重力资料在江苏矿产资源潜力评价中的应用

盛　君， 金永念， 朱首峰

(江苏省地质调查研究院，江苏南京210018)



重力资料在江苏矿产资源潜力评价中的应用

盛君， 金永念， 朱首峰

(江苏省地质调查研究院，江苏南京210018)

摘要：矿产资源潜力评价过程中，利用重力资料推断地质构造是一项复杂的工作。按推断不同的地质内容，举例说明重力推断依据和结果。从小比例尺到大比例尺重力资料，逐一说明重力资料解释的步骤，并对矿产资源潜力评价工作中的重力推断解释流程做了简要的归纳总结，可对今后的重力资料解释工作起到一定的示范作用。

关键词：重力解释；地质构造；资源潜力评价；江苏

0引言

重力资料解释一般从异常的分区入手，按重力异常的各种特征如异常的强度、形态、梯度、走向、大小及展布特点等标志及其组合特征进行异常分区。例如重力异常梯度带，包括线性梯度带、串珠状异常等。通过与地质构造图件的对应分析，初步研究异常分区与已知地质构造的关系，推断各区域异常的地质成因。在对重力异常进行分区和定性解释的基础上，可根据其他资料对重力的解释成果进行修改或调整。

笔者针对断裂构造、盆地、火山机构、推覆构造、岩浆岩、地层等地质构造所引起的不同特征的重力异常进行识别及圈定，并举例说明。

1断裂构造推断依据

1.1识别依据

根据重力异常形态的不同划分出以下9类断裂构造识别依据：(1) 重力梯级带；(2) 不同特征异常区的分界线；(3) 线性分布的高低异常过渡带；(4) 线状(窄带状)异常带；(5) 异常(异常轴线)错动线；(6) 异常等值线规则扭曲部位；(7) 异常等值线的疏密突变带；(8) 异常(特别是多异常)的宽度突变带；(9) 串珠状异常的分布带(张明华等，2010)。

不同的标志反映不同级别和性质的断裂，前3种标志往往反映深大断裂或大断裂，但也可能反映的是大范围不同岩性的接触带，板块学说认为这些反映的是不同块体(地体)的拼接或增生带、板块的缝合带等(张明华等，2010)。

具有明显走向和一定长度的重力异常梯度带包括线性梯度带、串珠状异常带和梯度带的线性排列，往往是断裂构造的反映。串珠状异常往往反映断裂内断续有侵入岩脉充填的情况；线状重力异常或线性延展重力等值线的错断、扭曲、交叉、切割及突变等，往往有助于反映不同方向和期次断裂构造的存在。

非台阶状线性异常，可由宽度不大、走向长度大的地质体引起。由垂向断裂直接引起的线性异常呈台阶状，断裂顶部大致位于垂直断裂方向剖面上的异常拐点处，或异常水平导数的极值处。

图1　断裂构造识别标志示意图(据张明华等，2010)(a) 线性重力高与重力低之间的过渡带；(b) 异常轴线明显错动的部位；(c) 串珠状异常的两侧或轴部所在位置；(d) 两侧异常特征明显不同的分界线；(e) 封闭异常等值线突然变宽、变窄的部位；(f) 等值线同形扭曲部位Fig.1　Sketch showing discrimination indicators of fault structures(after Zhang et al., 2010)(a) transition zone between gravity highs and lows; (b) obvious dislocation of anomalous axis;(c) both sides or axis of moniliform anomalies; (d) boundary of distinct anomaly features on both sides; (e) abrupt widening or narrowing position of closed anomaly contours; (f) position of contours with the same shape distortion

1.2划分方法

断裂构造位置主要依据布格重力异常特征、各种异常处理转换结果及定量反演结果，结合其他物探、地质等资料确定。

1.2.1依据异常梯级带划分断裂构造在布格重力异常图上表现为梯级带，在布格重力异常水平方向一阶导数图上表现为极值，在布格重力异常垂向导数图上表现为零值线。断裂构造位置用布格重力异常垂向导数的零值线、水平方向导数的极值点确定。图2为宁芜地区推断的断裂构造，全区均为重力正异常，在重力梯级带上可划分出几条断裂构造，最右边1条NNE方向的断裂构造是比较明显的重力梯级带(金永念等，2013)。

