2019, Vol. 28
PDF
重力勘探作为一种成熟的地球物理勘探方法已广泛地应用于解决各种地质问题的工作中，在地质构造研究、矿产资源勘探、总结成矿规律等方面发挥了卓有成效的作用[1-15].对于单纯地依据重力异常、组合的重力高异常，结合实地地质调查研究空间地质构造特征，进行地质体主成分相与空间地质构造成生与演化的研究还不多见.笔者根据在内蒙古东北部森林沼泽浅覆盖区1: 5万火山岩地质填图工作中取得的对重力高异常组合的成因分析，结合对该区地质构造的综合认识所取得的研究成果，揭示了该区重力高异常组合反映的空间构造地质意义.
1 重力异常的地质意义通过地面重力勘探获得的布格重力异常是地球内部密度不均匀体所产生重力异常效应的总和.布格重力异常包含了地球表层、浅部、中部及深部的异常信息，应用延拓、滑动趋势分析、匹配滤波、小波多尺度分解等多种处理方法均可以分离出与表层、浅部、中部及深部相关的重力异常.对分离出的各种不同深度的重力异常结合区域地质、矿床地质、深部地质及其他地球物理和地球化学资料进行面向能源、资源地质问题以及深部地质结构的研究，推断与成矿作用相关的构造及地质体具有重要的地质意义.
在处理重力异常和相关成果图的制作过程中，由于设定了背景值和不同强度等级的异常下限，消除或屏蔽了异常强度层级以下部分（地球深部、中深部、中浅部）地质体的作用和影响，显示出异常强度层级以上部分地质集合体的重力场特征.随着异常强度层级的提高，重力异常反映的地质集合体逐渐逼近地表.同时，异常高（极）值曲线圈定的范围更加趋近于同一成分或同一空间结构构造的地质体.故区域重力图、布格重力图和剩余异常图代表了地下较深、浅部和（近）地表地质集合体产生的重力场特征.对上述重力异常图上相同位置的重力高异常进行空间立体分析，可以获知地质体主成分相及其物质结构反映的重力异常空间形态自下而上的演变特点.
2 研究区重力高异常场特征本文涉及的局部重力高异常图截取于内蒙古东北部森林沼泽浅覆盖区（火山岩区）地质调查项目地面1: 5万重力测量成果图，从深到浅依次为区域重力异常（图 1a）、布格重力异常（图 1b）和剩余重力异常（图 1c）.重力异常特征如下.
|
图 1 研究区重力异常组合图 Fig.1 Gravity anomaly assemblage maps of the study area a-区域重力异常图（regional gravity anomaly）；b-布格重力异常图（Bouguer gravity anomaly）；c-剩余重力异常图（residual gravity anomaly）；1-重力高高值异常（high value of gravity high anomaly）；2-重力高中值异常（mid-value of gravity high anomaly）；3-重力高低值异常（low value of gravity high anomaly）；4-重力低高值异常（high value of gravity low anomaly）；5-重力低低值异常（low value of gravity low anomaly）；6-区域重力高异常等值线及强度（contour and intensity of regional gravity high anomaly）；7-布格重力高异常等值线及强度（contour and intensity of Bouguer gravity high anomaly）；8-剩余重力高异常等值线及强度（contour and intensity of residual gravity high anomaly）；9-剩余重力低曲线及强度（curve and intensity of residual gravity low anomaly）；10-重力异常环形构造及编号（ring structure and number of gravity anomaly）；11-地质调查路线及编号（survey route and number）；12-地质观察点照片位置（photo location of observation spot）；13-重力异常段落编号（gravity anomaly section number） |
1: 5万地面重力测量区内显现一处规模较大的面型区域重力高异常，总面积约占2/3图幅，其中部高值区发育一个北东走向的短轴状椭圆形重力高异常，形似“花生”状，极值点在异常的南西侧，显示出重力高异常向上突变增强的位置（图 1a）.
目标区重力高异常代表了地质体主成分相的面型构造形态，以富Mg、Fe质的侵入岩体为特征.北东向突起的脉状重力高异常代表了富Mg、Fe质岩体向上侵入的脉状侵入相，重力高极值点为侵入相地质体侵入盖层岩石或围岩发生侵蚀作用强烈的位置.整个重力高异常场显示出由面型构造向线状构造转变的特征，“花生”状的外层重力曲线是这一构造转换的“拐点”.
