90%，二級測點占比10%。

3.2 數(shù)據(jù)處理技術

(1)重磁數(shù)據(jù)。在對平面重磁場開展去噪、數(shù)據(jù)擴邊、網(wǎng)格化及地磁場化極預處理之后進行位場分離及邊界識別。主要通過小子域濾波、垂向二階導數(shù)方法，突出重力場線性梯級帶分布，用于斷裂等線性構造的分析和識別； 對磁ΔT化極異常開展多參數(shù)高通濾波計算，分離和識別疊加異常。

(2)大地電磁數(shù)據(jù)。通過曲線編輯、二維濾波、靜態(tài)矯正及極化模式識別，進行各向異性和定性分析，采用TM模式進行二維反演[17]。

(3)重磁電聯(lián)合建模技術。以已有地質、鉆孔成果為基礎，大地電磁二維反演建立的電性結構為約束，建立初始地質模型，賦予物性參數(shù)，對比實測與正演地球物理場，實時交互，反饋修正地層厚度變化、構造起伏及斷層接觸關系、巖體空間位置等，使構建的剖面地質模型理論重磁異常逼近實測異常，獲得符合地質規(guī)律及地球物理場分布特征的地質模型。

4 異常分析與解譯

4.1 重磁場分析

研究區(qū)1∶5萬重力異常分離后獲得的重力剩余異常分布圖(圖2(a))，能夠更好地反映重力場特征。重力剩余異常等值線以NE向為主，在羅河、磚橋—小嶺、橫埠及周潭地區(qū)等值線密集，形成顯著梯級帶。其中羅河、周潭地區(qū)的重力梯級帶將重力場劃分為羅河鎮(zhèn)西北重力異常變化平緩區(qū)、湯溝東南重力異常變化平緩區(qū)以及中部重力高值變化區(qū)。中部重力高值變化區(qū)重力剩余異常高低相間分布，異常變化范圍為(-6～5)×10-5m/s2； 重力剩余異常高值地區(qū)有羅河—泥河鐵礦、磚橋東—小嶺東、井邊、橫埠—周潭等，異常皆以NE向為主，其中羅河—泥河鐵礦所在異常強度最大； 重力剩余異常低值地區(qū)有浮山村、白梅鄉(xiāng)、黃梅尖地區(qū)等，這些低異常等值線走向多變，形態(tài)各異，反映低密度地質體的發(fā)育特征。研究區(qū)重力線性異常分布圖(圖2(b))能反映斷裂等線性構造信息。在羅河、磚橋—小嶺、橫埠及湯溝地區(qū)存在4組NE向線性異常，這些線性異常帶由研究區(qū)的主要斷裂引起。

(a) 重力剩余異常分布(b) 重力線性異常分布

研究區(qū)1∶5萬地磁ΔT化極異常如圖3(a)所示，提取的磁局部異常如圖3(b)所示。地磁ΔT化極異常等值線以NE向為主，NW向次之，在羅河、磚橋—小嶺及橫埠存在顯著的磁異常梯度變化帶。根據(jù)磁異常幅值變化，可劃分為中部地磁異常高值變化區(qū)和羅河鎮(zhèn)西北、橫埠東南低值平靜區(qū)。在中部地磁異常高值變化區(qū)，地磁異常變化范圍300～1 800 nT，其中在白梅鄉(xiāng)和錢鋪鄉(xiāng)—黃梅尖地區(qū)，地磁異常相對較低，一般為500～800 nT； 在羅河—小包莊鐵礦、小嶺北、巴家灘西及井邊地區(qū)發(fā)育強磁異常。在磁局部異常上，白梅鄉(xiāng)、錢鋪鄉(xiāng)—黃梅尖地區(qū)表現(xiàn)為顯著的低磁異常，形態(tài)清晰； 羅河—小包莊鐵礦磁局部異常強度最大，異常幅值超過2 400 nT； 小嶺北、巴家灘西磁局部異常呈NE向展布； 井邊一帶磁局部異常形態(tài)多變，是淺部磁性體所致。

