膠東地區(qū)重磁場(chǎng)特征及地質(zhì)解釋

伊飛,馬麗新,高蓮玉,董健,胡韜,王金輝

(1.山東省公共資源交易中心(省政府采購(gòu)中心),山東 濟(jì)南 250013;2.山東省地質(zhì)調(diào)查院,山東 濟(jì)南 250013;3.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì),山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

山東膠東地區(qū)是世界第三大金礦區(qū),金礦儲(chǔ)量巨大,成為國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者重點(diǎn)研究區(qū)域[1-6]。在過(guò)去的十幾年間,隨著地質(zhì)礦產(chǎn)勘查程度的不斷提高,區(qū)內(nèi)調(diào)查研究在地層、構(gòu)造、巖石等諸方面都取得了一系列的突破性進(jìn)展[7-11],使得其地質(zhì)面貌發(fā)生了質(zhì)的變化,人們對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)向前邁了一大步[6-8]。在地質(zhì)認(rèn)識(shí)不斷提高的進(jìn)程中,物探工作手段發(fā)揮了重要作用,重磁電等地球物理資料在研究隱伏巖體、斷裂構(gòu)造分布特征等方面有著不可或缺的作用[12-20]。本文對(duì)膠東地區(qū)已完成的1∶20萬(wàn)重力、航磁測(cè)量以及大量的物性資料進(jìn)行系統(tǒng)整理,分析重磁場(chǎng)與斷裂構(gòu)造之間的關(guān)系,探討重磁異常的成因,進(jìn)行地質(zhì)解釋,為該區(qū)巖體的圈定、構(gòu)造單元的劃分提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

膠東地區(qū)隸屬華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層區(qū)魯東地層分區(qū),出露太古宙、元古宙基底變質(zhì)巖系、中生代白堊系及新生代古近系、新近系及第四系,缺失中元古代、古生代及中生代早期的地層。太古宙地層發(fā)育有中太古代唐家莊巖群和新太古代膠東巖群,呈大小不等的包體狀產(chǎn)出,分布局限,且在露頭和區(qū)域尺度上均不連續(xù)。元古宙地層區(qū)內(nèi)分布較為廣泛,發(fā)育有荊山群、粉子山群、芝罘群和蓬萊群,地層走向以NE向和EW向?yàn)橹?少量NW向,與上、下巖系多為沉積不整合或構(gòu)造接觸,或呈包體狀賦存于后期巖體中。中生代白堊系地層自下而上可分為萊陽(yáng)群、青山群、王氏群,各群間皆為角度不整合接觸,與下伏巖系多為角度不整合或斷層接觸,其上未見(jiàn)頂,多為第四紀(jì)覆蓋;新生代地層自老至新可分為五圖群、臨朐群及第四系各組,其間為不整合接觸關(guān)系。

1—全新統(tǒng);2—更新統(tǒng);3—白堊系;4—震旦系;5—古元古界;6—太古界;7—早白堊世巖體;8—晚侏羅世巖體;9—中侏羅世巖體;10—晚三疊世巖體;11—新元古代巖體;12—新太古代巖體;13—中太古代巖體;14—輝長(zhǎng)巖;15—花崗巖;16—正長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖;17—閃長(zhǎng)巖;18—片麻巖;19—潛火山巖類(lèi);20—斷層;21—推測(cè)斷層;22—地質(zhì)界線。圖1 膠東地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

區(qū)內(nèi)各不同時(shí)代的深成巖體和變質(zhì)表殼巖石廣泛發(fā)育,構(gòu)造復(fù)雜。總體看來(lái),太古宙巖系多以強(qiáng)烈的中深層次的韌性變形為特征,形成了廣泛分布的太古宙構(gòu)造片麻巖,其變形機(jī)制為伸展體制下的橫向構(gòu)造置換。元古宙的變形則以縱彎?rùn)C(jī)制為主的褶皺變形為特征,應(yīng)力場(chǎng)方位不同、強(qiáng)度有異,顯現(xiàn)出復(fù)雜的疊加干涉圖像。中生代的變形則以淺層次或表層次的脆性破裂為特征,斷裂以NE向、NNE向?yàn)橹?著名的三山島斷裂、焦家斷裂、招遠(yuǎn)-平度斷裂、牟平-乳山斷裂等均為此走向,其應(yīng)力場(chǎng)以扭性和壓扭性為主,其內(nèi)賦存著豐富的金礦床。不同世代的構(gòu)造形跡其特征驟然有別,相互疊加、改造、復(fù)合的結(jié)果,構(gòu)成了膠東地區(qū)的構(gòu)造格局。

