安徽庐枞盆地中段重磁电特征及地质意义

2022-07-04朱将波汪启年崔先文

中国地质调查 2022年3期

朱将波，汪启年，崔先文

(安徽省勘查技术院，安徽合肥 230031)

0 引言

庐枞盆地是长江中下游成矿带的重要矿集区[1]，具有较好的成矿地质条件。任启江等[2]推断庐枞盆地火山岩之下存在一个大的隐伏岩体，顶板距地表1～4 km，岩体形态及分布范围与火山岩盆地大体相当；董树文等[3]、高锐等[4]通过深地震反射研究，认为庐枞盆地是一个沿罗河断裂向东发育的非对称火山盆地，排除了盆地另一半被断在西侧红层之下的可能性；肖晓等[5]通过分析大地电磁测量数据，认为庐枞盆地火山岩的沉积厚度为1～2 km，底部存在一个连续的岩浆活动中心；吕庆田等[6-7]建立了矿集区EW向“两拗一隆”、SN向“北隆南坳”的结构框架，提出了庐枞盆地“多级岩浆系统”结构模型。近年来，相关单位在罗河—小包庄、井边等地区开展了深部钻探，对部分上述成果进行了验证[8]，但深部钻孔均未控制隐伏侵入岩底界位置，部分钻孔可见三叠系—石炭系灰岩[9-10]，表明火山岩基底具有复杂性，相关地质问题需持续研究和探讨。

本文在已有地质调查成果的基础上，通过GeoGME重磁电一体化处理解释平台[11]对重磁电数据进行再处理，分析地球物理场与地质特征的对应关系，探讨庐枞盆地中段主要地层、断裂及岩浆岩可能的分布特征，为该区基础地质研究及找矿预测提供参考资料。

1 地质背景

研究区位于沿江褶断带中部庐枞盆地，其东北部连接巢湖古生代地层褶皱带，西南部连接怀宁古生代地层褶皱带。该区出露寒武系—第四系的地层序列(图1)。寒武系—奥陶系碳酸盐岩及碎屑岩主要出露于研究区北部，志留系—三叠系主要出露于庐枞盆地边部，盆地主要由早白垩世陆相火山岩构成，厚2 530～3 323 m[12]，火山岩盆地基底为中侏罗世罗岭组，龙桥铁矿钻探发现火山岩直接覆盖在三叠系海相碳酸盐岩之上[13]。

庐枞盆地主要发育2条基底隆起带，即黄屯—枞阳基底隆起带和罗河—缺口基底隆起带，不仅影响和控制了庐枞盆地的构造格局、岩浆岩分布及火山活动，且与区域成矿作用关系密切。基底以NE向断裂为主，主要有罗河—缺口断裂、黄屯—枞阳断裂以及陶家湾—施家湾断裂，其次为NW向断裂，主要有义津—陶家巷断裂等。盖层以EW向断裂、NE向—SW向断裂为主，褶皱不发育。盆地两侧，罗河镇西侧为孔城盆地，汤沟东侧为沿江构造带，中生界—新生界发育。庐枞盆地火山岩由龙门院旋回、砖桥旋回、双庙旋回和浮山旋回组成，4个旋回大致呈同心环状分布，各组之间均为喷发不整合接触，各旋回的火山岩均形成于早白垩世[14]。

区内侵入岩发育，被划分为早晚两期：早期侵入岩主要为二长岩类和闪长岩类，以巴家滩岩体与拔茅山岩体为代表，成岩时代为134～130 Ma。晚期侵入岩分为2类，第一类主要为正长岩类，以小岭岩体为代表，成岩时代为129～123 Ma；第二类主要为A型花岗岩，以黄梅尖岩体为代表[15]。

1.第四系； 2.浮山组； 3.双庙组； 4.砖桥组5.龙门院组； 6.罗岭组； 7.磨山组； 8.中—上三叠统； 9.中—下三叠统； 10.中—上志留统； 11.石英正长岩； 12.正长斑岩； 13.辉石粗安玢岩； 14.辉石二长岩； 15.粗面玢岩； 16.AA′重磁电剖面； 17.主要铁矿点； 18.钻孔位置。

2 物性特征

本研究实测物性标本1 100余块，包括研究区出露的全部地层及主要岩性。采用GP-120S电子密度仪(固体模式测定精度0.1 kg/m3)与Bartington MS2型磁化率仪(分辨率2×10-7SI)进行密度及磁化率参数测定，检查率均在10%以上，密度测定均方误差为±4.0 kg/m3，磁化率测定相对误差为2.1%，均符合《DD 2006—03岩矿石物性调查技术规程》[16]要求。岩石地层物性参数统计结果见表1。

