RGIS软件重磁联合反演在1：20万区域重力调查中的应用

2013-01-25张文博王守兴王向丽王唯存

吉林地质 2013年4期

张文博，王守兴，王向丽，李宁，王唯存

吉林省勘查地球物理研究院, 吉林长春 130012

《黑龙江省五常县—沙兰站公社1：20 万区域重力调查成果报告》是沈阳地质调查中心“东北地区基础地质调查及数据更新”项目的一部分，该项目共完成调查面积21 171 km2，为区内矿产资源评价、区域地质调查和基础地质图件更新等工作提供高质量的基础性区域重力资料。本文应用RGIS 软件对所获区域重力资料进行数据处理为地质矿产勘查及研究提供参考。

1 区域地质概况

调查区跨两个Ⅰ级构造单元：兴安岭—内蒙地槽褶皱区和兴凯湖—布列亚山地块区。以方正—长汀岩石圈断裂为界，西侧为兴安岭—内蒙地槽褶皱区，东侧为兴凯湖—布列亚山地块区。

工作区及周边位于老爷岭地块与伊春—延寿褶皱系和松嫩地块结合部位。出露地层有前寒武纪变质岩系、晚三叠世、白垩纪地层，另外新生代玄武岩发育。区内地质构造复杂，依兰—伊通、方正—长汀、敦化—密山3 条深断裂穿过区内；侵入岩浆活动频繁，古元古代—中生代侵入岩大面积分布。

新太古代—古元古代中高级变质岩系构成工作区及周边一带的结晶基底（古陆核），中元古代晚期在其南部形成陆壳增生带，新元古代在东、西两侧进一步形成陆缘增生带。早古生代形成海槽沉积，晚古生代形成海相-陆相交替的火山-沉积岩建造，具有盖层性质。晚印支期发生陆内碰撞，形成规模宏大的南北向构造岩浆岩带。印支期末受北东向敦化—密山断裂带和东西向构造联合控制，形成一系列东西向为主的含煤盆地。新生代工作区内构造主要受敦化—密山断裂带控制，沿断裂带有大面积玄武岩溢流。

2 重磁场特征

2.1 区域重力特征

从1989 年原地矿部二物王之荃等人编绘的工区1∶100 万布格重力异常平面图（见图1）上可见：

图1 黑龙江五常县—沙兰站公社地区1:100万布格重力异常平面图Fig. 1 1:1 000 000 Bouguer gravity anomaly prof ile of Wuchang County-Shalan station commune in Heilongjiang Province

（1）受长白山地区反山根作用影响，工作区内及外围场值均为负值。区内布格重力异常场态特征较为明显，布格重力异常等值线宏观多呈北东向展布，而且场值变化较大，幅度达50×10-5m/s2，区西北部五常一带重力场值最高达-5×10-5m/s2，东南部镜泊湖一带场值最低，达-55×10-5m/s2。全区场值呈现西北部高，东南部低的格局，两部场区场值变化均在（-30～-25）×10-5m/s2以内。

（2）从工作区区域地质概况分析，区内布格重力异常场态特征主要与区内地质构造特征密切相关。西北部重力高值区主要受松辽盆地幔隆和前寒武纪变质岩系的影响；东南部重力低值区则主要受张广才岭山地区幔凹和大片发育的花岗岩类的影响。重力低值区内局部重力异常发育，其中镜泊湖局部重力低是由中—新生代断（坳）陷盆地引起，等值线基本沿北东向延伸，是区内北东向构造的反映；另有一面坡—向阳山、敦化—镜泊梯度带分别是深大断裂带的反映；其它梯度带分别是基底断裂或不同密度地质体接触带的反映。

2.2 区域航磁场特征

从区域航磁ΔT 异常平面图（见图2）上能够看出，工作区内及外围磁异常亦如ΔgB异常一样多呈北东向展布，沿北西向场值多呈磁力高与磁力低相间排列，显示出构造线方向亦明显呈北东向。依场态特征，区内及周边磁场大致可分为以下5 种类型∶

（1）东南侧边部杂乱磁场：沿敦化—密山断裂一线及东南侧呈带状分布，占域较小，带内正负异常交替变化频繁，异常形态极为复杂。该场态是沿敦化—密山断裂带喷出的船底山组玄武岩的反映。

（2）西北侧边部杂乱磁场区：该场区内局部发育条带状磁力高，通常是叠加在场值（0～200）nT 的磁力低上，异常值变化范围为（0～800）nT，一般沿北东向延伸，局部地段发生东西向错动。此场态特征是一些中基性侵入岩体沿断裂分布的反映。这种类型场态主要分布在尚志—五常以西一带，占域较小。