2.2 布格重力异常特征与图 1a区域重力高异常相对应的布格重力异常是图 1b的3处形态各异的串珠状重力高异常.其南西侧Ⅰ号重力高异常底层重力高异常曲呈“团扇”形，“扇面”A21、A22近封闭的重力异常等值线构成了CA21环形构造，显示出火山通道相构造特点.其中局部岛状A22、A23重力高异常昭示了火山通道物质强烈活动的位置，火山通道北东侧重力低部分显示出残留的盖层岩石.中部Ⅱ号重力高异常呈“月牙”形，显示深部富Mg、Fe质的岩枝侵入现象.北东侧Ⅲ号重力高异常为近对称的“十”字形，彰显出不同方向构造的交汇或深部富Mg、Fe质岩枝侵入的岩株及伴随的张裂构造，是活动强度较小的火山通道相位置.该布格重力高异常为环形、“月牙”形、“十”字形火山通道相及岩枝构造构成.
2.3 剩余重力异常特征与图 1a区域重力高异常相对应的剩余重力异常是图 1c中的3处形态各异、强度不同的串珠状重力异常.由北东向延长的两段剩余重力高异常夹一处剩余重力低异常组成.其南西段Ⅰ号剩余重力高形似斜置倾倒的“葫芦”状，由3条重力高等值线和2条重力低值等值线构成.底层重力高等值线（A11）界定“葫芦”状异常形态，“葫芦”顶部A12重力高异常和“葫芦”底部A12、A13重力高异常及A1-2重力低异常标识出重力高异常的主要极值异常部位，其中A13、A12和A1-2异常构成CA1环形构造.该段重力高异常明显向南西、北西和南东方向扩张，形态规模增大，反映出CA1环形构造的火山通道相或侵入作用强烈的扩容部位.在CA1环形构造内部东侧有一条近东西向的剩余重力低异常带（A1-2），似CA1火山通道中围岩盖层或由火山机构中爆破相岩石混杂构成的低密度物质区；中段Ⅱ号椭圆形剩余重力低异常反映了深部岩枝侵入破坏的顶部低密度盖层岩石；北东段Ⅲ号剩余重力高呈“靴”状，总体为明显的北东向带状，向北东方向延至图外.与图 1b布格重力“十”字形重力高相对照，重力高异常形态由“十”字形转变为“靴”形，发生了明显变化，预示了重力异常反映的地质体从浅部“十”字形火山通道相转化成（近）地表的线性脉状地质体.
3 重力高空间变化特征及构造地质意义将目标区区域重力异常、布格重力异常、剩余重力异常按照实际空间位置套绘，得到重力高异常组合图（图 2）.
|
图 2 重力高异常组合图 Fig.2 Assemblage map of gravity high anomaly 1-区域重力异常等值线及强度（contour and intensity of regional gravity anomaly）；2-布格重力异常等值线及强度（contour and intensity of Bouguer gravity anomaly）；3-剩余重力高异常等值线及强度（contour and intensity of residual gravity high anomaly）；4-剩余重力低异常等值线及强度（contour and intensity of residual gravity low anomaly）；5-剩余重力场推测断裂构造（residual gravity field-inferred fault）；6-ΔT化极剩余异常推测断裂构造（ΔT polarization residual gravity anomaly-inferred fault）；7-剩余重力场推测环形构造（residual gravity field-inferred ring structure）；8-布格重力异常解译环形构造（Bouguer gravity anomaly interpreted ring structure）；9-地质调查路线及编号（survey route and number）；10-照片采集位置（location of photograph）；11-重力高异常段落编号（gravity high anomaly number） |
区域重力高异常A31曲线的北西界和南东界限制和包容了其他2种重力高异常出现的范围.其南西端异常界线被布格重力高异常（A21、A22）、剩余重力高异常（A11、A12）所突破，表明后两者异常代表的地质体呈向上、向外扩张的态势，剩余重力高异常扩张规模最大；其北东端界线只被剩余重力高异常（A11）所突破，并呈脉状向北东方向延长.整个重力高异常受控于重、磁异常解译断裂构造（Fz、Fc）带中.
从3种重力异常顶部3条异常高等值线占据的面积上看，区域重力异常北东向长度和北西向宽度比布格重力异常宽大，区域重力异常包容布格重力异常，显示出布格重力异常空间上处于规模减小、形态收缩的状态.剩余重力异常与布格重力异常相比较，前者的规模明显大于后者，显示出剩余重力异常在空间规模上具有扩大的特点.
从重力异常规模上看，重力异常具有自区域重力异常向布格重力异常方向缩小，又向剩余重力异常扩大的变化特征.中间（布格重力异常场）存在一个缩颈的区域.
3.2 重力高空间形态变化特点南西侧Ⅰ号重力高异常区中，区域重力高异常极值点A33与布格重力高异常A22（2处A23、不完整的环状）构成的环形构造CA21及剩余重力高异常A12、A13构成的环形构造CA11重叠套合，构成复式环形构造，显示出富Mg、Fe质地质体自A33经CA21至CA11由深至浅的向上开口的“喇叭筒”状火山通道相迹象.
