2020, Vol. 29
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地球物理测量成果已被广泛地应用于地质工作中，在地质构造解释、成矿规律研究、指导找矿实践等生产、科研方面取得了显著成效[1-25].就以往使用物探成果的内容和形式上看，多是使用一种或两种物探测量方法的成果简单地与地质测量或地质找矿工作相关联，总结物探成果与地质成果间的对应关系，缺少从物探测量成果本身的物理意义、地质意义及其反映的地质作用上认识地质现象，指导地质工作.而利用两种地球物理场的耦合特点及其物理意义，认识组合的物探异常地质体特征和地质作用过程，指导地质工作就显得不足.笔者在内蒙古东北部森林沼泽浅覆盖区1: 5万火山岩区地质测量工作中，将1: 5万地面高磁及重力测量成果带入路线地质调查，结合出露的岩石和对应位置的重、磁剩余异常及重-磁剩余异常组合特点探索两者的成因关系，加深了对地质体产状和测区地质背景的认识.依此总结测区重、磁剩余异常耦合特点与地质体或地质集合体间的对应关系和成生过程，揭示重-磁剩余异常组合代表的地质意义.
1 重、磁异常的地质意义 1.1 重力异常的地质意义重力异常反映地质集合体物质组成和相对密度的变化特点.地质上依据岩石化学成分，可将地质体划分为[Fe-Mg]（铁镁质）、[Si-O]（硅氧质）两个端元成分及中间成分的混合体[22].重力高反映[Fe-Mg]质成分相对富集，重力低反映[Si-O]质成分相对富集，中间变化区域为[Fe-Mg]质与[Si-O]质成分相对有序的混合区.依据重力异常的高低特点可以辅助判断异常地质体的相对岩石成分和大致类别.由于重力异常反映的是物质密度（σ=m/V）的变化特点，当物质成分固定时，重力值随着物体的体积ΔV的变化而变化.对于地质体来说，ΔV受地质体成生环境和后期改造的性质而变化.当体积固定时，重力值取决于[Fe-Mg]与[Si-O]的混合比.前者多重力值大，后者多重力值小，这从基性岩、酸性岩的物性上得到认证.当Δ[Fe-Mg][Si-O]与ΔV都处于变化时，重力异常所反映的地质意义就不易被确定.通过测量获得的重力异常代表了测区Δ[Fe-Mg][Si-O]/ΔV变化的特征关系场，是地质体（成分和体积）经历了漫长地质历史演变、地质作用（从形成到被改造）后的重力变化的特征关系场.
地球表面及附近空间的一切物体都有质量，是物体受到重力作用的结果.地面测量得的重力异常，包含重力正常场和重力异常值.实测重力值减去正常重力值得到重力异常值，它是地球内部密度不均匀体产生重力异常效应的总和，是地下地质集合体在该处引起重力异常的叠加结果.
地面重力测量获得的重力异常，经过正常场校正、地形校正、布格校正，以及应用延拓、滑动趋势分析、匹配滤波、小波多尺度分解、垂向导数等多种处理方法，大致可以将重力异常分离出与深部、中深部、浅部、近表层等相近的重力异常.区域重力异常突出地下深层次地质体密度的变化特点，展示区域性地质环境和地质构造特征；剩余重力异常、剩余重力场垂向导数异常突出浅部异常，表现出相对于区域重力异常更近于浅部、浅表部甚至近地表的密度异常体的变化特征.因此，在经过剩余重力异常高值区或极值点的地质调查路线，通过比对岩石的产状特点，可能发现和确定代表剩余重力异常地质体的前缘特征部分.在剩余重力异常范围内，高（极）值点附近的地质体较其外围地质体具有更加趋近于同一成分或同一空间结构构造的特点.进而依据重力异常特征加深认识地质体空间展布和变化规律.
1.2 磁力异常的地质意义岩石的总磁化强度是由地磁场磁化岩石产生的感应磁化强度和岩石成岩时形成的剩余磁化强度构成的.火山岩的磁性由受地磁场磁化的感磁与火山岩成岩时获得的热剩磁构成.