（3）东南部波状正异常带：该类型磁场位于敦化—密山断裂带西北侧—长汀一带，异常曲线呈波状规律变化，ΔT 异常值通常在0～1 000nT 之间，异常范围较大，该场态主要是具有较强磁性的晚三叠世花岗闪长岩和晚侏罗世花岗闪长岩的反映。

图2 黑龙江五常县—沙兰站航磁ΔT异常等值线平面图Fig.2 Aeromagnetic ΔT anomaly Isoline plan of Wuchang County-Shalan station

（4）西北部低缓平稳磁场：这类磁场异常值多在-100～100nT 之间变化，异常曲线呈舒缓波形起伏状，是磁性不强的晚三叠世花岗岩和依兰—伊通断裂带内松散堆积物的反映。该场区面积较大，主要分布在向阳山—元宝镇一带，。

（5）中部磁力低异常带：该带ΔT 异常值为0～-800nT，基本沿北东向延伸，主要分布在亚布力镇—三道冲河镇一线和张广才岭大秃顶子山的东南一线，主要是弱磁或无磁的晚元古代变质岩、晚三叠—早侏罗世二长花岗岩、花岗闪长岩的反映。错综复杂的ΔT 场态特征，反映了区内及外围地质构造的复杂性，必然为成矿提供了有利条件。

3 RGIS软件重磁联合反演

“重磁电数据处理与解释软件系统”（RGIS）是中国地质调查局发展研究中心组织研发的具有重力和磁测数据可视化管理、数据处理、重磁电正反演等多功能资源勘查地球物理信息系统软件。尤其在重磁处理方面，该软件目前已经成为我国模块最齐全、最先进，应用最广泛，覆盖面和用户群体规模最大的专业软件。

本次调查工作运用RGIS 软件的2.5D 人机交互可视化重力和磁异常联合反演，对于深部构造、莫霍面、地壳深部密度界面等问题作出了一定的探讨。

3.1 莫霍面深度

本调查区的面积与黑龙江全省相比，其所占的面积范围可谓较小，深部地球物理资料可以说是“局部构造”了。依据《黑龙江区域地质志》中的黑龙江省莫霍面等深度图（图3），尚志—牡丹江一带在该图显示为局部坳陷，在老秃顶一带莫霍面深度为40 km，由尚志—牡丹江莫霍面等深线呈“盆”形展布，由35 km 向38 km 变化。

3.2 地壳密度分层

依据地矿部二物提交的《泛东北地区1∶100 万区域重力资料研究报告》；金旭、杨宝俊主编的《中国满洲里—绥芬河地学断面地球物理场及深部构造特征研究》；爆破地震所建立的地壳综合速度，建立调查区综合速度模型图自上而下将五常—尚志—牡丹江地壳分为三大层：

图3 黑龙江五常县—沙兰站公社一带莫霍面等深度（km）平面图Fig.3 the Moho isobathic plan of Wuchang County-Shalan station commune area in Heilongjiang

上壳层：沉积岩层及元古界浅变质岩，平均密度2.68～2.81g/cm3，平均速度6.02 km/s。

中壳层：古元古界—太古界变质岩、花岗岩质层，平均密度2.83～2.92 g/cm3，平均速度6.5 km/s。

下壳层：玄武质层或中基性麻粒岩层，平均密度2.99～3.05 g/cm3，平均速度6.81～6.89 km/s。上地幔岩石圈：橄榄岩层平均密度3.31～3.36 g/cm3，平均速度7.84～8.23 km/s。

3.3 重磁联合反演

调查区范围较小，对深部构造界面的定量处理存在一些困难，而且其精度与前人研究程度相比较不会有提高。本报告在探讨密度界面及深部构造方面主要是在前人推断密度界面的基础上，根据异常特征进行分析探讨，并且莫霍面计算参照前人结果。

本次工作中自兴隆公社起至榆树川林场老一段截取了一段长255 km，穿越不同构造单元和地质体的长剖面A-A′，该剖面位于测区中部、北西向贯穿整个测区剖面。利用布格重力和航磁数据，使用RGIS 软件进行了联合反演。通过拟合、对比、修改模型，完善其拟合程度。联合反演结果见图4。

