胶东地区重磁场特征及地质解释

2024-02-01伊飞马丽新高莲玉董健胡韬王金辉

山东国土资源 2024年1期

伊飞,马丽新,高莲玉,董健,胡韬,王金辉

(1.山东省公共资源交易中心(省政府采购中心),山东济南 250013;2.山东省地质调查院,山东济南 250013;3.山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队,山东济南 250013)

0 引言

山东胶东地区是世界第三大金矿区,金矿储量巨大,成为国内外众多学者重点研究区域[1-6]。在过去的十几年间,随着地质矿产勘查程度的不断提高,区内调查研究在地层、构造、岩石等诸方面都取得了一系列的突破性进展[7-11],使得其地质面貌发生了质的变化,人们对地质现象的认识向前迈了一大步[6-8]。在地质认识不断提高的进程中,物探工作手段发挥了重要作用,重磁电等地球物理资料在研究隐伏岩体、断裂构造分布特征等方面有着不可或缺的作用[12-20]。本文对胶东地区已完成的1∶20万重力、航磁测量以及大量的物性资料进行系统整理,分析重磁场与断裂构造之间的关系,探讨重磁异常的成因,进行地质解释,为该区岩体的圈定、构造单元的划分提供借鉴。

1 地质背景

胶东地区隶属华北地层大区晋冀鲁豫地层区鲁东地层分区,出露太古宙、元古宙基底变质岩系、中生代白垩系及新生代古近系、新近系及第四系,缺失中元古代、古生代及中生代早期的地层。太古宙地层发育有中太古代唐家庄岩群和新太古代胶东岩群,呈大小不等的包体状产出,分布局限,且在露头和区域尺度上均不连续。元古宙地层区内分布较为广泛,发育有荆山群、粉子山群、芝罘群和蓬莱群,地层走向以NE向和EW向为主,少量NW向,与上、下岩系多为沉积不整合或构造接触,或呈包体状赋存于后期岩体中。中生代白垩系地层自下而上可分为莱阳群、青山群、王氏群,各群间皆为角度不整合接触,与下伏岩系多为角度不整合或断层接触,其上未见顶,多为第四纪覆盖;新生代地层自老至新可分为五图群、临朐群及第四系各组,其间为不整合接触关系。

1—全新统;2—更新统;3—白垩系;4—震旦系;5—古元古界;6—太古界;7—早白垩世岩体;8—晚侏罗世岩体;9—中侏罗世岩体;10—晚三叠世岩体;11—新元古代岩体;12—新太古代岩体;13—中太古代岩体;14—辉长岩;15—花岗岩;16—正长岩、二长岩;17—闪长岩;18—片麻岩;19—潜火山岩类;20—断层;21—推测断层;22—地质界线。图1 胶东地区地质简图

区内各不同时代的深成岩体和变质表壳岩石广泛发育,构造复杂。总体看来,太古宙岩系多以强烈的中深层次的韧性变形为特征,形成了广泛分布的太古宙构造片麻岩,其变形机制为伸展体制下的横向构造置换。元古宙的变形则以纵弯机制为主的褶皱变形为特征,应力场方位不同、强度有异,显现出复杂的叠加干涉图像。中生代的变形则以浅层次或表层次的脆性破裂为特征,断裂以NE向、NNE向为主,著名的三山岛断裂、焦家断裂、招远-平度断裂、牟平-乳山断裂等均为此走向,其应力场以扭性和压扭性为主,其内赋存着丰富的金矿床。不同世代的构造形迹其特征骤然有别,相互叠加、改造、复合的结果,构成了胶东地区的构造格局。

2 岩(矿)石物性参数特征

以往地质矿产勘查过程中积累了大量的岩矿石物性参数,本次研究工作收集了前人所测的物性数据和近年来胶东地区开展调查评价工作中测试的具有代表性的物性数据,成果如表1、表2所示。

