內蒙古狼山成礦帶深部地質結構特征

張振宇 胡祥云 王 剛 李永博

(①國家現(xiàn)代地質勘查工程技術研究中心，河北廊坊 065000；②中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，河北廊坊 065000；③中國地質大學(武漢)，湖北武漢 430074)

1 概況

狼山成礦帶位于內蒙古中東部，以烏拉特后旗—化德—赤峰深大斷裂帶(由東向西由北東向轉為近東西向)為界，跨越了兩種性質完全不同的大地構造單元(圖1)[1-3]。因此，由于特殊的構造位置，研究區(qū)地層出露較齊全、巖漿活動頻繁、構造復雜、礦產豐富[4-6]。

圖1 狼山成礦帶區(qū)域構造位置圖

目前，主要通過地質及地表淺部地球物理調查了解了狼山成礦帶的區(qū)域地球物理場特征[7]、礦床特征[8-10]、火山巖沉積特征[11-13]、成礦控礦因素[14-15]、礦產成因[16-20]與成礦特征[21]等。受自然條件等因素影響，狼山成礦帶的深部地球物理勘查工作

較少，對深部地質結構特征的總體研究程度較低，無法深入研究區(qū)域深部構造特征、礦源成因等。為此，本文結合狼山成礦帶的綜合地球物理勘查資料與地質成果資料，深入研究了狼山成礦帶的深部地質結構特征，以期為區(qū)域深部找礦提供依據(jù)。

2 研究區(qū)地質特征

2.1 地層

狼山成礦帶區(qū)域的太古界興和雜巖、烏拉山群、色爾騰山群和下元古界寶音圖群構成了結晶基底；中上元古界、古生界、中生界、新生界為沉積蓋層。太古界變質雜巖之上不整合覆蓋輕微變質的海相元古界，在元古界上部局部沉積了海相奧陶系，缺失志留系—下石炭統(tǒng)。中(上)石炭統(tǒng)為海陸交替相，二疊系及中、新生界為陸相碎屑(含煤)沉積和火山巖沉積，中、新生界主要分布于斷陷盆地及山間盆地。橫向上地層總體呈北東向展布。

2.2 巖漿巖

狼山成礦帶巖漿巖展布主要受構造活動制約，主要沿深部斷裂呈帶狀、串珠狀或集中分布于斷裂交會處。區(qū)域內侵入巖出露較廣，南部主要以中元古代、奧陶紀、志留紀侵入巖為主，北部主要以石炭紀侵入巖為主，呈北東走向的狼山(斜長)花崗巖體出露面積最大[7]。

2.3 斷裂構造

狼山成礦帶內斷裂構造發(fā)育，除了烏拉特后旗—化德—赤峰深大斷裂帶(溫都爾廟—西拉木倫河深大斷裂帶)外，還有近東西向的索倫敖包—阿魯科爾沁旗深斷裂帶、北東或北北東向的寶音圖隆起西緣與東緣深斷裂等。

3 區(qū)域地球物理特征

3.1 區(qū)域巖石物性

依據(jù)在狼山成礦帶315個物理點采集的965件巖石標本，統(tǒng)計、分析了標本的物性特征(表1～表3)。

表1 狼山地區(qū)巖礦石物性統(tǒng)計表

表2 狼山地區(qū)地層物性統(tǒng)計表

表3 狼山地區(qū)侵入巖體物性統(tǒng)計表

巖石密度方面，隨地層由新而老密度呈升高趨勢，區(qū)域內各套地層的密度存在差異。以砂巖、砂礫巖、粉砂巖、粗砂巖為代表的陸源碎屑巖的密度較低，片巖、片麻巖、斜長角閃巖等變質巖及玄武巖、安山巖、輝綠巖等火山巖(次火山巖)的密度較高。侵入巖體中，泥盆紀侵入體密度最大，三疊紀、侏羅紀侵入體的密度最小。

磁性方面，玄武巖磁化率最大，推斷是引起區(qū)域強磁異常的主要原因；安山巖、安山玢巖、超基性巖磁化率略低，推斷是引起區(qū)域次磁異常的主因；大理巖、石英巖、白云母花崗巖、灰?guī)r、黑云母花崗巖、變質角礫巖、斜長花崗巖、結晶灰?guī)r、變粒巖、淺粒巖、花崗巖、片麻巖、云母花崗巖等的磁化率較低，推斷可能引起弱磁異常。白堊系固陽組具有較高磁性，石炭系阿木山組磁性最弱。侵入巖體中，白堊紀侵入巖體的磁性最強。

電阻率方面，粉砂巖、砂礫巖、砂巖等陸源碎屑巖的電阻率小于500Ω·m，灰?guī)r、結晶灰?guī)r、玄武巖的電阻率大于3000Ω·m，其他巖石的電阻率介于500～3000Ω·m。各期侵入巖體的電阻率差異不明顯，介于817～2456Ω·m。