1.2.2依据异常场分区界线划分当布格重力异常中存在异常场的形态、幅值、走向变化时，可能为断裂构造控制的重力异常分区界线，断裂位置参考剩余重力异常、水平方向导数确定。图3为徐州地区的1条断裂构造，断裂北西方向重力异常幅值较大，形态完整，北东东方向的近椭圆形异常，断裂南东方向重力幅值明显变小，且异常形态不完整，与北西方向异常相异(金永念等，2013)。

图2　宁芜地区断裂构造(1∶5万)Fig.2　Fault structures in the Nanjing-Wuhan area(at a scale of 1∶50 000)

图3　徐州地区断裂构造(1∶20万)Fig.3　Fault structures in the Xuzhou area(at a scale of 1∶200 000)

1.2.3依据线状异常带划分反映断裂构造的线状异常带一般为狭长的线性重力异常带，通常是较大断裂或断裂破碎带的反映。图4为淮阴—响水口断裂，NE向展布，地质上认为是1条切割上地幔的深断裂，并且沿淮阴—响水口一线作为秦岭中央造山带与扬子板块两大构造域的分界线，断裂带北侧为秦岭中央造山带前震旦变质岩系，是1条省内比较大的断裂构造(金永念等，2013)。

图4　淮安地区淮阴—响水口断裂构造(1∶20万)Fig.4　The Huaiyin-Xiangshuikou fault structure in the Huaian area (at a scale of 1∶200 000)

1.2.4依据异常错动与扭曲划分在重力异常等值线发生错动或扭曲的位置，往往推断为断裂构造，但也需要结合地质资料认识并确定断裂构造。图5为北北西向丰县—金乡(山东)断裂。轴向近东西向与北西向的2处重力高异常梯度带推断为同一条河口—铁佛断裂，从异常图上看，重力异常发生了错动与扭曲，据此推断该处有断裂构造(金永念等，2013)。1.2.5依据异常突变带划分重力异常的突然变化可能是断裂构造的反映。图6为长江断裂最东面的一段，切割泰州—南通地区重力异常，断裂北西向为大片负异常区，而南东方向为大片正异常区，且两侧异常的形态、幅值发生了突然变化，可推断为断裂构造(金永念等，2013)。

图6　泰州—南通地区长江断裂构造(1∶20万)Fig.6　The Yangtze fault structure in the Taizhou-Nantong area (at a scale of 1∶200 000)

1.2.6依据串珠状异常划分反映断裂构造的串珠状异常一般为狭长的串珠状重力异常带，往往是较大断裂或断裂破碎带的反映。图7重力异常显示为多个异常组成的重力异常带，结合地质资料推断为郯庐断裂带，断裂在江苏省内为华北板块和秦岭中央造山带2大构造域的分界线，地质上认为郯庐断裂带是切割上地幔的控制岩浆活动的深断裂(金永念等，2013)。

图7　宿迁地区郯庐断裂构造(1∶20万)Fig.7　The Tancheng-Lujiang fault structure in the Suqian area (at a scale of 1∶200 000)

2盆地构造推断依据

中新生代盆地一般显示为明显的重力低。综合应用重力和其他物探资料并结合钻探资料能够判别盆地的盖层性质。圈定盆地边界的方法：第一步，通过异常分离提取盆地重力异常(可求剩余重力)；第二步，利用盆地重力异常的垂向一阶导数的零值线、水平一阶导数极值位置或重力异常水平总梯度模的极值位置进行圈定。盆地的埋深可利用二维半剖面反演进行计算推断(张明华等，2010)。

图8为盐城重力低异常，结合地质资料推断为射阳(盐城)凹陷，近南北向展布，规模较大，基底埋藏深。重力异常图上，为醒目的重力低，块状异常形态，强度大，四周为梯级带，有2个低值中心，分别在南洋、兴桥附近，推断重力低异常由巨厚的中、新生界引起(金永念等，2013)。二维半剖面反演计算盆地中、新生界底界面最大埋深达3.4 km(图9)。