表1 胶东地区地层岩石密度、磁性参数统计表

表2 胶东地区岩浆岩岩(矿)石密度、磁性参数统计表

2.1 岩(矿)石的磁性特征

从胶东地区地层岩(矿)石密度、磁性参数统计表可以看出(表1),地层中唐家庄岩群的磁性最强,平均磁化率为1398×10-6·4πSI,平均剩余磁化强度(简称剩磁)为405×10-3A/m;白垩纪青山群中安山岩、流纹岩磁性中等,平均磁化率分别为464×10-6·4πSI、715×10-6·4πSI,平均剩磁分别为462×10-3A/m、283×10-3A/m。王氏群、莱阳群、蓬莱群、芝罘群、粉子山群、荆山群的磁性均较低,平均磁化率均小于100×10-6·4πSI,平均剩磁均小于20×10-3A/m。玄武岩和橄榄霞石岩的磁性,均属于强磁性,但是这两类岩石在胶东地区零星分布。因此在磁场上,唐家庄岩群一般反映为高磁异常。青山群因其磁性变化较大,一般反映为正负跳跃磁场或杂乱变化的磁场;王氏群、莱阳群、蓬莱群、芝罘群、粉子山群、荆山群一般反映为较平缓的波动磁场。

变质岩各种岩性中所含铁磁性矿物及结构构造有很大差异,导致磁性极不均匀。浅粒岩、变粒岩磁性微弱,一般小于10×10-6·4πSI,在磁场上表现为平稳低磁场特征。角闪岩类磁性较强,磁性变化范围也较大,斜长角闪岩磁化率平均值为794×10-6·4πSI,变化范围为(26.8～35960)×10-6·4πSI;剩磁也较大,平均值为222×10-3A/m,变化范围为(0～9225)×10-3A/m,表明斜长角闪岩类磁性强而不均匀,在磁场上一般表现为杂乱跳跃的正磁场特征。片麻岩类磁性介于二者之间,磁化率平均值在(100～400)×10-6·4πSI,属于中等磁性,在磁场上一般表现为弱的波动磁场特征。

从胶东地区岩浆岩(矿)石密度、磁性参数统计表可以看出(表2),侵入岩中基性—超基性、中性侵入岩的磁性很高,磁化率和剩磁分别为1085×10-6·4πSI和1780×10-3A/m;中酸性侵入岩磁性一般,磁化率和剩磁分别为494×10-6·4πSI和95×10-3A/m;酸性侵入岩的磁性较低,磁化率和剩磁分别为259×10-6·4πSI和62×10-3A/m。玲珑花岗岩类磁性相对较低,磁化率平均值一般在(130～260)×10-6·4πSI,在磁场上一般表现为平稳的低磁场特征;郭家岭超单元的花岗闪长岩类,磁性相对较强,磁化率一般在(230～350)×10-6·4πSI,剩余磁化强度也较强,一般为(50～150)×10-3A/m,在磁场上一般表现为杂乱的正磁场特征。总体上看,基性—超基性、中性侵入岩一般反映为高磁异常,中酸性侵入岩一般反映为波动磁场,酸性侵入岩一般反映为低缓平稳的磁力低异常。

断裂构造带内,碎裂岩及蚀变岩类的磁性,与原岩相比会有明显降低,磁化率一般都较低,这是由于断裂的挤压及热液蚀变,破坏了原岩的磁性,使原岩退磁的结果。这样,在磁场上一般会表现为条带状的低负磁场或较断裂带两侧的磁场有所降低。一般情况下,断裂构造带上的磁场为负磁异常或低于两侧的条带状低磁异常或等值线梯级带。等值线梯级带的特征一般下盘呈条带状或条带状正高磁场,上盘为平稳的低缓正磁场或负磁场。另外,断裂形成过程中有磁性岩脉侵入,也会形成低负磁异常中的带状或串珠状的高磁异常带。从已探明的金矿床来看,金矿床绝大多数分布在平缓的弱磁场区或负磁场区。

