張宗寶,李志成,孫立偉,張震,秦學(xué)虎,張強(qiáng)
吉林省勘查地球物理研究院,吉林 長(zhǎng)春 130012
重力勘探是一種常用的地球物理方法,是利用組成地殼的各種地質(zhì)體的密度差異所引起的重力變化而進(jìn)行地質(zhì)勘探的一種方法。在地質(zhì)研究中,重力資料及解釋成果已被廣為應(yīng)用,如研究基底的起伏和構(gòu)造,圈定沉積盆地范圍,研究沉積巖系各密度界面的起伏和內(nèi)部構(gòu)造[1-4]。本文在重力資料分析處理的基礎(chǔ)上,探討重力測(cè)量在推斷斷裂構(gòu)造地質(zhì)問(wèn)題中的應(yīng)用和重要指導(dǎo)意義。
斷裂構(gòu)造解釋推斷工作是重力資料解釋的一項(xiàng)主要內(nèi)容。由于區(qū)域重力調(diào)查測(cè)點(diǎn)密度較大,獲取了較豐富的淺層目標(biāo)物信息,用其追索、圈定調(diào)查區(qū)斷裂構(gòu)造應(yīng)以中深部斷裂為主要目標(biāo)。根據(jù)布格重力異常、剩余重力異常、水平方向?qū)?shù)異常、重力異常水平總梯度及地質(zhì)特征等綜合信息,使斷裂異常特征更加清晰、明顯,并初步判斷部分?jǐn)嗔训那懈钌疃燃爱a(chǎn)狀。
主要根據(jù)布格重力異常圖、不同方向水平一次導(dǎo)數(shù)異常圖及重力垂向二階導(dǎo)數(shù)圖作為斷裂構(gòu)造推斷依據(jù)。
斷裂兩盤的相對(duì)位移會(huì)產(chǎn)生斷階、斷陷、突起和凹陷等各種構(gòu)造現(xiàn)象,從而破壞了原來(lái)地質(zhì)體的連續(xù)性,使斷層面某些部位成為密度分界,當(dāng)密度差、位移量和深埋條件適當(dāng)時(shí)就會(huì)在重力場(chǎng)中常形成如下多種斷裂構(gòu)造異常標(biāo)志:
(1)線性重力高與重力低之間的過(guò)渡帶是確定斷裂構(gòu)造的基本標(biāo)志,是地殼(或上地幔)物質(zhì)沿水平方向發(fā)生劇烈變動(dòng)地帶,通常是斷裂兩盤相對(duì)升降形成的正斷層或逆斷層而引起的異常。一般重力梯級(jí)帶等值線越密,反映的斷裂構(gòu)造的斷距越大,斷層面越陡。
(2)重力局部異常性質(zhì)和特征是截然不同的兩個(gè)場(chǎng)區(qū)的分界線,多是兩個(gè)性質(zhì)不同的地質(zhì)構(gòu)造單元之間走滑斷層分界線位置,一般斷裂規(guī)模較大。該類異常往往在垂直異常走向方向表現(xiàn)較為明顯。
(3)異常等值線或者異常軸(帶)有規(guī)律錯(cuò)位、規(guī)律性扭曲或重力等值線的疏密突變部位,往往是走滑斷層的反映。
(4)呈線狀或條帶狀延伸的重力高或重力低異常帶是斷裂構(gòu)造常見的標(biāo)志。
(5)串珠狀排列的重力異常帶的兩側(cè)或軸部所在位置,是后期沿?cái)嗔褞秩氲膸r珠所引起。
(6)圈閉的異常等值線突然變寬(窄)的部位,且異常軸基本一致,只是斷裂兩盤發(fā)生升降所引起,可能為規(guī)模較大的正斷層或逆斷層所致。
由于調(diào)查區(qū)面積相對(duì)較小,依據(jù)構(gòu)造方向的期次劃分為四組構(gòu)造。依據(jù)切割深度將區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造僅劃分了兩個(gè)級(jí)別,即大斷裂和一般斷裂。大斷裂除具有上述特征外,還具有規(guī)模大、切割深的特點(diǎn),大斷裂還可以控制其兩側(cè)的構(gòu)造活動(dòng),形成不同的構(gòu)造格局,從而破壞原來(lái)的地質(zhì)體連續(xù)性,造成兩側(cè)地層缺失明顯,形成密度上的橫向差異。部分大斷裂還控制著巖漿巖的侵入和礦產(chǎn)的分布。
(1)根據(jù)布格重力異常梯級(jí)帶中心確定出斷裂的位置,再依據(jù)上延不同高度的布格重力異常梯級(jí)帶中心位置的偏移,大體了解斷裂面的傾向。
(2)受斷裂控制的巖體、化探異常往往出現(xiàn)在上盤,即斷裂的傾向方向。
(3)由上延不同高度的各方向水平一次導(dǎo)數(shù)局部異常軸線,兩翼的對(duì)稱性大致判別斷層面的傾向,如導(dǎo)數(shù)極值等值線兩翼對(duì)稱時(shí)表明斷裂產(chǎn)狀直立,兩翼呈不對(duì)稱時(shí)在斷層傾向方向上,梯度較緩、等值線稀疏。
(4)地表已知斷裂與重力異常推斷斷裂的位置接近而不重合,則重力推斷一側(cè)為斷裂的傾向。推測(cè)斷裂與地表已知斷裂偏移越大,則說(shuō)明斷裂的產(chǎn)狀越緩。
