怀远—蒙城厚覆盖区基岩深度地球物理推断方法研究

王子豪，陈志东，贾慧涛，黄寄洲，李仁和

(安徽省地球物理地球化学勘查技术院，安徽 合肥 230022)

1 引 言

本次研究区位于蚌埠隆起[1，2]带中部，属华北陆块成矿省(Ⅱ-15)中阜阳-蚌埠铁-金-银-铅锌-煤-金刚石成矿亚带(Ⅲ-64-2)，为皖北重要的成矿带，绝大部分为厚覆盖区。现全球矿产资源勘查已逐渐进入“攻深”阶段，在厚覆盖区开展矿产调查评价工作，前期多以物探为主要手段。本区钻孔资料并不多，因而利用物探资料对基岩深度进行推断，作为了解区内岩体埋深、空间形态及指导找矿工作的依据是具有实际意义的。目前，较常用的基岩深度计算与推断方法为PARKER法[3]磁性或密度界面反演计算法，其它有探地雷达法[4]，电测深法[5]等；PARKER法在大面积基岩深度推断中较后两者高效方便，但精度次之。本次研究将利用等效棱柱体拟合界面进行2.5D反演[6，7]，以此推算研究区基岩深度。

2 地质概况

本区大地构造位置属于华北陆块南缘(Ⅰ级)徐淮地块(Ⅱ级)蚌埠隆起(Ⅲ级)的中段，北邻淮北断褶带，南接淮南断褶带(图1)。

淮北褶皱带；蚌埠隆起；淮南褶皱带；

区域上[8,9]自蚌埠期华北陆块基底固结后进入盖层发展阶段。沉积地层涵盖五河群至第四系，缺失大部古生界地层。以五河群中-深变质岩系建造构成本区基底，分布广泛，基底隆起带上分布凤阳群、八公山群、震旦系、寒武系、奥陶系及石炭系—二叠系地层；中新生代盆地基底分布侏罗—白垩系火山岩，上部为白垩—古近系红层，其厚度由数十米至上千米不等。

区域断裂构造主要以近东西向和近北北东向为主。近东西向断裂大多规模较大，部分为物探推测隐伏断裂，对中生代盆地的展布具有控制作用，主要为正断层或者逆断层，具有长期活动的特点。主要有利辛断裂、刘府深断裂等。近北北东向断层绝大多数为平移断层，个别为正断层，时代较新，具多次活动的特点，燕山早期活动最强烈，燕山中晚期活动减弱。主要有阜阳深断裂、淮北-蒙城断裂、刘庙断裂等。

区内岩浆活动较为频繁，出露的岩体大都集中在怀远以东。而在西部的蒙城、利辛等均为隐伏岩体，主要依靠钻孔揭露。该地区隐伏岩体从基性、中性到酸性岩类均有发育。

3 地球物理特征及反演计算

3.1 密度特征及参数选择

第四系密度最小，与下伏地层、岩体存在较大的密度差异，是引起大面积重力低的主要原因。新近系、古近系及中生界地层与上覆第四系和下伏地层均存在明显的密度差异(密度差在0.2 g/cm3以上)。古生界和中、新元古界地层仅在查区南北两侧零星出露或由钻孔部分揭露，分布区局限性大，不构成区域性密度层。五河群具有高密度特征，据钻孔揭露该套地层在查区广泛分布，可作为一个密度层。

从成岩地质年代分析，同岩性岩石密度由早到晚总体表现为递减趋势，深成岩密度普遍大于浅成岩和喷出岩。ZK001孔岩芯密度(图2)变化说明五河群变质岩密度随着深度的增加而变大，亦能看出其不同岩性密度差异较大。区内出露二长花岗岩类平均密度2.62×103kg/m3，当其达到一定规模时，可引起局部重力低。

根据收集的区内物性资料，对于密度相差较小的地层，由于反演难以区分，故做合并处理，以此确定各密度层的基本值(表1)。

表1 地层密度

3.2 重力异常特征

研究区及周边地区重力场呈近东西向高低相间展布(图3)，主要反映区域构造特征。总体来看，大面积的重力低值区一般为沉积坳陷的反应，具有一定规模的重力梯级带往往是区域性断裂的反应，而大面积的重力高值区可能主要为基底隆起所引起。自北向南分别为蒙城—固镇重力高值区、立仓—龙亢重力低值带、马店—西贾庄—怀远重力高值带、胡集—朱马店重力低值带以及淮南—凤阳重力高值区。区内重力场极大值出现在查区东北角任桥镇附近，极小值出现在查区西侧江集镇附近。

图3 研究区重力异常分布

3.3 数据处理

由收集到的区内物性参数来看，研究区内大部分地层并不是单一的密度界面模型，中生界地层跟上覆新生界及下伏古生界地层都有明显的密度差异，因此不适合采用PARKER法密度界面反演方法。

