航磁資料在二連盆地構造區(qū)劃及斷裂體系識別中的應用

高玲舉，于磊，劉祜

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團鈾資源勘查與評價技術重點實驗室，北京 100029；2.臨沂大學資源環(huán)境學院 山東省水土保持與環(huán)境保育重點實驗室，山東 臨沂 276000）

二連盆地是我國北方重要的煤-油-鈾疊合沉積盆地，盆地內(nèi)能源空間關系為下油上煤和鈾［1-5］。鈾礦多為中新生代盆地古河道砂巖型鈾礦，主要賦存于下白堊統(tǒng)賽漢組上段古河道砂體中［6］。近年來，先后在二連盆地烏蘭察布坳陷、馬尼特坳陷和川井坳陷圈出規(guī)模不等的賽漢組古河谷砂帶，并在古河谷砂體中發(fā)現(xiàn)巴彥烏拉、賽汗高畢鈾礦床和一些規(guī)模不等的鈾礦產(chǎn)地，二連盆地鈾礦前景廣闊［6-7］。已有研究表明，具有成礦前景的砂巖體多被其后的沉積物所覆蓋，難以查明它的空間構造格架以及延伸展布形態(tài)，阻礙了對鈾礦的預測和評價。古河道砂巖體的空間構造格架以及延伸展布形態(tài)除受水動力條件影響之外，主要受地質(zhì)構造控制［8-11］。因而，在盆地尋找隱伏構造及古河谷是鈾礦床勘探中亟待解決的地質(zhì)問題［11］。前人對二連盆地的構造特征及演化研究較多，但受地震測網(wǎng)、鉆井等地球物理資料的限制，二連盆地的構造區(qū)劃及隱伏構造體系研究程度較低，構造與礦床的關系也缺乏深入探討［12-14］。

航空磁測作為磁法勘探最主要的手段，在基礎地質(zhì)研究、礦產(chǎn)和資源勘查上具有廣泛的應用［15-18］。它能夠清晰地反映測區(qū)的大地構造格局，在提取地質(zhì)構造方面有著獨特的優(yōu)勢，尤其是在對斷裂構造的研究中取得了較好的應用效果［19-26］。本文基于最新航空磁測資料，對二連盆地的斷裂系統(tǒng)進行了劃分和研究，并找出這些斷裂與成礦位置的關系，探索了該區(qū)的大地構造格局，為鈾礦的找礦預測提供了論證依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

二連盆地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中北部，東起大興安嶺，西至索倫山，南接溫都爾廟，北鄰巴音寶力格［6］（圖1），呈北東向、北東東向展布。盆地東西向長約1 000 km，南北向寬為20～220 km，總面積約10×104km2，是中國大型陸相沉積盆地之一［14］。從區(qū)域構造上看，二連盆地位于西伯利亞板塊與中朝古板塊的縫合帶上，是在海西期“寬對接、軟碰撞”褶皺基底上發(fā)育的中、新生代盆地。盆地內(nèi)部劃分為“五坳一隆”6 個構造單元，主要有川井坳陷、烏蘭察布坳陷、馬尼特坳陷、騰格爾坳陷、烏尼特坳陷和蘇尼特中央隆起，具同方向的“隆、坳兼?zhèn)洹薄岸嗤苟喟肌碧攸c，且盆內(nèi)發(fā)育一系列深大斷裂［5］。盆地基底的構造總體呈北東向、北東東向及東西向［2-3］，充填的陸相地層包括侏羅系、下白堊統(tǒng)、上白堊統(tǒng)三大層序，缺失三疊系，其中，侏羅系主要為火山巖、火山碎屑巖，分布廣泛［8］。

二連盆地目前發(fā)現(xiàn)的鈾礦床有含煤泥（砂）巖型、古河道砂巖型和泥（砂）巖型3 種類型。盆地西北隆起區(qū)花崗巖和盆地邊緣的火山巖中均有鈾礦化顯示，揭示二連盆地具有良好的鈾資源勘探前景。由于礦化賦存的砂巖體和鈾的賦存形式均有利于地浸法開采，古河道砂巖型鈾礦床是目前為止該盆地中最有經(jīng)濟價值的礦床。已探明的二連盆地古河道型鈾礦化從烏蘭察布坳陷的齊哈日格圖向北至塔木欽，再向東北至賽漢高畢一帶發(fā)育。在馬尼特坳陷中，河道分布從西南角的白音芒來向東北至巴彥烏拉、巴潤等地，古河道的走向大致為北東向，與坳陷走向平行，總長度超過300 km［6］。