在火山岩区，熔融岩浆由高温冷却，通常当温度降至1073 K时开始凝固，形成各种固熔体.铁磁性矿物的居里点一般在973 K以下.当火成岩由高于居里点温度下降到铁磁性组分的居里点以下，受地磁场的磁化作用，磁性矿物磁畴排列到地磁场方向上，而获得强的磁性.随着温度继续下降，磁畴热扰动能量减小，不足以使磁畴体积变化和使磁畴转向，从而保留下来剩余磁性（热剩磁）.热剩磁具有很高的稳定性，温度在200~300 ℃内的热作用很难影响热剩磁的变化.实验证明，总热剩磁是居里温度到室温，各个温度区间的部分热剩磁之和.若将已具有热剩磁（TRM）的岩石标本，在零磁场空间内从室温加热到某一个温度T1，然后再冷却至室温，则标本中T1温度以下的部分热剩磁全被清洗掉（部分热退磁）.此过程可通过不断提高加热温度来重复进行，最终得到热剩磁[24].工业上对磁性工件的退磁方法主要是加热、施加反向磁场和物理打击.
当一个磁性物体被一个有足够热能的物体接触烘烤（热传导）时，被加热物体的局部（或整体）达到或超过居里温度而失去磁性；加热物体由于热量传出、温度下降，在低于居里温度以下，在新的磁场条件下获得有别于被烘烤物体的磁性.被加热物体经历过居里温度往复变化的局部，与加热物体一同在新的磁场条件下获得新生磁性，形成磁性一致或相近的磁性复合体.被烘烤加热物体未达到居里温度的部分磁性减弱（温度增高导致岩石剩余磁化强度退磁[24]）.这个过程使两个物体的磁性发生了改变、再生与转化，形成相互有别的磁性体（磁化方向、磁化强度等）.从两个物体发生热作用的先后次序上看，最终磁性被削弱的物体在先，最终具有较强磁性的物体在后.由此可以推断出：对于相互接触的有过热传递过程的两个物体，若两者的磁性存在明显差异的特点，可以作为判别物体出现先后次序的依据.
火山岩是由高温冷却成岩的岩石，其在降温过程中（低于居里温度并受地球磁场影响）获得了岩石的磁性.在随后的地质历史中，由于受到后期岩浆、火山等热事件作用，以及构造运动对岩石的切割破碎、剪切滑动、挤压作用，使岩石发生了退磁现象.热事件地质体与被热事件作用改造过的发生了温度往复于居里点的部分围岩一同形成新的磁性（复合）体；遭受热事件作用未发生过温度往复于居里点的岩石磁性被削弱，磁化强度降低.这种磁化强度的差异提示了两个磁性体的先后成生关系，即磁性地质集合体的新老关系.所以，目前看到的正、负，高、低磁异常在图上的位置和相互关系反映了地质体在经历了多期地质作用之后的磁性综合表现.在一条地质调查路线中，如果一个地质体的局部与整体之间或两种相互接触的岩石间存在明显的磁性差异，可以依据上述磁性变化特点判断地质体之间的先后成生关系.具有正磁异常特点的磁性体代表着新成生的地质集合体，而负磁异常或磁场强度降低的磁性体则代表了被改造过的地质体.由此认识可以视剩余异常图为观察磁性体成生、改造与未改造的地质体成生构造图.
磁异常图不仅反映测区磁场变化的趋势特征，也反映测区磁性体的展布特征和磁性体分布规律，更反映地质体在经历了漫长的地质时期和复杂的地质作用之后的磁性综合表象.即一个磁性体可以是一种岩性的地质体，也可能代表着几个岩性地质体的集合体，还可能代表的是一种岩性地质体因地质作用或被改造过的地质体的局部.不同时代的地质体在经历了不同的地质作用之后会显露出不同的磁性特点.相同的磁场或磁异常不一定代表相同的地质体.