经对比剖面上航磁异常与布格重力异常其变化规律性相似，可能为同源场。剖面地质认识如下：

（1）剖面A—D 段∶该段位于调查区西北，地表出露的岩性主要为晚二叠世碱长花岗岩（P2kγ），二叠系五道岭组，新生界古近系宝泉岭组。

重力异常与航磁异常总体趋势由高值向低变化，反映了地壳深部莫霍面逐渐变深的特点；其间的局部异常反映了地表或浅地壳地质体横向密度或磁性发生的变化。A-B 间的重力高、磁力高异常可能由密度较高的碱长花岗岩引起，也可能与附近出露或隐伏的高密度、强磁性辉长岩有关；以B 点为中心的三道河子公社重力低、磁力低异常推断为隐伏的新生代凹陷盆地；三道河子公社—胜利公社间重力异常和航磁异常相对较高，推断为隐伏的晚三叠世—早侏罗世二长花岗岩或花岗闪长岩；胜利公社一带航磁为宽缓低磁异常，对应的是两侧梯度较大的重力低异常，充分印证了受F1-1、F1-2 两条平行断裂控制的新生代断陷盆地的存在，只是航磁异常反映的断陷盆地范围更大；双合屯以西的磁力低，对应重力低缓台阶异常，故推断为F2 断裂。反演界面分为莫霍面、下地壳顶界面和中地壳顶界面、反演莫霍面的密度参数选择为3.36 g/cm3,剩余磁化强度选为5 700×10-3A/m。计算莫霍面埋深为36～39 km。反演下地壳顶界面的密度参数选取3.05 g/cm3, 剩余磁化强度选为3 500×10-3A/m。计算下地壳埋深一般在18～20 km。反演中地壳顶界面的密度值选为2.67 g/cm3, 剩余磁化强度（330～800）×10-3A/m，计算中地壳埋深一般在4～5 km。

（2）剖面D—F 段∶该段位于调查区中部，地表出露的岩性为新元古代二长花岗岩（Ptηγ），其在1∶25 万亚布力幅中定名为晚三叠世早侏罗世花岗闪长岩（T3—J1γδ）、早侏罗世正长花岗岩、张广才岭群新兴组（Pt3x）变质岩、晚三叠世正长花岗岩、中奥陶世花岗闪长岩（O2γδ）。

该段重力异常和航磁异常均呈波状起伏，但是异常值偏低些，重力异常场总体趋势仍由高值向低变化，莫霍面进一步加深。

双合屯—老秃顶子间布格重力异常和航磁异常均较低，由密度较低、磁性较弱的晚三叠世—早侏罗世正长花岗岩引起，而老秃顶子相对重力高是由于基底张广才岭群新兴组（Pt3x）变质岩隆起或地表出露引起的异常，因该套地层为弱磁，故航磁异常甚低；老秃顶子—七公里间布格重力异常相对变低，可能为密度较低的晚三叠世正长花岗岩引起，但该地段航磁异常很高，可能与附近出露的或隐伏的、磁性很强的早寒武世或中奥陶世闪长岩脉有关。

图4 兴隆—榆树川林场重磁联合反演剖面Fig.4 Prof ile of joint inversion of gravity and magnetic in Xinglong-Yushuchuan tree farm

D—F 段剖面解释推断出F3、F4、F5 三条北断裂，断裂附近重磁异常剖面特征非常明显，断裂一般处于重力剖面台阶异常和航磁异常突变处。

反演结果莫霍面埋深为38～40 km,是本区最深之处；下地壳埋深一般在18～21 km；中地壳埋深约5～6 km。

（3）剖面F— A′点段∶该段剖面位于调查区东南角。地表出露的岩性为中奥陶世花岗闪长岩（O2γδ）。其在1∶25 万亚布力幅中定名为早石炭世石英闪长岩（C1δo），新生代新近纪船底山玄武岩、土门子组，张广才岭群阎王殿组（Pt3yn）变质岩。

该段剖面重、磁异常相关性很好，随重、磁场开始抬高，莫霍面也相对变浅。大面积分布的中奥陶世花岗闪长岩（O2γδ）使七公里—尔河站口间重、磁异常明显增高，而航磁异常达到最高的原因可能与磁性较强的玄武岩有关；尔河站口以东重、磁异常骤降，尤其是重力异常，降至全区最低，推断为受控于敦化—密山断裂带的新生代断陷盆地。F— A′段剖面解释推断出F6、F7-1、F7-2 三条断裂，断裂的重磁异常特征都很明显。

反演结果莫霍面埋深为38.5～39.5 km；下地壳埋深一般在18～19 km；中地壳埋深约6～8 km。