內蒙古區域重力場特征研究

2018-02-23 16:22:57蘇美霞范亞麗孫會玲吳艷君

西部資源 2017年5期

蘇美霞+范亞麗+孫會玲+吳艷君

摘要：內蒙古區域重力場分為東、中、西三大部分，大興安嶺及其以東地區為鏡像異常區，山體重力低，平原區重力高，艾里模式成立；大興安嶺到寶音圖—巴彥烏拉山—雅布賴山—阿爾騰山為內蒙中部區，山形異常區，山體重力高，平原區重力低，普拉特模式成立；寶音圖—巴彥烏拉山—阿爾騰山以西為內蒙西部區，亦為山形異常區，山體重力高，平原區重力低，普拉特模式成立。

關鍵詞：區域重力場；鏡像異常；山形異常；艾里模式；普拉特模式

內蒙古重力場總體展布特征，明顯地反映出東、中、西三部分格局。東部區重力場以北東向帶狀展布為主要特征；中部區重力場以東西方向上的分塊、南北方向上的分帶為特征；西部區重力場以南北方向上的分帶、東西方向上的分塊為特征。

1.大興安嶺及其以東地區

內蒙東部區的大興安嶺是松遼大型移置體和內蒙古板塊擠壓碰撞活動的產物[1]，第三紀以后，由于松遼和蒙古板塊擠壓碰撞活動逐漸增強，導致大興安嶺山體迅速抬升[1]，形成內蒙東部區北東向的構造格局。

與內蒙全區相比，東部區總體反映為相對重力高值區。區域剩余重力異常總體展布方向受區域構造控制，呈北東向，沿大興安嶺一線存在一明顯的北東向展布的巨型重力梯級帶（見圖1）。

該區域從東到西區域剩余重力異常呈波浪式過渡趨勢，重力高低變化為：東部的松遼盆地東側長白山系（完達山、張廣才嶺、老爺嶺、威虎嶺、吉林哈達嶺、龍崗山、老嶺、千山等，在內蒙古境外以東地區）是重力相對低值區；松遼盆地為重力相對高值區；向西，在大興安嶺東緣及至大興安嶺主脊部位為重力相對低值區；大興安嶺以西，海拉爾盆地區為重力相對高值區；額爾古納地區為重力相對低值區。總體而言呈現為長白山系重力低—松遼盆地重力高—大興安嶺重力低—海拉爾盆地重力高—額爾古納重力低。而地形則出現相反的情況，海拔高度變化為：長白山系（高）—松遼盆地（低）—大興安嶺（高）—海拉爾盆地（低）～額爾古納地區（高）。即相鄰地區地形低，重力場值則高，而地形高，重力場值則低。也就是山體重力低，平原區重力高，具備典型的鏡像異常特征。

該區域的莫霍面深度（地幔深度）深淺變化為：平原區莫霍面淺，地幔上凸，山區莫霍面深，地幔下凹，有山根和反山根（見圖2）。顯然鏡像異常與莫霍面的起伏變化具有內在聯系。

內蒙東部區松遼盆地、海拉爾盆地有巨厚的中新生界沉積。大興安嶺主脊部位和額爾古納一帶是酸性花崗巖的分布區。酸性花崗巖的密度值一般低于古生界、元古界、太古界老地層的密度值，與中生界地層的密度值接近或略低，高于新生界地層的密度值。

那么有中新生界低密度巨厚沉積物的松遼盆地區、海拉爾盆地區呈現重力高異常，顯然與該區域地幔呈隆起狀態有關；大興安嶺，雖分布有密度較中新生界沉積物高的酸性花崗巖，重力異常卻隨山體增高，其值降低，形成著名的大興安嶺梯級帶，這與該區域地幔深度逐漸變深有關。大興安嶺巨型梯級帶，對應幔坡區（見圖1、圖2）。所以認為這一地區的布格重力異常高低變化趨勢及其鏡像異常特征與地幔（莫霍面）深度變化有關，同時，也與地殼內物質密度不均勻有關。