2 巖(礦)石物性參數(shù)特征

以往地質(zhì)礦產(chǎn)勘查過(guò)程中積累了大量的巖礦石物性參數(shù),本次研究工作收集了前人所測(cè)的物性數(shù)據(jù)和近年來(lái)膠東地區(qū)開(kāi)展調(diào)查評(píng)價(jià)工作中測(cè)試的具有代表性的物性數(shù)據(jù),成果如表1、表2所示。

表1 膠東地區(qū)地層巖石密度、磁性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表2 膠東地區(qū)巖漿巖巖(礦)石密度、磁性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2.1 巖(礦)石的磁性特征

從膠東地區(qū)地層巖(礦)石密度、磁性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表可以看出(表1),地層中唐家莊巖群的磁性最強(qiáng),平均磁化率為1398×10-6·4πSI,平均剩余磁化強(qiáng)度(簡(jiǎn)稱(chēng)剩磁)為405×10-3A/m;白堊紀(jì)青山群中安山巖、流紋巖磁性中等,平均磁化率分別為464×10-6·4πSI、715×10-6·4πSI,平均剩磁分別為462×10-3A/m、283×10-3A/m。王氏群、萊陽(yáng)群、蓬萊群、芝罘群、粉子山群、荊山群的磁性均較低,平均磁化率均小于100×10-6·4πSI,平均剩磁均小于20×10-3A/m。玄武巖和橄欖霞石巖的磁性,均屬于強(qiáng)磁性,但是這兩類(lèi)巖石在膠東地區(qū)零星分布。因此在磁場(chǎng)上,唐家莊巖群一般反映為高磁異常。青山群因其磁性變化較大,一般反映為正負(fù)跳躍磁場(chǎng)或雜亂變化的磁場(chǎng);王氏群、萊陽(yáng)群、蓬萊群、芝罘群、粉子山群、荊山群一般反映為較平緩的波動(dòng)磁場(chǎng)。

變質(zhì)巖各種巖性中所含鐵磁性礦物及結(jié)構(gòu)構(gòu)造有很大差異,導(dǎo)致磁性極不均勻。淺粒巖、變粒巖磁性微弱,一般小于10×10-6·4πSI,在磁場(chǎng)上表現(xiàn)為平穩(wěn)低磁場(chǎng)特征。角閃巖類(lèi)磁性較強(qiáng),磁性變化范圍也較大,斜長(zhǎng)角閃巖磁化率平均值為794×10-6·4πSI,變化范圍為(26.8～35960)×10-6·4πSI;剩磁也較大,平均值為222×10-3A/m,變化范圍為(0～9225)×10-3A/m,表明斜長(zhǎng)角閃巖類(lèi)磁性強(qiáng)而不均勻,在磁場(chǎng)上一般表現(xiàn)為雜亂跳躍的正磁場(chǎng)特征。片麻巖類(lèi)磁性介于二者之間,磁化率平均值在(100～400)×10-6·4πSI,屬于中等磁性,在磁場(chǎng)上一般表現(xiàn)為弱的波動(dòng)磁場(chǎng)特征。

從膠東地區(qū)巖漿巖(礦)石密度、磁性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表可以看出(表2),侵入巖中基性—超基性、中性侵入巖的磁性很高,磁化率和剩磁分別為1085×10-6·4πSI和1780×10-3A/m;中酸性侵入巖磁性一般,磁化率和剩磁分別為494×10-6·4πSI和95×10-3A/m;酸性侵入巖的磁性較低,磁化率和剩磁分別為259×10-6·4πSI和62×10-3A/m。玲瓏花崗巖類(lèi)磁性相對(duì)較低,磁化率平均值一般在(130～260)×10-6·4πSI,在磁場(chǎng)上一般表現(xiàn)為平穩(wěn)的低磁場(chǎng)特征;郭家?guī)X超單元的花崗閃長(zhǎng)巖類(lèi),磁性相對(duì)較強(qiáng),磁化率一般在(230～350)×10-6·4πSI,剩余磁化強(qiáng)度也較強(qiáng),一般為(50～150)×10-3A/m,在磁場(chǎng)上一般表現(xiàn)為雜亂的正磁場(chǎng)特征。總體上看,基性—超基性、中性侵入巖一般反映為高磁異常,中酸性侵入巖一般反映為波動(dòng)磁場(chǎng),酸性侵入巖一般反映為低緩平穩(wěn)的磁力低異常。