研究區(qū)重力剩余異常及地磁ΔT化極異常均表現(xiàn)出中部高，西北和東南部低的分布特征，對應廬樅盆地及兩側的孔城盆地和沿江構造帶，反映了區(qū)域構造的基本特征。研究區(qū)中部重磁高值異常區(qū)來源于區(qū)內基底抬升與巖漿活動的作用。羅河—小包莊鐵礦與泥河鐵礦所在位置存在重力剩余異常高值，地磁局部異常呈尖峰狀，表現(xiàn)為重磁同高的異常組合，是典型的鐵礦礦致異常。白梅鄉(xiāng)、七家山一帶出露浮山組，表現(xiàn)為重力剩余異常低值和地磁異常相對低值，且重磁異常分布形態(tài)與浮山組分布范圍相當，形成重磁同低的組合特征，推斷為低密度、低磁性的浮山組及其火山構造所致。錢鋪鄉(xiāng)—黃梅尖一帶重力剩余異常為低值圈閉,對應地磁異常相對低值，由低密度、低磁性的黃梅尖巖體所致，重力線性異常(圖2(b))清晰刻畫了該低值圈閉范圍與黃梅尖巖體出露范圍一致，該異常表明研究區(qū)大規(guī)模出露的巖體對應較穩(wěn)定的重磁場，是周邊其他重磁異常推斷解釋的重要對比標志。井邊、石門庵地區(qū)的重力剩余異常及磁異常均為高值，該處LZSD-01鉆孔揭示深度1 600 m以淺為磚橋組，其下為正長巖，通過與相鄰的黃梅尖巖體重磁場特征進行對比，發(fā)現(xiàn)重力正異常是1 600 m厚的磚橋組所致，局部高磁異常則為深度1 600 m以淺的次火山巖及火山巖所致。因此，該區(qū)重磁異常，特別是重力剩余異常與火山巖厚度分布具有相關性，火山巖越厚，重力剩余異常越高。周潭、湯溝一帶重高磁低，為火山巖盆地東南邊緣三疊系等基底地層局部出露所致。

(a) 地磁△T化極異常(b)磁局部異常

研究區(qū)西北部的孔城盆地重磁異常均為低值，新生界發(fā)育，巖漿活動弱。沿江構造帶重力剩余異常高低相間分布，磁異常以低值為主，表明中三疊統(tǒng)—石炭系的高密度地層起伏強烈。研究區(qū)存在多組NE向斷裂： 羅河斷裂F1對應羅河重磁梯級帶，該梯級帶西北側為孔城盆地，重磁均為低值，平緩分布； 東南側重磁異常顯著增大，是基底抬升和強烈?guī)r漿活動的表現(xiàn)。黃屯—樅陽斷裂F2位于小嶺—磚橋重力梯級帶，重力剩余異常西高東低，推斷西側火山巖厚度大，且沿斷裂走向分布巴家灘東、小嶺北等多個高磁異常。F3斷裂為盆地東部邊界斷裂，表現(xiàn)為周潭—橫埠重磁梯級帶。該梯級帶北段，兩側重力剩余異常西北高東南低； 南段兩側重力剩余異常西北低東南高。周潭—橫埠重磁梯級帶北段和南段的磁異常均表現(xiàn)出西北高、東南低的分布特征。F4斷裂控制了湯溝重力梯級帶，重力剩余異常西北高、東南低，斷裂西北側三疊系等高密度地層出露，東南側新生界發(fā)育，沿梯級帶有帶狀磁異常分布。此外，NW向泥河—七家山北重力低值帶發(fā)育顯著的NW向磁異常，是該區(qū)存在NW向斷裂的標志。

4.2 重磁電剖面分析

重磁電探測技術在巖漿巖發(fā)育區(qū)能取得較好的地質效果[18-22]。本文采用人機交互2D剖面正反演技術獲得羅河—湯溝AA′重磁電異常綜合剖面(圖4)，剖面布格重力異常擬合誤差為3.4×10-5m/s2，地磁ΔT擬合誤差為36 nT。

由AA′重磁異常曲線(圖4(a))及大地電磁二維反演剖面(圖4(b))可知，電阻率東西分段、上下分層顯著，火山巖盆地及周邊電性結構清晰，揭示了研究區(qū)的基本地質結構。西端孔城盆地的電阻率由上至下呈“低、次高、高”的分布特征，重磁均為平緩低值異常； 火山巖盆地，電阻率由淺至深呈“中、高、低”的分布特征，重磁均呈現(xiàn)高值異常； 沿江構造帶電阻率由上至下呈“低、高、低、次高”的分布特征，地磁平穩(wěn)低值，布格重力異常幅值則向東逐漸降低。根據(jù)重磁電特征及物性統(tǒng)計，建立綜合解釋剖面(圖4(c))。

(1)地層。第四系—中三疊統(tǒng)為一套低密度、低磁性、低電阻率的物性“三低”層，主要分布在AA′重磁電異常綜合剖面西段孔城盆地和東段沿江構造帶(圖4(b))，最厚處約2 km?？傮w上，重磁異常低值平緩，淺部以低電阻率為主，向盆地方向逐漸減薄至缺失。中三疊統(tǒng)—石炭系以灰?guī)r為主，為研究區(qū)高密度高阻標志層，主要發(fā)育在剖面東西兩段。東段高阻層厚度為1～1.5 km，最大頂埋深2 km，向火山巖盆地方向變淺至深度0.5 km左右，對應的布格重力異常幅值從-15×10-5m/s2增至-2×10-5m/s2。泥盆系—志留系也是該區(qū)低阻標志層之一，厚度近1 km，在沿江構造帶較發(fā)育，在孔城盆地較薄。在火山巖盆地塊狀高阻體之下普遍發(fā)育一套低阻層系，根據(jù)地層展布及物性特征，認為是泥盆系—志留系的可能性最大。