2.2 岩(矿)石的密度特征

从表1可以看出,白垩系的平均密度为2.60×103kg/m3,粉子山群和荆山群的平均密度均为2.78×103kg/m3,唐家庄岩群的平均密度为2.93×103kg/m3,胶东群变质岩的密度为2.80×103kg/m3,可见地层之间密度变化较大。白垩系与粉子山群、荆山群之间存在0.18×103kg/m3的密度差,白垩系与唐家庄岩群之间存在0.33×103kg/m3的密度差,当白垩系与这3个地层以断裂或较陡的不整合界面在水平方向接触时,当它们的厚度和规模达到一定程度时,就会在接触界面附近产生重力异常,较新地层一侧反映为重力低异常,较老地层一侧反映为重力高异常,两者过度地段将产生重力梯级带。如果它们呈垂直接触关系,白垩系厚度的变化也会产生相应的重力异常,变薄就会使重力值降低,增厚则会使重力值升高。粉子山群、荆山群与唐家庄岩群之间存在0.15×103kg/m3的密度差,若两者水平方向接触,亦可产生相应的重力异常。

眼下，这样貌似关切的话语出自他自己的嘴他多少觉得有些怪异和飘渺。她或许并不需要。彼此的心外罩着厚厚的玻璃罩子，透明却不相通。看着她，就像看着一个熟悉的陌生人，脑海里翻寻着似曾相识的过往，一丝一缕，却哪里还能找回记忆呢？

从表2可以看出,酸性侵入岩(玲珑花岗岩等)的密度为2.60×103kg/m3,中酸性花岗岩(花岗闪长岩)的密度为2.63×103kg/m3,中性侵入岩的密度为2.71×103kg/m3,基性—超基性侵入岩的密度为2.93×103kg/m3。可见酸性、中酸性、中性侵入岩之间的密度差异很小,一般为(0.03～0.09)×103kg/m3,很显然,它们相互接触时一般不会产生明显的重力异常。但它们与基性—超基性侵入岩体之间却有(0.33～0.42)×103kg/m3的密度差,存在一个明显的密度界面,当它们水平方向接触时,只要达到一定规模就会产生重力异常。

粉子山群、荆山群、变质岩类的密度值基本相当(仅片麻岩略偏低,斜长角闪岩稍偏高),这些岩石相互接触一般不会产生明显的重力异常,与侵入岩体之间存在着明显的密度界面。当它们相互接触时,就会在其接触界面处产生明显的重力异常。酸性—中酸性—中性侵入岩产生重力低异常,粉子山群、荆山群、变质岩则产生重力高异常。在花岗岩分布区,反映为明显的重力低异常,变质岩和粉子山群、荆山群分布区,则反映为明显的重力高异常。利用重力异常可以圈定出老变质岩系和花岗岩类的分布范围。

3 区域重力场特征

从胶东地区布格重力异常图(图2)可以看出,重力场呈现3个特征:一是强烈波动性;二是NE走向高低相间的分带性;三是胶莱盆地重力高与胶北、胶南隆起重力低的“反常”性。

图2 胶东地区布格重力异常图

3.1 强烈波动性

胶东地区重力场与鲁西重力场相比,表现为高重力背景上的强烈波动重力场,背景值平均在(10～20)×10-5m/s2。这种大范围的区域重力场的巨大差异,表明了沂沭断裂带两侧地壳结构的巨大差别,充分表现出沂沭断裂带对地壳运动的巨大控制作用。

胶东地区布格重力场值变化范围较大,全省重力场的最高点,莱西市南大望城重力高异常即位于本区内,布格重力异常高达34×10-5m/s2。胶西北玲珑岩体内重力场值小于-27×10-5m/s2,重力差达61×10-5m/s2,重力场跌宕起伏,高低相间。该区处在华北板块与秦岭-大别-苏鲁造山带两个一级构造单元接触部位,构造活动强烈,导致花岗岩侵入不均衡,岩体规模、厚薄不等,地壳运动此起彼伏,升降幅度各异。

3.2 NE走向高低相间的分带性

胶东地区重力场自西向东可分为6条NE走向的高低相间的重力异常带,依次为蓬莱-龙口-莱州重力高,艾山-玲珑岩体重力低,烟台-栖霞-莱阳-胶州重力高,伟德山-昆嵛山-招虎山岩体重力低,荣成-即墨南重力高,大店-崂山岩体重力低。

