RGIS軟件重磁聯(lián)合反演在1：20萬區(qū)域重力調(diào)查中的應用

張文博，王守興，王向麗，李 寧，王唯存

吉林省勘查地球物理研究院, 吉林 長春 130012

《黑龍江省五?？h—沙蘭站公社1：20 萬區(qū)域重力調(diào)查成果報告》是沈陽地質(zhì)調(diào)查中心“東北地區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查及數(shù)據(jù)更新”項目的一部分，該項目共完成調(diào)查面積21 171 km2，為區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源評價、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和基礎(chǔ)地質(zhì)圖件更新等工作提供高質(zhì)量的基礎(chǔ)性區(qū)域重力資料。本文應用RGIS 軟件對所獲區(qū)域重力資料進行數(shù)據(jù)處理為地質(zhì)礦產(chǎn)勘查及研究提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

調(diào)查區(qū)跨兩個Ⅰ級構(gòu)造單元：興安嶺—內(nèi)蒙地槽褶皺區(qū)和興凱湖—布列亞山地塊區(qū)。以方正—長汀巖石圈斷裂為界，西側(cè)為興安嶺—內(nèi)蒙地槽褶皺區(qū)，東側(cè)為興凱湖—布列亞山地塊區(qū)。

工作區(qū)及周邊位于老爺嶺地塊與伊春—延壽褶皺系和松嫩地塊結(jié)合部位。出露地層有前寒武紀變質(zhì)巖系、晚三疊世、白堊紀地層，另外新生代玄武巖發(fā)育。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復雜，依蘭—伊通、方正—長汀、敦化—密山3 條深斷裂穿過區(qū)內(nèi)；侵入巖漿活動頻繁，古元古代—中生代侵入巖大面積分布。

新太古代—古元古代中高級變質(zhì)巖系構(gòu)成工作區(qū)及周邊一帶的結(jié)晶基底（古陸核），中元古代晚期在其南部形成陸殼增生帶，新元古代在東、西兩側(cè)進一步形成陸緣增生帶。早古生代形成海槽沉積，晚古生代形成海相-陸相交替的火山-沉積巖建造，具有蓋層性質(zhì)。晚印支期發(fā)生陸內(nèi)碰撞，形成規(guī)模宏大的南北向構(gòu)造巖漿巖帶。印支期末受北東向敦化—密山斷裂帶和東西向構(gòu)造聯(lián)合控制，形成一系列東西向為主的含煤盆地。新生代工作區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要受敦化—密山斷裂帶控制，沿斷裂帶有大面積玄武巖溢流。

2 重磁場特征

2.1 區(qū)域重力特征

從1989 年原地礦部二物王之荃等人編繪的工區(qū)1∶100 萬布格重力異常平面圖（見圖1）上可見：

圖1 黑龍江五常縣—沙蘭站公社地區(qū)1:100萬布格重力異常平面圖Fig. 1 1:1 000 000 Bouguer gravity anomaly prof ile of Wuchang County-Shalan station commune in Heilongjiang Province

（1）受長白山地區(qū)反山根作用影響，工作區(qū)內(nèi)及外圍場值均為負值。區(qū)內(nèi)布格重力異常場態(tài)特征較為明顯，布格重力異常等值線宏觀多呈北東向展布，而且場值變化較大，幅度達50×10-5m/s2，區(qū)西北部五常一帶重力場值最高達-5×10-5m/s2，東南部鏡泊湖一帶場值最低，達-55×10-5m/s2。全區(qū)場值呈現(xiàn)西北部高，東南部低的格局，兩部場區(qū)場值變化均在（-30～-25）×10-5m/s2以內(nèi)。

（2）從工作區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況分析，區(qū)內(nèi)布格重力異常場態(tài)特征主要與區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造特征密切相關(guān)。西北部重力高值區(qū)主要受松遼盆地幔隆和前寒武紀變質(zhì)巖系的影響；東南部重力低值區(qū)則主要受張廣才嶺山地區(qū)幔凹和大片發(fā)育的花崗巖類的影響。重力低值區(qū)內(nèi)局部重力異常發(fā)育，其中鏡泊湖局部重力低是由中—新生代斷（坳）陷盆地引起，等值線基本沿北東向延伸，是區(qū)內(nèi)北東向構(gòu)造的反映；另有一面坡—向陽山、敦化—鏡泊梯度帶分別是深大斷裂帶的反映；其它梯度帶分別是基底斷裂或不同密度地質(zhì)體接觸帶的反映。

