阿尔泰-准噶尔北缘重磁场特征及其断裂的地质意义

王艺霖，冯治汉，李跃秋

(中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710054)

阿尔泰-准噶尔北缘重磁场特征及其断裂的地质意义

王艺霖，冯治汉，李跃秋

(中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710054)

阿尔泰-准噶尔北缘成矿带富含铁、铜、镍、金等多种矿产资源，但准噶尔周缘的构造单元及断裂划分存在一定争议，从而影响了找矿部署方向研究。为进一步深化区域成矿规律的研究，优选大型、超大型找矿远景区开展物探勘查，笔者收集了最新、最大比例尺的重磁资料和大量的物性信息，以地球物理重磁理论为指导，GIS技术为手段，对阿尔泰-准噶尔北缘成矿带的重力和磁场特征进行了详细的分析，并对阿尔泰-准噶尔北缘断裂及准噶尔盆地西缘断裂进行推断解释。认为准噶尔北缘断裂与准噶尔盆地的西缘断裂为2条性质完全不同的断裂，东西准噶尔不具对比性，准噶尔北缘断裂主要以北西西向构造为主。提出准噶尔陆块边界的边界应是塔城—和布克赛县一线以西，西准噶尔和卡拉麦里相似，只是准噶尔陆块中的局部隆起。

地球物理；阿尔泰-准噶尔北缘断裂；重磁特征；地质意义

阿尔泰-准噶尔成矿带处于于横贯亚洲的乌拉尔-蒙古-鄂霍茨克巨型古生代造山带的中段，由一系列块体、岛弧和增生杂岩构成，是中亚造山系的重要组成部分(Sengor et al.,1996；Xiao et al.，2004)。阿尔泰-准噶尔成矿带包含阿尔泰造山带及准噶尔地块北部两个构造单元。阿尔泰成矿带的总体地质、物探工作程度相对偏低，在准噶尔周缘的构造单元及断裂划分存在一定争议。笔者在进行西北地区矿产资源潜力评价项目和区域地球物理调查成果集成与方法技术研究项目中，收集了最新、最大比例尺的重磁资料和大量的物性信息，以地球物理重磁理论为指导，GIS技术为手段，对阿尔泰-准噶尔北缘成矿带的重力和磁场特征进行了详细的分析，并对阿尔泰-准噶尔北缘断裂及准噶尔盆地西缘断裂进行推断解释。认为阿尔泰-准噶尔北缘断裂由数组断裂构成，且与准噶尔盆地的西缘断裂为两条性质完全不同的断裂，提出准噶尔陆块边界的边界

应是塔城—和布克赛县一线以西，西准噶尔和卡拉麦里相似，只是准噶尔陆块中的局部隆起。

1 区域地质构造背景

阿尔泰-准噶尔成矿带处于横贯亚洲的乌拉尔-蒙古-鄂霍茨克巨型古生代造山带的中段，地层建造类型多样(马宗晋等，2008；陶国亮等，2006；王登红等，2002)。大体上，晚古生代以前，海相拉张环境的建造较多；晚古生代起，各构造带相继转入汇聚、固结，陆相增多，建造类型为汇聚及固结期建造类型；同时，又产生一些新的拉张，生成新的拉张类型建造。中生代起，进入大陆板内阶段，全为陆相板内沉积。花岗岩类以壳幔同熔型为主，陆壳改造型相对较少(秦克章，2000)。构造单元分属西伯利亚板块、哈萨克斯坦-准噶尔板块，分界构造为查尔斯克-乔夏哈拉缝合带(图1)。

图1 阿尔泰-准噶尔北缘成矿带图(据彭素霞等，2014 修改)Fig.1 The map of Metallogenic in the North Margin of Altai-Junggar(Peng Suxia et,2014 modify)

1.1 阿尔泰古生代陆缘活动带

主要包括喀纳斯-芒代恰早古生代陆缘盆地、诺尔特及萨热朔克晚古生代上叠盆地、阿尔泰早古生代山(岩浆)弧带、南阿尔泰晚古生代弧后裂陷盆地、哈巴河晚古生代弧前盆地等三级构造单元。