剩余异常图反映了近表层或近地表的磁场变化特点.在经过剩余磁异常顶部极值点、高值区的地质调查路线，通过对比路线上的岩性、岩石结构构造、产状，可能发现代表剩余异常的特征地质体.这样的地质观察与磁测成果相结合，可以提高对地质体的成生、改造、延深、延长以及岩石间相互接触关系的认识.
1.3 重-磁剩余异常组合的地质意义地质体的成分、结构构造、产状等特点受地质作用制约.地质体形成时的形态、方位以及地球物理场等原生特点会被其后的地质作用改变，使之整体或局部发生空间上的变异，物理场特点也随之发生改变.
地面测量获得的重力异常和地磁异常是地质体的成分、密度和磁性的客观反映.剩余重力异常由近地表或地表地质集合体或单一地质体及其下伏地质集合体的成分及空间物质结构特征所决定；剩余磁异常代表了地质体成生、改造与未改造的特征及其变化的痕迹.剩余重力异常与剩余磁异常在空间（或成果图件）上的叠置关系，可以是同方向的重叠或部分重叠，也可以是不同方向的交叉，这种重叠与交叉的特点反映出重、磁剩余异常叠加场的场源体的地质特征，进而可以推论场源地质体经历的不同方向的多期次的复杂地质作用.
笔者将空间上相互叠置的重、磁剩余异常称为重-磁剩余异常组合.对测区内出现的剩余异常重力高、剩余异常重力低、剩余异常磁力高、剩余异常磁力低4种异常作两两组合分类，可以获得4种基本组合形式，即剩余异常重力高与剩余异常磁力高构成高重高磁剩余异常组合，剩余异常重力高与剩余异常磁力低构成高重低磁剩余异常组合，剩余异常重力低与剩余异常磁力高构成低重高磁剩余异常组合，剩余异常重力低与剩余异常磁力低构成低重低磁剩余异常组合.
依据重-磁剩余异常组合特征可以分析重-磁剩余异常组合所代表的地质集合体的成分、结构构造、成生先后、改造与未改造、改造前与改造后的方位变化、改造作用的方向等特征，对加深认知与探究地质体在地质作用过程中的主动性和被动性以及产出状态十分有益.
2 重-磁剩余异常组合在路线地质调查中的应用按照重-磁剩余异常组合特点，结合路线（或重要观测点）地质调查对重-磁剩余异常组合在路线地质调查中的应用成效进行分析.
2.1 高重高磁剩余异常组合的地质与重-磁场关联特征L5054地质调查路线周边的重-磁剩余异常符合这一组合特点（如图 1）.
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图 1 L5054地质路线周边重-磁剩余异常组合特征图 Fig.1 Characteristics of gravity-magnetic residual anomalies around the survey line L5054 1，2，3—A1剩余重力高异常等值线及强度（contour of A1 residual gravity high and intensity）；4，5—A1剩余重力低异常等值线及强度（contour of A1 residual gravity low and intensity）；6—ΔT化极剩余正异常等值线及强度（positive residual abnormal contour of ΔT polarization and intensity）；7—ΔT化极剩余负异常等值线及强度（negative residual abnormal contour of ΔT polarization and intensity）；8—剩余重力场推测断裂构造（inferred fault by residual gravity）；9—ΔT化极剩余磁场推测断裂构造（inferred fault by ΔT polarization）；10—剩余重力场推测环形构造（inferred ring structure by residual gravity）；11—ΔT化极剩余磁场推测环形构造（inferred ring structure by ΔT polarization）；12—地质调查路线及编号（geological survey line and number）；13—照片采集位置（photograph position） |
图 1中，剩余重力异常带呈北东向展布，由两段重力高异常夹一段重力低异常组成.北东段呈带状.中段呈椭圆形，南西段为斜置的“葫芦状”，由2个相连的大小不等的岛状异常串珠而成，东北端异常具有明显的北西—南东向扩宽特点，其由3条高值曲线和2条低值曲线构成.底层高值曲线（A11）构成“葫芦状”异常形态；中层高值曲线（A12）出现在3处，成为3个局部的异常区，推测其构成环形构造（CA1），反映了火山通道相或侵入作用活动强烈的部位；顶层高值曲线（A13）位于异常的南西侧，成为该局部异常的极值区.在CA1环形构造内部东侧出现一条近东西向的剩余重力低异常带（A1-2），似CA1火山通道中的围岩盖层或由火山机构中爆破相岩石混杂而成的低密度物质区.