2.2 區(qū)域航磁場特征

從區(qū)域航磁ΔT 異常平面圖（見圖2）上能夠看出，工作區(qū)內(nèi)及外圍磁異常亦如ΔgB異常一樣多呈北東向展布，沿北西向場值多呈磁力高與磁力低相間排列，顯示出構(gòu)造線方向亦明顯呈北東向。依場態(tài)特征，區(qū)內(nèi)及周邊磁場大致可分為以下5 種類型∶

（1）東南側(cè)邊部雜亂磁場：沿敦化—密山斷裂一線及東南側(cè)呈帶狀分布，占域較小，帶內(nèi)正負異常交替變化頻繁，異常形態(tài)極為復雜。該場態(tài)是沿敦化—密山斷裂帶噴出的船底山組玄武巖的反映。

（2）西北側(cè)邊部雜亂磁場區(qū)：該場區(qū)內(nèi)局部發(fā)育條帶狀磁力高，通常是疊加在場值（0～200）nT 的磁力低上，異常值變化范圍為（0～800）nT，一般沿北東向延伸，局部地段發(fā)生東西向錯動。此場態(tài)特征是一些中基性侵入巖體沿斷裂分布的反映。這種類型場態(tài)主要分布在尚志—五常以西一帶，占域較小。

（3）東南部波狀正異常帶：該類型磁場位于敦化—密山斷裂帶西北側(cè)—長汀一帶，異常曲線呈波狀規(guī)律變化，ΔT 異常值通常在0～1 000nT 之間，異常范圍較大，該場態(tài)主要是具有較強磁性的晚三疊世花崗閃長巖和晚侏羅世花崗閃長巖的反映。

圖2 黑龍江五?？h—沙蘭站航磁ΔT異常等值線平面圖Fig.2 Aeromagnetic ΔT anomaly Isoline plan of Wuchang County-Shalan station

（4）西北部低緩平穩(wěn)磁場：這類磁場異常值多在-100～100nT 之間變化，異常曲線呈舒緩波形起伏狀，是磁性不強的晚三疊世花崗巖和依蘭—伊通斷裂帶內(nèi)松散堆積物的反映。該場區(qū)面積較大，主要分布在向陽山—元寶鎮(zhèn)一帶，。

（5）中部磁力低異常帶：該帶ΔT 異常值為0～-800nT，基本沿北東向延伸，主要分布在亞布力鎮(zhèn)—三道沖河鎮(zhèn)一線和張廣才嶺大禿頂子山的東南一線，主要是弱磁或無磁的晚元古代變質(zhì)巖、晚三疊—早侏羅世二長花崗巖、花崗閃長巖的反映。錯綜復雜的ΔT 場態(tài)特征，反映了區(qū)內(nèi)及外圍地質(zhì)構(gòu)造的復雜性，必然為成礦提供了有利條件。

3 RGIS軟件重磁聯(lián)合反演

“重磁電數(shù)據(jù)處理與解釋軟件系統(tǒng)”（RGIS）是中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心組織研發(fā)的具有重力和磁測數(shù)據(jù)可視化管理、數(shù)據(jù)處理、重磁電正反演等多功能資源勘查地球物理信息系統(tǒng)軟件。尤其在重磁處理方面，該軟件目前已經(jīng)成為我國模塊最齊全、最先進，應用最廣泛，覆蓋面和用戶群體規(guī)模最大的專業(yè)軟件。

本次調(diào)查工作運用RGIS 軟件的2.5D 人機交互可視化重力和磁異常聯(lián)合反演，對于深部構(gòu)造、莫霍面、地殼深部密度界面等問題作出了一定的探討。

3.1 莫霍面深度

本調(diào)查區(qū)的面積與黑龍江全省相比，其所占的面積范圍可謂較小，深部地球物理資料可以說是“局部構(gòu)造”了。依據(jù)《黑龍江區(qū)域地質(zhì)志》中的黑龍江省莫霍面等深度圖（圖3），尚志—牡丹江一帶在該圖顯示為局部坳陷，在老禿頂一帶莫霍面深度為40 km，由尚志—牡丹江莫霍面等深線呈“盆”形展布，由35 km 向38 km 變化。