重力场的分带走向决定了本区重力异常多为NE走向,NW向和EW向次之。同时,也反映了本区地质构造的分带性和其走向以NE向为主。根据胶东地区的物性资料,重力高为高密度的太古宙-元古宙变质岩群(胶东岩群、荆山群、粉子山群等)的反映,重力低为相对低密度的玲珑、郭家岭、栖霞、伟德山、崂山、荣成等超单元中酸性岩浆岩体引起。

在以上NE向分带现象的同时,还可以看到沿招远—栖霞—文登一线有一明显的重力低带,烟台-胶州重力高带在栖霞一带也出现了较宽大的重力低鞍部,牙山岩体即分布其中。同时,艾山岩体与玲珑岩体重力低异常在此线处有一明显的错动,EW向构造带大致与栖霞复背斜的轴部相吻合。

3.3 胶莱盆地重力高与胶北、胶南隆起重力低的“反常”性

胶东地区中西部的重力高异常区大致对应于胶莱盆地区,四周重力低区对应于胶北、胶南隆起。按照一般规律,坳陷区由于沉积了低密度的新生代地层,在重力场上应反映为重力低,而隆起区由于高密度的老地层隆起应反映为重力高,但本区却出现了相反情况。

胶莱坳陷内沉积有几百米至数千米厚的低密度的中新生代地层,胶莱盆地低密度、厚300～5000m的中生界直接覆盖在高密度的变质岩之上,莱阳群、青山群、王氏群所引起的重力降远远低于其他地区复式花岗岩体和新生界松散层引起的重力降,导致胶莱坳陷的重力场高于其他地区。区域内重力场在重力高背景上的波动,取决于中生界的沉积厚度,厚度小的地段由于高密度的变质基底岩系(荆山群)上隆引起重力场升高,如莱阳北、莱西南等地;反之则为重力低,如莱阳南等处。

重力场分布特征与金矿床有明显的对应关系,据《山东省金矿资源总量预测报告》资料,矿化分布在(0～30)×10-5m/s2范围内,而(-8～2)×10-5m/s2为弱矿化区,(2～20)×10-5m/s2为矿化集中分布区。已知矿田单元与重力值相对变低或增加的“鼻状区”有对应关系,且宽缓梯度变化的负“鼻状区”对矿化的指示意义尤为明显。

4 区域磁场特征

从胶东地区航磁异常ΔT等值线图(图3)可以看出,磁场呈现以下几方面特征:

图3 胶东地区航磁异常ΔT等值线图

4.1 胶北地区的磁场特征表现为磁力低背景上的波动场

该区大面积出露变质岩和中酸性岩浆岩,这些岩石的磁性平均值都较小(郭家岭超单元除外),故表现为低背景,但由于很多岩石的磁性变化范围较大,故呈现出波动性。区内有两处磁力高的区域:在莱州西南地段有许多中、小型磁铁矿及变质岩中较强磁性的斜长角闪岩含量增多,导致磁场升高、波动性加剧;在艾山-蓬莱东地段有一SN向的带状磁力高区,这是中等磁性的郭家岭超单元花岗闪长岩的反映。

4.2 胶南地区的磁场特征表现为磁力高

由地质资料可知,胶南隆起区大面积出露各种侵入岩体和青山群火山岩,变质岩以零星残片状保留在二长花岗岩体中。物性资料表明,胶南地区崂山、伟德山、月季山、雨山、大店、荣成等超单元的中酸性岩和碱性岩多数磁性较强,青山群火山岩也为强磁性并且剩磁强的地质体,故引起磁力高。

4.3 胶莱盆地的区域磁场特征呈现剧烈的波动性,整个磁场十分杂乱

单个异常面积不大,但强度较高,高者为正几百至几千纳特,低者则为负几百至负上千纳特,而且往往高低相伴,几乎每个正异常北侧都伴有幅值很大的负异常。这是典型的火山岩的磁场特征,在盆地边部青山群分布地区表现的尤为明显。因为火山岩磁性强、离散性大,尤其剩磁强,在斜磁化、反磁化的作用下使得磁场异常杂乱。在莱西市南、莱阳北、高密东、胶州南等地各有形态较规则的磁力高异常,这是变质岩(荆山群)上隆所引起,荆山群中斜长角闪岩含量增加和野头组中含磁铁层位所致。