中部Ⅱ号岛状重力异常区中，布格重力异常与剩余重力异常空间位置相互叠压，套合度好.布格重力异常呈示高，剩余重力异常显示低.两者形态相近，强度反差大，显示出深部富Mg、Fe质侵入相地质体（岩枝）就位的深度特点，即岩枝就位于布格重力异常代表深度以上、剩余重力异常代表深度以下的空间中.剩余重力异常低是岩枝侵入作用造成盖层岩石破碎、密度降低的表象.
北东侧Ⅲ号重力高异常区中，布格重力异常与剩余重力异常形态差别明显，布格重力高异常呈“十”字形，剩余重力高异常呈“靴”状.后者局部继承了前者北西向异常方向，而主体突破近等轴状“十”字形异常范围，沿另一异常方向成为线性延长的脉状体.说明“十”字形的布格重力高异常在空间上向线性脉状的剩余重力异常转化，并在近地表向北东方向延伸扩大，规模超出了区域重力异常范围.
由重力高异常顶部3条异常等值线形态特点上可以看出，从区域重力异常到剩余重力异常，异常形态从独立完整的“花生状”经过“团扇”状和“十”字状，最后演变成对应的“葫芦”状和线状.重力异常在空间上存在向两侧（南西、北东方向）逐渐扩展和局部分枝上侵的特点，总体形态似“沙钟”状.如果考虑地质体成分相的运移特点，这个异常空间形态为上大下小北东向的椭球状“倒流沙钟”体，且在瓶颈处具有与3处重力异常相对应的3个物流通道.
3.3 重力高空间变化的地质意义依据上述重力高异常空间的形态与规模变化特征，结合地质理论，重力高空间变化的地质意义如下.
北东向“花生”状区域重力异常是面型重力高异常转变为北东向线性重力高异常的转换点，代表了富Mg、Fe质侵入体在构造发育处转变成脉状岩体向上侵入的特点. “花生”状重力高显现两处局部重力增高隆升的范围，显示出向上侵入岩体分化的前峰，造就了其顶部的两处主要火山通道.区域重力高A33极值点反映了地质体聚集向上侵蚀作用的突破点，也是上侵岩体的最前端.
布格重力异常的“团扇”状和“十”字状异常继承了区域重力场“花生状”异常，表现出火山通道相和地下火山爆发相（隐爆相）特点，是深部地质体不断上侵、爆破和盖层岩石不断向北东方向破碎及构造扩展的表现.
剩余重力异常的“葫芦”状和“靴”状异常代表了（近）地表扩张的火山通道和次火山岩脉岩构造.反映了以重力高极值点为中心的火山通道相和两侧次火山岩相构成的地表构造组合特点.
从布格重力异常“十”字状异常到剩余重力异常“靴”状异常，说明异常形态在向地表演变过程中发生了转变，显示深部火山或岩脉物质沿构造脆弱带向地表运移过程中，构造形式和特点随之变化.
4 重力高异常组合的构造地质意义上面对区域重力异常、布格重力异常、剩余重力异常的重力高进行了描述，总结出重力高异常组合的形态是北东向椭球状的“倒流沙钟”体，瓶颈处具有3个物流通道，这3个通道延续至地表的地质特征也不相同，其中Ⅰ号异常为火山通道相，Ⅱ号异常未达到地表成为隐伏的岩枝，Ⅲ号异常转化成岩脉特征.
地质调查路线L5054在布格剩余重力异常Ⅰ号重力高异常北东部通过（如图 2）.路线所见岩石主要为灰黑色板层状气孔杏仁玄武岩.参考周边地质路线岩石组合情况和区域地层特征.认为L5054路线灰黑色板层状气孔杏仁玄武岩覆盖于海相砂岩之上，或是与砂岩层互层产出的状态.路线于A12（剩余重力高异常）套合于A22（布格重力高异常）北侧的照片采集处（Zp），观测到板层状气孔杏仁玄武岩区域出露灰紫色椭圆形玄武安山质球粒角砾岩（图 3）和紫灰色石泡状玄武安山岩（图 4）.球粒状、石泡状玄武安山岩为火山口相或火山通道相的代表性岩石，说明玄武安山质球粒角砾岩和石泡状玄武安山岩以火山通道形式侵入灰黑色板层状玄武岩，并从火山通道中以熔岩喷射形式达到地表.