阿尔泰构造带在大地构造上属西伯利亚板块南缘早古生代陆缘活动带。其南部以额尔齐斯深断裂为界与准噶尔造山带相邻。加里东——华力西期由于斋桑洋盆向北俯冲，使阿尔泰发生抬升隆起，并伴有向南逆冲，在南阿尔泰形成晚古生代弧后裂陷盆地，在北阿尔泰出现诺尔特、萨热朔克晚古生代上叠裂陷盆地，至早二叠世后俯冲逐渐减弱消失，基本形成了阿尔泰目前的构造格局。

元古宙青白口纪末期古陆裂解，残留有中、下元古界克木齐群和上元古界富蕴群微陆块。震旦纪—早、中奥陶世沉积有巨厚的陆缘碎屑岩建造，夹少量的基性火山岩和次火山岩。晚奥陶世局部堆积有中酸性火山岩;志留纪早中期为一套复理石建造夹中酸性火山岩。志留纪末期，强烈的褶皱挤压和深部高热流体作用使围岩发生角闪岩相变质，壳源物质的重熔形成大面积准原地斜长花岗岩，并以片麻花岗岩穹窿构造出现。片麻花岗岩类同位素年龄为370～410Ma。

1.2 准噶尔微板块陆缘增生带

主要包括萨吾尔-二台-淖毛湖晚古生代岛弧带、塔尔巴哈台-阿尔曼太早古生代沟弧带、谢米斯台-东泉古生代复合岛弧带、唐巴勒-卡拉麦里古生代复合沟弧带、东准噶尔晚古生代陆缘盆地、准噶尔中央地块等6个三级构造单元。

以准噶尔地块为中心，外围出现陆缘增生带。地块全为中新生代陆相碎屑物所覆盖。增生带发育沟弧盆体系，有早、晚古生代蛇绿岩带，早古生代的构造多被晚古生代沟弧盆体系及走滑断裂所破坏。

2 数据处理及研究方法

在进行图件编制和数据处理前，收集了最新、最大比例尺的重磁资料，对收集的原始数据进行了认真核对，剔除了部分畸变点，保证了数据质量和编图成果。使用Oasis Montaj软件的最小曲率法对1∶100万和1∶20万重力数据分别进行网格化，再使用网格缝合法合并两个网格数据。重力数据的网格化采用500m×500m 和2 km×2km网格距。重点工作区航磁数据网格用原航磁工作线距的1/2，成矿带数据网格距用2km×2km调平数据，采用最小曲率法完成(韩波等，2012；胡祖志等，2005)。

物探系列图以该成矿带1/100万地质图使用的简化地理图为底图。采用兰伯特等角割圆锥投影坐标系，椭球参数为北京54/1975年I.U.G.G推荐椭球参数。

收集了阿尔泰-准噶尔北缘地区区域重力调查、矿区物探工作等成果报告，综合统计并分析了研究区及外围44种岩石(沉积岩、岩浆岩、变质岩)及矿石密度，得到研究区物性信息。

断裂构造无论是在布格重力异常图上，还是在经过数据处理转换的各类重力图上一般均有不同程度的反映，布格重力异常是深部与浅部构造的综合反映，它具有较丰富的地质信息。因此在推断解释断裂构造时，主要以布格重力异常为基础，参考航磁资料进行综合分析研究，并利用重磁场综合特征给出以下识别推断断裂构造的依据：①沿一定方向延伸的重磁场梯级带。②布格重力水平方向导数呈串珠状、条带状异常的极值轴线。③不同重磁场特征的分界线。④剩余重力异常的线性零值线和航磁垂向一阶导数零值线。⑤重磁场突然错动的界线。⑥重磁场呈线性的同向弯曲、截断、局部膨大或收敛等。

3 重磁场特征及北缘断裂推断解释

3.1 研究区重力场特征

研究区的1∶100万布格重力异常全部呈现为负异常。其总的轮廓为中部、西部显示为重力高，北部、东部、南部为重力低(图2)。综观研究区布格异常类型和区带分布特征，从其形态和展布特点上可分为3大类型。