斷裂構(gòu)造帶內(nèi),碎裂巖及蝕變巖類(lèi)的磁性,與原巖相比會(huì)有明顯降低,磁化率一般都較低,這是由于斷裂的擠壓及熱液蝕變,破壞了原巖的磁性,使原巖退磁的結(jié)果。這樣,在磁場(chǎng)上一般會(huì)表現(xiàn)為條帶狀的低負(fù)磁場(chǎng)或較斷裂帶兩側(cè)的磁場(chǎng)有所降低。一般情況下,斷裂構(gòu)造帶上的磁場(chǎng)為負(fù)磁異常或低于兩側(cè)的條帶狀低磁異常或等值線梯級(jí)帶。等值線梯級(jí)帶的特征一般下盤(pán)呈條帶狀或條帶狀正高磁場(chǎng),上盤(pán)為平穩(wěn)的低緩正磁場(chǎng)或負(fù)磁場(chǎng)。另外,斷裂形成過(guò)程中有磁性巖脈侵入,也會(huì)形成低負(fù)磁異常中的帶狀或串珠狀的高磁異常帶。從已探明的金礦床來(lái)看,金礦床絕大多數(shù)分布在平緩的弱磁場(chǎng)區(qū)或負(fù)磁場(chǎng)區(qū)。

2.2 巖(礦)石的密度特征

從表1可以看出,白堊系的平均密度為2.60×103kg/m3,粉子山群和荊山群的平均密度均為2.78×103kg/m3,唐家莊巖群的平均密度為2.93×103kg/m3,膠東群變質(zhì)巖的密度為2.80×103kg/m3,可見(jiàn)地層之間密度變化較大。白堊系與粉子山群、荊山群之間存在0.18×103kg/m3的密度差,白堊系與唐家莊巖群之間存在0.33×103kg/m3的密度差,當(dāng)白堊系與這3個(gè)地層以斷裂或較陡的不整合界面在水平方向接觸時(shí),當(dāng)它們的厚度和規(guī)模達(dá)到一定程度時(shí),就會(huì)在接觸界面附近產(chǎn)生重力異常,較新地層一側(cè)反映為重力低異常,較老地層一側(cè)反映為重力高異常,兩者過(guò)度地段將產(chǎn)生重力梯級(jí)帶。如果它們呈垂直接觸關(guān)系,白堊系厚度的變化也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的重力異常,變薄就會(huì)使重力值降低,增厚則會(huì)使重力值升高。粉子山群、荊山群與唐家莊巖群之間存在0.15×103kg/m3的密度差,若兩者水平方向接觸,亦可產(chǎn)生相應(yīng)的重力異常。

眼下，這樣貌似關(guān)切的話語(yǔ)出自他自己的嘴他多少覺(jué)得有些怪異和飄渺。她或許并不需要。彼此的心外罩著厚厚的玻璃罩子，透明卻不相通。看著她，就像看著一個(gè)熟悉的陌生人，腦海里翻尋著似曾相識(shí)的過(guò)往，一絲一縷，卻哪里還能找回記憶呢？

從表2可以看出,酸性侵入巖(玲瓏花崗巖等)的密度為2.60×103kg/m3,中酸性花崗巖(花崗閃長(zhǎng)巖)的密度為2.63×103kg/m3,中性侵入巖的密度為2.71×103kg/m3,基性—超基性侵入巖的密度為2.93×103kg/m3。可見(jiàn)酸性、中酸性、中性侵入巖之間的密度差異很小,一般為(0.03～0.09)×103kg/m3,很顯然,它們相互接觸時(shí)一般不會(huì)產(chǎn)生明顯的重力異常。但它們與基性—超基性侵入巖體之間卻有(0.33～0.42)×103kg/m3的密度差,存在一個(gè)明顯的密度界面,當(dāng)它們水平方向接觸時(shí),只要達(dá)到一定規(guī)模就會(huì)產(chǎn)生重力異常。

粉子山群、荊山群、變質(zhì)巖類(lèi)的密度值基本相當(dāng)(僅片麻巖略偏低,斜長(zhǎng)角閃巖稍偏高),這些巖石相互接觸一般不會(huì)產(chǎn)生明顯的重力異常,與侵入巖體之間存在著明顯的密度界面。當(dāng)它們相互接觸時(shí),就會(huì)在其接觸界面處產(chǎn)生明顯的重力異常。酸性—中酸性—中性侵入巖產(chǎn)生重力低異常,粉子山群、荊山群、變質(zhì)巖則產(chǎn)生重力高異常。在花崗巖分布區(qū),反映為明顯的重力低異常,變質(zhì)巖和粉子山群、荊山群分布區(qū),則反映為明顯的重力高異常。利用重力異常可以圈定出老變質(zhì)巖系和花崗巖類(lèi)的分布范圍。