图8　盐城地区射阳凹陷(1∶20万)Fig.8　The Sheyang sag in the Yancheng area(at a scale of 1∶200 000)

图9　射阳(盐城)凹陷二维半剖面反演图(据金永念等，2013)Fig.9　Inversion of 2.5 dimensional profile in the Sheyang (Yancheng) sag(after Jin et al., 2013)

图10西北方向为金湖凹陷、东南方向为高邮凹陷，规模大，基底埋藏深。重力异常图上，均为醒目的重力低，轴向近东西，周边均为梯级带。金湖凹陷、高邮凹陷为苏北盆地主要深大凹陷，呈近东西向展布，属中、新生代凹陷。根据钻孔及地震资料，凹陷内新近系、古近系发育，有大量的玄武岩分布。推测新生界厚度可达3.0 km，且自西向东增厚(金永念等，2013)。二维半剖面反演计算金湖凹陷的中、新生界底界面最大埋深达4.0 km(图11)，高邮凹陷的中、新生界底界面最大埋深达2.8 km(图12)。

图10　金湖凹陷、高邮凹陷(1∶20万)Fig.10　The Jinhu and Gaoyou sags(at a scale of 1∶200 000)

图11　金湖凹陷二维半剖面反演图(据金永念等，2013)Fig.11　Inversion of 2.5 dimensional profile in the Jinhu sag(after Jin et al., 2013)

图12　高邮凹陷二维半剖面反演图(据金永念等，2013)Fig.12　Inversion of 2.5 dimensional profile in the Gaoyou sag(after Jin et al., 2013)

3火山机构推断依据

以重力资料为主，配合其他地质、地球物理资料可以识别火山机构。一般火山机构的重力异常因与周围岩石和地层之间的密度差不同而呈现环状、似环状、似圆形的局部重力低异常或重力高异常。从环形异常的完整程度可以判断火山构造是否完整或受到后期破坏。火山机构边界可参考重力异常的垂向导数的零值、水平总梯度模的极值位置，结合地质、航磁等资料进行圈定(张明华等，2010)。图13为安徽浮山火山构造(破火山口)重力异常图、垂向一阶导数图以及水平总梯度模图。

图13　安徽浮山火山构造(破火山口)(据兰学毅等，2013)Fig.13　Fushan volcanic structures in Anhui Province (caldera)(after Lan et al., 2013)(a) Bouguer gravity anomaly; (b) vertical first derivative;(c) horizontal total gradient mode

4推覆构造推断依据

凡依据重力资料，推断老地层下存在新地层，且新老地层以断裂为界的情况，可判别为推覆构造。推覆构造一般与大型断裂带相伴，且规模较大。

推覆构造的重力异常识别主要依据地表地质资料。在新地层出露区，有局部老地层出露(或经其他方法验证有老地层存在)，并伴随有走滑断裂或逆冲断裂发育的地区，重力异常在地表新老地层接触带上为明显的梯级带异常，且老地层之上为弱的重力高异常。在推覆距离较远的情况下为弱的平台状重力高异常，而且重力高异常幅值对应于该老地层的密度而言，场值相对偏低(张明华等，2010)。

图14为茅山断裂，呈北北东向展布，长296 km，向北东延伸过长江，由于高淳花山钻孔剖面打穿古生代地层见到侏罗系—白垩系，故地质上将茅山断裂作为推覆构造的典型例子。

图14　茅山断裂构造(1∶20万)Fig.14　The Maoshan fault structure (at a scale of 1∶200 000)

5岩浆岩推断依据

5.1岩体识别

以重力资料为主，配合其他地质地球物理资料，可有效识别基性到酸性的各类侵入岩体、次火山岩。

5.2岩体空间形态确定

岩体边界圈定方法：利用推断为岩体的局部异常的垂向一阶导数零值(或布格重力异常的垂向二阶导数)、水平一阶导数极值位置，或总梯度模极值位置，结合磁异常和地质认识进行圈定，并且可利用二维半反演计算岩体的埋深和规模(张明华等，2010)。5.2.1基性-超基性岩体识别与圈定局部重力异常一般显示重力高。异常形态多呈椭圆、串珠状、线状、等轴状等。异常强度不等，规模一般不大。

