松遼盆地北部布格重力異常場源分布

魏代云，吳燕岡，郇恒飛

（1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 地球和空間科學(xué)學(xué)院，合肥 230026；2.吉林大學(xué) 地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長春 130026）

0 引言

布格重力異常是經(jīng)過布格改正以后的重力異常，它反映了除地表地形以外的內(nèi)部密度異常分布，與淺、深部構(gòu)造單元密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)地球內(nèi)部存在多個密度界面［1］，這些密度界面的起伏對布格重力異常的貢獻(xiàn)非常大，因而常常利用布格重力異常反演密度界面起伏。對密度界面的反演可以幫助我們更好地研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解區(qū)域性構(gòu)造和深部構(gòu)造運(yùn)動問題，以及進(jìn)一步勘探與構(gòu)造有關(guān)的礦產(chǎn)資源和油氣儲藏等。

密度界面的反演方法很多，如地震和重力。對地震而言，利用密度界面的強(qiáng)反射特性可以獲得密度界面的深度。對于重力而言，在一定的先驗(yàn)條件下（如平均深度），重力資料反演也可以獲得較準(zhǔn)確的密度界面。重力反演方法也有許多，如實(shí)數(shù)域等效反演法，它是利用等效棱柱體擬合來滿足重力異常觀測，從而達(dá)到求解密度界面的目的。該方法的不足之處在于，如果測區(qū)很大，網(wǎng)格很密，數(shù)據(jù)很多，計算會比較慢，故不被廣泛應(yīng)用［2］。頻率域Parker迭代反演方法恰恰解決了這個問題，由于它引入了快速傅里葉變換，使得反演計算更加省時省力［3－6］。

松遼盆地位于我國東北地區(qū)，是我國最大的陸相坳陷型含油含氣盆地，著名的大慶油田就位于盆地之中。本文利用20萬布格重力異常資料（圖1），假設(shè)布格重力異常是深部不同密度界面共同作用的結(jié)果，利用匹配濾波方法對局部場與區(qū)域場進(jìn)行分離，進(jìn)而了解不同場源的重力異常分布特點(diǎn)和界面深度問題。最后，基于Parker迭代反演方法進(jìn)行密度界面的反演，并討論該界面與構(gòu)造作用的聯(lián)系。

1 局部場與區(qū)域場的分離

從松遼盆地北部的布格重力異常圖（圖1）中可以看出，布格重力異?？傮w趨勢呈北東和北北東向展布，變化幅值達(dá)－300×10－6～170×10－6m／s2。整個松遼盆地北部以負(fù)異常為主，中部地區(qū)布格重力異常平緩，在齊齊哈爾—泰來、海倫—青岡等區(qū)域出現(xiàn)正異常。齊齊哈爾—泰來、北安—綏化、慶安—雙城表現(xiàn)為明顯的布格重力異常梯度帶，這些梯度帶大致與松遼盆地北部區(qū)域的邊界重合。

局部場以高頻成分為主，區(qū)域場以低頻成分為主。根據(jù)局部場與區(qū)域場頻率成分的不同，利用匹配濾波方法分離出不同深度上的場源［7－8］。在重力異常處理中，首先要對布格重力異常做一階垂向?qū)?shù)，然后求取徑向平均對數(shù)能譜曲線（圖2），計算不同場源的平均深度。

圖1 松遼盆地北部布格重力異常等值線圖（單位：10－6 m／s2）

圖2 匹配濾波參數(shù)圖

如圖2所示，將場劃分為3部分：淺源場、中源場和深源場。根據(jù)擬合直線斜率的絕對值等于2倍場源平均深度［7］，計算出深源場平均深度為30.3 km，中源場平均深度為16.3km，淺源場平均深度為11.8km。資料［9－10］顯示，莫霍面的深度在30～34km，而我們的深源場給出的平均深度正好在這一范圍內(nèi)，于是，推測松遼盆地北部地殼含有3層結(jié)構(gòu)，分別是上地殼、中地殼和下地殼。

圖3 淺源場重力異常等值線圖（單位：10－6 m／s2）

由圖3可知：淺源場產(chǎn)生的重力異常值在－336×10－6～180×10－6m／s2之間，區(qū)域西部出現(xiàn)北東向的訥河—鎮(zhèn)賚異常梯度帶，其異常值在－240×10－6～80×10－6m／s2，區(qū)域中部為重力異常緩變區(qū)，重力異常正負(fù)交替變化，以負(fù)異常為主，異常值在－40×10－6～40×10－6m／s2，異常的梯度較小。區(qū)域東部出現(xiàn)北西向的海倫—綏化梯度帶，及北東向的巴彥—雙城梯度帶，重力異常值在－40×10－6～20×10－6m／s2。