图 1中，剩余异常呈北东向断续排列的串珠状异常带，由2正1负的3处局部异常构成，正负相间出现.依形态和组合特征推测其中部的“月牙”形中高正磁异常和近椭圆形负磁异常构成环形构造（CB1），亦为火山机构或火山通道.具有向南西方向侧伏的特点.中高正磁异常为新生磁性体出露位置，负磁异常代表了受热烘烤作用而退磁的盖层磁性体出露位置.
CA1与CB1大部分交集，显示了参与这一地质作用（火山作用或侵入作用）的岩石（侵位的和被改造的）在重、磁物理方面的差异性表现.
地质调查路线L5054在“葫芦状”剩余重力高异常北东缘通过（如图 1）.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，或是与砂岩互层状产出.路线于A12（剩余重力高异常）和B11（剩余正磁异常）交集处（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和紫灰色石泡状玄武安山岩[25].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.
L5054路线在CA1环形构造北东侧边缘处及CB1环形构造中部通过，照片（ZP）采集于A12和B11重叠处（附近），即采集于高重高磁剩余异常组合的交集处.将地质与重-磁剩余异常组合进行对应，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与重-磁剩余异常组合对应，代表了深部基性-中基性地质体上侵的前缘部分；黑色板层状玄武岩为盖层被退磁的地质体.高重高磁剩余异常组合反映一期新生高密度地质体的成生地质特点.
2.2 低重低磁剩余组合的地质与重-磁场关联特征L5200地质调查路线周边的重-磁剩余异常符合这一组合特点（如图 2）.
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图 2 L5200地质路线周边重-磁剩余异常组合特征图 Fig.2 Characteristics of gravity-magnetic residual anomalies around the survey line L5200 1—剩余重力正场等值线（contour of positive residual gravity field）；2—剩余重力零值线（zero line of residual gravity）；3—剩余重力负场等值线及强度（contour of negative residual gravity field and intensity）；4—ΔT化极剩余正异常等值线（positive residual abnormal contour of ΔT polarization）；5—ΔT化极剩余负异常等值线（negative residual abnormal contour of ΔT polarization）；6—地质调查路线及编号（geological survey line and number）；7—照片采集位置（photograph position） |
图 2中，剩余重力异常为低重力场，呈现出北东向的重力低“洼地”. ΔT化极剩余磁异常也呈北东向的负值区，两个物理场的剩余异常套合度好.在照片（ZP）处，见到灰褐色层状含气孔硅质杏仁玄武质沉角砾砂砾岩与薄层粉砂岩互层状产出的露头.由此认为低重低磁剩余组合异常反映了沉积相的特点.此处玄武质沉角砾岩为水下环境的火山喷发-溢流相产物.
2.3 高重低磁剩余异常组合的地质与重-磁场关联特征L5041地质调查路线周边的重-磁剩余异常符合这一组合特点（如图 3）.