2 數(shù)據(jù)來源與異常特征

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文研究范圍為：111.5°E～121.5°E，41.5°N～46.5°N。自由空氣重力異常和布格重力異常數(shù)據(jù)來自全球衛(wèi)星重力異常數(shù)據(jù)庫EGM2008（http：//bgi.obs-mip.fr），網(wǎng)格密度為1′×1′，數(shù)據(jù)精度為1×10-5m/s2；磁測數(shù)據(jù)來自核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，比例尺為1：50 萬。

2.2 異常特征

2.2.1 重力場特征

二連盆地自由空氣重力異常（圖2a）變化范圍為（-30～70）×10-5m/s2，總體特征表現(xiàn)為“兩低夾一高”，呈北東向條帶狀展布。高值區(qū)分布在盆地中部和南部，即蘇尼特隆起區(qū)和溫都爾廟隆起東部，極高值出現(xiàn)在溫都爾廟隆起東部，最高可達70×10-5m/s2；低值區(qū)分布在盆地西北部和東南部，即極低值出現(xiàn)在烏蘭察布凹陷區(qū)，異常值達-30×10-5m/s2。蘇尼特隆起與烏蘭察布凹陷自由空氣重力異常高低反差明顯，盆地以東大興安嶺隆起重力異常幅值低，變化范圍在0～10×10-5m/s2。自由空氣重力異常與二連盆地“多凸多凹”的地形特點具有較好的對應關系。二連盆地整體布格重力異常（圖2b）均為負值，總體特征表現(xiàn)為東北高、西南低，異常幅值由東北向西南逐漸增大，走向多為北東向。區(qū)域內(nèi)布格重力異常極高值位于二連盆地以東大興安嶺隆起，最高達-20×10-5m/s-2。二連盆地內(nèi)東北部布格重力值最高，約為-80×10-5m/s-2，向西南部依次降低，布格重力異常極低值位于盆地西南部，最低可達-180×10-5m/s-2。

2.2.2 磁異常特征

二連盆地航磁異常（圖2c）總體表現(xiàn)為“兩高夾一低”。兩側為劇烈變化的高磁異常區(qū)，中間為平緩變化的低磁異常區(qū)，異常的走向多為北東東向、北東向、近東西向，異常的形態(tài)呈整體條帶狀，局部串珠狀。由于磁化方向對磁異常特征有很大影響，使磁異常形態(tài)變得較為復雜，為了使磁異常形態(tài)變得較為簡單，便于分析和解釋，采用化極方法把斜磁化的異?；酱怪贝呕较蛏蟻怼；瘶O處理中采用的磁化傾角為61.12°，磁化偏角為-5.19°。對圖2c經(jīng)過化極處理以后可得到圖2d?；瘶O后磁異常表現(xiàn)為“南高-中低-北高”，兩側為劇烈變化的磁場區(qū)，中間為平緩變化的負磁異常區(qū)，異常的走向多為北東東向、北東向、近東西向，異常特征呈現(xiàn)出明顯的條帶狀，且異常幅值增大。磁異常極高值由原來的700 nT 增加至900 nT，極低值由-300 nT 降低至-400 nT。從航磁△T化極圖中可以看出，本區(qū)的磁場特征具有明顯的分帶性和分區(qū)性，磁場特征面貌清晰、規(guī)律性強，顯示出多個不同的磁異常特征分區(qū)。因此，根據(jù)磁異常的形態(tài)、走向及異常的組合等特征，可以將該區(qū)劃分為不同的磁異常特征分區(qū)。

3 數(shù)據(jù)處理和結果解釋

3.1 延拓處理特征

通過向上解析延拓有效地抑制和減小高頻的淺源場的干擾，突出和增強區(qū)域場，突出深部與基底有關的信息。本次對研究區(qū)化極磁力異常做了向上5、10 km 的延拓處理，如圖3a、b所示，為研究工作區(qū)深部的斷裂構造展布、基底起伏形態(tài)、基底結構等區(qū)域構造特征提供了依據(jù)。

從圖3a可以看出，化極磁力異常上延5 km后，局部串珠狀磁異常得到顯著壓制，除研究區(qū)東南部大興安嶺隆起仍呈團塊狀高磁異常外，盆地內(nèi)部磁異常整體呈條帶狀展布，異常的幅值明顯減弱。正異常最高幅值由900 nT 銳減至350 nT，負異常最高幅值由400 nT 銳減至250 nT，相對而言，局部高值正磁異常得到的壓制效果更顯著，說明淺源場存在磁異常突出的高磁異常體。隨著延拓高度的增加（圖3b），研究區(qū)中部和南部為大面積平緩變化的負磁異常區(qū)，南部的正磁異常呈東西向狹窄帶狀展布，北部條帶狀異常則逐漸消失變?yōu)榇闋町惓?，異常的形態(tài)多為橢圓形，異常特征的走向為近北西、北東東和北東向。