|
图 3 灰紫色椭圆形玄武安山质球粒角砾岩 Fig.3 Grey-purple ellipsoidal basaltic andesitic spherulitic breccia |
|
图 4 紫灰色石泡玄武安山岩 Fig.4 Purplish grey lithophysa basaltic andesite |
由重力高异常组合形态、规模特点，与路线地质调查取得的认识相结合，可以说明重力高异常组合代表的深部富Mg、Fe质地质体向地表侵入的构造地质意义，即深部呈熔融状态的富Mg、Fe质地质体以面型侵入到地壳浅部，在与北东向构造脆弱带深部接触部位（区域重力“花生”状重力高位置）转变成脉状侵入体，脉体峰端发生爆破（区域重力极值点），形成直达地表的Ⅰ区火山通道.偶尔的火山喷射作用形成了灰紫色椭圆形玄武安山质球粒角砾岩和紫灰色石泡状玄武安山岩；在脉状侵入体不断向上侵入和持续向周边扩张的过程中，形成了Ⅱ区、Ⅲ区侵入体物质通道，其中Ⅱ区侵入体未达地表，呈岩枝侵入上覆碎裂的盖层岩石中，形成剩余重力低异常；Ⅲ区侵入体与脆性断裂接触，压力骤然降低发生隐爆，继之火山喷发与侵入物质沿脆性断裂构造侵位至地表.
5 结论重力异常是由地质体成分和物质结构特征的变化产生的.不同强度层级的重力异常代表了不同深度地质集合体或地质体主成分相的空间特征.观察同一重力高在不同深度重力异常的特征，可以揭示该重力高异常组合空间演变的特点，追踪重力高反映的物质立体运移轨迹，引导地表地质调查工作向深层次推进，理清地表地质调查结果与物探测量成果的对应关系，可以提高对地质调查区的地质背景认识，实现地质工作“由表及深”的认知目的.
| [1] |
孙文珂, 乔计花, 许德树, 编. 重力勘查资料解释手册[M]. 北京: 地质出版社, 2017: 91-127.
|
| [2] |
曾华霖. 重力场与重力勘探[M]. 北京: 地质出版社, 2005: 1-31.
|
| [3] |
周耀明, 朱文斌, 陈正乐. 准噶尔盆地克-百断裂带火山岩分布特征的重磁资料解释[J]. 地震地质, 2018, 40(3): 641-655. DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2018.03.010 |
| [4] |
罗翔飞, 秦建增, 方盛明. 宜川-泰安剖面重力异常与构造意义[J]. 大地测量与地球动力学, 2016, 36(4): 354-358. |
| [5] |
滕菲, 张燕, 贺福清. 内蒙古中部地区重磁场特征及地质解释[J]. 地质调查与研究, 2014, 37(3): 182-186. DOI:10.3969/j.issn.1672-4135.2014.03.004 |
| [6] |
申晨, 袁炳强, 李玉宏. 吐哈盆地重力场与断裂构造特征[J]. 断块油气田, 2012, 19(4): 446-449. |
| [7] |
姚绍萍, 徐荣华, 晏俊灵. 重力勘探法在侵入岩体导矿构造上的分析应用[J]. 地球物理学进展, 2012, 27(4): 1679-1686. |
| [8] |
宋旭锋, 曹涛, 付彦平. 高精度重力法精确圈定磨憨地下盐体范围[J]. 云南地质, 2012, 31(2): 233-237. |
| [9] |
宋景明, 金凤鸣, 王玉青. 二连盆地重磁异常地质意义及上古生界结构认识[J]. 石油地球物理勘探, 2012, 47(增刊): 140-147. |
| [10] |
黄宗理, 严加永. 中国剩余重力异常与金属矿分布关系研究[J]. 地球学报, 2011, 32(6): 652-658. DOI:10.3975/cagsb.2011.06.02 |
| [11] |
王亮, 张应文, 刘盛光. 区域重磁资料圈定贵州境内侵入岩体及局部地质构造[J]. 物探与化探, 2009, 33(3): 245-255. |
| [12] |
王亮, 张应文, 龙超林. 贵州中东部剩余重力异常与区域矿产分布关系[J]. 物探与化探, 2008, 32(2): 116-125. |
| [13] |
涂广红, 江为为, 朱东英. 中国东北地区剩余重磁异常特征与地质构造及成矿带的关系[J]. 地球物理学进展, 2006, 21(3): 746-755. DOI:10.3969/j.issn.1004-2903.2006.03.010 |
| [14] |
窦喜英, 吴燕冈, 王恩利. 重磁对应分析方法在东北地区实际资料处理中的应用[J]. 吉林地质, 2006, 25(2): 42-47. DOI:10.3969/j.issn.1001-2427.2006.02.009 |
| [15] |
张春林, 陈维君, 邱世琦. 环状剩余重力异常及其找矿意义[J]. 地质与勘探, 1984, 20(5): 49-52. |