蒋王庙岩体为燕山早期辉长岩，基性岩体，位于南京市紫金山附近，东西向椭圆状，走向长度5.36 km，面积8.8 km2，周边为沉积地层。布格重力异常图和剩余重力异常图上，蒋王庙岩体反映为宁镇高重力背景中的重力高异常，梯度小，异常特征说明岩体规模相对较小(图15)。该岩体所在区域早期进行过地质矿产调查工作，先后发现过南京红山铁矿、南京蒋王庙铁矿等小型铁矿床，成矿条件好。辉长岩岩体是铁矿床的物质来源，岩体侵入与碳酸盐岩围岩发生交代作用后，在接触带附近形成有工业价值的矿体。由于岩体所在位置位于南京市区，已失去找矿意义(金永念等，2013)。二维半剖面反演，计算岩体顶面最小埋深为0.173 km(图16)。

图15　蒋王庙岩体布格重力(a)及剩余重力(b)异常图(1∶20万)Fig.15　Maps showing Bouguer gravity anomalies and residual gravity anomalies of the Jiangwangmiao rockmass (at a scale of 1∶200 000)

图16　蒋王庙岩体二维半剖面反演图(据金永念等，2013)Fig.16　Inversion of 2.5 dimensional profile in the Jiangwangmiao rock mass(after Jin et al., 2013)

5.2.2中性、酸性岩体识别中性岩体主要指闪长岩类的侵入岩体，一般与围岩的密度差较小，其剩余重力异常在不同的背景上可显示为弱的重力高或重力低异常，识别时要结合围岩岩石密度资料具体分析。

酸性岩体主要指花岗岩类的侵入岩体，一般多显示为重力低异常，通常异常规模较大，异常形态多样，如椭圆、串珠状、线状、等轴状等。

图17中圈定的异常均为中酸性花岗闪长岩，分布在宁镇山脉的中段，椭圆状，部分出露地表，周边为沉积地层，与铁、铜等多金属矿成矿关系密切。布格重力异常图上，最东面高资异常规模较大，反映为宁镇重力高中的相对重力低，梯度小，北侧为梯级带。重力低异常特征说明岩体以中酸性岩为主，延深较大，北侧有断裂存在(金永念等，2013)。二维半剖面反演，计算岩体顶面埋深范围为0～0.002 km(图18)。5.2.3次火山岩识别次火山岩包括各类浅成、超浅成的侵入岩。酸性、中酸性次火山岩，如花岗斑岩、闪长斑岩(玢岩)类同前述酸性、中酸性岩体的识别，一般显示为重力低异常，规模较小；基性次火山岩如辉绿岩类同前述基性岩识别方法，一般显示为重力高异常，规模较小。

图19为宜溧地区次火山岩的布格重力及剩余重力异常图，图中重力异常显示为幅值较低，规模较小，结合地质资料，推断为中酸性次火山岩(金永念等，2013)。

图17　宁镇地区中酸性岩体布格重力(a)及剩余重力(b)异常图(1∶20万)Fig.17　Map showing Bouguer gravity anomalies (a) and residual gravity anomalies (b) of intermediate-acidic rock masses in the Nanjing-Zhenjiang area (at a scale of 1∶200 000)

图18　高资岩体二维半剖面反演图Fig.18　Inversion of 2.5 dimensional profile in the Gaozi rock mass

图19　宜溧地区次火山岩布格重力(a)及剩余重力(b)异常图(1∶20万)Fig.19　Maps showing Bouguer gravity anomalies (a) and residual gravity anomalies (b) of the subvolcanic rocks in the Yixing-Liyang area (at a scale of 1∶200 000)

6地层推断依据

6.1地层的识别

利用重力资料可以识别存在密度差异的不同岩性的地层，在条件有利时，有可能区分不同新老时代地层，包括各时代的沉积地层、火山岩地层、变质岩地层。不同岩性的地层，通常存在密度差异。不同时代的地层也存在密度差异，一般随着地层时代的变老，密度有增大的趋势。因此，可以利用密度差异的分析，依据重力异常划分不同岩性或时代的地层(张明华等，2010)。

