基于磁场响应的淮南舜耕山断裂带分布规律研究

王志恒 焦锴杰 朱为赟 黄艳辉 白泽

摘要：基于磁法勘探测量精度高、野外磁测成本低和见效快等优点，本文利用高精度磁测工作流程开展舜耕山断裂带纪家山段分布规律研究。结合区域地质背景和现场踏勘综合分析，结果表明：（1）该区域磁异常（ΔT）总体上呈现北正南负的格局，北部呈现出铁磁-顺磁性正磁异常的宏观磁性特征，南部呈现出抗磁性负磁异常的宏观磁性特征。（2）舜耕山断裂带纪家山段断层属于逆断层，走向为北偏东62°方向，断层以北为红色二叠系石英砂岩，断层以南为奥陶系灰色厚层石灰岩或白云岩。

关键词：舜耕山断裂；逆断层；磁法勘探；磁异常

舜耕山断裂带位于淮南市的南部，是淮南煤田的边界，也是华北板块与华南板块的交界处[1]。目前该区域仅有少量野外露头可供观察，前人基本采用地质填图方法研究舜耕山断裂带的分布情况，缺乏宏观细致的整体地质构造认识。因此，本文以舜耕山断裂纪家山段作为研究对象，从野外踏勘入手，了解区域内地层、构造基本分布情况。以此为基础，采用磁法勘探的各项工作流程即数据采集、资料整理、异常计算和地质解译等，分析出淮南舜耕山断裂带的磁场响应特征，厘清了淮南舜耕山断裂带分布规律，可以进一步为淮南煤矿的勘探开发、淮南区域的地质灾害防治，提供重要的地球物理场支持。

1 数据采集

本次工区位置位于淮南市纪家山处，附近的舜耕山断裂带部分位置出露特征清晰。在断裂带两侧可见碎裂岩、碎粒岩和碎斑岩等，局部甚至分化成断层泥。断层上盘发育着奥陶系灰色中厚层白云岩和石灰岩，靠近断层面附近岩石节理发育，并且可见碎裂成不同程度的岩块、角砾（图1），断层下盘发育最近的是二叠系上石盒子组石英砂岩（图2）。

基于舜耕山断裂在该处近似东西走向，周围地形起伏多变，因此测线方向布置为北偏西28°，共布设2条测线，其中点距5m，线距200m，①号测线长175m，②号测线长120m（图3）。本次现场测试仪器采用CZM-5质子磁力仪，数据采集过程严格遵守《地面高精度磁测技术规程》DZ/T 0071-93，具体过程：（1）现场测试之前，所有磁力仪均需进行噪声水平测定（静态试验）、观测误差测定（动态试验）和仪器一致性测定，保证仪器测试精度可靠。（2）按照日变观测→早基点观测→普通点观测→补充点观测→检查点观测→晚基点观测的测试顺序，依次采集各测试点的磁场强度，并记录对应的观测时间。

2 数据处理

为了得到地下磁场不均匀的地质体产生的异常，需要进行普通点观测资料的整理，即普通点与基点相对磁异常的求取[4-5]。在此过程中，必须消除外界变化场源的磁场干扰和野外观测误差，即日变改正和综合影响改正。

2.1读数差计算

将每个普通点观测平均读数减掉早基点的平均读数，得到读数差。

2.2日变改正

离地表100-120km的高空大气层受到太阳光照射发生电离作用，在地球磁场影响下，形成电离层，其产生的短周期变化磁场（日变）包含在任意观测点的总磁场中，日变的平均幅度为n-n×10nT[6-7]。因此，在野外观测中，选择了所有磁力仪中性能最好的仪器作为日变站观测仪器，通过设置自动采样间隔1分钟，得到日变站不同时刻ti的总磁场，并且保证观测时间覆盖了野外磁场全过程，即最早工作和最晚收工。以ti为连接线，将测区观测仪和日变站仪器的观测值进行比对，得到日变改正值Δ1i。

2.3综合影响改正

CZM-5质子磁力仪不受温度作用，不产生零点漂移。但是对早基、晚基进行日变改正后，仍然产生非零的差值，即综合影响误差。它是操作误差、仪器噪声误差、仪器一致性误差和日变改正误差的综合反映[8]。