表1 研究区岩石物性特征统计结果

(1)第四系—上白垩统，主要为低阻、低密度和弱磁化率层。

(2)下白垩统—上侏罗统，主要为火山岩。总体为中等电阻率(n×102Ω·m)，电阻率值低于侵入岩。中等密度，地表样品密度平均值为2.50×103kg/m3，其中凝灰岩密度偏低，为2.44×103kg/m3，粗安岩及安山岩密度较高，为2.54×103kg/m3；钻孔中，火山岩密度显著增大，平均值为2.70×103kg/m3，其中粗安岩密度达2.73×103kg/m3，可引起显著的重力异常。磁化率总体为中低值，但变化较大。

(3)中侏罗统—中三叠统，以砂岩为主，为低阻、中低密度和弱磁化率层。

(4)中三叠统—石炭系，以灰岩为主，为高阻层，电阻率平均值为5×103Ω·m，呈层状分布，是该区电性标志层；高密度，地表样品密度平均值为2.70×103kg/m3；弱磁性层。

(5)泥盆系—志留系，以砂岩、页岩为主，电阻率值为(1～2)×103Ω·m，为研究区低阻标志层；中低密度、弱磁性层。

(6)奥陶系—寒武系，以灰岩为主，为高阻、高密度和弱磁性层。

(7)侵入岩及潜火山岩，磁性由酸性-中性-基性而增长，其中正长岩、二长岩为中等磁性，闪长玢岩磁性略低。

(8)磁铁矿，密度为3.83×103kg/m3，磁化率为95 300×10-5SI。

3 数据处理

3.1 数据来源及精度

本文使用的地球物理数据来自中国地质调查局在庐枞地区开展的区域地质综合调查成果，其中1∶5万地面磁测采用G-856高精度磁力仪，经日变改正、高度改正和正常场改正后，磁异常总精度为3.75 nT； 1∶5万重力工作采用高精度CG-5重力仪，经地形、正常场及布格等各项改正后，布格重力异常总精度为0.096×10-5m/s2；大地电磁采用V5-2000测量系统，采用远参考，五分量观测方式，测点点距2 km，观测频率0.000 5～320 Hz，经SSMT-2000进行Robust处理、功率谱编辑后，一级测点占比90%，二级测点占比10%。

3.2 数据处理技术

(1)重磁数据。在对平面重磁场开展去噪、数据扩边、网格化及地磁场化极预处理之后进行位场分离及边界识别。主要通过小子域滤波、垂向二阶导数方法，突出重力场线性梯级带分布，用于断裂等线性构造的分析和识别；对磁ΔT化极异常开展多参数高通滤波计算，分离和识别叠加异常。

(2)大地电磁数据。通过曲线编辑、二维滤波、静态矫正及极化模式识别，进行各向异性和定性分析，采用TM模式进行二维反演[17]。

(3)重磁电联合建模技术。以已有地质、钻孔成果为基础，大地电磁二维反演建立的电性结构为约束，建立初始地质模型，赋予物性参数，对比实测与正演地球物理场，实时交互，反馈修正地层厚度变化、构造起伏及断层接触关系、岩体空间位置等，使构建的剖面地质模型理论重磁异常逼近实测异常，获得符合地质规律及地球物理场分布特征的地质模型。

4 异常分析与解译

4.1 重磁场分析

研究区1∶5万重力异常分离后获得的重力剩余异常分布图(图2(a))，能够更好地反映重力场特征。重力剩余异常等值线以NE向为主，在罗河、砖桥—小岭、横埠及周潭地区等值线密集，形成显著梯级带。其中罗河、周潭地区的重力梯级带将重力场划分为罗河镇西北重力异常变化平缓区、汤沟东南重力异常变化平缓区以及中部重力高值变化区。中部重力高值变化区重力剩余异常高低相间分布，异常变化范围为(-6～5)×10-5m/s2；重力剩余异常高值地区有罗河—泥河铁矿、砖桥东—小岭东、井边、横埠—周潭等，异常皆以NE向为主，其中罗河—泥河铁矿所在异常强度最大；重力剩余异常低值地区有浮山村、白梅乡、黄梅尖地区等，这些低异常等值线走向多变，形态各异，反映低密度地质体的发育特征。研究区重力线性异常分布图(图2(b))能反映断裂等线性构造信息。在罗河、砖桥—小岭、横埠及汤沟地区存在4组NE向线性异常，这些线性异常带由研究区的主要断裂引起。