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图 3 L5041地质路线周边重-磁剩余异常组合特征图 Fig.3 Characteristics of gravity-magnetic residual anomalies around the survey line L5041 1—剩余重力正场等值线及强度（contour of positive residual gravity field and intensity）；2—剩余重力负场等值线及强度（contour of negative residual gravity field and intensity）；3—ΔT化极剩余正场等值线及强度（positive residual abnormal contour of ΔT polarization and intensity）；4—ΔT化极剩余负场等值线及强度（negative residual abnormal contour of ΔT polarization and intensity）；5—推断重力场线性构造（inferred linear structure of gravity field）；6—推断磁力场线性构造（inferred linear structure of magnetic field）；7—推断重-磁场环形构造（inferred ring structure of gravity field and magnetic field）；8—地质调查路线及编号（geological survey line and number）；9—照片采集处（photograph position） |
图 3中，剩余重力高异常呈北东向展布，集中于图的中北部，具两处局部岛状正异常（A+3、A+4）. ΔT化极剩余异常呈北东向带状延展，其中岛状负异常（B-1）与剩余重力正异常（A+3）交集构成高重低磁剩余异常组合（CAB1）.穿过CAB1的L5041地质调查路线在照片采集点（ZP）见到褐灰色纹层状流纹斑岩和黑灰色块状玄武岩.通过比对路线所见岩石的结构构造，笔者认为，黑灰色块状玄武岩（包括其下部的岩石）引起剩余重力高异常；褐灰色纹层状流纹斑岩呈“底辟构造”挤入上覆玄武岩层中，其作用改变了上覆岩层的结构构造而显现出剩余负磁性.结合路线上的岩石组合以及岩石结构构造特点，此高重低磁剩余异常组合呈现出的地质特征是以“底辟构造”作用形式侵入的纹层状流纹斑岩改造了盖层玄武岩的地质作用过程，也反映了孤山镇期火山岩侵入甘河组玄武岩的地层特点.
2.4 低重高磁剩余异常组合的地质与重-磁场关联特征Lh地质观测点周边的重-磁剩余异常符合这一组合特点（如图 4）.
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图 4 Lh观测点附近低重正磁剩余异常组合特征图 Fig.4 Characteristics of the low-gravity and positive-magnetic residual anomalies around the observation spot Lh 1—剩余重力高场（residual gravity high field）；2—剩余重力低场（residual gravity low field）；3—ΔT化极剩余正异常等值线（positive residual abnormal contour of ΔT polarization）；4—ΔT化极剩余负异常等值线（negative residual abnormal contour of ΔT polarization）；5—物探推断断裂构造（inferred fault by geophysical prospecting）；6—重、磁剩余异常推测的环形构造（inferred ring structure by residual gravity and magnetic anomalies）；7—照片采集位置（photograph position） |
图 4中，剩余重力高异常分布图的北东角和南西角，重力低异常位于图的中部，呈北西向展布，局部重力低异常（A-2）呈半环形串珠状. ΔT化极剩余负异常（B-1）出现在图的北东侧，与剩余重力高异常（A+1）、剩余重力低异常（A-1、A-2）部分交叉重叠.剩余正磁异常（B+1）出现在图的中部，位于串珠状半环形剩余重力低异常（A-2）的环心部位，总体呈圆角四边形.从低重高磁剩余异常组合的配位形态上看，两者构成一个内正、外负的半环状物理场，正剩余磁异常磁性体位于环形构造中心，低密度物质围绕于外圈.
该处出露灰白色脉状流纹斑岩、灰紫色含红-绿髓石玄武安山岩、灰绿色玄武质角砾集块岩，以及呈整合接触关系的灰黑色玄武岩和玄武质沉角砾岩.灰紫色含红-绿髓石玄武安山岩侵入灰黑色玄武岩形成灰绿色玄武质角砾集块岩；灰白色脉状流纹斑岩侵入灰绿色玄武质角砾集块岩.分别代表了2期侵入-火山构造活动.对应于物理场的特点则是：环形构造或新生的磁性体为灰白色脉状流纹斑岩和灰紫色含红-绿髓石玄武安山岩以及两者的深部相岩体；灰绿色玄武质角砾集块岩、灰黑色玄武岩、玄武质沉角砾岩构成了低密度异常区的地质集合体. ΔT化极剩余正异常代表新生磁性体.剩余重力低异常反映了这期地质作用的影响范围.低重高磁剩余异常组合反映了新生地质体（多期次）改造围岩及围岩地质体特征变化的地质作用.
3 重-磁剩余异常组合的地质意义以上对地球重、磁场物理意义在地质学方面的表现和在地质调查路线中应用效果的论述，初步实现了岩性或岩石组合与重、磁场的结合，深化了对重、磁场反映的地质作用的认识.从中进一步发现，构成重-磁剩余异常组合的重、磁剩余异常在空间上的不同叠置形式，会表达出不同的地质意义.如高重低磁剩余异常组合，存在着规模小的重力高异常处于规模大的负磁异常区中和规模小的负磁异常处于规模大的重力高异常区中的两种叠置形式，按照数学排列与组合的定义，笔者列表分析重-磁剩余异常组合C（4，2）不同排列的特点，总结其代表的地质意义，如图 5.