3.2 區(qū)域重力場特征

狼山成礦帶及外圍布格重力異常圖(圖2)顯示，成礦帶重力場場值總體較低，均為負值，重力場呈“南低北高”且由南向北高、低相間排列的特征。南部呈重力低異常，對應河套斷陷；東部呈近東西向分布的次級重力低異常，對應中、新生代沉積盆地；中部的北東向次級重力低異常推測為狼山花崗巖體的反映；西部的東西向次級重力低異常推測為中、新生代沉積盆地和狼山花崗巖體的反映。

圖2 狼山成礦帶及外圍布格重力異常圖

3.3 區(qū)域磁場特征

狼山成礦帶及外圍航磁異常圖(圖3)顯示，成礦帶航磁磁場由南向北呈低、高相間排列分布特征，航磁磁場值總體較低。中部和北部的近東西向相對高磁異常推測為磁性巖漿巖體的反映。在烏拉特后旗周邊分布的一系列小規(guī)模局部高磁異常，應為小規(guī)模磁性巖漿巖體的反映。

圖3 狼山成礦帶及外圍航磁異常圖

4 綜合地球物理勘查

為了研究狼山成礦帶的深部地質結構，布置了兩條垂直于主要構造走向的大地電磁測深和重磁探測綜合地球物理調查剖面(圖4，剖面Ⅰ、Ⅱ)。

圖4 狼山成礦帶綜合地球物理調查剖面實際點位圖

4.1 大地電磁數(shù)據(jù)采集與處理解釋

利用V5-2000寬頻帶大地電磁測深儀以2km的點距完成狼山成礦帶152個物理點的寬頻帶大地電磁測深測量。野外觀測點低頻段數(shù)據(jù)采集時長為22～24h，觀測頻段范圍為320～0.0005Hz。數(shù)據(jù)采集后依次進行頻譜分析、功率譜計算、Robust處理，利用最小二乘法計算阻抗張量元素，最終獲得視電阻率和阻抗相位。中蒙邊境地勢平坦，人煙稀少，野外數(shù)據(jù)采集干擾較小，獲得的數(shù)據(jù)質量較高，其中一級點136個、二級點16個，無不合格點。對于存在干擾的數(shù)據(jù)，對時間域數(shù)據(jù)分段篩選，對剔除強干擾的數(shù)據(jù)進行時頻轉換，在保證數(shù)據(jù)真實、可靠的同時，提高了信噪比，取得了較好的處理效果[22-23]。

采用非線性共軛梯度(NLCG)法對大地電磁測深數(shù)據(jù)進行二維反演。NLCG法允許多模式反演，計算穩(wěn)定且速度快，反演需要設置多參數(shù)，且對初始模型的依賴性高，需要多次嘗試[24-25]。為了獲得真實、可靠的反演結果，依次對電阻率分別為10、100和1000Ω·m的均勻半空間初始模型，采用TM模式、TE模式及TM+TE聯(lián)合模式反演。通過對比、分析反演結果，最終選取電阻率為100Ω·m的均勻半空間初始模型，初始網(wǎng)格保證在兩個測點之間有一個空白網(wǎng)格，正則化因子為3，視電阻率反演相對誤差限為10%，阻抗相位反演誤差限為5%，采用TM+TE聯(lián)合模式，得到剖面Ⅰ、Ⅱ的大地電磁二維反演電阻率斷面(圖5、圖6)，結合區(qū)域地質資料，解釋了大地電磁二維反演電阻率斷面。

圖6 剖面Ⅱ大地電磁二維反演電阻率斷面

剖面Ⅰ大地電磁二維反演結果(圖5)表明：①深度小于30km時，高、低電阻率異常分布明顯，深度大于30km時電阻率分布相對穩(wěn)定。②在斷面上部存在3處高阻異常塊體，推測為由古生代、元古代、太古代老地層及巖漿巖引起；剖面中北部的淺層及南端淺層的低阻異常，推測是斷陷盆地的中、新生代地層的反映，烏拉特后旗南部的低阻異常可向下延伸至莫霍面以下，推測由巖漿軟流體引起。

圖5 剖面Ⅰ大地電磁二維反演電阻率斷面

剖面Ⅱ大地電磁二維反演結果(圖6)表明：①深度小于30km時，高、低電阻率異常分布明顯，深度大于30km時電阻率分布相對穩(wěn)定。②在斷面北部與南部淺層存在2處高阻異常體，推測為由古生代、元古代、太古代老地層及巖漿巖引起；剖面中部的淺層及南端淺層的低阻異常，推測是中、新生代地層的反映，其中烏拉特中旗南部高阻異常下部的低阻異常可向下延至莫霍面以下，推測由巖漿軟流體引起。