內蒙東部區大興安嶺重力低，松遼盆地重力高，是最具代表性的鏡像異常。利用鏡像異常的補償模式（見圖3），可解釋其地質起因：

大興安嶺地殼平均密度（σ0）為2.82g/cm3，平均厚度（h0）43km，松遼平原地殼平均密度（σ1）2.75g/cm3，平均厚度（h1） 35km，顯然就地殼異常質量而言大興安嶺高于松遼盆地。但是大興安嶺莫霍面下凹，造成8km厚的山根，松遼平原莫霍面上凸，形成8km厚的反山根，這一區域地幔物質密度（σM）為3.30g/cm3，8km厚的山根和反山根密度差大于0.40g/cm3。那么在43km厚的尺度上，松遼平原巖石圈異常質量必然遠遠大于大興安嶺異常質量，所以出現松遼平原重力高（10～30×10-5m/s2），大興安嶺重力低（-80～-140×10-5m/s2）[1]（見圖3）。由于物質密度地幔明顯高于地殼，可見地幔的起伏是影響布格重力異常的高低變化的重要因素。另外在莫霍面之下的地幔物質也是有差異的，大興安嶺、松遼平原相應區域莫霍面之下，地震波速（Vp）分別為8.0km/s～8.1km/s和8.2km/s～8.3km/s，利用地震波速推算其密度分別為3.28g/cm3和3.35g/cm3。這樣在43km之下，地幔因素對地表重力分布的影響，松遼平原也比大興安嶺來得大些。正是由于地幔起伏及幔內物質密度差異，最終形成松遼平原比大興安嶺相對重力高出80～140×10-5m/s2的現象，亦是形成鏡像異常之內因。

長白山系、額爾古納與大興安嶺相同，均為重力低異常區，莫霍面拗陷，山體有山根（地殼物質）；海拉爾盆地區與松遼盆地區相同，均顯示為重力高異常區，莫霍面隆起，有反山根（地幔物質），均是典型的鏡像異常區。

大興安嶺以東地區，是中生代構造區，松遼大型移置體是前寒武古板塊在中生代移置到現代構造位置的[1]。松遼西緣形成大興安嶺、松遼東緣形成長白山系、松遼北緣形成小興安嶺。大興安嶺以西海拉爾盆地基底，亦是前寒武紀陸塊，是早古生代移置到現當代構造位置的中型移置體[1]。前寒武陸塊為高密度體，可見以上地殼結構特征也是內蒙古東部區形成鏡像異常的重要因素。

內蒙古東部區是全國典型的鏡像異常區，山體重力低平原區重力高，存在山根和反山根，艾里模式成立。該區域斷裂構造極為發育，主體呈北東向展布，包括得爾布爾斷裂、鄂倫春—伊列克得斷裂、嫩江—白城—八里罕斷裂、大興安嶺—林西—多倫斷裂、大興安嶺西緣斷裂等一系列北東向斷裂；區內巖漿活動尤為強烈，中生代火山巖、侵入巖廣布，在大興安嶺中段及南段存在的區域重力低（見圖1），與相應區域發育的構造巖漿巖帶有關。一系列北東向斷裂及構造巖漿巖帶對內外生礦產的形成有重要意義。

2.內蒙古中部區

內蒙古中部區，大興安嶺以西至寶音圖—巴彥烏拉山地區。位于西伯利亞板塊與華北板塊復合縫合帶分布區，北側為西伯利亞板塊南緣，南為華北板塊北緣。重力場呈近東西向展布，且與航磁異常的方向基本一致。布格重力異常值，從北向南呈波浪式高低高低帶狀變化趨勢，南北向分帶特征明顯（見圖4），總體分布規律如下：

大致以蘇尼特右旗—錫林浩特一線為界，其北區域剩余重力異常反映為重力高異常帶；烏拉特后旗—達茂旗—鑲黃旗—多倫為重力低值帶；狼山—色爾騰山—烏拉山—大青山為重力高值帶；臨河—包頭—呼和浩特為重力低值帶；東勝—清水河—豐鎮為重力高值帶；鄂托克旗—烏審旗為重力低值帶。對應的地形高程變化趨勢與重力異常的高低變化一致，即重力異常高的區域，地形高程也相對高，重力異常低的區域，地形高程也相對低。總體而言內蒙中部區為山區重力高，平原區重力低的山形異常區。