3.2 導數(shù)特征

為了了解航磁△T磁場在水平及垂向上的變化規(guī)律，準確地判斷磁性體邊界及斷裂構造的位置，對工作區(qū)磁場數(shù)據(jù)做了水平方向求導、垂向求導，使許多深部斷裂構造和磁性地質(zhì)體的形態(tài)特征變得更加清晰明朗。

3.2.1 水平導數(shù)特征

對化極磁力異常求取總水平導數(shù)異常，得到化極磁力異?？偹綄?shù)特征（圖4a）。從化極磁力異?？偹綄?shù)圖中可以看出，整個研究區(qū)具有非常清晰的線性、橢圓狀的異常特征，并且弧形異常特征也比較明顯，水平變化率在0.005～0.075 nT/m 之間。研究區(qū)中部水平變化率較弱，南部和北部水平變化率劇烈，北部線性異常尤為顯著，東南部多為橢圓狀異常，異常走向為北東東和北東向。線性走向多指示斷裂構造邊界，橢圓形多為高磁異常體。

圖4 化極航磁異常導數(shù)特征Fig.4 Derivative characteristics of depolarized magnetic anomaly

3.2.2 垂向導數(shù)特征

垂向一階導數(shù)的主要作用是突出局部異常的影響，一般使用垂向一階導數(shù)零值線的位置，其高值區(qū)一般反映了局部的高密度體（重力異常）或高磁性體（化極磁力異常），因此利用這種方法零值的位置圈定密度體或者是磁性體的范圍。從化極磁力異常垂向一階導數(shù)異常圖中可以看出（圖4b），整個研究區(qū)的垂向變化率大，變化率介于-0.04～0.09 nT/m 之間。垂向一階導數(shù)的特征也表現(xiàn)為北部和南部變化率比較強，中部垂向變化率比較弱。異常形態(tài)多呈串珠狀，走向也多為北東、北東東向。

3.3 構造區(qū)劃及斷裂構造特征

3.3.1 盆地構造分區(qū)

通過對化極航磁異常延拓、求導特征分析，以及坳陷和隆起的綜合研究，發(fā)現(xiàn)二連盆地具有明顯的分區(qū)性，與各主要地質(zhì)單元對應關系良好，其總體面貌反映了本區(qū)基本構造格架。依據(jù)二連盆地的磁異常和構造分級分帶特征，磁場由南向北可劃分為4 個區(qū)（圖5）。

圖5 二連盆地航磁化極異常區(qū)劃圖Fig.5 Division of depolarized aeromagnetic anomalies in Erlian Basin

Ⅰ區(qū)為強烈變化的磁場區(qū)，該區(qū)磁場特征以團塊狀的正磁異常為主，間夾少量負磁異常，磁場梯度變化較大，水平變化率和垂向變化率都較大，場值一般在100 nT 以上。局部正磁異常呈東西向狹窄帶狀展布，場值300～750 nT。該磁場帶是狼山-陰山陸塊核部具緊密線狀褶皺的太古代正變質(zhì)巖的反映。陸塊核部及南北兩側廣泛發(fā)育近東西向區(qū)域性深大斷裂。

Ⅱ區(qū)為劇烈變化的磁場區(qū)，該區(qū)的磁場特征主要為條帶狀的正磁場，區(qū)域背景以負磁異常為主體，主要是以變質(zhì)巖類為主的元古宇的反映。條帶狀的正磁場特征顯示了該區(qū)結晶基底褶皺也十分強烈，其構造線走向由近東西向逐步變?yōu)楸睎|東向。在烏拉特中旗至四子王旗之間的區(qū)域和太仆寺及東部地區(qū)磁場值較高，跳躍變化強烈，局部異常廣泛分布，多呈帶狀，少數(shù)呈近等軸狀，一般為100 nT 左右，局部大于300 nT，主要由上侏羅統(tǒng)火山巖、加里東期花崗巖和華力西期花崗巖引起。