(1)相对平缓的块状异常及异常区，局部异常以似等轴状和椭圆状为主，走向及区带连续特征不明显，多形成较分散的独立稀疏异常区块，异常幅值不高，范围较大，该类异常一般处在大范围沉积盆地及较厚层覆盖区域，主要反映了沉积厚度的较大变化和基底起伏的重力效应，典型区域为准噶尔盆地异常区。

(2)有规律的沿一定走向展布的异常及其区带，局部异常多为长条状或长轴远大于短轴椭圆状，且连续分布较明显，常形成异常带，异常幅值较高，一般整体基本与所处的相应区内构造和出露的基岩走向及范围对应，具有反映基岩带走向及构造方向和性质的特点，区内阿尔泰异常区以此类异常为主。

(3)不规律的变化异常及异常区，局部异常形态多样，走向不一，异常幅度和规模变化较大。

3.2 研究区磁场特征

研究区岩石的磁性相对复杂，由于本地区大规模的构造运动处在华力西期，火山喷发和岩浆侵入主要是在该时期形成。因此，这个时期成为一个主要磁性物质的富集期，形成了北疆地区的一个主要的磁性界面。由于准噶尔地区火山活动强弱不一，具有磁性火山物质各地层的含量不均一，造成了该区磁性变化的复杂性。

图2 阿尔泰-准噶尔布格重力异常图Fig.2 The Gravity map in the north margin of Altai-Junggar

航磁数据比例尺不同，使得磁场展布方向、异常规模有很大的变化。总的来看，阿尔泰地区为北西向正负相间分布的条带状磁场区，异常走向变化较大，北东向、北西向、近东西向及近南北向异常均有；准噶尔盆地以团块状、近东西向、北西向异常为主，异常规模较大；准噶尔盆地北缘负磁场区，表现为变化的低磁场区。磁场分带性反映了不同地质构造背景下的磁性体分布特征。根据航磁异常的走向、强度、形态规模及构造、岩相及侵入岩等地质背景，阿尔泰-准噶尔成矿带航磁异常大致可划分为3个异常区(图3)：阿尔泰磁异常区、准噶尔盆地北缘负背景磁场区、准噶尔盆地磁异常区。

3.2.1 准噶尔盆地磁异常区

以宽阔的正磁场为特征，主要反映了盆地基底为具强磁性的深变质结晶岩系(于倩，2013；赵俊猛等，2008)。

3.2.2 阿尔泰磁异常区

异常东西两侧分别延伸至蒙古和哈萨克斯坦共和国境内，由许多个互不相连的正负相间的局部异常组成，强度较大，局部正异常多在500nT，最高达800nT，形成多条带状异常带。其中在阿尔泰晚古生代弧后盆地蒙库—乔夏哈拉一带形成明显的高磁异常带，是中基性火山岩、中深变质岩及赋存于其中的铁矿床的综合反映。

3.2.3 准噶尔盆地北缘负背景磁场区

磁场多表现为变化的低磁场区，局部地区有宽缓升高的磁场。反映了区域岩性组合主要为碎屑岩、碳酸岩和少量中酸性火山岩特征。

3.3 重磁推断解释阿尔泰-准噶尔北缘断裂构造

以往在研究准噶尔北缘的深大断裂时主要考虑东西准噶尔的对比问题，推断断裂主要反映准噶尔北缘的弧形构造特征。根据近年来研究成果及准噶尔周缘重磁场特征，认为东西准噶尔不具对比性，准噶尔北缘主要以北西西向构造为主。

阿尔泰-准噶尔北缘断裂(F8)位于准噶尔盆地的北部，断裂沿莫特格-砂吉海-吐孜多依拉-哈尔扎克一线展布，断裂整体走向北西，断裂向西延出国，东端被断裂可可托海-二台-野马泉大断裂(F7)所截。

推断F8断裂的主要地球物理场依据如下。

(1)从宏观上，该断裂在准葛尔盆地北缘对应的重力场表现为醒目的呈向北突出的弧形延展的大型重力梯级带，梯级带两侧局部重力值相差可达50×10-5m/s2，梯度每千米达2.5×10-5m/s2，重力水平一次方向导数为狭长串珠状异常带，明显的重力水平方向导数异常的极值轴线。

