重力资料在吉林中东部地区断裂构造推断解释中的应用

张宗宝，李志成，孙立伟，张震，秦学虎，张强

吉林省勘查地球物理研究院，吉林 长春 130012

0 引言

重力勘探是一种常用的地球物理方法，是利用组成地壳的各种地质体的密度差异所引起的重力变化而进行地质勘探的一种方法。在地质研究中，重力资料及解释成果已被广为应用，如研究基底的起伏和构造，圈定沉积盆地范围，研究沉积岩系各密度界面的起伏和内部构造[1-4]。本文在重力资料分析处理的基础上，探讨重力测量在推断断裂构造地质问题中的应用和重要指导意义。

断裂构造解释推断工作是重力资料解释的一项主要内容。由于区域重力调查测点密度较大，获取了较丰富的浅层目标物信息，用其追索、圈定调查区断裂构造应以中深部断裂为主要目标。根据布格重力异常、剩余重力异常、水平方向导数异常、重力异常水平总梯度及地质特征等综合信息，使断裂异常特征更加清晰、明显，并初步判断部分断裂的切割深度及产状。

1 断裂的重力识别标志

主要根据布格重力异常图、不同方向水平一次导数异常图及重力垂向二阶导数图作为断裂构造推断依据。

断裂两盘的相对位移会产生断阶、断陷、突起和凹陷等各种构造现象，从而破坏了原来地质体的连续性，使断层面某些部位成为密度分界，当密度差、位移量和深埋条件适当时就会在重力场中常形成如下多种断裂构造异常标志：

(1)线性重力高与重力低之间的过渡带是确定断裂构造的基本标志，是地壳(或上地幔)物质沿水平方向发生剧烈变动地带，通常是断裂两盘相对升降形成的正断层或逆断层而引起的异常。一般重力梯级带等值线越密，反映的断裂构造的断距越大，断层面越陡。

(2)重力局部异常性质和特征是截然不同的两个场区的分界线，多是两个性质不同的地质构造单元之间走滑断层分界线位置，一般断裂规模较大。该类异常往往在垂直异常走向方向表现较为明显。

(3)异常等值线或者异常轴(带)有规律错位、规律性扭曲或重力等值线的疏密突变部位，往往是走滑断层的反映。

(4)呈线状或条带状延伸的重力高或重力低异常带是断裂构造常见的标志。

(5)串珠状排列的重力异常带的两侧或轴部所在位置，是后期沿断裂带侵入的岩珠所引起。

(6)圈闭的异常等值线突然变宽(窄)的部位，且异常轴基本一致，只是断裂两盘发生升降所引起，可能为规模较大的正断层或逆断层所致。

2 断裂的类型及断裂级别划分

由于调查区面积相对较小，依据构造方向的期次划分为四组构造。依据切割深度将区内断裂构造仅划分了两个级别，即大断裂和一般断裂。大断裂除具有上述特征外，还具有规模大、切割深的特点，大断裂还可以控制其两侧的构造活动，形成不同的构造格局，从而破坏原来的地质体连续性，造成两侧地层缺失明显，形成密度上的横向差异。部分大断裂还控制着岩浆岩的侵入和矿产的分布。

3 断裂的产状及相互关系推断

3.1 断裂产状的推断依据

(1)根据布格重力异常梯级带中心确定出断裂的位置，再依据上延不同高度的布格重力异常梯级带中心位置的偏移，大体了解断裂面的倾向。

(2)受断裂控制的岩体、化探异常往往出现在上盘，即断裂的倾向方向。

(3)由上延不同高度的各方向水平一次导数局部异常轴线，两翼的对称性大致判别断层面的倾向，如导数极值等值线两翼对称时表明断裂产状直立，两翼呈不对称时在断层倾向方向上，梯度较缓、等值线稀疏。