依據(jù)重力圖件及原場(chǎng)轉(zhuǎn)換的圖件如水平方向0°、45°、90°、135°導(dǎo)數(shù)圖,水平總梯度平面圖,上延不同高度平面圖等圖件,可見調(diào)查區(qū)內(nèi)發(fā)育有多期、不同方向的斷裂構(gòu)造。一般斷裂確定其形成時(shí)代比較困難,可通過(guò)斷裂之間的相互錯(cuò)動(dòng)來(lái)確定斷裂形成的先后順序,被切割的斷裂形成較早;當(dāng)一條斷裂對(duì)附近其它斷裂有控制作用時(shí),那么起控制作用的形成早。
斷裂構(gòu)造圈定是以分析上述布格重力異常標(biāo)志為基礎(chǔ)并結(jié)合數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理成果(方向?qū)?shù),垂向一、二階段導(dǎo)數(shù),水平總梯度,小波變換等)提供的有用信息來(lái)初步確定。再結(jié)合地質(zhì)、物化遙信息進(jìn)行綜合分析,來(lái)確定的斷裂構(gòu)造,并初步確定斷裂的級(jí)別和組合關(guān)系。全區(qū)共圈定斷裂構(gòu)造41條,本文以吉林中東部地區(qū)磐石小梨河—永吉頭道溝調(diào)查區(qū)中的FA1和FA10兩條斷裂構(gòu)造為例,通過(guò)重力資料的處理,對(duì)半截河—松樹屯南北向斷裂(FA1)及上頭道川—新城子?xùn)|西向斷裂(FA10)進(jìn)行斷裂構(gòu)造圈定及推斷解譯(1)吉林省勘查地球物理研究院.吉林省吉林中部地區(qū)構(gòu)造巖漿巖帶金、銅多金屬礦產(chǎn)資源調(diào)查1∶5萬(wàn)重力調(diào)查成果報(bào)告[R].吉林省地質(zhì)資料館,2018.。
(1)半截河—松樹屯南北向斷裂(FA1)
半截河—松樹屯南北向斷裂主要依據(jù)布格重力異常圖、水平90°方向?qū)?shù)圖、垂向一階導(dǎo)數(shù)圖及航磁異常圖等圖件綜合分析解釋。
位于調(diào)查區(qū)A區(qū)西側(cè)半截河—松樹屯一帶,近似南北向,長(zhǎng)約14 km,布格重力異常圖上表現(xiàn)為重力相對(duì)高與重力高分界線,斷裂西側(cè)為相對(duì)低值區(qū)、東側(cè)為相對(duì)高值區(qū)。水平90°方向?qū)?shù)圖上為南北向正異常帶,其軸線即為斷裂線。斷裂特征特別明顯。在水平總梯度圖上斷裂呈線狀南北向展布,航磁異常處在正負(fù)磁異常接觸帶上。
在1∶5萬(wàn)地質(zhì)圖上,斷裂帶處于石炭系下統(tǒng)余富屯組與白堊系下統(tǒng)安民組接觸帶上,斷裂北端東西兩側(cè)均出露晚二疊世堿長(zhǎng)花崗巖,南端東側(cè)出露中侏羅世花崗巖(見圖1)。
圖1 FA1重力推斷斷裂剖析圖
綜合上述信息,推斷該斷裂構(gòu)造形跡突出,標(biāo)志明顯,以垂向運(yùn)動(dòng)為主,西傾。
(2)上頭道川—新城子?xùn)|西向斷裂(FA10)
上頭道川—新城子?xùn)|西向斷裂為本區(qū)最古老的斷裂,常被后期斷裂所切割,此斷裂構(gòu)造劃分主要依據(jù)布格重力異常圖、水平方向?qū)?shù),垂向一階導(dǎo)數(shù)圖及航磁異常圖等綜合分析解釋推斷。
FA10斷裂位于工作區(qū)中北部,西起上頭道川,東至新城子,近似東西向或北北東向,長(zhǎng)約9.3 km,布格重力異常圖上處于重力相對(duì)高與相對(duì)低梯級(jí)帶上,上延500 m、1 000 m圖件上斷裂特征依然明顯,水平0°方向?qū)?shù)圖上呈串珠狀負(fù)異常帶。水平導(dǎo)數(shù)模平面科上串珠狀異常極值帶。航磁異常處在磁力高異常帶上。
1∶5萬(wàn)地質(zhì)圖上,斷裂北側(cè)出露中侏羅世花崗閃長(zhǎng)巖,南側(cè)出露二疊系中統(tǒng)范家屯組地層(見圖2)。
圖2 FA10重力推斷斷裂剖析圖
綜合上述信息,該斷裂在布格重力異常圖、水平方向?qū)?shù)圖上反應(yīng)明顯,故推斷該斷裂存在。
本文通過(guò)對(duì)重力數(shù)據(jù)進(jìn)行水平方向?qū)?shù)、水平導(dǎo)數(shù)模等方法,根據(jù)重力、航磁異常的線性特征,建立了調(diào)查區(qū)主要斷裂構(gòu)造格架,推斷出區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造半截河—松樹屯南北向斷裂(FA1)以及上頭道川—新城子?xùn)|西向斷裂(FA10),并為該區(qū)今后基礎(chǔ)地質(zhì)研究、礦產(chǎn)預(yù)測(cè)以及其它學(xué)科的研究提供了可靠的有基礎(chǔ)價(jià)值的地球物理資料。