3 區(qū)域重力場(chǎng)特征

從膠東地區(qū)布格重力異常圖(圖2)可以看出,重力場(chǎng)呈現(xiàn)3個(gè)特征:一是強(qiáng)烈波動(dòng)性;二是NE走向高低相間的分帶性;三是膠萊盆地重力高與膠北、膠南隆起重力低的“反常”性。

圖2 膠東地區(qū)布格重力異常圖

3.1 強(qiáng)烈波動(dòng)性

膠東地區(qū)重力場(chǎng)與魯西重力場(chǎng)相比,表現(xiàn)為高重力背景上的強(qiáng)烈波動(dòng)重力場(chǎng),背景值平均在(10～20)×10-5m/s2。這種大范圍的區(qū)域重力場(chǎng)的巨大差異,表明了沂沭斷裂帶兩側(cè)地殼結(jié)構(gòu)的巨大差別,充分表現(xiàn)出沂沭斷裂帶對(duì)地殼運(yùn)動(dòng)的巨大控制作用。

膠東地區(qū)布格重力場(chǎng)值變化范圍較大,全省重力場(chǎng)的最高點(diǎn),萊西市南大望城重力高異常即位于本區(qū)內(nèi),布格重力異常高達(dá)34×10-5m/s2。膠西北玲瓏巖體內(nèi)重力場(chǎng)值小于-27×10-5m/s2,重力差達(dá)61×10-5m/s2,重力場(chǎng)跌宕起伏,高低相間。該區(qū)處在華北板塊與秦嶺-大別-蘇魯造山帶兩個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元接觸部位,構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,導(dǎo)致花崗巖侵入不均衡,巖體規(guī)模、厚薄不等,地殼運(yùn)動(dòng)此起彼伏,升降幅度各異。

3.2 NE走向高低相間的分帶性

膠東地區(qū)重力場(chǎng)自西向東可分為6條NE走向的高低相間的重力異常帶,依次為蓬萊-龍口-萊州重力高,艾山-玲瓏巖體重力低,煙臺(tái)-棲霞-萊陽(yáng)-膠州重力高,偉德山-昆崳山-招虎山巖體重力低,榮成-即墨南重力高,大店-嶗山巖體重力低。

重力場(chǎng)的分帶走向決定了本區(qū)重力異常多為NE走向,NW向和EW向次之。同時(shí),也反映了本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的分帶性和其走向以NE向?yàn)橹鳌８鶕?jù)膠東地區(qū)的物性資料,重力高為高密度的太古宙-元古宙變質(zhì)巖群(膠東巖群、荊山群、粉子山群等)的反映,重力低為相對(duì)低密度的玲瓏、郭家?guī)X、棲霞、偉德山、嶗山、榮成等超單元中酸性巖漿巖體引起。

在以上NE向分帶現(xiàn)象的同時(shí),還可以看到沿招遠(yuǎn)—棲霞—文登一線有一明顯的重力低帶,煙臺(tái)-膠州重力高帶在棲霞一帶也出現(xiàn)了較寬大的重力低鞍部,牙山巖體即分布其中。同時(shí),艾山巖體與玲瓏巖體重力低異常在此線處有一明顯的錯(cuò)動(dòng),EW向構(gòu)造帶大致與棲霞復(fù)背斜的軸部相吻合。

3.3 膠萊盆地重力高與膠北、膠南隆起重力低的“反常”性

膠東地區(qū)中西部的重力高異常區(qū)大致對(duì)應(yīng)于膠萊盆地區(qū),四周重力低區(qū)對(duì)應(yīng)于膠北、膠南隆起。按照一般規(guī)律,坳陷區(qū)由于沉積了低密度的新生代地層,在重力場(chǎng)上應(yīng)反映為重力低,而隆起區(qū)由于高密度的老地層隆起應(yīng)反映為重力高,但本區(qū)卻出現(xiàn)了相反情況。

膠萊坳陷內(nèi)沉積有幾百米至數(shù)千米厚的低密度的中新生代地層,膠萊盆地低密度、厚300～5000m的中生界直接覆蓋在高密度的變質(zhì)巖之上,萊陽(yáng)群、青山群、王氏群所引起的重力降遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他地區(qū)復(fù)式花崗巖體和新生界松散層引起的重力降,導(dǎo)致膠萊坳陷的重力場(chǎng)高于其他地區(qū)。區(qū)域內(nèi)重力場(chǎng)在重力高背景上的波動(dòng),取決于中生界的沉積厚度,厚度小的地段由于高密度的變質(zhì)基底巖系(荊山群)上隆引起重力場(chǎng)升高,如萊陽(yáng)北、萊西南等地;反之則為重力低,如萊陽(yáng)南等處。

