北部海岸帶（臺州以北）航磁異常特征及斷裂劃分

李皎皎 張永軍 余學中 王 明 李逸川 劉前坤 徐璐平

1）中國北京 100083 自然資源部航空地球物理與遙感地質重點實驗室

2）中國北京 100083 中國自然資源航空物探遙感中心

0 引言

海岸帶是地球多圈層相互作用活躍、具有海陸過渡特點、受人類影響活動突出的地帶（張永戰等，1997）。我國海岸線長約18 000 km，沿海分布眾多港口碼頭、城市、重大基礎設施和核電站，是城鎮化程度高、人口密度大、工程建設活動強烈、經濟發達地區，同時也是資源環境問題突出的地區，是開展地質調查工作的關鍵地帶（郝愛兵等，2017）。

受地質調查工作手段的限制，在“人下不去、船上不來”的海陸對接區域工作難度大，地質調查程度低，難以實現海陸統籌。而航空物探不受海水深度影響，效率高、覆蓋面積大、成本低，是海岸帶地質調查的重要手段。20 世紀50 年代以來，中國自然資源航空物探遙感中心（簡稱航空物探遙感中心）多次在中國北部海岸帶陸域及周邊海域完成不同比例尺的航空物探測量和解釋工作，在海陸交互區積累了豐富的地球物理資料（張用夏等，1983；吳啟達等，1984；張新生等，1990；喬日新等，2005；喬日新等，2009；李文勇等，2010；張玄杰等，2016a，2017a，2017b；林曉星等，2016）。作為重要的地球物理資料，航磁資料可用于研究和劃分大地構造、發現規模較大的隱伏斷裂、確定斷裂規模、完善斷裂構造系統等（張玄杰等，2016b），從而可為海岸帶工程規劃和建設提供地質信息。北部海岸帶覆蓋了1953—2010年83個航磁測量工區，已基本完成大、中比例尺航磁測量（≥1:20萬），其中，渤海及環渤海地區、東海海岸帶陸域已基本實現大比例尺（≥1:5 萬）航磁測量覆蓋。但由于測區眾多，各測區范圍、測量年代、測量比例尺和調查研究目的不盡相同，缺乏針對海岸帶大區域的整合及解釋成果，尤其是北部海岸帶作為我國經濟發展的重要區域，亟需給出區域航磁結果，以便為海陸交互帶基礎地質調查提供重要的基礎數據，服務于經濟區規劃、城市群規劃選址、重大工程和項目建設等。因此，文中利用新編制的中國北部海岸帶（臺州以北）1:50 萬航磁基礎圖件，開展數據位場轉換處理，并參考以往豐富的解釋成果及圖件，為航磁結果進行地質解釋，研究該區磁場特征及斷裂劃分。

1 研究區概況

1.1 研究區范圍

以中國北部海岸帶為研究區，范圍從浙江省臺州市北部地區沿海岸線向北至遼寧省丹東市，縱跨7 個省、直轄市（浙江省、上海市、江蘇省、山東省、河北省、天津市、遼寧?。┖０稁^域，包括東海北部海岸帶部分地區、黃海海岸帶和渤海海岸帶，面積約60 萬km2[圖1(a)]。

圖1 研究區范圍和北部海岸帶（臺州以北）及周邊海域大地構造簡圖[據郭玉貴等（1997）、尹延鴻等（2008）修改，其中藍綠色框為研究區范圍](a)研究區范圍；(b)北部海岸帶（臺州以北）及周邊海域大地構造簡圖Fig.1 Study area map and simplified tectonic map of the northern coastal zone(north of Taizhou) and its surrounding sea area (modified from Guo et al (1997),Yin et al (2008).The blue-green frame is the scope of the study area)

1.2 區域地質特征

在大地構造上，研究區由北向南跨于華北地塊、下揚子地塊和華夏地塊3 個構造單元[圖1(b)]。區內斷裂發育，以NE 向、NNE 向構造為主，其次為NW 向、近EW 向構造，對研究區大地構造演化具有重要作用的主要斷裂有郯廬斷裂帶、五蓮—青島斷裂、泗陽—連云港—千里巖斷裂、嘉山—響水斷裂和江山—紹興深斷裂等（郭玉貴等，1997）。

