水汶盆地地球物理特征及地质意义

罗 薇，杨富强，叶毓栋，李叶飞

( 1.广西遥感中心，广西 南宁 530000； 2.广西地球物理勘察院，广西 柳州 545005)

0 引言

水汶盆地位于华南褶皱带云开隆起西坡，是云开隆起向钦州海槽之博白拗陷的过渡部位，面积约200 km2[1-2]。水汶盆地内及其周缘已发现的矿产主要有金、银、铀、铅锌等[3-4]。研究区包含岑溪市和容县交界的中生代水汶盆地及其部分外缘，该区自然条件恶劣，地质条件复杂，自20世纪以来，前人对该盆地的地质勘查和研究工作程度较低，基础地质研究薄弱且不系统[3-4]。仅广西第六地质队和广西三○七核地质大队等少数队伍对该盆地开展过盆地边缘典型矿床特征及找矿前景分析。了解盆地的形态、结构构造等特征，查明区内断裂构造展布特征，尤其研究盆地基底及基底断裂构造特征，对该盆地寻找深部多金属矿具有重要意义。

1 地质概况

工作区域内出露的地层(图1)主要有前寒武纪变质基底，零星分布的早古生代加里东盖层，广泛分布的中生代磨拉石-火山碎屑建造。盆地基底主要为下古生界的混合岩、片岩，局部为上古生界的灰岩。盖层由上三叠统扶隆坳组、下白垩统新隆组和大坡组、上白垩统西垌组组成。其中西垌组为火山碎屑岩、熔岩建造，主要为火山碎屑岩及流纹斑岩，与下伏大坡组呈喷发角度不整合接触，是本区的主要含矿层位。

盆地内构造复杂，以大山—旺坡、新村河—力的坑两大主干断裂为代表组成断裂带位于盆地中部，近EW向展布，其展布方向与盆地南面的下古生界混合岩之片理、片麻理方向基本一致，说明该组断裂带是在基底构造基础上发展起来的，对水汶盆地及其火山岩的控制起着主导作用[5]。

2 研究区物性参数特征

本次研究区内的水汶盆地(主要地层为白垩系)与前寒武纪变质基底、早古生代加里东盖层(主要为泥盆系至二叠系)之间存在一定的电性差异，水汶盆地(主要地层为白垩系)主要显示中—高电阻率，前寒武纪变质基底、早古生代加里东盖层(主要为泥盆系至二叠系)则体现为高—极高电阻率[5]。

在工作区内实地采集测定物性标本113块，分别统计出各地层岩性的磁性参数，满足了定性和定量解释的需要。由表1可见，工作区内的泥灰岩、砂岩、片麻岩、变粒岩都属极微磁性岩石，火山岩磁性有显著增强，高出2～3个数量级，为微磁性—弱磁性。因此，认为本区主要磁源物质为火山岩。

所以在该区开展测量参数为大地电阻率的大地电磁法(MT)及高精度磁测地球物理勘探工作具备了一定的地球物理前提。

3 水汶盆地地球物球场特征及地质意义

3.1 水汶盆地重力场特征及地质意义

水汶盆地布格重力异常呈长轴状，走向近SN向，异常等值线密集，梯度陡，剩余异常形态与布格异常形态基本相同(图2)，异常圈闭部分长26 km，宽13 km，处于航磁异常ΔT负值区边部有正异常分布[6]。异常出露为燕山早期花岗岩，周围是奥陶系的变质砂岩、页岩。根据物性资料[5]，推断该重力低系花岗岩体所引起的。通过剖面反演，认为该岩体中心深度约10 km，宽约9 km，岩体侵入后向北东超覆。从重力异常推断认为水汶盆地西边深部存在隐伏花岗岩体(图3)，岩体中心在盆地西北角。

注：1≤n<10。

图2 水汶盆地剩余重力异常Fig.2 Residual gravity anomaly in Shuiwen Basin1—剩余重力低 2—剩余重力高 3—大地电磁测线 4—工区范围

图3 区域重磁推断成果图Fig.3 Result of regional gravity and magnetic inference1—重力推断岩浆岩带及其编号 2—重力推断中酸性岩体及其编号 3—推断断裂 4—大地电磁测线 5—工区范围

3.2 水汶盆地磁场特征及地质意义

水汶盆地为测区最强的磁场区(图4)，在平静的外围背景上成片崛起[7]。磁场变化复杂，规律性差。由北而南形成桂C-75-164、桂C75-163、桂C-75-165三个高异常带。大致呈NEE走向，ΔT曲线变化幅度大，正负跳跃。最高正峰大于2000 nT，最小负峰-1200 nT，一般都在300～500 nT。