(2)斷裂。F1斷裂位于AA′重磁電異常綜合剖面8 km處，為羅河斷裂，控制了火山巖盆地的西邊界，引起了顯著的地球物理場變化。該斷裂對應重磁梯級帶，在反演電阻率剖面中，淺部低阻層在孔城盆地西側較厚(約2 km)，在孔城盆地東側極薄，且等值線傾向北西，深部電阻率等值線則相反，傾向南東。因此，F(xiàn)1斷裂具有早期逆斷層與晚期正斷層的性質。F2斷裂位于AA′重磁電異常綜合剖面16 km處，與黃屯—樅陽斷裂位置相當，控制了七家山火山機構和浮山組的發(fā)育，斷裂所在位置電阻率較兩側顯著降低，等值線傾向北西，較F1斷裂更陡立。F3斷裂位于AA′重磁電異常綜合剖面28 km處，具有逆斷層性質，斷裂所在位置電阻率值西側較高，控制火山巖盆地的東邊界。F4斷裂位于AA′重磁電異常綜合剖面35 km處，具正斷層性質，斷裂東側低阻層較西側顯著增厚。

(3)巖漿巖?；鹕綆r分布在AA′重磁電異常綜合剖面8～27 km處，為一套中等電阻率層(圖2(b))，幅值n×102Ω·m，埋深一般為深度1 800 m以淺，其中剖面8～12 km處最深，火山巖厚度最大，16 km處火山巖發(fā)育薄，其余地段火山巖厚度約1 km?；鹕綆r之下為區(qū)域性塊狀高阻體，底界面一般3～4 km，在黃屯—樅陽及羅河斷裂附近高阻體向下延伸至5 km以上，且重磁均為高值異常。聯(lián)合建模表明，該高阻體賦予巖體的物性參數(shù)，與其上火山巖產(chǎn)生疊加磁異常及實測擬合較好。此外，羅河ZK01、井邊LZSD-01等鉆孔在不同深度遇到了巖體，推斷該高阻體為隱伏侵入巖(圖2(c))。AA′重磁電異常綜合剖面上高阻體的分布區(qū)范圍與火山巖大體一致，推斷層厚一般約2 km，在黃屯—樅陽斷裂及羅河斷裂深部顯著增厚，形成似漏斗狀，為其深部主要的巖漿通道[7]。黃屯—樅陽斷裂東南側，高阻體浮于低阻層之上，推斷也是隱伏侵入巖，但其侵位受到NW向斷裂、近EW向斷裂控制。

(a) 重磁異常曲線

根據(jù)地表地質、重磁場特征及反演剖面電阻率分布特征，認為廬樅火山巖盆地在走向上位于巢湖、廬樅、懷寧NE向古生代地層褶皺帶中部； 垂直走向上，重磁電特征揭示三疊系—石炭系發(fā)生了褶皺，向盆地方向抬升至地表，在晚侏羅世—早白堊世強烈的巖漿活動之后，三疊系被隱伏巖體侵位、破壞，上部被火山巖覆蓋，因此，火山巖盆地位于褶皺帶的“鞍部”。

羅河—小包莊鐵礦位于AA′重磁電異常綜合剖面8.5 km處，對應重磁局部高異常。根據(jù)ZK1鉆孔揭示，羅河鐵礦埋藏深度500～800 m，位于鉆橋組火山巖中，對應中等電阻率分布區(qū)。深部小包莊鐵礦埋藏深度1 350～1 800 m，對應深部團塊高阻體，即閃長玢巖頂部。AA′重磁電異常綜合剖面揭示羅河—小包莊鐵礦位于羅河斷裂邊部，多種地球物理場的強烈變化表明該處是沉積地層抬升、隱伏磁性巖體侵位的多重地質現(xiàn)象疊加部位。

5 結論

(1)研究區(qū)三疊系—石炭系是高阻電性標志層，主要分布于盆地外圍及邊部，盆地主體被巖漿侵位。泥盆系—志留系是低阻標志層，不僅沿江構造帶厚度穩(wěn)定，而且還發(fā)育在隱伏侵入體之下。

(2)廬樅盆地位于NE向古生代地層褶皺帶的“鞍部”。羅河斷裂早期為逆斷層，后期轉為正斷層，控制西側新生界沉積。中部黃屯—樅陽斷裂主體傾向北西。

(3)研究區(qū)火山巖厚度變化與1∶5萬重力剩余異常幅值呈正相關，重力剩余異常越高，火山巖厚度越大。隱伏侵入巖呈厚層狀，厚度一般約2 km，底界面厚度為3～4 km，在羅河斷裂、黃屯—樅陽斷裂底界面變深至5 km以上，這2條斷裂是深部巖漿的主要來源通道，控制著隱伏侵入巖的分布。