(4)地表已知断裂与重力异常推断断裂的位置接近而不重合，则重力推断一侧为断裂的倾向。推测断裂与地表已知断裂偏移越大，则说明断裂的产状越缓。

3.2 断裂之间的相互关系

依据重力图件及原场转换的图件如水平方向0°、45°、90°、135°导数图，水平总梯度平面图，上延不同高度平面图等图件，可见调查区内发育有多期、不同方向的断裂构造。一般断裂确定其形成时代比较困难，可通过断裂之间的相互错动来确定断裂形成的先后顺序，被切割的断裂形成较早；当一条断裂对附近其它断裂有控制作用时，那么起控制作用的形成早。

4 主要断裂构造圈定及解释推断

断裂构造圈定是以分析上述布格重力异常标志为基础并结合数据转换处理成果(方向导数，垂向一、二阶段导数，水平总梯度，小波变换等)提供的有用信息来初步确定。再结合地质、物化遥信息进行综合分析，来确定的断裂构造，并初步确定断裂的级别和组合关系。全区共圈定断裂构造41条，本文以吉林中东部地区磐石小梨河—永吉头道沟调查区中的FA1和FA10两条断裂构造为例，通过重力资料的处理，对半截河—松树屯南北向断裂(FA1)及上头道川—新城子东西向断裂(FA10)进行断裂构造圈定及推断解译(1)吉林省勘查地球物理研究院.吉林省吉林中部地区构造岩浆岩带金、铜多金属矿产资源调查1∶5万重力调查成果报告[R].吉林省地质资料馆，2018.。

(1)半截河—松树屯南北向断裂(FA1)

半截河—松树屯南北向断裂主要依据布格重力异常图、水平90°方向导数图、垂向一阶导数图及航磁异常图等图件综合分析解释。

位于调查区A区西侧半截河—松树屯一带，近似南北向，长约14 km，布格重力异常图上表现为重力相对高与重力高分界线，断裂西侧为相对低值区、东侧为相对高值区。水平90°方向导数图上为南北向正异常带，其轴线即为断裂线。断裂特征特别明显。在水平总梯度图上断裂呈线状南北向展布，航磁异常处在正负磁异常接触带上。

在1∶5万地质图上，断裂带处于石炭系下统余富屯组与白垩系下统安民组接触带上，断裂北端东西两侧均出露晚二叠世碱长花岗岩，南端东侧出露中侏罗世花岗岩(见图1)。

图1 FA1重力推断断裂剖析图

综合上述信息，推断该断裂构造形迹突出，标志明显，以垂向运动为主，西倾。

(2)上头道川—新城子东西向断裂(FA10)

上头道川—新城子东西向断裂为本区最古老的断裂，常被后期断裂所切割，此断裂构造划分主要依据布格重力异常图、水平方向导数，垂向一阶导数图及航磁异常图等综合分析解释推断。

FA10断裂位于工作区中北部，西起上头道川，东至新城子，近似东西向或北北东向，长约9.3 km，布格重力异常图上处于重力相对高与相对低梯级带上，上延500 m、1 000 m图件上断裂特征依然明显，水平0°方向导数图上呈串珠状负异常带。水平导数模平面科上串珠状异常极值带。航磁异常处在磁力高异常带上。

1∶5万地质图上，断裂北侧出露中侏罗世花岗闪长岩，南侧出露二叠系中统范家屯组地层(见图2)。

图2 FA10重力推断断裂剖析图

综合上述信息，该断裂在布格重力异常图、水平方向导数图上反应明显，故推断该断裂存在。

5 结论

本文通过对重力数据进行水平方向导数、水平导数模等方法，根据重力、航磁异常的线性特征，建立了调查区主要断裂构造格架，推断出区内主要断裂构造半截河—松树屯南北向断裂(FA1)以及上头道川—新城子东西向断裂(FA10)，并为该区今后基础地质研究、矿产预测以及其它学科的研究提供了可靠的有基础价值的地球物理资料。