桂C-75-165在盆地西侧有明显的迭加现象，一级异常宽缓，为60～150 nT，二级异常为300～500 nT，三级异常陡窄，超过1000 nT。

从航磁特征看，为浅部或出露地表的火山岩引起。地磁ΔT特征与航磁相似，且变化更剧。最大强度达8800 nT，物性测定表明西垌组的火山岩具有强磁性，但磁化很不均匀，凝灰熔岩K值多在1000×10-6～3000×110-6(CGSM)之间，Jr为1900×10-6～13000×10-6(CGSM)；流纹霏细斑岩K值为170×10-6～5600×10-6(CGSM)，Jr为1500×10-6～4200×10-6(CGSM)，可见异常为火山岩引起。桂C-75-165的一级低缓异常落于无磁性的下白垩统红层中，推断是埋深约600 m的磁性体引起。据地质情况分析是否可能为下伏的花岗岩或是沿NW向断裂发育的次火山岩的反映。当然亦不能排除混合岩中的沉积变质铁矿的可能。

图4 航磁ΔT异常等值线图Fig.4 Aeromagnetic ΔT anomaly contour map1—正磁异常 2—负磁异常 3—异常带编号 4—大点电磁测线编号 5—大地电磁法测线

综合分析认为，该区的航磁异常主要由火山岩引起的。

3.3 水汶盆地电性特征及地质意义

大地电磁法是研究地球内部电性结构的一种重要的地球物理勘探方法，其特点：不受高阻层屏蔽，对高导层分辨能力强，横向分辨能力强，勘探深度大(几十米至上百千米)，费用低，施工方便以及资料处理与解释技术较为成熟等，被国内外广泛成功应用于矿产资源勘探、油气勘探、煤田勘探、地热资源调查、岩石圈电性结构研究、深部构造探测以及地质灾害监测等工作领域[8-10]。

勘查测线以(大致)垂直研究区主要构造NE方向为基本原则，设计大地电磁法测深剖面4条，遵循由已知到未知原则进行布置对水汶盆地进行有效的控制：其中MT1经过盆地已知的出露岩体处，MT4经过盆地已知的盆地基底褶皱隆起区，MT2及MT3则均匀分布于盆地中间。本次测深工作的有效观测频段为320 Hz～0.0005 Hz，有效观测频点数不少于40个；接收电极距以50 m为主。采集时间长度不少于5 h，保证采集频段数据是准确、可靠的(图4)。

3.3.1 电性特征

1) MT1线电性异常特征

根据实际布置，1号测线方向为145°，线长20 km，贯穿水汶盆地的西南部。由成果图(图5)可见，测线由浅部至深部，整体的异常形态体现为低阻→中阻→高阻，各电性层之间均有一定的起伏。

1号剖面浅部大部分存在一相对低阻层，层状连续明显，起伏圆滑，往剖面南北两端厚度逐渐变薄，且埋深逐渐变浅，呈逐渐抬升的趋势；根据掌握的物性及地质等资料所建立的地质-地球物理模型，白垩系新隆组、大坡组紫红色砂岩、泥岩及西垌组三段、四段火山岩均体现为相对低阻，推断该低阻层主要为白垩系所反映，表层存在第四系。

低阻层下伏则为一中阻层，存在两个明显的下凹异常及隆起异常，向北面有逐渐变厚的趋势，向南部逐渐变薄，最后链接高阻层；推断该中阻层为前寒武系及侵入岩的综合反映，主要岩性为砂岩、页岩、粉砂岩、砾岩、细砂岩及闪长岩、正长岩、石英斑岩等侵入岩，认为该中阻层为第一个盆地基底。

1号剖面深部为一片连续的中高阻及高阻，由上覆的中阻层逐渐过渡到中高阻及高阻；一直延伸至剖面的深部，其起伏趋势与上覆中阻层底界面一致；在剖面的南面主要以高阻为主，由地质资料可知，该处出露了花岗岩，认为该高阻异常为花岗岩引起的综合反映。

图5 MT1线电阻率剖面及地质推断图Fig.5 Resistivity profile and geological inference map of MT1 line

根据高中低电阻率的起伏界面以及以上所推断的岩层起伏，剖面整体地层起伏较大，盆地体现为中间下凹，两边相对变薄隆起，在盆地中间有侵入岩隆起并出露地表。

根据图5，对剖面进行了断裂构造的推断，据电阻率呈高低阻梯度带变化并结合地质资料推断为断裂F12，F1，F11、F13及F14共5条断裂构造。

2) MT2线电性异常特征

2号测线与1号线平行，线长20 km，平行距离1线约4.7 km，贯穿水汶盆地。由图6可知，2线大地电磁测深断面异常与1线有异曲同工之处，2号测线由浅部至深部，整体的异常形态亦体现为低阻→中阻→高阻，各电性层之间同样均有一定的起伏。

