江陵凹陷重力场特征与成钾构造

卢 军， 刘 磊， 郭光宇， 王坤坤， 邱 波

(湖北省地质局 地球物理勘探大队，湖北 武汉 430056)

江陵凹陷位于中国东部裂谷盆地系中南部[1],是江汉盆地西部的一个次级凹陷,面积6 500 km2，是盆地最大次级构造单元。江陵凹陷内白垩系—第三系最大沉积厚度近万米，蒸发岩主要发育于古新统沙市组和始新统新沟嘴组。

区内富钾卤水除了富含钾离子，一般还伴生多种元素，如B、Li、I、Br等，均高于工业品位，具有开发利用价值。为此，湖北省地质勘查基金管理中心启动了《湖北荆州江陵凹陷南部盐盆地钾盐及伴生资源调查评价》项目。该项目通过重力调查、沉积相研究等手段，查明区内深部构造特征，为下一步开展深部矿产勘探提供工作依据。

本文利用该项目取得的重力数据，通过位场转换、异常分离等手段，分析重力场特征与深部成钾构造的关系，对在湖北省开展深部钾盐找矿具有重要的生产和科研意义。

1 勘查区地质及地球物理特征

1.1 地质特征

1.1.1地层

江陵凹陷内白垩系—第三系最大厚度近万米，自下而上分别为白垩系红花套组、渔洋组，古近系(下第三系)沙市组、新沟嘴组、荆沙组、潜江组、荆河镇组，新近系(上第三系)广华寺组及第四系。

1.1.2岩浆岩

江陵凹陷火山岩非常发育，主要分布在勘查区北部，火山岩分布面积广、厚度大、层位多，从沙市组至潜江组均有火山岩分布。与盐构造类似，火山岩构造是由火山活动深部物质上涌所形成的一种底辟型构造。火山活动与盆地构造演化、富钾卤水的形成关系密切。

1.1.3构造

江陵凹陷经历了多期构造运动，发育了众多断层，各期次运动发育的断层在性质、展布上都有极大的差异，因而凹陷内的断层具有多向性、多类型、多级别、多期性及分区性等特征，它们同盆地的发展、演化密切相关，对不同时期的沉积建造、岩浆活动及油气的形成与分布具有控制作用。

F1、F2为两条NNE向断裂，平行分布在王家祠堂—王家山咀重力低异常区的东西两侧，控制了王家祠堂—王家山咀次级凹陷的东西范围，为区内“控盆构造”。

1.2 区域重力场特征

江陵凹陷为大面积重力低异常区，重力等值线较稀疏，反映了重力场的平缓变化特征(见图1)，布格重力值一般为-50×10-5～-40×10-5m/s2，一般可将-40×10-5m/s2等值线作为划分该凹陷的参考界线，在闸口—藕池一带为一NNW向重力低异常带，布格重力值局部可低至-60×10-5m/s2，反映的是凹陷的次级洼陷区域。江陵凹陷西北与布格重力场值更低的松滋凹陷接壤，其它各邻区重力场值增大且梯度变化较快，反映构造控制成盆，与地质资料显示的丫角新沟低凸起、华容隆起、宜都鹤峰背斜带等构造对应，也反映了江陵凹陷与邻区重力特征的差异性。

图1 布格重力异常图(据湖北省物探队1∶50万重力资料)
Fig.1 Bouguer gravity anomaly map

2 重力场特征与深部构造

2.1 布格重力异常特征

布格重力异常等值线清晰地反映了盆地区基底隆起或凹陷的构造格局(见图2)，布格重力异常等值线呈西北高—中间低—东南高的对称结构[2]。重力场值由西北角、东南角的高值向中间的低值递减，中间大面积的重力低异常形态呈舌状，异常中心分布于测区西南的王家山咀一带，以及中部王家祠堂一带，两处圈闭低异常呈北东向展布，与地质构造走向一致。