(a) 重力剩余异常分布(b) 重力线性异常分布

研究区1∶5万地磁ΔT化极异常如图3(a)所示，提取的磁局部异常如图3(b)所示。地磁ΔT化极异常等值线以NE向为主，NW向次之，在罗河、砖桥—小岭及横埠存在显著的磁异常梯度变化带。根据磁异常幅值变化，可划分为中部地磁异常高值变化区和罗河镇西北、横埠东南低值平静区。在中部地磁异常高值变化区，地磁异常变化范围300～1 800 nT，其中在白梅乡和钱铺乡—黄梅尖地区，地磁异常相对较低，一般为500～800 nT；在罗河—小包庄铁矿、小岭北、巴家滩西及井边地区发育强磁异常。在磁局部异常上，白梅乡、钱铺乡—黄梅尖地区表现为显著的低磁异常，形态清晰；罗河—小包庄铁矿磁局部异常强度最大，异常幅值超过2 400 nT；小岭北、巴家滩西磁局部异常呈NE向展布；井边一带磁局部异常形态多变，是浅部磁性体所致。

研究区重力剩余异常及地磁ΔT化极异常均表现出中部高，西北和东南部低的分布特征，对应庐枞盆地及两侧的孔城盆地和沿江构造带，反映了区域构造的基本特征。研究区中部重磁高值异常区来源于区内基底抬升与岩浆活动的作用。罗河—小包庄铁矿与泥河铁矿所在位置存在重力剩余异常高值，地磁局部异常呈尖峰状，表现为重磁同高的异常组合，是典型的铁矿矿致异常。白梅乡、七家山一带出露浮山组，表现为重力剩余异常低值和地磁异常相对低值，且重磁异常分布形态与浮山组分布范围相当，形成重磁同低的组合特征，推断为低密度、低磁性的浮山组及其火山构造所致。钱铺乡—黄梅尖一带重力剩余异常为低值圈闭,对应地磁异常相对低值，由低密度、低磁性的黄梅尖岩体所致，重力线性异常(图2(b))清晰刻画了该低值圈闭范围与黄梅尖岩体出露范围一致，该异常表明研究区大规模出露的岩体对应较稳定的重磁场，是周边其他重磁异常推断解释的重要对比标志。井边、石门庵地区的重力剩余异常及磁异常均为高值，该处LZSD-01钻孔揭示深度1 600 m以浅为砖桥组，其下为正长岩，通过与相邻的黄梅尖岩体重磁场特征进行对比，发现重力正异常是1 600 m厚的砖桥组所致，局部高磁异常则为深度1 600 m以浅的次火山岩及火山岩所致。因此，该区重磁异常，特别是重力剩余异常与火山岩厚度分布具有相关性，火山岩越厚，重力剩余异常越高。周潭、汤沟一带重高磁低，为火山岩盆地东南边缘三叠系等基底地层局部出露所致。

(a) 地磁△T化极异常(b)磁局部异常

研究区西北部的孔城盆地重磁异常均为低值，新生界发育，岩浆活动弱。沿江构造带重力剩余异常高低相间分布，磁异常以低值为主，表明中三叠统—石炭系的高密度地层起伏强烈。研究区存在多组NE向断裂：罗河断裂F1对应罗河重磁梯级带，该梯级带西北侧为孔城盆地，重磁均为低值，平缓分布；东南侧重磁异常显著增大，是基底抬升和强烈岩浆活动的表现。黄屯—枞阳断裂F2位于小岭—砖桥重力梯级带，重力剩余异常西高东低，推断西侧火山岩厚度大，且沿断裂走向分布巴家滩东、小岭北等多个高磁异常。F3断裂为盆地东部边界断裂，表现为周潭—横埠重磁梯级带。该梯级带北段，两侧重力剩余异常西北高东南低；南段两侧重力剩余异常西北低东南高。周潭—横埠重磁梯级带北段和南段的磁异常均表现出西北高、东南低的分布特征。F4断裂控制了汤沟重力梯级带，重力剩余异常西北高、东南低，断裂西北侧三叠系等高密度地层出露，东南侧新生界发育，沿梯级带有带状磁异常分布。此外，NW向泥河—七家山北重力低值带发育显著的NW向磁异常，是该区存在NW向断裂的标志。

4.2 重磁电剖面分析

重磁电探测技术在岩浆岩发育区能取得较好的地质效果[18-22]。本文采用人机交互2D剖面正反演技术获得罗河—汤沟AA′重磁电异常综合剖面(图4)，剖面布格重力异常拟合误差为3.4×10-5m/s2，地磁ΔT拟合误差为36 nT。

由AA′重磁异常曲线(图4(a))及大地电磁二维反演剖面(图4(b))可知，电阻率东西分段、上下分层显著，火山岩盆地及周边电性结构清晰，揭示了研究区的基本地质结构。西端孔城盆地的电阻率由上至下呈“低、次高、高”的分布特征，重磁均为平缓低值异常；火山岩盆地，电阻率由浅至深呈“中、高、低”的分布特征，重磁均呈现高值异常；沿江构造带电阻率由上至下呈“低、高、低、次高”的分布特征，地磁平稳低值，布格重力异常幅值则向东逐渐降低。根据重磁电特征及物性统计，建立综合解释剖面(图4(c))。