中源場產(chǎn)生的重力異常值在－68×10－6～5×10－6m／s2范圍內(nèi)，幅值比較小（圖4）。研究區(qū)域西部出現(xiàn)北東向的訥河—鎮(zhèn)賚異常梯度帶，其異常值在－50×10－6～－20×10－6m／s2；研究區(qū)域中部為重力異常緩變區(qū)，異常值在－20×10－6～－10×10－6m／s2，異常的梯度較小；研究區(qū)域東部，出現(xiàn)近南北向的海倫—綏化梯度帶，其異常值在－30×10－6～－20×10－6m／s2。

由圖5可知：松遼盆地北部深源場所產(chǎn)生的重力異常以北東向的負(fù)異常為主，異常值在－33×10－6～17×10－6m／s2，研究區(qū)域內(nèi)存在2條大的北東向重力異常梯度帶，大慶—大安梯度帶和齊齊哈爾—鎮(zhèn)賚梯度帶，另外還有北西向的北安—綏化重力梯度帶和一條較小的北東向阿榮旗—訥河梯度帶。在青岡附近重力等值線較平緩，其值在－20×10－6～－17×10－6m／s2。

圖4 中源場重力異常等值線圖（單位：×10－6 m／s2）

圖5 深源場重力異常等值線圖（單位：10－6 m／s2）

從3個場源的重力異常分布來看，淺源場與總布格異常梯度帶基本一致，幅值相當(dāng)，對地面重力勘探的貢獻(xiàn)較大。而中源場與深源場的重力異常分布具有極好的繼承性，兩者的幅值變化小，對地面重力勘探的貢獻(xiàn)小。

2 密度界面反演

考慮到中源場和深源場產(chǎn)生的重力異常比較小，所以本文只對上地殼與中地殼之間的界面深度h進(jìn)行反演計算。根據(jù)速度和密度經(jīng)驗(yàn)公式，本次計算選取上地殼與下地殼的密度差ρ＝0.2g／cm3。頻率域Parker反演方法［7］的具體步驟如下：

（5）重復(fù)以上步驟，直到達(dá)到相鄰兩次迭代計算的Δh小于0.1km。利用傅里葉逆變換求得界面起伏Δh。則上、中地殼的界面深度為h＝h0＋Δh。結(jié)果見圖6。

圖6 上地殼與中地殼界面深度圖（單位：km）

3 結(jié)論與討論

松遼盆地北部布格重力異常表現(xiàn)為：在盆地內(nèi)部布格重力異常比較平緩，在盆地邊界附近多出現(xiàn)布格重力異常梯度帶。從匹配濾波分析法得到淺源場、中源場和深源場，其中，淺源場產(chǎn)生的重力異常最大，重力異常變化明顯，在區(qū)域邊界附近存在多條重力梯度帶，說明該區(qū)域的構(gòu)造運(yùn)動對上地殼的影響大。相比于淺源場，中源場和深源場產(chǎn)生的重力異常小，異常變化平緩，但也存在多條梯度帶。從中源場和深源場產(chǎn)生的重力異常分布來看，兩者的相關(guān)性很強(qiáng)，具有明顯的繼承性?；诓煌牡厍蛭锢矸椒?，許多學(xué)者研究給出莫霍界面的深度［9－10］。把我們計算的不同場源深度與他們的結(jié)果做比較，發(fā)現(xiàn)這3個場源可能正好反映了地殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)，于是推測松遼盆地北部區(qū)域的地殼結(jié)構(gòu)分為3層，分別是上地殼、中地殼和下地殼。

研究發(fā)現(xiàn)［11］，松遼盆地經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造活動，如早期斷裂活動；中期沉降及擴(kuò)展；后期萎縮。這些不同時期的構(gòu)造活動勢必會對松遼盆地內(nèi)的地殼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，使得地殼結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。地殼結(jié)構(gòu)的一些復(fù)雜特性在圖6中也可看出。圖6顯示，松遼盆地北部存在兩大隆起區(qū)域，而在兩大隆起區(qū)域中間存在一個大的盆地沉積，這是由于松遼盆地是一個裂谷盆地，在發(fā)生大規(guī)模沉降的同時受到構(gòu)造應(yīng)力場作用而形成隆起區(qū)域內(nèi)的盆地沉積［8］。也正是這樣的構(gòu)造特征為松遼盆地的油氣聚集和儲藏提供了有利的場所。

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