磁測(cè)方法在隱伏區(qū)地質(zhì)填圖中的應(yīng)用

胡尊平，李延清，張靜，劉雙，牛輝，薛曉峰

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830000；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球物理與空間信息學(xué)院，湖北 武漢 430074)

地質(zhì)填圖的主要目的是確定不同巖性和地質(zhì)單元的分界線，是通過跑路線，地質(zhì)取樣，化學(xué)分析及鏡下分析等手段對(duì)地質(zhì)單元或巖性進(jìn)行分界。在有淺覆蓋的地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)填圖必須進(jìn)行槽探工程和深部揭露，這樣就增加了工作強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，而在強(qiáng)覆蓋區(qū)，槽探工程也無濟(jì)于事[1]。

本次調(diào)查區(qū)內(nèi)出露的基巖面積較少，石炭系僅占全區(qū)的8.1%，泥盆系火山巖占1.9%，侵入巖占1%，其余均為第四系覆蓋，給地質(zhì)填圖工作帶來巨大困難(圖1)。而應(yīng)用地球物理學(xué)中的高精度磁測(cè)方法，因快速、輕便、經(jīng)濟(jì)、高效、分辨率強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠輔助解決隱伏區(qū)地質(zhì)填圖的困難。

圖1 調(diào)查區(qū)1∶5萬地質(zhì)概況Fig.1 1∶50 000 geological sketch map of study area

1 調(diào)查區(qū)地質(zhì)概況

調(diào)查區(qū)位于西伯利亞板塊與哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊結(jié)合部位，主體位于哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊，屬準(zhǔn)噶爾盆地北西緣。

地層調(diào)查區(qū)屬北疆-興安地層大區(qū)，北準(zhǔn)噶爾地層分區(qū)薩吾爾地層小區(qū)。出露地層有泥盆系、石炭系、二疊系、古—新近系和第四系(圖1)。

侵入巖調(diào)查區(qū)侵入體大小不一，多呈巖株、巖枝、巖脈狀，按巖性分類，具以中酸性巖為主、基性-超基性巖較少的特征。

變質(zhì)巖區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖不發(fā)育。變質(zhì)地質(zhì)體主要為中泥盆統(tǒng)北塔山組、蘊(yùn)都喀拉組和下石炭統(tǒng)那林卡拉組、上石炭統(tǒng)恰其海組、下二疊統(tǒng)卡拉崗組等。變質(zhì)作用類型以區(qū)域變質(zhì)作用為主，次為動(dòng)力變質(zhì)作用、接觸變質(zhì)作用，局部有氣液變質(zhì)作用。

2 地面1∶5萬高精度磁測(cè)

2.1 標(biāo)本磁性測(cè)定

磁法掃面工作共完成2個(gè)圖幅，為圖1所有區(qū)域，面積695 km2，采集物性樣標(biāo)本679塊，物性樣測(cè)量采用捷克PMG-2質(zhì)子磁力儀，采用高斯第二位置，巖(礦)石磁性參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

由表1可見，巖石磁性變化范圍很大，但也具一定規(guī)律。從沉積巖、變質(zhì)巖、侵入巖3種巖性分析磁性特征，沉積巖中長石巖屑砂巖磁性弱，磁化率均值為100(10-6*4π·SI)以下；變質(zhì)巖中褐鐵礦化硅質(zhì)巖磁性最強(qiáng)，磁化率為2 098(10-6*4π·SI)，但均值為600(10-6*4π·SI)；侵入巖中黑云母花崗巖、二長花崗巖磁性較強(qiáng)，磁化率均值為2 000(10-6*4π·SI)，出露明顯，為調(diào)查區(qū)巖性填圖確立了方向。隨著砂巖礦化程度加深，磁性逐漸增強(qiáng)。區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)基性侵入巖露頭，無法判定其磁性強(qiáng)弱，因此無法進(jìn)行填圖。按磁化率大小可將本區(qū)巖石分為3類：①砂巖、變質(zhì)砂巖屬低磁性；②褐鐵礦化砂巖、褐鐵礦化變質(zhì)砂巖屬中等磁性；③花崗巖類、褐鐵礦化硅質(zhì)巖屬強(qiáng)磁性。調(diào)查區(qū)內(nèi)巖石磁性差異明顯，具備開展高精度磁測(cè)輔助地質(zhì)填圖的前提條件[2]。