按照地層區劃，研究區主要劃分為華北和華南2 個地層大區，地層分區眾多。由于較厚的第四系覆蓋，區內僅遼東半島、冀東北、膠東半島和浙東南地區地層出露較好。地層出露和鉆井資料顯示：①渤?！秉S海海岸帶及周邊地區：上奧陶統—下石炭統普遍缺失，其他時代地層均有出露，太古宇—古元古界變質巖系構成該區結晶基底；②南黃海海岸帶及周邊地區：地層發育齊全，太古宇—古元古界構成該區華北地塊基底，而江蘇地區零星出露的中元古界則組成該區揚子地塊基底；③東海北部海岸帶及周邊地區：元古宇至第四系發育齊全，以中生代火山巖發育為特色（許東禹等，1997）。

區內構造運動活躍，巖漿活動、火山活動頻繁。在巖漿巖類型上，超基性、基性、中性、中酸性和酸性等各大巖類均有不同程度的發育，以酸性、中酸性巖為主；在時代上，集中于中—新生代，并以燕山期巖漿活動為主（許東禹等，1997）。巖漿活動主要受NE 向或NNE 向深大斷裂控制，巖漿巖分布總體上存在由北向南逐漸增多，分布范圍逐漸增大，形成時代逐漸變新的趨勢（喬日新等，2009）。

1.3 巖石磁性特征

研究區存在多種類型的具有不同磁性特征的巖石，這些巖石在平面上分布于不同地區，在空間上發育于不同時代和不同層位。文中通過統計分析實測及收集的研究區及周邊地區的磁化率資料，認為區內巖石磁性具有以下特征。

（1）太古宇—古元古界變質巖構成渤?！秉S海海岸帶及周邊地區的區域性磁性層。其中強磁性角閃片麻巖[常見磁化率值為（1 299—8 543）×10-5，最高可達32 000×10-5]及部分磁性較強的花崗片麻巖及混合巖、混合花崗巖（磁化率平均值為1 605×10-5，最大值為7 241×10-5）構成區域強磁性層，中等磁性的花崗片麻巖及混合巖（磁化率平均值515×10-5，最大值為1 590×10-5）構成區域中等磁性層。

太古宇—元古宇及震旦系變質巖構成南黃海海岸帶及周邊地區的區域性磁性層。具磁性的角閃片麻巖、角閃片巖、花崗片麻巖及混合巖[磁化率值在（350—5 440）×10-5，平均值為2 407×10-5]可引起區域性正磁異常，無磁性—弱磁性的混合巖及片巖、千枚巖、石英巖（磁化率平均值23×10-5）可引起區域性負背景磁場。

元古宇具磁性角閃片麻巖、角閃片巖及花崗片麻巖、混合巖[磁化率在（112—5 078）×10-5]引起東海海岸帶及周邊地區區域性正異常，不同時代弱磁性變質巖（磁化率平均值小于30×10-5）造成區域性負背景磁場。

（2）古生界— 新生界正常沉積的砂巖、泥巖、灰巖、頁巖等不具磁性或僅具微弱磁性。

（3）火山巖主要分布于中、新生代地層，具磁性巖石以玄武巖、安山巖為主，磁性較強，磁化率值在（51—18 463）×10-5。當具磁性的火山巖連續有限分布時，可構成局部磁性層，引起醒目的局部磁異常。酸性火山碎屑巖一般磁性較弱，磁化率變化較大。

（4）侵入巖以燕山期中、酸性侵入巖為主，其中閃長巖、花崗閃長巖和石英閃長巖磁性較強，閃長巖磁化率平均值在（2 198—3 236）×10-5，花崗閃長巖和石英閃長巖磁性稍弱，平均值約1 500×10-5。強磁性中、酸性侵入巖體構成重要的局部磁性層，可引起區域性正異常。