图3 阿尔泰-准噶尔航磁ΔT异常平面图Fig.3 The Air magnetic map ofΔT in the north margin of Altai-Junggar

(2)断裂两边的区域磁场差异较大，东部表现为北部以正值为背景呈北西向分布着大量的局部磁异常的磁场区，而南部则是100～100nT呈北西走向的平静的磁场区，西部类似均显示出不同磁场区的明显分界线。

(3)大地电流平均电场强度参数K等值线沿断裂为密集带，在K值剖面图上，断裂处表现为突变异常。

(4) 在断裂带上，地震测量结果表现为密度界面陡变或是台阶，即在断裂两侧盖层厚度发生突变。

(5)阿尔泰-准噶尔北缘断裂南北具有明显的航磁差异。准噶尔盆地磁异常区以宽阔的正磁场为特征，主要反映了盆地基底为具强磁性的深变质结晶岩系；阿尔泰磁异常区由许多个互不相连的正负相间的局部异常组成，强度较大，形成多条带状异常带；而阿尔泰—准噶尔盆地北缘为负背景磁场区，磁场多表现为变化的低磁场区。综合分析研究认为，断裂北部为强磁场反映的一套古生界火山岩系，从磁场特征及钻孔资料可知，新生界盖层薄，一般为100m左右。而南部则是密度界面(中生界与古生界界面)较深的区域。

(6)阿尔泰-准噶尔北缘断裂以北，断裂方向有北西西向、南北向等，形式多样，一般为多次性断裂，而南边断裂比较单一，大多为一次性断裂。

由此可见，该断裂是一个近于直立、南盘下降、北盘上升的岩石圈断裂。它对其两侧的地质构造、岩相建造起着重要的分隔和控制作用，当然不能排除沿断裂分布有侵入岩和火山岩。

有些学者(杨海波等，2004)将西准噶尔、准噶尔北缘和东准噶尔划分为一个弧形构造单元。在本次研究中，通过深入研究阿尔泰-准噶尔北缘断裂(F8)、乌尔禾-克拉玛依-乌苏断裂(F13)、巴尔鲁克山断裂(F10)，参考中亚地区布格重力异常图和航磁异常图，认为巴尔鲁克山断裂(F10)的规模远大于乌尔禾-克拉玛依-乌苏断裂(F13)。

乌尔禾-克拉玛依-乌苏断裂(F13)向北被阿尔泰-准噶尔北缘断裂(F8)断裂切断，向南到本研究区边界，从航磁图来看，最多向南延伸100 km。巴尔鲁克山断裂(F10)展布至少在700 km以上，向东北被F8断裂切断，向西南到哈萨克斯坦的Koksu铅锌矿或向西南延伸更远，并沿该断裂带发现大量的铜、铅锌、金等矿产。巴尔鲁克山断裂(F10)在研究区表现为重力场分界线，航磁表现为规模不等的局部磁力高异常。

图4 阿尔泰-准噶尔北缘深大断裂分布图Fig.4 The map of big fractures in the northern margin of Altai-Junggar

综合重磁特征，认为准噶尔陆块边界的边界应是塔城—和布克赛县一线以西，西准噶尔和卡拉麦里相似，只是准噶尔陆块中的局部隆起。

F10与F8不是同一条断裂，东西准噶尔不具备对比性，其地球物理场主要依据如下。

(1)布格重力异常场上，虽然两条断裂均为重力梯级带，但F8断裂的北侧布格重力异常场总体反映为走向北西的场值变化相对较小(与南北两侧相比)的局部高低圈闭较多的较平稳场；而F10断裂的西侧的布格重力异常场则表现为场值变化剧烈、多条重力梯级带共存的现状，布格重力异常值最大差达到112×10-5m/s2，相对重力高低圈闭走向多为北东。由此可见将二者作为一条断裂依据不甚充分。

(2)从航磁异常场可以看出二者之间也有很大不同，F8断裂的东北侧航磁异常场明显表现为走向北西的多条强磁异常带，断裂的西南侧(盆地内)则为平静的背景场区；而F10断裂的东侧(盆地内)航磁异常场为一巨大的高异常区，断裂西侧则表现为高磁异常区与背景区共存，并且高异常区形态大多为团块状。这也说明了两条断裂的基底也有所不同。

