重力資料在吉林中東部地區斷裂構造推斷解釋中的應用

張宗寶，李志成，孫立偉，張震，秦學虎，張強

吉林省勘查地球物理研究院，吉林 長春 130012

0 引言

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體的密度差異所引起的重力變化而進行地質勘探的一種方法。在地質研究中，重力資料及解釋成果已被廣為應用，如研究基底的起伏和構造，圈定沉積盆地范圍，研究沉積巖系各密度界面的起伏和內部構造[1-4]。本文在重力資料分析處理的基礎上，探討重力測量在推斷斷裂構造地質問題中的應用和重要指導意義。

斷裂構造解釋推斷工作是重力資料解釋的一項主要內容。由于區域重力調查測點密度較大，獲取了較豐富的淺層目標物信息，用其追索、圈定調查區斷裂構造應以中深部斷裂為主要目標。根據布格重力異常、剩余重力異常、水平方向導數異常、重力異常水平總梯度及地質特征等綜合信息，使斷裂異常特征更加清晰、明顯，并初步判斷部分斷裂的切割深度及產狀。

1 斷裂的重力識別標志

主要根據布格重力異常圖、不同方向水平一次導數異常圖及重力垂向二階導數圖作為斷裂構造推斷依據。

斷裂兩盤的相對位移會產生斷階、斷陷、突起和凹陷等各種構造現象，從而破壞了原來地質體的連續性，使斷層面某些部位成為密度分界，當密度差、位移量和深埋條件適當時就會在重力場中常形成如下多種斷裂構造異常標志：

(1)線性重力高與重力低之間的過渡帶是確定斷裂構造的基本標志，是地殼(或上地幔)物質沿水平方向發生劇烈變動地帶，通常是斷裂兩盤相對升降形成的正斷層或逆斷層而引起的異常。一般重力梯級帶等值線越密，反映的斷裂構造的斷距越大，斷層面越陡。

(2)重力局部異常性質和特征是截然不同的兩個場區的分界線，多是兩個性質不同的地質構造單元之間走滑斷層分界線位置，一般斷裂規模較大。該類異常往往在垂直異常走向方向表現較為明顯。

(3)異常等值線或者異常軸(帶)有規律錯位、規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造常見的標志。

(5)串珠狀排列的重力異常帶的兩側或軸部所在位置，是后期沿斷裂帶侵入的巖珠所引起。

(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，只是斷裂兩盤發生升降所引起，可能為規模較大的正斷層或逆斷層所致。

2 斷裂的類型及斷裂級別劃分

由于調查區面積相對較小，依據構造方向的期次劃分為四組構造。依據切割深度將區內斷裂構造僅劃分了兩個級別，即大斷裂和一般斷裂。大斷裂除具有上述特征外，還具有規模大、切割深的特點，大斷裂還可以控制其兩側的構造活動，形成不同的構造格局，從而破壞原來的地質體連續性，造成兩側地層缺失明顯，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的分布。

3 斷裂的產狀及相互關系推斷

3.1 斷裂產狀的推斷依據

(1)根據布格重力異常梯級帶中心確定出斷裂的位置，再依據上延不同高度的布格重力異常梯級帶中心位置的偏移，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數局部異常軸線，兩翼的對稱性大致判別斷層面的傾向，如導數極值等值線兩翼對稱時表明斷裂產狀直立，兩翼呈不對稱時在斷層傾向方向上，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，則重力推斷一側為斷裂的傾向。推測斷裂與地表已知斷裂偏移越大，則說明斷裂的產狀越緩。

3.2 斷裂之間的相互關系

依據重力圖件及原場轉換的圖件如水平方向0°、45°、90°、135°導數圖，水平總梯度平面圖，上延不同高度平面圖等圖件，可見調查區內發育有多期、不同方向的斷裂構造。一般斷裂確定其形成時代比較困難，可通過斷裂之間的相互錯動來確定斷裂形成的先后順序，被切割的斷裂形成較早；當一條斷裂對附近其它斷裂有控制作用時，那么起控制作用的形成早。

4 主要斷裂構造圈定及解釋推斷

斷裂構造圈定是以分析上述布格重力異常標志為基礎并結合數據轉換處理成果(方向導數，垂向一、二階段導數，水平總梯度，小波變換等)提供的有用信息來初步確定。再結合地質、物化遙信息進行綜合分析，來確定的斷裂構造，并初步確定斷裂的級別和組合關系。全區共圈定斷裂構造41條，本文以吉林中東部地區磐石小梨河—永吉頭道溝調查區中的FA1和FA10兩條斷裂構造為例，通過重力資料的處理，對半截河—松樹屯南北向斷裂(FA1)及上頭道川—新城子東西向斷裂(FA10)進行斷裂構造圈定及推斷解譯(1)吉林省勘查地球物理研究院.吉林省吉林中部地區構造巖漿巖帶金、銅多金屬礦產資源調查1∶5萬重力調查成果報告[R].吉林省地質資料館，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布格重力異常圖、水平90°方向導數圖、垂向一階導數圖及航磁異常圖等圖件綜合分析解釋。

位于調查區A區西側半截河—松樹屯一帶，近似南北向，長約14 km，布格重力異常圖上表現為重力相對高與重力高分界線，斷裂西側為相對低值區、東側為相對高值區。水平90°方向導數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，航磁異常處在正負磁異常接觸帶上。

在1∶5萬地質圖上，斷裂帶處于石炭系下統余富屯組與白堊系下統安民組接觸帶上，斷裂北端東西兩側均出露晚二疊世堿長花崗巖，南端東側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，推斷該斷裂構造形跡突出，標志明顯，以垂向運動為主，西傾。

(2)上頭道川—新城子東西向斷裂(FA10)

上頭道川—新城子東西向斷裂為本區最古老的斷裂，常被后期斷裂所切割，此斷裂構造劃分主要依據布格重力異常圖、水平方向導數，垂向一階導數圖及航磁異常圖等綜合分析解釋推斷。

FA10斷裂位于工作區中北部，西起上頭道川，東至新城子，近似東西向或北北東向，長約9.3 km，布格重力異常圖上處于重力相對高與相對低梯級帶上，上延500 m、1 000 m圖件上斷裂特征依然明顯，水平0°方向導數圖上呈串珠狀負異常帶。水平導數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∶5萬地質圖上，斷裂北側出露中侏羅世花崗閃長巖，南側出露二疊系中統范家屯組地層(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、水平方向導數圖上反應明顯，故推斷該斷裂存在。

5 結論

本文通過對重力數據進行水平方向導數、水平導數模等方法，根據重力、航磁異常的線性特征，建立了調查區主要斷裂構造格架，推斷出區內主要斷裂構造半截河—松樹屯南北向斷裂(FA1)以及上頭道川—新城子東西向斷裂(FA10)，并為該區今后基礎地質研究、礦產預測以及其它學科的研究提供了可靠的有基礎價值的地球物理資料。