2 數據與方法

研究區范圍內包含航空物探遙感中心自1953 年以來測量的83 個航磁工區，涉及的航磁數據具有不同測量精度（58個低精度測區，25 個高精度測區）和不同測量比例尺（1:1.5萬、1:2.5 萬、1:5 萬、1:20 萬、1:50 萬及1:100萬），其中，比例尺≥1:20 萬航磁測量已基本覆蓋全區，在渤海海岸帶和東海海岸帶陸域已基本實現大比例尺（≥1:5 萬）航磁測量覆蓋。文中采用的數據為新編制的北部海岸帶（臺州以北）1:50 萬航磁網格數據（圖2），該數據是在篩選、整理上述航磁資料，并挑選測量年代相對較新、比例尺相對較大數據后編制而成。

圖2 北部海岸帶（臺州以北）航磁異常ΔT 平面圖Fig.2 Aeromagnetic anomaly map of the northern coastal zone (north of Taizhou)

為了提高對航磁異常的分辨能力，突出更多有用信息，根據本研究區航磁異常特征和地質解釋需要，利用航空物探遙感中心自主研發的Geoprobe 軟件，對航磁數據進行位場轉換處理。為了消除斜磁化，同時考慮到工作區南北跨度大，地磁傾角變化達17°，本研究采用逐點變傾角化極方法對航磁原始網格數據進行化極處理（圖3），以便更準確地確定磁性地質體的位置和邊界；為了突出淺部地質信息，壓制深層區域場的影響，對航磁化極數據進行垂向導數處理（圖4），垂向一階導數圖能夠清晰反映線性地質構造特征，為確定斷裂位置提供依據；為了突出深部地質信息，對航磁化極數據進行1 km、5 km、10 km 和20 km 向上延拓處理（圖5），利用這些圖件可以更好地判斷磁性地質體的規模、延深、相對厚度等，有助于斷裂級次的劃分。

圖3 北部海岸帶（臺州以北）航磁異常ΔT 化極平面圖Fig.3 Aeromagnetic anomaly by reduction to the pole map of the northern coastal zone(north of Taizhou)

圖4 北部海岸帶（臺州以北）航磁異常ΔT 化極垂向一階導數平面圖Fig.4 Vertical derivative of aeromagnetic anomaly map of the northern coastal zone (north of Taizhou)

圖5 北部海岸帶（臺州以北）航磁異常ΔT 化極上延20 km 平面圖Fig.5 Upward extending 20 km of aeromagnetic anomaly map of the northern coastal zone (north of Taizhou)

3 區域磁場特征

研究區南北跨度大，區內磁場特征復雜。在航磁ΔT化極平面圖（圖3）基礎上，根據磁異常強度、形態、變化、走向和異常組合等特征，結合該區域地質演化過程，將測區分為6 個磁場區，部分磁場區下劃分磁異常亞區（圖6），分區描述磁場特征，并簡單給出成因推斷，結果見表1。

圖6 北部海岸帶（臺州以北）磁場分區圖Fig.6 Subdivision of the aeromagnetic anomaly map of the northern coastal zone (north of Taizhou)

本區磁場以強烈變化的正負磁異常為特征，反映了海岸帶地區廣泛發育磁性較強巖石。由表1 可知：①區內團塊狀異?；驅捑彽恼摯女惓閰^域變質巖系的反映。根據變質巖的磁性特征，太古宙和古、中元古代變質巖系一般磁性較強，新元古代至早古生代或更晚形成的變質巖多為弱磁性；②區內存在多條NE—NNE 向線性強磁異常條帶，根據巖石磁性特征，異常帶主要由中新生代中酸性巖漿巖引起；③局部正磁異常、雜亂異常多由侵入巖和火山巖引起。區域磁場的劃分對于了解本區磁性基底巖相分布，進而為構造單元的劃分及地質演化提供了較高參考價值。