(1)地层。第四系—中三叠统为一套低密度、低磁性、低电阻率的物性“三低”层，主要分布在AA′重磁电异常综合剖面西段孔城盆地和东段沿江构造带(图4(b))，最厚处约2 km。总体上，重磁异常低值平缓，浅部以低电阻率为主，向盆地方向逐渐减薄至缺失。中三叠统—石炭系以灰岩为主，为研究区高密度高阻标志层，主要发育在剖面东西两段。东段高阻层厚度为1～1.5 km，最大顶埋深2 km，向火山岩盆地方向变浅至深度0.5 km左右，对应的布格重力异常幅值从-15×10-5m/s2增至-2×10-5m/s2。泥盆系—志留系也是该区低阻标志层之一，厚度近1 km，在沿江构造带较发育，在孔城盆地较薄。在火山岩盆地块状高阻体之下普遍发育一套低阻层系，根据地层展布及物性特征，认为是泥盆系—志留系的可能性最大。

(2)断裂。F1断裂位于AA′重磁电异常综合剖面8 km处，为罗河断裂，控制了火山岩盆地的西边界，引起了显著的地球物理场变化。该断裂对应重磁梯级带，在反演电阻率剖面中，浅部低阻层在孔城盆地西侧较厚(约2 km)，在孔城盆地东侧极薄，且等值线倾向北西，深部电阻率等值线则相反，倾向南东。因此，F1断裂具有早期逆断层与晚期正断层的性质。F2断裂位于AA′重磁电异常综合剖面16 km处，与黄屯—枞阳断裂位置相当，控制了七家山火山机构和浮山组的发育，断裂所在位置电阻率较两侧显著降低，等值线倾向北西，较F1断裂更陡立。F3断裂位于AA′重磁电异常综合剖面28 km处，具有逆断层性质，断裂所在位置电阻率值西侧较高，控制火山岩盆地的东边界。F4断裂位于AA′重磁电异常综合剖面35 km处，具正断层性质，断裂东侧低阻层较西侧显著增厚。

(3)岩浆岩。火山岩分布在AA′重磁电异常综合剖面8～27 km处，为一套中等电阻率层(图2(b))，幅值n×102Ω·m，埋深一般为深度1 800 m以浅，其中剖面8～12 km处最深，火山岩厚度最大，16 km处火山岩发育薄，其余地段火山岩厚度约1 km。火山岩之下为区域性块状高阻体，底界面一般3～4 km，在黄屯—枞阳及罗河断裂附近高阻体向下延伸至5 km以上，且重磁均为高值异常。联合建模表明，该高阻体赋予岩体的物性参数，与其上火山岩产生叠加磁异常及实测拟合较好。此外，罗河ZK01、井边LZSD-01等钻孔在不同深度遇到了岩体，推断该高阻体为隐伏侵入岩(图2(c))。AA′重磁电异常综合剖面上高阻体的分布区范围与火山岩大体一致，推断层厚一般约2 km，在黄屯—枞阳断裂及罗河断裂深部显著增厚，形成似漏斗状，为其深部主要的岩浆通道[7]。黄屯—枞阳断裂东南侧，高阻体浮于低阻层之上，推断也是隐伏侵入岩，但其侵位受到NW向断裂、近EW向断裂控制。

(a) 重磁异常曲线

根据地表地质、重磁场特征及反演剖面电阻率分布特征，认为庐枞火山岩盆地在走向上位于巢湖、庐枞、怀宁NE向古生代地层褶皱带中部；垂直走向上，重磁电特征揭示三叠系—石炭系发生了褶皱，向盆地方向抬升至地表，在晚侏罗世—早白垩世强烈的岩浆活动之后，三叠系被隐伏岩体侵位、破坏，上部被火山岩覆盖，因此，火山岩盆地位于褶皱带的“鞍部”。

罗河—小包庄铁矿位于AA′重磁电异常综合剖面8.5 km处，对应重磁局部高异常。根据ZK1钻孔揭示，罗河铁矿埋藏深度500～800 m，位于钻桥组火山岩中，对应中等电阻率分布区。深部小包庄铁矿埋藏深度1 350～1 800 m，对应深部团块高阻体，即闪长玢岩顶部。AA′重磁电异常综合剖面揭示罗河—小包庄铁矿位于罗河断裂边部，多种地球物理场的强烈变化表明该处是沉积地层抬升、隐伏磁性岩体侵位的多重地质现象叠加部位。