根据高中低电阻率的起伏界面以及以上所推断的岩层起伏，基本了解了2号剖面盆地的起伏情况，与1线不同，2线中间并没有侵入岩出露，但同样存在隆起，盆地基本起伏情况基本由“三个凹陷、两个隆起”构成，且总体趋势为北厚南薄的趋势，即南面相对隆起。

根据2线的一维反演及二维反演断面图，对剖面进行断裂构造的推断，其依据主要根据高低阻梯度带密集变化情况，异常体被切割，呈不连续分布现象等特征。推断了F1，F15，F11及F14共4条断裂构造。

3)MT3线电性异常特征

3号测线平行距离2号线平行约6.5 km，线长20 km，同样贯穿水汶盆地。由图7可知，3号测线由浅部至深部，整体的异常形态同样体现为低阻→中阻→高阻，各电性层之间同样均有一定的起伏，但整体上并无2线起伏大。

3线盆地盖层呈现北厚南薄，平缓起伏；而第二基底呈现中间下凹，两边隆起的趋势，中间下凹处较为平缓。

图6 MT2线电阻率剖面及地质推断图Fig.6 Resistivity profile and geological inference map of MT2 line

根据一维反演及二维反演断面图，对3号剖面进行断裂构造的推断，根据高低阻梯度带密集变化情况，推断了F1、F11、F14、F15及F16共5条断裂构造。

4)MT4线电性异常特征

4线为最短的测线，全长16 km，与2线平行距离4.7 km，贯穿了水汶盆地的东北部。由图8可见，4号测线与其他三条剖面的整体异常形态基本类同，由浅部至深部，整体的异常形态体现为低阻→中阻→高阻。

4线盆地盖层底界面平缓起伏，其起伏趋势为中间下凹，南北两端隆起，且南面相对较薄；而第二基底同样呈现中间下凹，两边隆起的趋势，起伏情况明显。

根据一维反演及二维反演断面图，4号剖面推断出F1、F14、F15、F16及F17共5条断裂构造。

3.3.2 利用电性特征分析地质意义

大地电磁测深断面反映了较为丰富的地电特征，MT1号、MT2、MT3、MT4号测线(图5～图8)由浅部至深部整体的异常形态体现为低阻→中阻→高阻，各电性层之间均有一定的起伏。在测线的南端都存在着高阻异常。结合物性及地质等资料所建立的地质-地球物理模型，推断第一层低阻为白垩系，第二层中阻推断为侏罗纪、白垩纪侵入岩，第三层高阻推断为天堂山结晶基底。测线南边的高阻异常推断为侵入花岗岩体。

根据高中低电阻率的起伏界面以及以上所推断的岩层起伏，水汶盆地结构(图9)为中间下凹，两边相对变薄隆起。水汶盆地南西端中间有较明显的凸起(MT1、MT2测线的中间)，这与航磁异常反映比较吻合，说明盆地中间有一NE向的侵入岩。盆地北东端呈中间下凹，两边隆起结构。在盆地凸起部位发育侵入岩，具有成矿有利条件。

图7 MT3线电阻率剖面及地质推断图Fig.7 Resistivity profile and geological inference map of MT3 line

4 结论及认识

根据上述重力、大地电磁法成果断面、磁法成果及所掌握的地质及物性资料，遵循“从已知到未知”的原则，由此可对深部地层(或电性层)进行分析，能很好地反映盆地基底的起伏情况，并推测构造特征。

1)区域重力场呈长轴状，走向近SN，梯度陡重力低异常推断水汶盆地西边深部存在隐伏花岗岩体，岩体中心在盆地西北侧。岩体中心深度约10 km，宽约9 km，岩体侵入后向北东方向超覆。

2)从ΔT磁异常的分布特征结合地质资料分析认为，NE向、NW向的构造断裂构成本区的主干构造经络。水汶盆地由北而南形成3个高航磁异常带，认为桂C-75-164、桂C75-163是由火山岩引起磁异常，桂C-75-165是下伏的花岗岩或是沿NW向断裂发育的次火山岩的反映。综合认为，该区磁法异常主要由火山岩引起。

3)研究区开展大地电磁测深，对水汶盆地的空间结构有了一定的认识，4条测线具有一定的继承性及连续性，剖面的高低阻、地层起伏亦有很好的呼应，电阻率基本的异常形态由浅到深体现为低阻→中阻→高阻。根据高中低电阻率的起伏界面以及以上所推断的岩层起伏，水汶盆地结构为中间下凹，两边相对变薄隆起。水汶盆地南西端中间有较明显的凸起(MT1、MT2测线的中间)，这与航磁异常反映比较吻合，说明盆地中间有一NE向的侵入岩。盆地北东端呈中间下凹、两边隆起结构。在盆地凸起部位发育侵入岩，具有成矿有利条件。

图8 MT4线电阻率剖面及地质推断图Fig.8 Resistivity profile and geological inference map of MT4 line