内蒙古狼山成矿带深部地质结构特征

张振宇 胡祥云 王 刚 李永博

(①国家现代地质勘查工程技术研究中心，河北廊坊 065000；②中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北廊坊 065000；③中国地质大学(武汉)，湖北武汉 430074)

1 概况

狼山成矿带位于内蒙古中东部，以乌拉特后旗—化德—赤峰深大断裂带(由东向西由北东向转为近东西向)为界，跨越了两种性质完全不同的大地构造单元(图1)[1-3]。因此，由于特殊的构造位置，研究区地层出露较齐全、岩浆活动频繁、构造复杂、矿产丰富[4-6]。

图1 狼山成矿带区域构造位置图

目前，主要通过地质及地表浅部地球物理调查了解了狼山成矿带的区域地球物理场特征[7]、矿床特征[8-10]、火山岩沉积特征[11-13]、成矿控矿因素[14-15]、矿产成因[16-20]与成矿特征[21]等。受自然条件等因素影响，狼山成矿带的深部地球物理勘查工作

较少，对深部地质结构特征的总体研究程度较低，无法深入研究区域深部构造特征、矿源成因等。为此，本文结合狼山成矿带的综合地球物理勘查资料与地质成果资料，深入研究了狼山成矿带的深部地质结构特征，以期为区域深部找矿提供依据。

2 研究区地质特征

2.1 地层

狼山成矿带区域的太古界兴和杂岩、乌拉山群、色尔腾山群和下元古界宝音图群构成了结晶基底；中上元古界、古生界、中生界、新生界为沉积盖层。太古界变质杂岩之上不整合覆盖轻微变质的海相元古界，在元古界上部局部沉积了海相奥陶系，缺失志留系—下石炭统。中(上)石炭统为海陆交替相，二叠系及中、新生界为陆相碎屑(含煤)沉积和火山岩沉积，中、新生界主要分布于断陷盆地及山间盆地。横向上地层总体呈北东向展布。

2.2 岩浆岩

狼山成矿带岩浆岩展布主要受构造活动制约，主要沿深部断裂呈带状、串珠状或集中分布于断裂交会处。区域内侵入岩出露较广，南部主要以中元古代、奥陶纪、志留纪侵入岩为主，北部主要以石炭纪侵入岩为主，呈北东走向的狼山(斜长)花岗岩体出露面积最大[7]。

2.3 断裂构造

狼山成矿带内断裂构造发育，除了乌拉特后旗—化德—赤峰深大断裂带(温都尔庙—西拉木伦河深大断裂带)外，还有近东西向的索伦敖包—阿鲁科尔沁旗深断裂带、北东或北北东向的宝音图隆起西缘与东缘深断裂等。

3 区域地球物理特征

3.1 区域岩石物性

依据在狼山成矿带315个物理点采集的965件岩石标本，统计、分析了标本的物性特征(表1～表3)。

表1 狼山地区岩矿石物性统计表

表2 狼山地区地层物性统计表

表3 狼山地区侵入岩体物性统计表

岩石密度方面，随地层由新而老密度呈升高趋势，区域内各套地层的密度存在差异。以砂岩、砂砾岩、粉砂岩、粗砂岩为代表的陆源碎屑岩的密度较低，片岩、片麻岩、斜长角闪岩等变质岩及玄武岩、安山岩、辉绿岩等火山岩(次火山岩)的密度较高。侵入岩体中，泥盆纪侵入体密度最大，三叠纪、侏罗纪侵入体的密度最小。

磁性方面，玄武岩磁化率最大，推断是引起区域强磁异常的主要原因；安山岩、安山玢岩、超基性岩磁化率略低，推断是引起区域次磁异常的主因；大理岩、石英岩、白云母花岗岩、灰岩、黑云母花岗岩、变质角砾岩、斜长花岗岩、结晶灰岩、变粒岩、浅粒岩、花岗岩、片麻岩、云母花岗岩等的磁化率较低，推断可能引起弱磁异常。白垩系固阳组具有较高磁性，石炭系阿木山组磁性最弱。侵入岩体中，白垩纪侵入岩体的磁性最强。

电阻率方面，粉砂岩、砂砾岩、砂岩等陆源碎屑岩的电阻率小于500Ω·m，灰岩、结晶灰岩、玄武岩的电阻率大于3000Ω·m，其他岩石的电阻率介于500～3000Ω·m。各期侵入岩体的电阻率差异不明显，介于817～2456Ω·m。