4.2 重磁數(shù)據(jù)處理與解釋

狼山成礦帶重磁剖面勘查分別采用LCR-G型重力儀和GSM-19T型磁力儀，完成重磁剖面探測280km。同時，搜集了狼山地區(qū)1∶20萬區(qū)域重力調查成果數(shù)據(jù)和1∶5萬航磁ΔT原始數(shù)據(jù)，并且對區(qū)域重力和航磁數(shù)據(jù)進行了三維處理(圖7、圖8)，結合區(qū)域地質資料，解釋了重、磁數(shù)據(jù)處理結果。

剖面Ⅰ高精度重、磁數(shù)據(jù)處理結果(圖7)表明：①磁場值整體較低，場值在零值附近波動，總體呈“北高南低”特征；沿剖面從西北到東南，存在5處局部相對高磁異常，但異常幅度不大，其中南部的兩個呈鋸齒狀的跳動異常，推測由地表穿插分布的老變質巖地層與巖漿巖引起(圖7a)。②存在5處明顯的高磁性體，推測為高磁性巖漿巖體的反映(圖7b)。③重力場總體表現(xiàn)為北段平穩(wěn)南段變化大，中北部為平穩(wěn)的相對低緩異常，中南段為相對高異常，南端為大幅度降低的低重力異常。在80km與130km位置存在明顯的梯度帶，推測前者為寶音圖隆起的西邊界，后者為河套斷陷盆地的北界(圖7a)。④存在兩處明顯的強烈起伏密度界面(圖7c)，推測為板塊推覆擠壓形成的強烈褶皺的反映。

圖7 剖面Ⅰ高精度重(Δg)、磁(ΔT)數(shù)據(jù)處理結果

剖面Ⅱ高精度重、磁數(shù)據(jù)處理結果(圖8)表明：①整體背景磁場值與剖面Ⅰ類似，北部平穩(wěn)南部磁異常值較高；北端存在2處正負峰值磁異常，推斷為超基性巖引起，南部存在多處連續(xù)的簇狀峰值不等的高磁異常，推測由穿插分布的超基性巖、花崗巖及輝綠巖引起(圖8a)。②存在4處明顯的高磁性異常體，推測為高磁性巖漿巖體的反映(圖8b)。③重力場由北至南總體表現(xiàn)為“高—低、高—低、高—低”波浪起伏式異常曲線特征，推測為板塊推覆擠壓形成的褶皺基底的反映(圖8a)。④存在兩處明顯的波浪起伏的密度界面異常(圖8c)。

圖8 剖面Ⅱ高精度重、磁數(shù)據(jù)處理結果

5 深部地質結構特征分析

狼山成礦帶南部處于烏蘭布和沙漠和庫布齊沙漠北部，中部為黃河河套地區(qū)，水系較發(fā)育，北部為呈近北東向的狼山山脈。通過綜合地球物理勘查，結合區(qū)域地質資料，剖析了狼山成礦帶的深部地質結構。

5.1 斷裂

依據(jù)狼山成礦帶綜合地球物理勘查成果及區(qū)域地質資料，共推斷出 9條斷裂(圖9、圖10、圖11)：①F1(F1′)。位于烏力吉圖鎮(zhèn)南部，烏拉特中旗、后旗北部，處于重力異常梯度帶(圖11)，三維反演相對密度差斷面(圖7c、圖8c)和MT二維反演電阻率斷面(圖9a、圖10a)顯示該斷裂帶橫向跨度大，寬約30km，向下延伸較深，在東部為東西向，西部為北東向，推斷烏拉特后旗—化德—赤峰深大斷裂帶與溫都爾廟—西拉木倫河深大斷裂帶在此交會，為華北地塊與西伯利亞板塊兩大一級單元的縫合帶。②F2。位于黃河河套北緣，分布在“南低北高”的重力異常帶上(圖11)，MT二維電阻率斷面(圖9a)顯示該斷裂向下延伸較深，并呈弧形展布，推斷為臨河—集寧—喀喇沁旗深斷裂。③F3。位于“南低北高”的重力梯度帶之F1北側(圖11)，屬于中部地槽褶皺系，MT二維電阻率斷面(圖10a)顯示向下延伸較深，呈北東向展布，推斷為斷陷盆地北緣。④F4和F5。位于寶音圖隆起兩側，推斷分別為寶音圖西緣和東緣斷裂(圖11)。F4北東端由蒙古國延入本區(qū)，經(jīng)巴音查干至寶音圖，南西端切割華北地臺北緣深大斷裂(圖9)；F5與F4平行展布，長約150km，北東端由蒙古國延入本區(qū)，經(jīng)索倫山南緣德日斯至杭蓋戈壁，南西端被巴音烏拉山—狼山—色爾騰山南緣深斷裂所截(圖10)。⑤F6。位于中蒙邊境，處于重力異常梯度帶與串珠狀或條帶狀航磁異常帶(圖11)，推斷為阿門烏蘇斷裂(圖9、圖10)。⑥F7。MT二維電阻率斷面(圖9a)顯示該斷裂穿越中、新生代斷陷盆地，推斷為盆北緣斷裂。⑦F8與F9。推斷分別為白云鄂博裂陷槽北緣斷裂和南緣斷裂(圖10)。