2.2 斷裂識(shí)別標(biāo)志及地質(zhì)界限劃分依據(jù)

識(shí)別斷裂構(gòu)造主要由4種磁場(chǎng)形態(tài)：①高值帶狀異?；蚓€型異常帶，一般有磁性巖脈(巖體)充填其中；②低值或負(fù)異常帶，一般是磁性巖石斷裂無巖漿活動(dòng)伴隨，且斷裂破碎現(xiàn)象顯著；③串珠狀異常，主要原因是沿?cái)嗔逊较驇r漿活動(dòng)不均勻；④不同磁場(chǎng)的分界線及磁場(chǎng)劇烈變化形成的磁力梯度帶；⑤磁異常形態(tài)發(fā)生錯(cuò)位，一般認(rèn)為有構(gòu)造斷裂通過[3]。

不同巖石磁性差異是地質(zhì)界限劃分的主要依據(jù)之一，磁場(chǎng)強(qiáng)弱是地下地質(zhì)體磁性強(qiáng)弱的反映，磁異常的位置和輪廓可大致反映地質(zhì)體的位置、輪廓及形態(tài)，不同磁場(chǎng)區(qū)的分界線、梯度陡變帶一般反映地質(zhì)界限[3]。

結(jié)合調(diào)查區(qū)巖石磁性參數(shù)和地質(zhì)填圖單元巖性組合特征，初步建立地質(zhì)填圖單元的識(shí)別標(biāo)志。

地層早二疊世卡拉崗組主要為弱磁性砂巖，磁場(chǎng)特征表現(xiàn)為平穩(wěn)的低、弱磁場(chǎng)；晚石炭世恰其海組主要為弱磁、無磁的砂巖、長石巖屑砂巖，磁場(chǎng)特征表現(xiàn)為低、負(fù)磁場(chǎng)。

變質(zhì)巖中泥盆統(tǒng)北塔山組為弱磁性的變質(zhì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、褐鐵礦化砂巖、褐鐵礦化變質(zhì)砂巖組合，磁場(chǎng)特征表現(xiàn)為平穩(wěn)的弱磁場(chǎng)。

巖漿巖除細(xì)晶花崗巖外，黑云母花崗巖、二長花崗巖出露區(qū)，磁場(chǎng)強(qiáng)度均較強(qiáng)，為覆蓋區(qū)強(qiáng)磁異常區(qū)的地質(zhì)填圖提供識(shí)別依據(jù)。

3 應(yīng)用效果

3.1 磁場(chǎng)分區(qū)與磁性地層單元填圖

磁測(cè)異常垂向一階導(dǎo)數(shù)處理方法具區(qū)分相鄰磁性體，減少其相互疊加的效果，因此處理結(jié)果可用于圈定磁性體的范圍和位置[4]。磁測(cè)異常平面剖面圖各測(cè)線的磁異常均用剖面圖形式表示，各剖面的比例尺是統(tǒng)一的。通過各測(cè)線之間的對(duì)比分析能清楚呈現(xiàn)異常沿平面的分布規(guī)律。此類圖件有利于反映磁異常局部特征和細(xì)節(jié)，有利于分析研究疊加磁異常、低緩磁異常和孤立磁異常規(guī)律。

表1 巖(礦)石磁性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表表1 Magnetic parameter statistic talbe of mineral ore

結(jié)合已知地質(zhì)界線、磁異常垂向一階導(dǎo)數(shù)處理結(jié)果、磁測(cè)異常平面剖面圖，按磁場(chǎng)幅值、變化特征、形態(tài)規(guī)模等磁場(chǎng)特征，將調(diào)查區(qū)內(nèi)磁場(chǎng)進(jìn)行分區(qū)，共分為5個(gè)大區(qū)(圖2，3)。

I區(qū)中低磁場(chǎng)區(qū)，位于調(diào)查區(qū)南西部，區(qū)內(nèi)出露早二疊世卡拉崗組弱-無磁的粉砂巖、砂巖，磁異常走向?yàn)镹E向。

Ⅱ區(qū)為高磁場(chǎng)區(qū)，主體呈橢圓狀，位于調(diào)查區(qū)西部。磁場(chǎng)強(qiáng)度在-320～1 000 nT，極大值達(dá)1 432 nT，屬正高磁場(chǎng)區(qū)。區(qū)內(nèi)南東部出露中粗粒花崗斑巖，該巖性磁性較強(qiáng)，該區(qū)極大值正位于此處，推測(cè)該區(qū)高磁異常均為隱伏的中粗?；◢彴邘r體引起。