(3) 由地表地质也可以看出二者的不同，F8断裂周边有大量的岩浆岩出露，时代主要为古生代，岩性从中酸性到超基性均有；而F10断裂周边未发现大量的岩浆岩出露，仅在断裂的西南端有小范围的基性岩出露。这说明2条断裂的活动程度也有很大不同。

(4)阿尔泰-准噶尔北缘(F8)的蛇绿岩呈构造岩片或构造岩块断续分布于塔尔巴哈台山、洪古勒楞、扎河坝、阿尔曼太、北塔山一带。蛇绿岩就位的最新地层为下石炭统黑山头组，但在西段的中奥陶统加波萨尔组和东段的中泥盆统蕴都喀拉组中分布最多(臧遇时等，2013)。该蛇绿岩带所代表的“塔尔巴哈台-北塔山洋”成生于寒武纪—奥陶纪(甚至震旦纪)。F10断裂带呈十分复杂的蛇绿混杂岩的形式产出，没有完整的剖面。在中奥陶统科克沙依组中混杂有规模相差悬殊的变质橄榄岩、堆积岩、高层位侵入岩、岩墙群，枕状-块状玄武岩和硅质岩岩块。

准噶尔北缘断裂南北两侧的构造环境，成矿地质背景可能具有差别，东准与西准地块的构造特征也有差别，这个认识对进一步深化区域成矿规律的研究，优选大型、超大型找矿远景区开展物探勘查，推动新的找矿突破具有示范性和推动性意义。

5 结论

(1)准噶尔盆地的西缘与北缘的断裂为两条性质完全不同的断裂。准噶尔北缘断裂位于准噶尔盆地的北部，断裂沿莫特格—砂吉海—吐孜多依拉—哈尔扎克一线展布，断裂整体走向北西，断裂向西延出国，东端被可可托海-二台-野马泉大断裂所截，区内延伸长度约426km。

(2)综合重磁特征，认为准噶尔陆块边界的边界应是塔城—和布克赛县一线以西，西准噶尔和卡拉麦里相似，只是准噶尔陆块中的局部隆起。

(3)认为东西准噶尔不具对比性，准噶尔北缘主要以北西西向构造为主。

致谢：研究过程中得到西安地质调查中心张振亮高级工程师、彭素霞高级工程师、李文明工程师在地质领域及论文修改方面的有益指导；刘晓兰高级工程师、郭培虹工程师提供了地球物理相关资料，梁爽工程师提供制图相关知识，在此一并表示感谢。

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Characteristics and Geological Significance of Gravity and Magnetic Field and Faults in the North Margin of Altay-Junggar

WANG Yilin, FENG Zhihan, LI Yueqiu

(Xi’an Center of China Geological Survey, Xi’an 710054, Shaanxi, China)

There are many mineral resources in the north margin of Altay-Junggar, such as iron, copper, nickel, gold, etc. However, there are some disputes around Junggar about tectonic units and faults division affecting prospecting direction. To further deepen the study of regional mineralization regularity, the newest and largest scale gravity and magnetic information were collected; with the guidance of geophysical gravity and magnetic theory, the authors analyzed characteristics of the gravity and magnetic field by GIS technology, and interpreted the faults in the north margin of Altay-Junggar and the west margin of Junggar. Results show that the two faults were completely different in terms of properties, and there is nothing comparable between east and west Junggar. The fault in the north Junggar is mainly NWW-trending. It is concluded that the Junggar continental boundary should be to the west of Tacheng-Hebukesai. Similar to west Junggar and Calamaili, it is just a local uplift in the Junggar block.

geophysics; faults in the north margin of Altay-Junggar; gravity and magnetic characteristics; geological significance

2015-02-12;

2015-04-29

区域地球物理成果集成与方法技术研究项目(1212011120917)、西北地区矿产资源潜力评价综合项目(1212011121034) )联合资助

王艺霖(1984-)，山东烟台人，女，硕士，工程师，现从事地球物理方面的工作，E-mail：wangyilin519@163.com

P631.2

A

1009-6248(2015)03-0370-07