6.2地层空间形态的确定

地层边界(以隐伏长度、宽度为主)等圈定方法：利用推断为地层的局部异常的垂向一阶导数(或垂向二阶导数)零值、水平一阶导数极值位置，或总梯度极值位置，结合磁异常和地质认识进行圈定。出露边界以地质填图结果为准。

图20为苏南地区布格重力及剩余重力异常图，结合地质资料圈定的地层范围、边界、形成时代(金永念等，2013)。图中黑色虚线为推断的地层边界，圈定的依据主要根据剩余异常的梯度带(或垂向一阶导数的零值)位置，在宁芜、宁镇等地层边界不明显的地方结合地质资料进行综合解释。

7 结论

在资源潜力评价中，利用重力资料进行地质构造的推断，从流程上看，首先从小比例尺的资料进行解释，结合已有地质资料，合理地进行分析与对比，给出相应的物探解释；其次是在有大比例尺资料的地区，进一步进行异常的划分和分析，做出详细的地质构造推断；最后就是综合重力、磁法、物性、地质、钻探等资料，对局部有意义的异常进行二维半剖面反演，这样可进一步地确定地质体的埋深、大小与范围。

图20　苏南地区布格重力(a)及剩余重力(b)异常图(1∶20万)Fig.20　Maps showing Bouguer gravity anomalies (a) and residual gravity anomalies (b) in southern Jiangsu Province(at a scale of 1∶200 000)

参考文献：

高翔,胡泉山. 1959.华东石油勘探局304重磁力队总结报告.江苏扬州：石油工业部华东石油勘探局304重磁力队.

金永念，盛君，张大莲，等.2013.江苏省(含上海市)重力资料应用研究成果报告.江苏南京：江苏省地质调查研究院.

兰学毅，张启燕，安明，等.2013.安徽省重力资料应用研究成果报告.安徽合肥：安徽省地质调查院.

孙炳文.1984.江苏省徐海地区1∶20万重力测量工作成果报告. 江苏南京：江苏省地质局物探队区重分队.

谭连凯.1984.江苏省南京南部地区物化探普查工作报告.江苏镇江：中国有色总公司华东地质勘探公司814 队.

佚名.1958.苏北平原重力磁力详查总结报告.江苏扬州：

石油工业部华东石油勘探局301、303联队.

佚名.1969.太湖找煤物探成果报告.上海：地质部第五物探大队.

张曼珠.1960.江苏省苏南、浙江省浙北肖绍宁、金衢地区工作结果报告.江苏南京：华东石油物探大队重力分队.

曾华霖.2005.重力场与重力勘探..北京：地质出版社.

张明华，乔计花，刘宽厚，等.2010.重力资料解释应用技术要求. 北京：地质出版社.

张明华，乔计花，黄金明，等.2011.重磁电数据处理解释软件RGIS. 北京：地质出版社.

Application of gravity data in the project of potential evaluation of mineral resources in Jiangsu Province

SHENG Jun, JIN Yongnian, ZHU Shoufeng

(Geological Survey of Jiangsu Province, Nanjing 210018, Jiangsu, China)

Abstract：In the mineral resource potential evaluation project of Jiangsu Province, it is complex to infer geological structures using gravity data. This paper illustrates how to use gravity data to infer geological structures from different geological aspects. We explained the steps of gravitational interpretation from small scale to large scale gravity data, and summarized the process of the gravitational inference and interpretation in mineral resource potential evaluation project. This work may play a demonstration effect for the future gravity interpretation.

Keywords：gravity interpretation; geological structure; resource potential evaluation; Jiangsu Province

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.01.163

收稿日期：2015-06-24；修回日期：2015-08-28；编辑：陆李萍

基金项目：中国地质调查局项目“江苏省(含上海市)矿产资源潜力评价”(1212011121007)

作者简介：盛君(1983—)，女，工程师，硕士，地球物理专业，E-mail： shengjun1227@163.com

中图分类号：P631.1+4

文献标识码：A

文章编号：1674-3636(2016)01-0163-08