Ⅲ區(qū)為中高磁場(chǎng)區(qū)，位于調(diào)查區(qū)中南部，呈半圓狀，向南延出調(diào)查區(qū)。異常區(qū)多為第四系覆蓋，僅在北部的局部高值異常區(qū)出露中粗粒黑云母花崗巖，據(jù)物性資料顯示，此巖性普遍磁化率較高，最高達(dá)2 487(10-6*4π·SI)，推斷此區(qū)正磁異常均為隱伏的含磁性中粗粒黑云母花崗巖體引起。

圖2 磁測(cè)異?；瘶O后垂向一階導(dǎo)數(shù)平面等值線圖Fig.2 Plane contour map of first derivative

圖3 磁測(cè)異常剖面平面圖Fig.3 Profile plan of Magnetic anomalies

圖4 磁測(cè)巖性推斷解釋圖Fig.4 Interpretation map of magnetic lithology inferences

Ⅳ區(qū)為負(fù)磁異常區(qū)，主體與地層走向一致，位于工區(qū)中部，呈NW向展布。場(chǎng)強(qiáng)為-600～-100 nT，極小值為-1 263 nT，推斷為晚石炭世恰其海組弱-無磁砂巖、粉砂巖分布區(qū)。

Ⅴ區(qū)為中低磁異常區(qū)，位于調(diào)查區(qū)北東部，區(qū)內(nèi)基本為覆蓋區(qū)，僅在東部出露中泥盆統(tǒng)北塔山組弱-無磁變質(zhì)粉砂巖、砂巖，磁異常走向?yàn)镹W向。

按以上分區(qū)結(jié)果，結(jié)合巖石磁性參數(shù)，進(jìn)行磁性地層單元填圖，地質(zhì)構(gòu)造走向?yàn)镹W向(圖4)。

3.2 斷裂構(gòu)造填圖

依據(jù)斷裂構(gòu)造磁異常識(shí)別標(biāo)志，結(jié)合調(diào)查區(qū)地質(zhì)特征，推斷了NW向隱伏、半隱伏斷裂共6條，分別為：不同磁場(chǎng)分界線的斷裂有FW1，F(xiàn)W2，F(xiàn)W3，F(xiàn)W5，均為NW向或圓環(huán)狀；導(dǎo)致磁場(chǎng)水平錯(cuò)位的有FW6，為NW向斷裂；FW4斷裂在地表基巖出露較好部位觀察到有斷裂存在。

4結(jié)論

(1)調(diào)查區(qū)不同填圖單元巖性組合磁性差異明顯，通過1∶5萬高精度磁測(cè)工作，較好地對(duì)不同磁性地層界限進(jìn)行了劃分，對(duì)半隱伏、隱伏巖體范圍進(jìn)行了圈定，同時(shí)，推斷6條隱伏、半隱伏斷裂，為地質(zhì)在強(qiáng)覆蓋區(qū)的斷裂構(gòu)造拼接及構(gòu)造格架的建立提供有利的參考依據(jù)[3]。

(2)據(jù)工作實(shí)踐，高精度磁法測(cè)量在地質(zhì)填圖方面的功能主要為圈定地層、劃分巖性，圈定火山巖和侵入巖體，劃分侵入期次和相帶，查明侵入體深部形態(tài)，劃分?jǐn)嗔褬?gòu)造、褶皺構(gòu)造及其他構(gòu)造等[5]。

(3)地面高精度磁測(cè)填圖的詳細(xì)程度較低，不能與同比例尺的地質(zhì)填圖相比，其主要特點(diǎn)是可進(jìn)行覆蓋層下的巖性填圖，利用地表出露的巖性，以點(diǎn)帶面，由此及彼，進(jìn)行深部磁性填圖。

(4)1∶5萬高精度磁測(cè)在新疆吉木乃-布爾津縣一帶強(qiáng)覆蓋區(qū)的應(yīng)用，較好地解決了強(qiáng)覆蓋造成人工地質(zhì)填圖和遙感解譯受限帶來的困難，效果良好，可在類似強(qiáng)覆蓋地區(qū)推廣應(yīng)用[6]。