Ⅲ區(qū)為平緩變化的負磁異常區(qū)。該區(qū)以比較開闊平緩的負磁場為主體，區(qū)域場為負磁異常，在該區(qū)的東部為團塊狀的正磁異常區(qū)，異常的梯度變化不大，磁場的水平變化率和垂向變化率都比較小，異常的走向多為北東向和北東東向。該區(qū)對應為華北板塊北緣華力西早期褶皺帶，亦即華北板塊向北增生，在華力西早期褶皺回返的地帶，構造總體為東西向。磁場特征反映該區(qū)具有褶皺帶性質(zhì)，古生代巖漿作用特別是火山活動不強烈，華力西晚期有酸性至中酸性巖漿侵入。北側西拉木倫河斷裂的西段以及向西至索倫一帶，南側在溫都爾廟及白云鄂博一帶均見有超基性巖分布。到中新生代，在鑲黃旗至查干諾爾湖一線的東部地區(qū)，上侏羅世和更新世火山活動廣泛而強烈。上述侵入巖和噴出巖具有強或較強磁性，引起了局部異?；騾^(qū)段性磁場增高。

Ⅳ區(qū)為強烈變化的磁場區(qū)。該區(qū)的磁場特征為正負磁場區(qū)相互交錯，正磁異常的形態(tài)多為串珠狀，線性異常特征明顯，異常的梯度變化比較大，水平變化率和垂向變化率劇烈，異常的走向多為北東向。該區(qū)區(qū)域背景場一般較弱，以負場為主，但場值變化較大。該區(qū)的東段由于中新生代火山巖發(fā)育，局部異常走向多偏向北東，該區(qū)早古生界斷裂出露，一般認為，在早古生代一些地段已經(jīng)隆起，形成古蒙古洋中的島鏈帶，從磁場特征分析，該區(qū)基底構造走向與其南北兩區(qū)對比，具有由東西向轉為北東向的過渡特征。局部異常強度達100～250 nT，多由華力西期花崗巖和上侏羅統(tǒng)火山巖引起。該區(qū)的西南磁異常多呈帶狀，部分呈近等軸狀，一般強度200 nT左右，賀根山及東北地段超基性巖呈巖基產(chǎn)出，引起數(shù)百至上千納特（nT）的異常。根據(jù)區(qū)域性資料，該區(qū)南緣華力西晚期超基性巖廣為分布，基底泥盆系有巨厚的海底噴發(fā)基性火山巖，二疊系亦有較厚的中基性火山巖分布，在西烏旗北側下二疊統(tǒng)有含海綿骨針硅質(zhì)巖分布。該區(qū)的中部以正磁場為主，局部異常廣為分布，走向呈北東東至北東向，一般強度150 nT左右，高者可達300 nT以上，所對應的地質(zhì)單元均屬于西伯利亞板塊向南增生的產(chǎn)物，晚古生代巖漿活動十分強烈，具典型的裂谷特征。

3.3.2 斷裂分布特征

區(qū)域地質(zhì)調(diào)查結果顯示，由于南北兩個古板塊運動的長期構造應力作用及晚期構造對早期構造的繼承性，又由于中生代以來印度板塊和太平洋板塊對中朝板塊持續(xù)俯沖的影響。在二連盆地內(nèi)發(fā)育有近東西、北東、北東東和北西向等幾組斷裂，它們的規(guī)模，活動時期各不相同。本文基于區(qū)域構造地質(zhì)背景資料，通過分析研究區(qū)的磁場特征及處理結果，共推斷出28 條斷裂，如圖6 所示。

圖6 二連盆地斷裂分布特征Fig.6 Distribution characteristics of faults in Erlian Basin

1）近東西向斷裂：斷裂規(guī)模大，活動期長，在洋殼閉合前及褶皺帶拉伸斷裂形成新的陸相盆地的過程中都有活動，控制了盆地的展布形態(tài)并控制了幾個大的坳陷及中間隆起帶的位置和構造發(fā)育狀況，乃至對近代地形、地貌及水系發(fā)育也有影響。主要的斷裂有F9、F10、F11一級斷裂。

2）北東向斷裂：此組斷裂多發(fā)育在盆地的東部，烏尼特凹陷，騰格爾坳陷中最為發(fā)育，愈往西愈少。但在烏蘭察布凹陷中，111°E～112°E 之間，盆地構造轉換部位也較發(fā)育，此組構造多為殼層構造，發(fā)育在盆地基底內(nèi)，也切穿了巴彥花群，很可能也切穿了最上邊的二連達布蘇組和新近系，為地下水的運移提供了較好的通道，為層間氧化還原過渡帶的形成提供了良好的環(huán)境。此組斷裂的形成明顯與太平洋板塊的俯沖有關，與大興安嶺隆升也有關系，是印支期和燕山期構造活動的產(chǎn)物。主要的斷裂有F2～F6、F12～F19為二級斷裂。