內蒙古中部地區，南側區域重力高場區基本上與華北地臺區太古界基底相對應；北側區域重力高場區基本上位于北緯42°線以北地區，與元古代陸塊區相對應，重力值強度與南側相當，地表有前寒武老地層出露，故推斷該帶重力高為前寒武基底隆起所致。在南北兩側區域重力高場區之間的近東西向重力低值帶為花崗巖帶和中新生界的盆地群引起[2]。

陰山山系，從西至東為巴彥烏拉山、狼山、色爾騰山、渣爾泰山、烏拉山、大青山、大馬群山、七老圖上、努魯爾虎上等，是北側元古代陸塊與南側華北陸塊北緣擠壓碰撞活動的產物，區域上形成重力高值帶。吉蘭泰—河套—呼包平原重力低，沉積了巨厚的中新生界沉積物，對應重力低值區。以上兩個重力高低異常區亦是內蒙中部區典型的山形異常區，山區重力高，平原區重力低，普拉特模式成立：

利用土右旗到達爾罕茂明安聯合旗布格重力異常與高程變化的對應關系建立了山形異常補償模式（見圖5、圖6）。該區域莫霍面平緩，重力值高低主要與殼內物質密度差異有關。由圖可見土默特右旗重力低與呼包盆地相對應，亦為巨厚的低密度中新生代沉積所引起。達爾罕茂明安聯合旗重力低對應白云鄂博群分布區，系為古生代巨厚型花崗巖帶所引起的。上述兩重力低之間的重力高，與大青山相對應，系為高密度的太古界隆起所致。

大青山區有一個平均厚1.25km的高山山體（太古代，密度2.74g/m3）；呼包平原有一層巨厚的平均2.5km厚的中新生界蓋層（平均密度2.30g/m3），其基底亦為太古界。大青山區和呼包平原區莫霍面平緩，綜上可見大青山區地殼異常質量遠比呼包平原區地殼異常質量大的多。顯然這一地區地幔因素對地表重力分布的影響大致相同，地殼內部密度不均勻是重力異常不同的主要原因。所以重力異常特征表現為大青山區重力高，呼包平原重力低的山形異常（圖6），普拉特模式成立。

整個內蒙中部區，重力場為山區重力高，平原區重力低的山形異常區，普拉特模式成立。與河北、山西、陜西相似。這些地區莫霍面較平緩，深度變化不大。所以區域上地幔密度變化的影響較小，布格重力異常的變化主要是地殼內物質密度不均勻引起，與大興安嶺和松遼盆地的鏡像異常區完全相反。

綜上所述，內蒙中部區重力場的展布特征，不僅反映了中新生代以來殼幔均衡補償作用對本區的影響，也較清晰地顯示出了古構造-東西向構造和弧形構造的痕跡。區內發育的東西向構造為該區的主體構造體系，主要包括二連—東烏旗斷裂、溫都爾廟—西拉木倫河斷裂、索倫山—巴林右旗斷裂、艾里格廟—錫林浩特斷裂、臨河—集寧斷裂、烏拉特前旗—固陽斷裂、烏拉特前旗—呼和浩特斷裂、四子王旗斷裂、鄂爾多斯盆地北緣斷裂、岱海北側斷裂等。以上東西向構造的形成與發展與本區大地構造演化有密切的關系，對不同時期的沉積構造、巖漿活動、變質作用和礦產的形成，具有明顯的推動作用。陰山山系是南北古陸塊擠壓碰撞的產物，為區域重力高值帶，該區域是鐵、金、銅、鉛鋅等多金屬礦的重要成礦區域。

3.內蒙古西部地區

內蒙西部區，指寶音圖—巴彥烏拉山—雅布賴山—阿爾騰山以西地區，該區應為阿拉善元古代陸塊區：巴彥烏拉山—阿爾騰山是華北太古代陸塊與阿拉善元古代陸塊擠壓碰撞活動的產物；額濟納旗—珠斯楞—烏蘭呼海為前寒武基底分布和隆起區；哈利山—龍首山是甘肅陸塊與阿拉善陸塊擠壓碰撞活動形成的，由前寒武變質巖組成，亦為元古代陸塊；整個巴丹吉林或阿拉善右旗為前寒武基底分布區，所以也應為元古代陸塊。