圖9 剖面Ⅰ地質解釋

圖10 剖面Ⅱ地質解釋

圖11 狼山成礦帶重力異常與MT二維反演電阻率斷面推斷的深部斷裂構造疊合圖

5.2 斷陷盆地

在F7與F4之間及F2與剖面Ⅰ東南端點間的位置，淺部的反演電阻率呈明顯低阻異常特征(圖9a)，推斷認為，上述低阻異常由斷陷盆地的中、新生代地層引起，其中剖面中北部斷陷盆地位于華北板塊石炭紀陸緣增生區(qū)，而東南段斷陷盆地即河套盆地。在F1向西北約60km的范圍，淺部的反演電阻率呈明顯低阻異常特征(圖10a)，推斷該段為華北板塊北緣陸緣增生區(qū)，其中F1與F3之間為斷陷盆地。

5.3 寶音圖隆起

寶音圖隆起位于F4與F5之間，地球物理異常特征非常明顯，隆起兩端呈高密度體凸起(圖7c、圖8c)，反演電阻率呈高阻兩側低阻的特征(圖9a、圖10a)。寶音圖隆起受深部斷裂F4與F5的影響，其內部次生斷裂發(fā)育，有多期巖漿巖侵入。

5.4 褶皺構造

重力異常三維反演相對密度差斷面(圖8c)顯示，在F1兩側出現(xiàn)明顯的波浪起伏式密度異常特征，推測該異常為華北板塊與西伯利亞板塊接觸擠壓、在板塊縫合帶兩側形成的褶皺構造的反映。

5.5 巖漿巖體

狼山成礦帶巖漿巖體均表現(xiàn)為高磁性、高電阻率異常特征。剖面Ⅰ航磁異常三維反演相對磁化強度斷面指示存在5處高磁性體(圖7b)，推斷其為巖漿巖體，分別位于剖面西北端和距剖面西北端50、80、105及128km處。MT二維反演電阻率斷面(圖9a)西北段的2處高阻體及寶音圖隆起上部的1處高阻體，應為巖漿巖與古生代及元古代、太古代地層的綜合反映。剖面Ⅱ航磁異常三維反演相對磁化強度斷面指示存在4處高磁體(圖8b)，推斷其為巖漿巖體，中心位置分別距剖面西北端20、60、110及133km處，其中距剖面西北端60km處的巖漿巖體規(guī)模較大，可能為巖漿巖組合體。MT二維反演電阻率斷面(圖10a)指示南、北兩端分別存在1處高阻體，推斷為巖漿巖與古生代及元古代、太古代地層的綜合反映；在南側高阻體之下存在1處向下延伸和規(guī)模較大低阻異常體，可能為巖漿軟流體的反映(圖10a)。

5.6 巖漿軟流體(或巖漿通道)

由MT二維反演電阻率斷面可見，在F1大于10km深度(圖9a)、F1與F9大于20km深度(圖10a)位置存在巨大的低阻異常體，呈“上部直立、下部向北傾”，向下可延伸至莫霍面以下，推斷為從地幔上涌的巖漿軟流體(或巖漿通道)，為巖漿上溢及深部成礦提供了深部地質條件。

6 結論

內蒙古狼山成礦帶位于華北板塊與西伯利亞板塊兩個一級大地構造單元交會處，該區(qū)域深部構造非常發(fā)育、復雜，巖漿巖具有多期侵入且明顯受深部斷裂構造控制的分布特征。本文通過在研究區(qū)開展綜合地球物理勘查,研究了區(qū)域內深部斷裂構造、斷陷盆地、高磁性體分布等區(qū)域深部結構特征，指明了9條區(qū)域深部斷裂構造分布位置，圈定了區(qū)內高磁性體分布位置。其中F1-F1′化德—赤峰深大斷裂帶，橫向規(guī)模大，延伸深度大，是該地區(qū)華北板塊與西伯利亞板塊縫合帶的位置。給出了寶音圖隆起兩側分布的斷陷盆地和南部河套盆地的邊界位置。首次發(fā)現(xiàn)在華北板塊與西伯利亞板塊的縫合帶深部分布兩處巖漿軟流體，且向下可延伸至莫霍面以下，推斷為巖漿通道，為該區(qū)豐富的礦產資源的深部動力源泉。本文的研究成果為在狼山成礦帶開展深部找礦及圈定成礦遠景區(qū)提供了地球物理資料依據(jù)，同時對認識中亞造山帶也具有重要意義。