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图 5 重－磁剩余异常组合不同排列形式地质意义 Fig.5 Geological meaning of different permutations of gravity-magnetic residual anomaly combination 1—剩余重力高异常（residual gravity high anomaly）；2—剩余重力低异常（residual gravity low anomaly）；3—ΔT化极剩余正磁异常（residual positive magnetic anomaly of ΔT polarization）；4—ΔT化极剩余负磁异常（residual negative magnetic anomaly of ΔT polarization）；5—规模小的物理场（local physical field）；6—地质调查路线（或观测点）编号（number of geological survey line/observation spot） |
从图 5中可以看出，重-磁剩余异常排列形式（背景场与局部场的占位特点）不同，其地质意义不同.由此可以判定，重-磁剩余异常组合受地质作用制约，不同的地质作用产生不同的重-磁剩余异常组合.同时可以确定，剩余重力高异常、剩余正磁异常代表的地质意义比较单一，反映了地质作用过程中的高密度偏镁铁质地质体和一期新生地质体的成生特点.而剩余重力低异常、剩余负磁异常代表的地质意义相对复杂：剩余重力低异常不仅代表成分偏硅氧质的地质体，还反映了空间结构构造弱化的特点（如基性岩石被改造后密度、体积变化导致重力低）；剩余负磁异常不仅代表了岩石被消磁、被改造的特点，还代表了具有沉积作用特点的沉积相.由此可见剩余重力低异常、剩余负磁异常具有双重地质意义.
基于以上认识，对重-磁剩余异常组合4种组合归纳出以下地质意义.
（1）高重高磁剩余异常组合反映了一期新生的高密度镁铁质地质体侵入特点.
（2）高重低磁剩余异常组合反映的是偏镁铁质的地质体与围岩被改造（后期热事件烘烤、构造切割破碎、火山爆破等）消磁作用的关系和侵入弱磁性地质体（老岩体、沉积岩、温度低于居里温度仍在运动的火山岩）的关系.
（3）低重高磁剩余异常组合反映了一期新生的偏硅氧质地质体与围岩退磁关系以及偏硅氧质地质体后期的构造特征关系.
（4）低重低磁剩余异常组合反映的是被改造过的（后期热事件烘烤、构造切割破碎、火山爆破等消磁作用）低密度的（张性构造破碎带、火山爆破通道相、火山爆破等体积增加的）偏硅氧质地质体（酸性岩体）或低磁性的沉积岩或松散堆积体以及硅氧质地质体自身构造变化的特殊结构.
4 结论通过认识重、磁场的物理特性，探索地质调查路线上岩石-重力场-磁场间的对应关系，加深了对地质调查路线上地质体产状的认识，实现了地质-物探成果的有机结合，在目前认识水平上总结了重-磁剩余异常组合特有的4个组合和8种排列方式代表的地质意义.同时，笔者认为在一条地质路线上的由地质体产生的重-磁剩余异常组合形式是固定的，是地质作用在地球物理场上的现实写照.其根源在于物质与物理场对应统一，有什么样的物质就会有什么样的物理场，物质特性决定其物理场属性.因此，正确理解和读懂测区重力场、磁力场、重-磁剩余异常组合的特性对深化认识路线地质体的成生、改造与被改造、地质演化，乃至对测区地质背景的认识都具有十分重要的引导意义，能够帮助我们实施精准的地质填图工作，对于工作在大兴安岭森林沼泽浅覆盖区的地质工作者来说是非常有益的.
笔者站在地质专业的角度认识重力场、磁场的地质意义和特征，三年逡巡不前，终于历时数月编写了此篇文稿，难免存在谬误，不当之处敬请批评指正；并在此诚挚感谢孙中任教授级高级工程师在文稿编写过程中的大力帮助与支持.
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