內蒙西部區區域剩余重力異常總體走向自西向東由北西西向轉為近東西向，區域剩余重力異常值自北向南呈波浪式下降趨勢（見圖7）。布格重力異常值額濟納旗一帶為-140×10-5m/s2，至龍首山一帶為-240×10-5m/s2。地震測深和大地電磁測深表明，額濟納旗一帶地殼厚度為50km，而龍首山一帶地殼厚度約56km（見圖2）。從北向南地殼厚度變化6km。區域重力場自北向南遞減，正是反映了地殼厚度自北向南逐漸增厚的變化特征。另外，莫霍面相差6km深度不足以引起-100×10-5m/s2的重力差值。額濟納旗一帶的區域重力高，除莫霍面相對變淺因素外，有高密度的前寒武基底存在并隆起的影響也是重要原因。

寶音圖—巴彥烏拉山—雅布賴山以西地區亦為山形異常區，區域剩余重力異常呈北西向展布。額濟納旗-珠斯楞—烏蘭呼海，為重力高值帶；石板井—湖西新村—巴彥諾爾公，為重力低值帶；紅柳大泉—阿拉善右旗—溫都爾圖布亦為重力低值帶。從地形高程看，比較而言，重力異常較高地段，地形高程也較高，重力異常較低地段，地形高程也較低。即山區重力高，平原區重力低，亦為山形異常區。如巴彥烏拉山，布格重力異常值為-140～-150×10-5m/s2；吉蘭泰平原區為-190～-200×10-5m/s2；龍首山區為-200×10-5m/ s2，阿拉善右旗平原為-270×10-5m/s2，為重力低區域，相鄰地區，均表現為山區重力高，平原區重力低，具備山形異常的特點。

綜上可見，內蒙西部區，區域重力場變化與莫霍面深度變化有關，自北向南莫霍面漸深，所以布格重力異常自北向南重力值呈降低趨勢。但局部區域，莫霍面的深度變化不大，重力異常的變化主要與殼內物質密度分布不均勻有關，相鄰地區形成山體重力高，平原區重力低的山形異常，與鄰區甘肅、寧夏相同。

內蒙古西部地區，額濟納旗斷裂、橫巒山—烏蘭浩海斷裂、阿拉善斷裂、巴丹吉林斷裂、騰格里斷裂等北西向和近東西向斷裂是阿拉善元古代陸塊區的主要斷裂構造，對巖漿活動和內外生礦產的形成有重要意義。

4.結論

①內蒙古東部為鏡像異常區，山體重力低，有山根，平原區重力高，有反山根，艾里模式成立。重力高低變化與地幔上凸和下凹密切相關。

②內蒙中部區為山形異常區，莫霍面平緩，山體重力高，平原區重力低，無山根，普拉特模式成立。重力高低主要是殼內物質不均勻引起，

③內蒙西部區，局部區域，莫霍面埋深變化小，相鄰地段山體重力高，平原區重力低，具備山形異常的特點，重力高低主要與殼內物質密度有關。區域上從北到南重力值總體呈下降趨勢，莫霍面埋深由南到北由50km漸變為56km，重力場區域變化特征主要與莫霍面埋深有關。

參考文獻：

[1]張振法.松遼大型移置體和大興安嶺隆起機制探討[J].物探與化探， 1997， 21（2）：91-98.

[2]蘇美霞等，內蒙古資源潛力評價項目-重力資料應用成果匯總研究報告， 2013.

[3]內蒙古自治區1∶50萬航空磁力異常圖和1∶100萬布格重力異常圖綜合研究報告，原地勘局內蒙古第一物探隊， 1991.

[4]張振法.內蒙古主要山體“山根”問題研討：山形異常和鏡像異常補償模式[J].物探與化探， 1990， 14（3）：232-238.

[5]蘇新旭，孟二根，張永清.內蒙古達茂旗滿都拉地區晚古生代板塊活動探討[J].內蒙古地質， 2000（1）：20-37.