3.2 地殼密度分層

依據(jù)地礦部二物提交的《泛東北地區(qū)1∶100 萬區(qū)域重力資料研究報告》；金旭、楊寶俊主編的《中國滿洲里—綏芬河地學斷面地球物理場及深部構(gòu)造特征研究》；爆破地震所建立的地殼綜合速度，建立調(diào)查區(qū)綜合速度模型圖自上而下將五?！兄尽档そ貧し譃槿髮樱?/p>

圖3 黑龍江五常縣—沙蘭站公社一帶莫霍面等深度（km）平面圖Fig.3 the Moho isobathic plan of Wuchang County-Shalan station commune area in Heilongjiang

上殼層：沉積巖層及元古界淺變質(zhì)巖，平均密度2.68～2.81g/cm3，平均速度6.02 km/s。

中殼層：古元古界—太古界變質(zhì)巖、花崗巖質(zhì)層，平均密度2.83～2.92 g/cm3，平均速度6.5 km/s。

下殼層：玄武質(zhì)層或中基性麻粒巖層，平均密度2.99～3.05 g/cm3，平均速度6.81～6.89 km/s。上地幔巖石圈：橄欖巖層平均密度3.31～3.36 g/cm3，平均速度7.84～8.23 km/s。

3.3 重磁聯(lián)合反演

調(diào)查區(qū)范圍較小，對深部構(gòu)造界面的定量處理存在一些困難，而且其精度與前人研究程度相比較不會有提高。本報告在探討密度界面及深部構(gòu)造方面主要是在前人推斷密度界面的基礎(chǔ)上，根據(jù)異常特征進行分析探討，并且莫霍面計算參照前人結(jié)果。

本次工作中自興隆公社起至榆樹川林場老一段截取了一段長255 km，穿越不同構(gòu)造單元和地質(zhì)體的長剖面A-A′，該剖面位于測區(qū)中部、北西向貫穿整個測區(qū)剖面。利用布格重力和航磁數(shù)據(jù)，使用RGIS 軟件進行了聯(lián)合反演。通過擬合、對比、修改模型，完善其擬合程度。聯(lián)合反演結(jié)果見圖4。

經(jīng)對比剖面上航磁異常與布格重力異常其變化規(guī)律性相似，可能為同源場。剖面地質(zhì)認識如下：

（1）剖面A—D 段∶該段位于調(diào)查區(qū)西北，地表出露的巖性主要為晚二疊世堿長花崗巖（P2kγ），二疊系五道嶺組，新生界古近系寶泉嶺組。

重力異常與航磁異?？傮w趨勢由高值向低變化，反映了地殼深部莫霍面逐漸變深的特點；其間的局部異常反映了地表或淺地殼地質(zhì)體橫向密度或磁性發(fā)生的變化。A-B 間的重力高、磁力高異?？赡苡擅芏容^高的堿長花崗巖引起，也可能與附近出露或隱伏的高密度、強磁性輝長巖有關(guān)；以B 點為中心的三道河子公社重力低、磁力低異常推斷為隱伏的新生代凹陷盆地；三道河子公社—勝利公社間重力異常和航磁異常相對較高，推斷為隱伏的晚三疊世—早侏羅世二長花崗巖或花崗閃長巖；勝利公社一帶航磁為寬緩低磁異常，對應的是兩側(cè)梯度較大的重力低異常，充分印證了受F1-1、F1-2 兩條平行斷裂控制的新生代斷陷盆地的存在，只是航磁異常反映的斷陷盆地范圍更大；雙合屯以西的磁力低，對應重力低緩臺階異常，故推斷為F2 斷裂。反演界面分為莫霍面、下地殼頂界面和中地殼頂界面、反演莫霍面的密度參數(shù)選擇為3.36 g/cm3,剩余磁化強度選為5 700×10-3A/m。計算莫霍面埋深為36～39 km。反演下地殼頂界面的密度參數(shù)選取3.05 g/cm3, 剩余磁化強度選為3 500×10-3A/m。計算下地殼埋深一般在18～20 km。反演中地殼頂界面的密度值選為2.67 g/cm3, 剩余磁化強度（330～800）×10-3A/m，計算中地殼埋深一般在4～5 km。