3.2 区域重力场特征

狼山成矿带及外围布格重力异常图(图2)显示，成矿带重力场场值总体较低，均为负值，重力场呈“南低北高”且由南向北高、低相间排列的特征。南部呈重力低异常，对应河套断陷；东部呈近东西向分布的次级重力低异常，对应中、新生代沉积盆地；中部的北东向次级重力低异常推测为狼山花岗岩体的反映；西部的东西向次级重力低异常推测为中、新生代沉积盆地和狼山花岗岩体的反映。

图2 狼山成矿带及外围布格重力异常图

3.3 区域磁场特征

狼山成矿带及外围航磁异常图(图3)显示，成矿带航磁磁场由南向北呈低、高相间排列分布特征，航磁磁场值总体较低。中部和北部的近东西向相对高磁异常推测为磁性岩浆岩体的反映。在乌拉特后旗周边分布的一系列小规模局部高磁异常，应为小规模磁性岩浆岩体的反映。

图3 狼山成矿带及外围航磁异常图

4 综合地球物理勘查

为了研究狼山成矿带的深部地质结构，布置了两条垂直于主要构造走向的大地电磁测深和重磁探测综合地球物理调查剖面(图4，剖面Ⅰ、Ⅱ)。

图4 狼山成矿带综合地球物理调查剖面实际点位图

4.1 大地电磁数据采集与处理解释

利用V5-2000宽频带大地电磁测深仪以2km的点距完成狼山成矿带152个物理点的宽频带大地电磁测深测量。野外观测点低频段数据采集时长为22～24h，观测频段范围为320～0.0005Hz。数据采集后依次进行频谱分析、功率谱计算、Robust处理，利用最小二乘法计算阻抗张量元素，最终获得视电阻率和阻抗相位。中蒙边境地势平坦，人烟稀少，野外数据采集干扰较小，获得的数据质量较高，其中一级点136个、二级点16个，无不合格点。对于存在干扰的数据，对时间域数据分段筛选，对剔除强干扰的数据进行时频转换，在保证数据真实、可靠的同时，提高了信噪比，取得了较好的处理效果[22-23]。

采用非线性共轭梯度(NLCG)法对大地电磁测深数据进行二维反演。NLCG法允许多模式反演，计算稳定且速度快，反演需要设置多参数，且对初始模型的依赖性高，需要多次尝试[24-25]。为了获得真实、可靠的反演结果，依次对电阻率分别为10、100和1000Ω·m的均匀半空间初始模型，采用TM模式、TE模式及TM+TE联合模式反演。通过对比、分析反演结果，最终选取电阻率为100Ω·m的均匀半空间初始模型，初始网格保证在两个测点之间有一个空白网格，正则化因子为3，视电阻率反演相对误差限为10%，阻抗相位反演误差限为5%，采用TM+TE联合模式，得到剖面Ⅰ、Ⅱ的大地电磁二维反演电阻率断面(图5、图6)，结合区域地质资料，解释了大地电磁二维反演电阻率断面。

图6 剖面Ⅱ大地电磁二维反演电阻率断面

剖面Ⅰ大地电磁二维反演结果(图5)表明：①深度小于30km时，高、低电阻率异常分布明显，深度大于30km时电阻率分布相对稳定。②在断面上部存在3处高阻异常块体，推测为由古生代、元古代、太古代老地层及岩浆岩引起；剖面中北部的浅层及南端浅层的低阻异常，推测是断陷盆地的中、新生代地层的反映，乌拉特后旗南部的低阻异常可向下延伸至莫霍面以下，推测由岩浆软流体引起。

图5 剖面Ⅰ大地电磁二维反演电阻率断面

剖面Ⅱ大地电磁二维反演结果(图6)表明：①深度小于30km时，高、低电阻率异常分布明显，深度大于30km时电阻率分布相对稳定。②在断面北部与南部浅层存在2处高阻异常体，推测为由古生代、元古代、太古代老地层及岩浆岩引起；剖面中部的浅层及南端浅层的低阻异常，推测是中、新生代地层的反映，其中乌拉特中旗南部高阻异常下部的低阻异常可向下延至莫霍面以下，推测由岩浆软流体引起。