图2 闸口工区重力异常图
Fig.2 Gravity anomaly map of Zhakou work area

2.2 布格重力异常向上延拓变化特征

为了解重力场随高度的变化特征，通常采用向上延拓的办法。一般来讲，延拓高度越大，反映的是深部的构造特征，延拓高度小，反映的是浅部较小的地质体的分布。

上延不同高度对比(图3)，除了上延5 000 m异常等值线步长加密至0.1×10-5m/s2以外，其余各高度等值线步长均为0.2×10-5m/s2。可以看出，在上延500 m高度时，测区重力场特征与区域重力场特征大体一致，重力异常等值线较圆滑，表明该上延高度及以上已经压制了局部异常体的影响。在上延1 000 m及以上高度后，王家山咀、王家祠堂两处重力低异常融为一体，随着上延高度增加，重力场等值线逐渐稀疏，中部的重力低异常向西南部收缩，王家祠堂异常中心收敛直至消失，全区重力低异常收敛至王家山咀异常中心。这也反映了断裂构造控凹(或洼)的过程。

综上所述，测区重力场呈现西北高、中部低、东南高的特征，场值向中部递减，王家山咀、王家祠堂重力低异常向西南部收敛，受断裂构造等控制，盆地不断向西南凹陷沉积。王家祠堂—王家山咀一带符合构造控盆、次盆成钾的地质前提模式是成矿有利部位。

图3 闸口工区重力场各上延高度对比图
Fig.3 Comparison diagram of each upward elevation ofgravity field in Zhakou work area

2.3 重力异常三维反演及剖面拟合

2.3.1重力异常三维反演

将布格重力数据进行三维自动反演，对结果进行切片，可以得到不同深度剩余密度等值线平面图。通常从剩余布格重力异常等值线平面图上看到的异常特征都是地质体浅部及深部叠加的综合反应，但是通过不同深度的三维重力切片，可以更加直观地看到地质体剩余密度特征随深度变化的趋势，也间接反应了地质体的深部空间特征。

取400 m、600 m、800 m、1 000 m、1 500 m、2 000 m、3 000 m七个深度的反演数据进行切片成图(图4)。因反演数据差异(密度差异)较小，为了便于成图，绘制等值线时选取了较小的步长(0.1、0.2 g/cm3)，不同色阶等值线不一定代表岩性界面。

从反演的不同深度切片图中，可以得到以下信息：中部相对低密度地质体在纵向上贯穿始终，可见异常源纵深极大；1 000 m深度内西北、东南部相对高密度物质存在导致重力场向上述两个方向增大；2 000 m及以上深度，南侧亦存在相对高密度物质，说明在区域上，闸口—藕池一带重力低异常区可能为两个次级凹陷区，两处异常之间受地层隆起等影响而被隔开。

图4 闸口工区重力异常三维反演切片图
Fig.4 3D inversion section of gravity anomalyin Zhakou work area

2.3.2重力异常剖面拟合

为进一步了解凹陷中心的深部特征，沿垂直异常

走向方向切长剖面，根据岩性标本实测密度值数据进行定量计算。反演结果表明(图5)，凹陷区北缘产状较缓，约为45°左右，凹陷中心南缘产状较陡。凹陷盆地基底埋深达到2.4 km。下伏为三叠系灰岩地层。凹陷受北东向断裂构造控制，在异常中部有北西向断裂将其错动。

图5 闸口工区P1重力剖面拟合图
Fig.5 P1gravity profile fitting map of zhekou work area

3 结论

通过重力位场转换处理手段，查明了该区深部构造特征。结合重力场三维反演和剖面拟合反演成果，发现江陵凹陷区次级凹陷中心在王家山咀附近，其中心埋深约2.4 km。根据前人提出的“矿随盆移”、“次盆成钾”理论，认为王家山咀是寻找“裂谷小盆地成钾”的理想区域。

本文利用重力资料，通过应用数据处理、位场反演等方法手段，查明了凹陷盆地深部构造特征，取得了该地区深部地球物理信息，这对在湖北江汉盆地寻找深部钾盐矿床具有较好的示范和借鉴意义。