重力勘探在地质构造解释中的应用研究-以晋中盆地为例

重力勘探在地质构造解释中的应用研究——以晋中盆地为例摘要：文章通过对重力数据进行必要的处理，分析重力场特征，并结合已知地质、物性参数及磁法资料，探讨了重力勘探在推断沉积盆地及断裂构造等地质问题中的应用，从而为地质调查提供一定的参考依据。关键词：重力勘探；地质构造；晋中盆地；断裂1引言重力勘探是一种常用的地球物理方法,是利用组成地壳的各种地质体的密度差异所引起的重力变化而进行地质勘探的一种方法。在地质研究中，重力资料及解释成果已被广为应用，如研究基底的起伏和构造，圈定沉积盆地范围，研究沉积岩系各密度界面的起伏和内部构造[1-3]。本文在重力资料分析处理的基础上，以重力资料为主要依据，同时参考地质和其他物化遥等资料，探讨重力测量资料在推断沉积盆地、断裂构造等地质问题中的应用和重要指导意义。2大地构造背景山西省地处华北板块的中部，地貌特征表现为东部山地、西部高原和中部裂陷盆地，中部裂陷盆地几乎贯全省，从北到南依次有大同盆地、忻定盆地、晋中盆地、临汾盆地、运城盆地，受中生代构造控制，构造线方向呈北东向展布，诸盆地呈北北东—南南西向斜列。新生代喜马拉雅期构造运动总体表现为在拉伸构造体制下，以继承性断裂和地壳间歇性抬升为主导运动形式。使得太行山脉、太岳山脉、吕梁山脉等山体整体抬升，临汾、晋中、长冶盆地等地整体陷落，造就了抬升山体遭受剥蚀和断陷盆地接受沉积，奠定了现今盆岭构造景观和河流网络格局。晋中盆地及周边出露地层主要为新生界、古生界，零星出露前寒武纪地层[4-5]。3物性特征3.1各密度层的特征由收集及采集物性标本参数可知，地层及岩浆岩密度，有以下几个密度界面：（1）第四系（平均σ=1.72g/cm）与新近系（平均σ=1.91g/cm）所形成的界面。二者存在0.19g/cm左右的密度差，在新生代各大盆地中广泛分布，规模较大。（2）新近系（平均σ=1.91g/cm）和结晶基底（平均σ=2.68g/cm）之间构成的界面。据以往资料，新生代谷盆地中的基岩以结晶基底为主，二者存在0.77g/cm3左右的密度差，这是区内很主要的密度界面。（3）三叠系—石炭系（平均σ=2.56g/cm）与下古生界（平均σ=2.71g/cm）形成的界面，二者存在0.15g/cm左右的密度差。（4）侵入岩密度值总的变化规律是由酸性→基性，密度值依次增高。侵入岩中的酸性、中酸性和部分偏碱性岩的密度值大多在2.42-2.60g/cm，与下古生界—中太古界相比存在0.11-0.29g/cm3的密度差，所以，下古生界—中太古界各层分布有上述具一定规模的侵入岩时，都显示重力低异常。3.2磁参数特征物性标本参数可知区内地层及岩浆岩磁化率值，共分三个磁性层：（1）无磁性层：包括第三系、第四系松散沉积和中生界、古生界及中上元古界，其中个别地层也显示有极弱的磁性。（2）弱磁性层：是指下元古界及上太古界地层，磁化率值一般为10-50×10-64πSI，野鸡山群的磁化率较高，为672×10-64πSI，原因是该群原岩含基性火山岩。（3）中强磁性层：本区指中太古界界河口岩群，磁化率值达到1216×10-64πSI，与上太古界有明显的磁性差异。所以，区内地层存在两个较明显的磁性界面。其一是沉积盖层与褶皱基底之间的磁性界面；其二是上太古界与中太古界之间的磁性界面。侵入岩因其岩性不同而有明显的磁性差异，即使是同一时代的同一种岩性也存在较大的磁性差异，但总的规律是由酸性→中性→基性→超基性，磁化率值由低依次增高。