4.2 重磁数据处理与解释

狼山成矿带重磁剖面勘查分别采用LCR-G型重力仪和GSM-19T型磁力仪，完成重磁剖面探测280km。同时，搜集了狼山地区1∶20万区域重力调查成果数据和1∶5万航磁ΔT原始数据，并且对区域重力和航磁数据进行了三维处理(图7、图8)，结合区域地质资料，解释了重、磁数据处理结果。

剖面Ⅰ高精度重、磁数据处理结果(图7)表明：①磁场值整体较低，场值在零值附近波动，总体呈“北高南低”特征；沿剖面从西北到东南，存在5处局部相对高磁异常，但异常幅度不大，其中南部的两个呈锯齿状的跳动异常，推测由地表穿插分布的老变质岩地层与岩浆岩引起(图7a)。②存在5处明显的高磁性体，推测为高磁性岩浆岩体的反映(图7b)。③重力场总体表现为北段平稳南段变化大，中北部为平稳的相对低缓异常，中南段为相对高异常，南端为大幅度降低的低重力异常。在80km与130km位置存在明显的梯度带，推测前者为宝音图隆起的西边界，后者为河套断陷盆地的北界(图7a)。④存在两处明显的强烈起伏密度界面(图7c)，推测为板块推覆挤压形成的强烈褶皱的反映。

图7 剖面Ⅰ高精度重(Δg)、磁(ΔT)数据处理结果

剖面Ⅱ高精度重、磁数据处理结果(图8)表明：①整体背景磁场值与剖面Ⅰ类似，北部平稳南部磁异常值较高；北端存在2处正负峰值磁异常，推断为超基性岩引起，南部存在多处连续的簇状峰值不等的高磁异常，推测由穿插分布的超基性岩、花岗岩及辉绿岩引起(图8a)。②存在4处明显的高磁性异常体，推测为高磁性岩浆岩体的反映(图8b)。③重力场由北至南总体表现为“高—低、高—低、高—低”波浪起伏式异常曲线特征，推测为板块推覆挤压形成的褶皱基底的反映(图8a)。④存在两处明显的波浪起伏的密度界面异常(图8c)。

图8 剖面Ⅱ高精度重、磁数据处理结果

5 深部地质结构特征分析

狼山成矿带南部处于乌兰布和沙漠和库布齐沙漠北部，中部为黄河河套地区，水系较发育，北部为呈近北东向的狼山山脉。通过综合地球物理勘查，结合区域地质资料，剖析了狼山成矿带的深部地质结构。

5.1 断裂

依据狼山成矿带综合地球物理勘查成果及区域地质资料，共推断出 9条断裂(图9、图10、图11)：①F1(F1′)。位于乌力吉图镇南部，乌拉特中旗、后旗北部，处于重力异常梯度带(图11)，三维反演相对密度差断面(图7c、图8c)和MT二维反演电阻率断面(图9a、图10a)显示该断裂带横向跨度大，宽约30km，向下延伸较深，在东部为东西向，西部为北东向，推断乌拉特后旗—化德—赤峰深大断裂带与温都尔庙—西拉木伦河深大断裂带在此交会，为华北地块与西伯利亚板块两大一级单元的缝合带。②F2。位于黄河河套北缘，分布在“南低北高”的重力异常带上(图11)，MT二维电阻率断面(图9a)显示该断裂向下延伸较深，并呈弧形展布，推断为临河—集宁—喀喇沁旗深断裂。③F3。位于“南低北高”的重力梯度带之F1北侧(图11)，属于中部地槽褶皱系，MT二维电阻率断面(图10a)显示向下延伸较深，呈北东向展布，推断为断陷盆地北缘。④F4和F5。位于宝音图隆起两侧，推断分别为宝音图西缘和东缘断裂(图11)。F4北东端由蒙古国延入本区，经巴音查干至宝音图，南西端切割华北地台北缘深大断裂(图9)；F5与F4平行展布，长约150km，北东端由蒙古国延入本区，经索伦山南缘德日斯至杭盖戈壁，南西端被巴音乌拉山—狼山—色尔腾山南缘深断裂所截(图10)。⑤F6。位于中蒙边境，处于重力异常梯度带与串珠状或条带状航磁异常带(图11)，推断为阿门乌苏断裂(图9、图10)。⑥F7。MT二维电阻率断面(图9a)显示该断裂穿越中、新生代断陷盆地，推断为盆北缘断裂。⑦F8与F9。推断分别为白云鄂博裂陷槽北缘断裂和南缘断裂(图10)。