2.5D反演的模型是任意多边形截面水平棱柱体，切取的剖面密度越大，推算的基岩深度结果就会越准确，但工作量及耗时也会相应成倍增加，综合考虑，本次反演数据以1∶20万重力为基础，根据重力异常宏观走向切取南北向剖面12条，北西向剖面7条(图3)，线距10 km，取值点距100 m。

以收集到的钻孔作为约束条件，结合基岩地质资料，利用切取的剖面重力异常数据进行反演，以重力数据的水平导数确定断裂[10-13]大致位置，对上延后的重力数据作水平导数，确定各推测断裂的深度及倾向。因本次反演区域面积较大，对无钻孔限制的剖面，各密度层使用基本值，已有钻孔及其物性资料的剖面，各密度层数值做相应微调。最终综合物性资料与已有钻孔资料，通过反复验证，得到每条剖面反演结果[14-16]。

区内地层分布相对规律，大部分地区新生界地层直接覆盖于五河群上，只在南部及西北部有中古生界地层存在，部分剖面穿过钻孔揭露的隐伏岩体，因此重力2.5D反演初设模型一般都较为简单。以Ⅰ线为例(图4)，推断地质剖面显示五河群上为第四系，重力异常主要由五河群的隆起造成，推断的第四系厚度约200 m；由视S波速度-深度图[17,18]可见,视S波速度基本随深度的增加而增大，宏观上呈层状分布，大致可划分0～200 m、200～720 m、720 m以上三个速度层；推断第四系厚度与微动第一速度层大致相同，由ZK001钻孔测得第四系厚度为189.01 m，三者符合度较好。故以此方法在全区进行重力2.5D反演是可行的。

图4 Ⅰ线推断地质剖面(附视S波速度-深度剖面)

图5为选取的部分典型反演剖面图，其中30线和40线位于研究区中部，可以看出区内南部中生界地层基本缺失，新生界地层直接覆于五河群地层上；160线位于研究区东北部，新生界地层下伏中生界、古生界地层；五河群的起伏是引起重力异常的直接原因。图6为本次反演剖面平面图。

图5 典型重力2.5D拟合剖面

图6 重力反演剖面平面

反演完成后，提取每条剖面中生界基岩面深度值，网格化[19]后得到基岩深度图。

4 成果阐述

4.1 基岩深度概况

反演结果[20](图7)显示区内与成矿关系密切的五河群变质基底在区内广泛存在，存在西北、中部两个沉积区：

图7 推断基岩等深

1)西北部沉积区位于江集-楚店集一带，五河群之上覆盖新生界、中生界地层，基岩最大深度达到1 500 m，以深度500 m圈定的范围达到170 km2，是地质上阜阳盆地东端的反映。

2)中部沉积区位于马店-立仓-龙亢一带，大致北东走向，五河群上为新生界地层，以深度500 m圈定的范围约1 800 km2，基岩最大深度约1 500 m，由南北两侧向中间深度急剧增加，南部下降梯度约100～270 m/km，北部基本上在70 m/km，是受东西构造控制的断陷特征，与地质上的立仓盆地相符。

沉积区之处，西部新生界地层直接覆盖于五河群变质岩之上，一般厚度小于300 m。北部新生界地层下伏中生界、古生界地层，一般厚度小于400 m。南部马店-西贾庄-怀远一带第四系松散层直接覆盖于五河群之上，其厚度刘圩附近约190 m，西贾庄附近一般在400 m以上，马店附近的西潘楼钻孔揭露第四系厚度510 m，总体自东至西厚度逐步增加；夹持于近东西向刘府与怀远两大断裂构造之间，其被南北向、北东向、北西向断裂错断，区域上形成断块结构，基岩呈狭长带状。东南部零星出露新元古界和古生界地层，下伏五河群变质岩，其北部怀远县附近第四系直接覆盖于五河群之上，一般厚度小于100 m。

4.2 精度评价

与区内搜集到的已知钻孔(54个)对比，反演基岩深度与实际最大差值为68 m，基岩深度均方误差为±20 m。从约束条件上看，靠近已知钻孔或露头的地方推测结果精度较高；平面及垂向上推测结果以五河群与沉积地层或岩体与沉积地层的推测界线精度最高，沉积地层之间的推测界线误差相对较大。

5 结 论

1)反演处理中，初始模型的建立是基础，解释过程中加强其他物探方法及地质资料的运用，能提高反演的精度，本次搜集的钻孔在研究区内分布并不均匀，没有或远离钻孔的区域的基岩深度推测精度相对稍低。

2)要密切注意反演过程中各剖面的关联性，地层及岩体的远近端坐标值应综合参考收集到的地质资料进行设置。

3)因研究区范围较大，不同地区的地层密度有差别；同一地层，随深度的增加，其密度亦在变化，此现象在中东部五河群隆起区尤为突出，若有实际物性参数支持，在此区域对五河群地层作变密度反演处理应更为合适。

总体上看，推测结果能有效反映基岩深度的相对变化趋势(尤其是平面上的变化)，能为3D地质建模及筛选找矿远景区提供有效的参考依据。