3）北西向斷裂：大多數(shù)北西向斷裂生成較晚，切割較淺，基本是殼面斷裂，也有少數(shù)北西向斷裂活動期較長。切割了基底，成為殼層斷裂。此組斷裂多發(fā)育在盆地的東部和北部，尤以馬尼特坳陷最為發(fā)育。第四系的古河道的支流受其控制，并有少量的更新世玄武巖沿斷裂分布。主要的斷裂有F23，F(xiàn)24，F(xiàn)25，F(xiàn)28等為三級斷裂。

4）北東東向斷裂：多發(fā)育在盆地中部，控制了盆地內(nèi)部坳陷及次級凹陷和凸起的展布。主要的斷裂有F13，F(xiàn)16，F(xiàn)17等為三級斷裂。

3.4 深部斷裂與成礦關系

二連盆地及周邊地區(qū)長期活動的深斷裂構造發(fā)育，構成區(qū)內(nèi)主要構造格架。這些斷裂在航磁圖上都有明顯清晰的反映，它們不僅對沉積建造、變質(zhì)作用、巖漿活動有著明顯的控制作用，而且還控制著基底的局部隆起和坳陷的形成，同時也是構造單元的分界線。由于晚期構造對早期構造的改造，這些發(fā)育方向不同，地段各異，強弱不一致的斷裂構造，互相間產(chǎn)生了疊加、穿插、復合、扭曲等活動，影響了盆地內(nèi)凹陷和凸起的形態(tài)、展布及沉積史，盆地內(nèi)不同時期沉積中心的轉移，第四紀地表水系的發(fā)育和地下水的活動，進而影響著古河谷砂巖體的空間構造格架和延伸展布形態(tài)以及鈾礦化的生成。

二連盆地砂巖型鈾礦床位于古河谷［6］，由于古河谷通常由深大斷裂發(fā)育而來或受控于深大斷裂，沿斷裂帶展布。深大斷裂帶內(nèi)一般地形相對較低，巖漿活動頻繁，自由空氣重力異常通常與地形的高低起伏具有很好的對應關系，而布格重力異常則正好相反。巖漿活動導致高磁性巖漿巖體發(fā)育，因而表現(xiàn)為自由空氣重力異常低而布格重力異常高，并且位于高磁異常條帶區(qū)。從現(xiàn)有的重磁資料及已發(fā)現(xiàn)的鈾礦床分布看，已發(fā)現(xiàn)的砂巖型鈾礦床主要集中于烏蘭察布凹陷，即典型的自由空氣重力異常低值區(qū)、布格重力異常高值區(qū)，線性磁異常高值區(qū)。綜合全區(qū)地球物理場特征和推斷的斷裂分布，從構造分區(qū)上看，Ⅳ區(qū)（圖5）馬尼特-烏蘭察布坳陷帶滿足古河谷發(fā)育的地質(zhì)構造條件，并且具有低自由空氣重力異常、高布格重力異常以及條帶狀高磁異常，是比較好的砂巖型成礦有利區(qū)。本區(qū)主斷裂構造的交匯部位對上部地層的鈾成礦具有特殊的意義，首先是導致該地區(qū)地熱值的升高，有利于微生物的繁殖和有機物的分解，為鈾的沉積和富集提供了有利的地球化學條件。其次是在北東向斷裂交匯的地區(qū)，上部的地層雖然構造裂隙較為發(fā)育，但并未受到強烈分割和明顯錯動等破壞。上述這種特殊的構造特征，促使了地下水、地表水循環(huán)的加強和還原劑的向上逸散，從而有利于鈾的活化、遷移，在有利的環(huán)境下富集，為形成大范圍、大礦量的鈾礦藏提供了有利的地質(zhì)環(huán)境。

4 結論

本文通過對二連盆地航磁數(shù)據(jù)的處理與分析，明確了二連盆地內(nèi)整體構造單元區(qū)劃與斷裂體系特征，并探討了砂巖型鈾礦床遠景區(qū)，主要結論如下：

1）二連盆地內(nèi)航磁異常整體呈現(xiàn)出“東西拉張，南北擠壓”的力學特征和“南北分帶、東西分塊”的構造格局，自北向南劃分為4 個磁異常特征區(qū)。

2）通過對二連盆地航磁異常的處理與分析，共推斷斷裂28 條，其中一級斷裂3 條，二級斷裂13 條，三級斷裂12 條，斷裂走向主要有近東西向、北東向、北西向及北東東向，結合地質(zhì)資料，鈾礦床的位置多位于北東向的斷裂附近。

3）根據(jù)古河谷與斷裂構造的關系以及呈現(xiàn)出來的低重力異常、高磁異常，初步圈定了二連盆地北部坳陷區(qū)馬尼特-烏蘭察布帶為成礦有利區(qū)。