图9 剖面Ⅰ地质解释

图10 剖面Ⅱ地质解释

图11 狼山成矿带重力异常与MT二维反演电阻率断面推断的深部断裂构造叠合图

5.2 断陷盆地

在F7与F4之间及F2与剖面Ⅰ东南端点间的位置，浅部的反演电阻率呈明显低阻异常特征(图9a)，推断认为，上述低阻异常由断陷盆地的中、新生代地层引起，其中剖面中北部断陷盆地位于华北板块石炭纪陆缘增生区，而东南段断陷盆地即河套盆地。在F1向西北约60km的范围，浅部的反演电阻率呈明显低阻异常特征(图10a)，推断该段为华北板块北缘陆缘增生区，其中F1与F3之间为断陷盆地。

5.3 宝音图隆起

宝音图隆起位于F4与F5之间，地球物理异常特征非常明显，隆起两端呈高密度体凸起(图7c、图8c)，反演电阻率呈高阻两侧低阻的特征(图9a、图10a)。宝音图隆起受深部断裂F4与F5的影响，其内部次生断裂发育，有多期岩浆岩侵入。

5.4 褶皱构造

重力异常三维反演相对密度差断面(图8c)显示，在F1两侧出现明显的波浪起伏式密度异常特征，推测该异常为华北板块与西伯利亚板块接触挤压、在板块缝合带两侧形成的褶皱构造的反映。

5.5 岩浆岩体

狼山成矿带岩浆岩体均表现为高磁性、高电阻率异常特征。剖面Ⅰ航磁异常三维反演相对磁化强度断面指示存在5处高磁性体(图7b)，推断其为岩浆岩体，分别位于剖面西北端和距剖面西北端50、80、105及128km处。MT二维反演电阻率断面(图9a)西北段的2处高阻体及宝音图隆起上部的1处高阻体，应为岩浆岩与古生代及元古代、太古代地层的综合反映。剖面Ⅱ航磁异常三维反演相对磁化强度断面指示存在4处高磁体(图8b)，推断其为岩浆岩体，中心位置分别距剖面西北端20、60、110及133km处，其中距剖面西北端60km处的岩浆岩体规模较大，可能为岩浆岩组合体。MT二维反演电阻率断面(图10a)指示南、北两端分别存在1处高阻体，推断为岩浆岩与古生代及元古代、太古代地层的综合反映；在南侧高阻体之下存在1处向下延伸和规模较大低阻异常体，可能为岩浆软流体的反映(图10a)。

5.6 岩浆软流体(或岩浆通道)

由MT二维反演电阻率断面可见，在F1大于10km深度(图9a)、F1与F9大于20km深度(图10a)位置存在巨大的低阻异常体，呈“上部直立、下部向北倾”，向下可延伸至莫霍面以下，推断为从地幔上涌的岩浆软流体(或岩浆通道)，为岩浆上溢及深部成矿提供了深部地质条件。

6 结论

内蒙古狼山成矿带位于华北板块与西伯利亚板块两个一级大地构造单元交会处，该区域深部构造非常发育、复杂，岩浆岩具有多期侵入且明显受深部断裂构造控制的分布特征。本文通过在研究区开展综合地球物理勘查,研究了区域内深部断裂构造、断陷盆地、高磁性体分布等区域深部结构特征，指明了9条区域深部断裂构造分布位置，圈定了区内高磁性体分布位置。其中F1-F1′化德—赤峰深大断裂带，横向规模大，延伸深度大，是该地区华北板块与西伯利亚板块缝合带的位置。给出了宝音图隆起两侧分布的断陷盆地和南部河套盆地的边界位置。首次发现在华北板块与西伯利亚板块的缝合带深部分布两处岩浆软流体，且向下可延伸至莫霍面以下，推断为岩浆通道，为该区丰富的矿产资源的深部动力源泉。本文的研究成果为在狼山成矿带开展深部找矿及圈定成矿远景区提供了地球物理资料依据，同时对认识中亚造山带也具有重要意义。