重力方法在祁連山地區(qū)構(gòu)造特征與巖體解釋中的應(yīng)用

路利春， 姜 鴻， 吳榮高， 張 佩， 張 沖， 李隴鋒

(1.陜西地礦第二綜合物探大隊有限公司，西安 710016； 2.陜西地礦漢中地質(zhì)大隊有限公司，漢中 723000； 3.中國地震局第二監(jiān)測中心，西安 710054； 4.中國地質(zhì)科學院地球深部探測中心，北京 100037； 5.甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，蘭州 730022)

0 引言

祁連山脈位于中國甘、青、藏、疆一帶，由多條NW-SE向的平行山脈和寬谷組成。西端在當金山口與阿爾金山脈相接，東端至黃河谷地，與秦嶺、六盤山相連。研究區(qū)位于甘青交界的祁連山地區(qū)，包含青海省剛察縣、祁連縣、天峻縣及甘肅省張掖市、肅南縣等，區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂發(fā)育，地質(zhì)情況復雜，之前未做過系統(tǒng)的重力勘探，但有許多學者做過地質(zhì)研究。張伯宏等[1]認為祁連山重力場隨時間的長波變化是由地殼深部物質(zhì)遷移所引起的，表明地下流體勢較強； 向鼎璞[2]對主要地質(zhì)特征進行了研究，表明祁連山地槽具有多旋回展布特征，認為該區(qū)域變質(zhì)作用有7期； 一些學者認為祁連造山帶蛇綠巖型為超基性巖,具有分異后的上地幔組成特點,其成巖作用比較復雜，該類巖體均起源于分異作用相對較小的深部地幔[3-5]。但在祁連山地質(zhì)構(gòu)造、深部單元分布、隱伏巖體構(gòu)造及成因、基底起伏與沉積特征及礦產(chǎn)分布空間構(gòu)造特征等方面存在爭議。

在收集1∶25萬張掖、剛察幅重力測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對重力數(shù)據(jù)進行綜合處理分析； 利用方域窗口滑動平均法求取區(qū)域重力場與剩余重力異常，并結(jié)合測區(qū)內(nèi)地質(zhì)情況，對比不同窗口計算結(jié)果； 最后，通過重點剖面反演，解釋隱伏巖體或礦體的空間分布特征、成因及埋深等。這對今后研究區(qū)內(nèi)深部地質(zhì)找礦提供了參考。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于秦祁昆造山帶中段，夾持于塔里木—中朝板塊和柴達木板塊之間。其西段被阿爾金山斷裂帶所截，斷裂帶與塔里木地塊相連接； 東端被六盤山—固原斷裂所截，與鄂爾多斯地塊相鄰； 北部以龍首山斷裂為界與阿拉善地塊相接； 西南以天峻—青海湖—天水斷裂為界與西秦嶺印支造山帶相鄰[6-12](圖1)。

圖1祁連山造山帶構(gòu)造單元劃分略圖[13]

Fig.1DivisionoftectonicunitsinQilianMountainsorogenicbelt[13]

在昆侖秦嶺地槽褶皺系中，祁連山是一個特別典型的加里東地槽，褶皺旋回屬于陸相泥盆系，在磨拉石建造前就已經(jīng)形成。北祁連山一帶中下泥盆統(tǒng)、古生界與加里東晚期花崗巖存在不整合關(guān)系； 中下泥盆統(tǒng)與中奧陶統(tǒng)也是不整合關(guān)系。祁連山在加里東晚期才褶皺成山體，從地槽轉(zhuǎn)變?yōu)榈嘏_，因此晚古生代—中、新生代都屬于地臺型蓋層沉積形式[14-15]。柴達木北緣和青海南山主要以華力西和印支褶皺為主，屬于北秦嶺褶皺帶。

2 地球物理場特征

2.1 密度特征

祁連山各構(gòu)造單元地層密度從新至老總體呈增大趨勢，同一地層在不同構(gòu)造單元中密度也有差異，侵入巖從酸性、中性到基性密度逐漸增大。該地區(qū)的超基性巖已蛇紋石化，其密度小于基性巖。密度統(tǒng)計結(jié)果見表1，重力異常反演時按綜合資料進行密度值分析。本區(qū)域新太古代華隆群、古元古代托賴巖群均為變質(zhì)巖，變質(zhì)程度高，中新元古代和早古生代地層也有不同程度的變質(zhì)，局部變質(zhì)作用較強烈，對重力異常有著一定的影響。