4 航磁反映的斷裂構造

利用航磁資料確定基底斷裂，特別是深大斷裂，是一種行之有效的方法。其原因主要在于，經受斷裂作用之后，斷裂兩側的地質體常常會發生空間位置上的變動，斷裂帶附近的物質結構也往往會發生變化，從而在磁場圖上表現為磁場分區界線、磁異常梯度帶、線性磁異常帶、串珠狀磁異常帶和磁異常的錯動線等（尹航等，2015；張春灌等，2019）。由于北部海岸帶地理緯度跨度大，磁場面貌、形態特點由南到北反映的形式也不一樣。本次圈定斷裂構造是在已有航空物探解釋成果基礎上，主要圈定異常表現明顯、規模較大的斷裂構造。斷裂規模劃分為三級，其中：一級為深斷裂，為研究區內規模最大的斷裂，可能是不同區域構造單元的分界線；二級為大斷裂，磁異常特征與一級斷裂類似，但規模不及一級斷裂；三級為一般基底斷裂構造。值得注意的是，航磁所確定的斷裂主要為基底斷裂，沉積層內斷裂在磁場上一般反映較弱。因此，此次圈定的斷裂構造可能與沉積層內的斷裂構造展布位置不完全一致。

本次在研究區內共劃分斷裂240 余條，其中一級斷裂16 條，二級斷裂22 條，實現了斷裂的海陸銜接。文中對一、二級斷裂進行了編號解釋（表2），斷裂的位置主要依據航磁化極等值線圖（圖3）、航磁化極垂向一次導數圖（圖4）反映的界線，部分參考了磁場向上延拓結果。

表2 北部海岸帶（臺州以北）航磁推斷主要斷裂簡表Table 2 Major faults in the northern coastal zone (north of Taizhou)interpreted by aeromagnetic anomalies

從斷裂劃分來看，研究區內斷裂發育，構造復雜，以NE 向、NNE 向和NW 向斷裂為主，同時存在EW 向斷裂和弧形斷裂（圖7）。由圖7 可見，NE 向、NNE 向斷裂發育，具有數量多、規模大的特點；其次為NW 向斷裂；EW 向和弧形斷裂數量較少，規模相對較小。這些斷裂不僅控制了磁場分區和構造單元的劃分，也制約了巖漿活動的分布。

圖7 北部海岸帶（臺州以北）航磁推斷斷裂分布Fig.7 Map showing major faults identified on the aeromagnetic anomaly map of the northern coastal zone (north of Taizhou)

5 結論

本研究完成了北部海岸帶（臺州以北）1:50 萬航磁圖件編制，選用的航磁數據測量年代新、比例尺大、精度高，實現了北部海岸帶航磁成果“一張圖”展示。在此基礎上，完成了航磁數據位場轉換處理，從而突出淺部、深部和線性等方面的地質信息，提高了磁異常地質解釋的可靠性。這些信息豐富、質量可靠的地球物理基礎資料，對于研究海岸帶資源環境和基礎地質問題，具有較好的參考和使用價值。

研究區磁場特征復雜，強烈變化的正負磁異常特征，反映了海岸帶地區磁性較強巖石廣泛發育；以NE—NNE 向為主的線性磁異常帶，主要反映了中新生代有大量中酸性巖漿活動；區域性團塊狀磁異?；驅捑徴摯女惓t為區域變質巖系的反映。依據磁場特征及巖石物性資料，對磁場進行分區，并在描述分區磁場特征的基礎上開展了地質解釋，為后續利用航磁資料劃分斷裂、圈定巖漿巖、劃分磁性基底和研究區域構造等工作奠定了基礎。

航磁異常特征能夠客觀反映斷裂構造的存在，對認識區域構造、研究地質構造的演化形成具有重要作用。此外，在海岸帶地區，利用航磁資料查明深斷裂、區域性大斷裂，特別是海陸銜接帶的斷裂分布，實現斷裂海陸統籌，可為海陸交互區重大工程規劃布局提供安全性評價依據，具有重要現實意義。北部海岸帶（臺州以北）地質構造復雜，巖漿活動強烈，斷裂發育。依據最新航磁資料，劃分240 余條斷裂，其中一級斷裂16 條、二級斷裂22 條，實現了中國北部海岸帶斷裂的海陸銜接。研究區基本以NE 向、NNE 向斷裂為主，其次為NW 向斷裂，還有一些規模相對較小的NS 向、EW 向及弧形斷裂，而其中的深大斷裂，如郯廬斷裂帶、魯蘇沿海多組深大斷裂帶、勿南沙深斷裂和嵊泗深斷裂等，對區域構造、巖漿活動等具有明顯的控制作用。