它们与地层的磁性差异，需视具体情况而定[6-8]。综合上述地质、构造、岩浆岩、重磁场特征及物性等信息，认为巨厚的中、新生代盆地一般显示为较强的重力低，磁场多为负磁异常。岩体多呈近等轴状或椭圆状的异常（或局部扭曲部位），酸性岩体多呈重力低，磁场或为弱异常；基性岩体多呈重力高，磁场多为强磁异常。活动区内，中新生代地层、火山岩分布区及中酸性侵入岩大范围分布区之下的隐伏老地层、老基底隆起一般显示为局部重力高，磁场多为正磁异常。沉积区的背斜构造隆起带显示具有一定走向的重力高带或局部正异常带。若为中太古界地层，磁场也呈现磁力高带。有一定分布范围并出露地表（或第四系覆盖下）厚度不大的老地层推覆体，有时并不显示为重力场高异常。具体显示特征与周围地层、岩性、构造等密切相关。上述地层及岩石密度、磁性差异为重力工作提供了很好的物性前提。4数据分析及解释推断4.1重磁场及地质特征分析由图1-A可以看出，布格重力异常均为负值，整个场幅值变化于-175×10-5m/s2～-121×10-5m/s2，北西和南东显示为低缓重力高，中部显示为显著重力低。异常整体走向北东，形态似箱状。高低异常间为明显重力梯级带，北西侧梯级带较南东侧密集。由图1-C可以看出，航磁反映为封闭的宽缓负磁异常，强度在-50nT～-100nT之间。祁县为封闭正磁场，强度为50nT。由图1-D可以看出，低异常区大面积出露第四系（ρ=1.69g/cm）和新近系（ρ=1.86g/cm）沉积物。周边主要出露三叠系（ρ=2.58g/cm）和二叠系（ρ=2.55g/cm），南端东西两侧有奥陶系（ρ=2.71g/cm）出露。4.2解释推断依据上述重磁资料及以往深部构造资料，结合地质构造、地层、岩浆岩等特征，推断该异常为新生界沉积物引起，沉积厚度大。认为重力场清楚地反映了中新生代裂谷盆地的形态和范围，南部基岩界面比北部浅。为了解释剖析异常，在此异常上截取了剖面，对剖面进行了正反演曲线拟合。从图2可以看出，剖面呈北西向展布（149.85°），剖面穿过异常中心部位，长约48km。重力相对低异常（黑色）范围宽，幅值依次减小。在约16km处都有极小值，根据地表出露地层、岩性及实测物性密度资料，作2.5D理论反演拟合。新生界横截面整体似不对称箕状，北西侧较南东侧陡立，沉积厚度大，自北东至南西沉积减薄。确定断裂的标志：1）重磁异常梯度带；2）不同类型重磁异常分界线；3）沿一定走向呈串珠状出现的局部重磁异常分布带；4）有一定走向的重磁异常（异常轴线）错动线；5）重磁异常等值线同形扭曲；6）布格重力异常垂向二阶导数图上的正负异常之间的界线等。5结论通过重力测量在晋中盆地推断解释中的应用和研究，认为重力测量资料对区内沉积盆地、断裂构造等反映较为明显。研究区内基本为新生界覆盖，重力测量可以较好地对构造格架和隐伏断裂进行划分。参考文献：[1]张亚东.区域重力调查在冀西北地区地质勘探中的应用研究[D].北京:中国地质大学(北京),2006.[2]中华人民共和国国土资源部.DZ/T0082-2006.区域重力调查规范[S].北京：地质出版社,2006.[3]曾华霖.重力场与重力勘探[M].北京:地质出版社,2005.[4]赵祯祥,潘永胜,孙占亮,等.山西省1∶50万构造岩浆岩图说明书[R].山西:山西省地质勘查局,2008.[5]续世朝,武铁山,赵祯祥,等.山西省1∶50万地质图说明书[R].山西省地质勘查局,2