此Δ2可以根据时间分配到任意普通点上，其改正值为

上式中：是早基和晚基读数时间差；，分别是任意普通点和早基点的观测时间。

则相对磁异常ΔTi为：

经过上述校正后得到各个普通点的相对磁异常ΔTi，如表1所示。

3 地质分析

3.1 磁异常（ΔT）剖面图

①号测线以测点18/1为分界，北部ΔT平均值为17nT，其最大正磁异常值位于1/1测点，达到55.5nT，呈现正磁异常特征；南部ΔT平均值为-23nT，呈现负磁异常特征，其最小负磁异常值位于28/1测点，达到-53.7nT。与此分布情况类似，②号测线以测点12/2为分界，北部ΔT平均值为12nT，其最大正磁异常值位于1/2测点，达到43.0nT，呈现正磁异常特征；南部ΔT平均值为-18nT，，其最小负磁异常值位于25/2测点，达到-33.5nT，呈现负磁异常特征。总体上，两条测线磁异常均表现出北正南负的分布规律（图4）。

3.2 磁异常（ΔT）平面等值线图

舜耕山断裂带纪家山段磁异常（ΔT）平面等值线图总体上呈现北正南负的分布特征，其①②號测线分别以18/1和12/2为正负磁异常平面分布的分界（图5）。其中①号18/1测点位置正好对应舜耕山断层出露点，出现明显的断层野外识别标志，即强烈构造挤压发育的碎裂岩和断层泥，因此判断18/1、12/2两个测点是舜耕山断裂带在①、②号测线的断点位置。结合现场地质踏勘，认为北部为红色二叠系石英砂岩，具有铁磁-顺磁性特征，呈现出正磁异常的宏观磁性；南部为奥陶系灰色厚层石灰岩或白云岩，具有抗磁性特征，呈现出负磁异常的宏观磁性；该段断层走向为北偏东62°方向，属于逆断层。

4 结论

利用磁法勘探研究淮南舜耕山断裂带分布规律，结论如下：

（1）舜耕山断裂带纪家山段磁异常（ΔT）总体上呈现北正南负的分布规律，北部呈现出铁磁-顺磁性正磁异常的宏观磁性特征，南部呈现出抗磁性负磁异常的宏观磁性特征。

（2）舜耕山断裂带纪家山段断层属于逆断层，走向为北偏东62°方向，断层北部为红色二叠系石英砂岩，南部为奥陶系灰色厚层石灰岩或白云岩。

参考文献：

[1] 黎志豪， 许光泉， 高加林，等. 安徽淮南舜耕山岩溶发育特征及其塌陷模式[J]. 中国地质灾害与防治学报， 2018， 29（2）： 86-93.

[2] 谭静， 李加好， 陈守文，等. 郯庐断裂带肥东段第四纪活动特征及最新活动时代[J]. 地质科学， 2022， 57（2）： 356-374.

[3] 张壹. 淮南舜耕山断裂泉山段地质构造特征[D]. 淮南：安徽理工大学， 2016.

[4] 李光晓. 磁法勘探在玉门市某地区矿产远景调查中的应用[J]. 世界有色金属， 2022（15）： 118-120.

[5] 任政勇， 柳建新， 岳国璇，等. 重力与磁法在有色金属矿产勘探中的研究进展[J]. 中国有色金属学报， 2023， 33（1）： 240-260.

[6] 倪晓寅， 洪旭瑜. 华南地区地磁预测方法预测指标体系的初步应用[J]. 华南地震， 2022， 42（4）： 60-66.

[7] 李应清. 高精度航磁在西南天山南段找矿中的应用[J]. 新疆有色金属， 2022， 45（5）： 32-34.

[8]谢汝宽， 熊盛青， 段树岭. 基于航磁矢量数据的磁源总磁化方向估算[J]. 地球物理学报， 2021， 64（9）： 3368-3378.

[9] 郭文仲. 物探磁法在区域地质调查中的运用探析[J]. 世界有色金属， 2021（21）： 105-106.

基金项目：安徽理工大学2021年大学生创新创业训练计划项目，名称“淮南舜耕山断裂的重磁响应分析”（编号202110361005）；安徽理工大学2021年大学生创新创业训练计划项目，名称“基于复合神经网络的测井储层评价方法研究”（编号S202110361008）

作者简介：王志恒（1999—  ），男，河南新乡人，硕士在读，研究方向：多波多分量地震技术。