2.2 重力場特征

祁連山一帶布格重力異常(圖2)總體趨勢沿2個方向變化: ①自北東朝南西方向逐次降低，場值變化幅度達180×10-5m/s2； ②自東朝西逐次降低，北部主要為NW向展布的局部重力異常帶和重力梯度帶，重力場變化劇烈，中東部重力場值的變化強度明顯弱于北部，中西部及南部，場值變化幅度較小，平面上中西部為一個不完整的重力低，從該重力低沿NE向重力場值快速升高，向東重力場值逐漸升高，向南緩慢升高。

表1 祁連山一帶巖礦石密度統(tǒng)計成果

圖2祁連山一帶重力布格異常平面圖

Fig.2PlanofBouguergravityanomaly

inQilianMountains

通過對前人成果[16-21]的分析，結(jié)合重力和深部地震資料，認為祁連山西側(cè)重力低是地殼增厚的反映，巨型重力低中心處，地殼厚度增至最大，重力場總體趨勢反映了莫霍面自北朝南及由東到西逐漸加深，而局部異常變化及重力局部擾動是由地殼上部密度不均引起的。重力場區(qū)域特征反映了研究區(qū)地殼厚度變化及殼內(nèi)各密度層結(jié)構(gòu)，局部特征反映了地殼上部密度結(jié)構(gòu)差異以及主構(gòu)造格架。

3 構(gòu)造單元劃分

祁連山地區(qū)現(xiàn)今的構(gòu)造格局與古大洋的演化密切相關(guān)。震旦紀—早中寒武世為大陸裂谷構(gòu)造演化階段，晚寒武世—早奧陶世是被動大陸邊緣演化階段，早中奧陶世是洋底擴張及溝弧盆體系大洋盆地演化階段，碰撞造山發(fā)生于志留紀—泥盆紀，其后至今是陸內(nèi)造山作用階段。早期的構(gòu)造格局基本確立，后期構(gòu)造作用在此基礎(chǔ)上進行局部改造，因此構(gòu)造單元的劃分以早古生代中期的構(gòu)造格局為基礎(chǔ)，適當考慮后期構(gòu)造運動的改造作用。

本次構(gòu)造單元劃分主要基于重力異常及地質(zhì)、航磁、地震等資料，依據(jù)《DZ/T 0082—2006區(qū)域重力調(diào)查規(guī)范》,并結(jié)合前人研究成果[22-30]，劃分了祁連山一帶的大地構(gòu)造單元。不同的地質(zhì)學家對祁連地區(qū)構(gòu)造單元的劃分方案也不同[7,9,31-34]，本次構(gòu)造單元劃分比較前人有局部的不同和增加。

將祁連山一帶劃分為4個一級構(gòu)造單元(表2)，這些與前人的研究情況基本一致，但在二級構(gòu)造單元劃分上有所不同，新劃分了13個三級構(gòu)造單元(表2)。

表2 構(gòu)造單元劃分

小部分區(qū)域重力場變化是大地構(gòu)造運動結(jié)果的反映，應(yīng)對重點區(qū)域進行大比例尺重力測量，查明構(gòu)造演化特征(圖3)。

圖3祁連山地區(qū)構(gòu)造單元劃分

Fig.3TotalgradientmodulusofgravitylevelandtectonicunitsdivisioninQilianMountains

4 局部異常及隱伏與半隱伏巖體解釋

以重力數(shù)據(jù)為主，結(jié)合鉆孔、航磁等資料，在祁連山東部共圈定隱伏巖體1處(L18)，半隱伏巖體2處(L28、L29)，解釋重點異常區(qū)2處(L22和G13、L9、L15)，為后期找礦圈定靶區(qū)。異常位置見圖4。

4.1 維達涅河隱伏巖體(L18)

維達涅河隱伏巖體在布格重力異常和剩余重力異常圖上均表現(xiàn)為局部重力低，剩余重力異常L18位于天峻縣木里鄉(xiāng)東北，剩余重力異常圖上L18平面形態(tài)呈似橢圓狀，異常面積約100 km2，走向NNE，布格場形態(tài)與剩余異常圖基本一致。此處地表出露古元古界托賴巖群和中元古界長城系，重力場為局部重力低，航磁異常顯示具中強磁性背景，據(jù)此推測該處異常(L18)為隱伏花崗巖體引起，可能是加里東晚期花崗巖體和低密度花崗巖基底及新生代坳陷共同引起的結(jié)果。