（2）剖面D—F 段∶該段位于調(diào)查區(qū)中部，地表出露的巖性為新元古代二長花崗巖（Ptηγ），其在1∶25 萬亞布力幅中定名為晚三疊世早侏羅世花崗閃長巖（T3—J1γδ）、早侏羅世正長花崗巖、張廣才嶺群新興組（Pt3x）變質(zhì)巖、晚三疊世正長花崗巖、中奧陶世花崗閃長巖（O2γδ）。

該段重力異常和航磁異常均呈波狀起伏，但是異常值偏低些，重力異常場總體趨勢仍由高值向低變化，莫霍面進一步加深。

雙合屯—老禿頂子間布格重力異常和航磁異常均較低，由密度較低、磁性較弱的晚三疊世—早侏羅世正長花崗巖引起，而老禿頂子相對重力高是由于基底張廣才嶺群新興組（Pt3x）變質(zhì)巖隆起或地表出露引起的異常，因該套地層為弱磁，故航磁異常甚低；老禿頂子—七公里間布格重力異常相對變低，可能為密度較低的晚三疊世正長花崗巖引起，但該地段航磁異常很高，可能與附近出露的或隱伏的、磁性很強的早寒武世或中奧陶世閃長巖脈有關(guān)。

圖4 興隆—榆樹川林場重磁聯(lián)合反演剖面Fig.4 Prof ile of joint inversion of gravity and magnetic in Xinglong-Yushuchuan tree farm

D—F 段剖面解釋推斷出F3、F4、F5 三條北斷裂，斷裂附近重 磁異常剖面特征非常明顯，斷裂一般處于重力剖面臺階異常和航磁異常突變處。

反演結(jié)果莫霍面埋深為38～40 km,是本區(qū)最深之處；下地殼埋深一般在18～21 km；中地殼埋深約5～6 km。

（3）剖面F— A′點段∶該段剖面位于調(diào)查區(qū)東南角。地表出露的巖性為中奧陶世花崗閃長巖（O2γδ）。其在1∶25 萬亞布力幅中定名為早石炭世石英閃長巖（C1δo），新生代新近紀船底山玄武巖、土門子組，張廣才嶺群閻王殿組（Pt3yn）變質(zhì)巖。

該段剖面重、磁異常相關(guān)性很好，隨重、磁場開始抬高，莫霍面也相對變淺。大面積分布的中奧陶世花崗閃長巖（O2γδ）使七公里—爾河站口間重、磁異常明顯增高，而航磁異常達到最高的原因可能與磁性較強的玄武巖有關(guān)；爾河站口以東重、磁異常驟降，尤其是重力異常，降至全區(qū)最低，推斷為受控于敦化—密山斷裂帶的新生代斷陷盆地。F— A′段剖面解釋推斷出F6、F7-1、F7-2 三條斷裂，斷裂的重磁異常特征都很明顯。

反演結(jié)果莫霍面埋深為38.5～39.5 km；下地殼埋深一般在18～19 km；中地殼埋深約6～8 km。

4 結(jié)論

關(guān)于莫霍面、地殼深部密度界面的探討，地震方法會更加有效，但是成本巨大。而RGIS 軟件為我們提供了一個廉價的解決途徑，通過布格重力和航磁的聯(lián)合反演，相互約束，可以有效減少多解性。

不過十分遺憾的是，作為本項目而言，范圍較小且缺少已知的深部資料，故本次解釋還是引用了許多前人結(jié)果，主要以定性解釋為主，定量解釋的成分較少，僅能在宏觀上作出分析。

[1] 王丹群,等.L-52-（26）五?？h幅1：20萬區(qū)域地質(zhì)測量報告[R].黑龍江省地質(zhì)局，1967.

[2] 馬萬昌,等.L-52-（27）一面坡幅1：20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R].黑龍江省地質(zhì)局,1970.

[3] 吉林省地質(zhì)科學研究所.吉林省及其西部鄰區(qū)構(gòu)造體系圖說明書[R].1980.

[4] 鄭國雙,等.L-52-（32）向陽山公社幅1：20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R].吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1983.

[5] 李昌基,黃 勤,等.吉林省區(qū)域重力調(diào)查成果報告[R].吉林省地礦局物探大隊，1987.