4.2 卡梗庫木半隱伏巖體(L28、L29)

該異常位于青海湖東北側(cè)，剩余重力異常圖上L28呈橢圓狀，L29呈鼻狀，面積約180 km2，走向NW，在布格重力異常圖上都有明顯顯示，平面形態(tài)與剩余重力異常圖基本一致(圖5)。L28地表為第四系覆蓋，異常東南出露加里東晚期花崗巖體，推斷該隱伏巖體由密度較低的花崗巖基底及其上部新生代坳陷共同引起； L29航磁異常圖上顯示為弱磁背景區(qū)，南部邊緣地表出露的少量殘留二疊系覆于花崗巖體之上，其余地段地表大面積出露加里東晚期花崗巖體，花崗巖體密度較小、磁性較弱，推斷L29由厚度8 km的加里東晚期花崗巖體引起。

圖4 布格重力剩余異常劃分圖

圖5 局部重力異常L28、 L29 擬合計算及地質(zhì)解釋剖面

4.3 局部重力異常(L22)

L22位于中祁連木里鄉(xiāng)東南，異常形態(tài)橢圓狀，面積約80 km2，走向NWW，重力圖件均顯示局部重力低。L22處地表為第四系覆蓋，西南側(cè)出露三疊系和少量侏羅系，侏羅系呈條帶狀沿NW向展布，以逆斷層與三疊系接觸。航磁異常有低磁區(qū)，與重力低值區(qū)反映了該區(qū)域中新生代坳陷的特征，擬合結(jié)果見圖6。L22為木里盆地引起，盆地基底為元古宇，蓋層為石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系和第四系，盆地沉積厚度達5 km，具有煤炭、油氣等找礦潛力。

圖6局部重力異常L22擬合計算及地質(zhì)解釋剖面圖

Fig.6FittingcalculationandgeologicalinterpretationsectionforL22partialgravityanomaly

4.4 局部重力異常(G13、L9、L15)

該組異常位于研究區(qū)西部托萊山，平面形態(tài)橢圓狀，走向NW，面積達550 km2。G13位于斷裂之間，出露下奧陶統(tǒng)，以基性熔巖為主，如玄武巖、細碧巖及枕狀熔巖，與超基性巖構(gòu)成較完整的洋脊蛇綠巖,局部磁力高，引起磁異常的是超基性巖和輝長巖。L9為第四系覆蓋區(qū)，具有弱磁背景。L15為第四系覆蓋區(qū)，具有弱磁背景。擬合結(jié)果(圖7)顯示: 局部重力高G13為下古生界奧陶系、輝長巖體及少量的超基性巖共同引起，該隆起嚴格受斷裂控制； L9為晚古生代—中新生代坳陷盆地引起，該盆地內(nèi)沉積厚度達3 km； L15為晚古生代—中新生代坳陷盆地引起，但該盆地規(guī)模和深度比前者小得多。該區(qū)域具有銅、金、鉛、鋅、鉻礦、石棉礦等找礦潛力。

圖7局部重力異常G13、L9、L15擬合計算及地質(zhì)解釋剖面圖

Fig.7FittingcalculationandgeologicalinterpretationsectionforG13,L9andL15partialgravityanomaly

5 結(jié)論

(1)通過在研究區(qū)開展相關(guān)工作，獲得了祁連山地區(qū)的密度實測資料，其地殼密度結(jié)構(gòu)橫向分區(qū)性、縱向分層性明顯，說明研究區(qū)構(gòu)造演化環(huán)境特殊，構(gòu)造特征是多方面因素共同影響的結(jié)果。

(2)祁連山地區(qū)重力場變化劇烈，梯級帶特征明顯，區(qū)域場整體表現(xiàn)為東北高、南西低。

(3)大體上祁連山布格重力異常場與地質(zhì)構(gòu)造分區(qū)特征基本一致，新劃分了13個三級構(gòu)造單元。

(4)新推測解釋隱伏巖體1處，半隱伏巖體2處，解釋局部異常2處，為后期深部找礦提供參考。

致謝： 中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心劉寬厚教授級高級工程師在撰寫過程中給予指導，審稿專家和編輯提出了寶貴的修改意見，在此深表感謝。

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