重力場(chǎng)分布特征與金礦床有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系,據(jù)《山東省金礦資源總量預(yù)測(cè)報(bào)告》資料,礦化分布在(0～30)×10-5m/s2范圍內(nèi),而(-8～2)×10-5m/s2為弱礦化區(qū),(2～20)×10-5m/s2為礦化集中分布區(qū)。已知礦田單元與重力值相對(duì)變低或增加的“鼻狀區(qū)”有對(duì)應(yīng)關(guān)系,且寬緩梯度變化的負(fù)“鼻狀區(qū)”對(duì)礦化的指示意義尤為明顯。

4 區(qū)域磁場(chǎng)特征

從膠東地區(qū)航磁異常ΔT等值線圖(圖3)可以看出,磁場(chǎng)呈現(xiàn)以下幾方面特征:

圖3 膠東地區(qū)航磁異常ΔT等值線圖

4.1 膠北地區(qū)的磁場(chǎng)特征表現(xiàn)為磁力低背景上的波動(dòng)場(chǎng)

該區(qū)大面積出露變質(zhì)巖和中酸性巖漿巖,這些巖石的磁性平均值都較小(郭家?guī)X超單元除外),故表現(xiàn)為低背景,但由于很多巖石的磁性變化范圍較大,故呈現(xiàn)出波動(dòng)性。區(qū)內(nèi)有兩處磁力高的區(qū)域:在萊州西南地段有許多中、小型磁鐵礦及變質(zhì)巖中較強(qiáng)磁性的斜長(zhǎng)角閃巖含量增多,導(dǎo)致磁場(chǎng)升高、波動(dòng)性加劇;在艾山-蓬萊東地段有一SN向的帶狀磁力高區(qū),這是中等磁性的郭家?guī)X超單元花崗閃長(zhǎng)巖的反映。

4.2 膠南地區(qū)的磁場(chǎng)特征表現(xiàn)為磁力高

由地質(zhì)資料可知,膠南隆起區(qū)大面積出露各種侵入巖體和青山群火山巖,變質(zhì)巖以零星殘片狀保留在二長(zhǎng)花崗巖體中。物性資料表明,膠南地區(qū)嶗山、偉德山、月季山、雨山、大店、榮成等超單元的中酸性巖和堿性巖多數(shù)磁性較強(qiáng),青山群火山巖也為強(qiáng)磁性并且剩磁強(qiáng)的地質(zhì)體,故引起磁力高。

4.3 膠萊盆地的區(qū)域磁場(chǎng)特征呈現(xiàn)劇烈的波動(dòng)性,整個(gè)磁場(chǎng)十分雜亂

單個(gè)異常面積不大,但強(qiáng)度較高,高者為正幾百至幾千納特,低者則為負(fù)幾百至負(fù)上千納特,而且往往高低相伴,幾乎每個(gè)正異常北側(cè)都伴有幅值很大的負(fù)異常。這是典型的火山巖的磁場(chǎng)特征,在盆地邊部青山群分布地區(qū)表現(xiàn)的尤為明顯。因?yàn)榛鹕綆r磁性強(qiáng)、離散性大,尤其剩磁強(qiáng),在斜磁化、反磁化的作用下使得磁場(chǎng)異常雜亂。在萊西市南、萊陽(yáng)北、高密東、膠州南等地各有形態(tài)較規(guī)則的磁力高異常,這是變質(zhì)巖(荊山群)上隆所引起,荊山群中斜長(zhǎng)角閃巖含量增加和野頭組中含磁鐵層位所致。

4.4 海陽(yáng)-威海磁場(chǎng)特征表現(xiàn)為磁力高背景上的波動(dòng)場(chǎng)

高磁場(chǎng)分別由榮成超單元騰家、大時(shí)家花崗閃長(zhǎng)巖(乳山—榮成一帶)、寧津所超單元堿性巖(石島附近)、青山群火山巖(俚島附近)等引起;沿海的負(fù)磁場(chǎng)主要由低磁性的偉德山超單元引起。由于各巖體之間的磁性差異及巖體本身磁性的不均勻和斜磁化作用,使得磁場(chǎng)波動(dòng)性較大。

5 結(jié)論

通過(guò)膠東地區(qū)各地層、巖(礦)石及巖體的物性特征分析研究,論述了膠東地區(qū)重磁場(chǎng)特征及地質(zhì)成因,認(rèn)為重磁場(chǎng)分布特征對(duì)巖石建造區(qū)分、地質(zhì)構(gòu)造單元的劃分以及地質(zhì)找礦有十分重要的意義。

(1)重、磁場(chǎng)總體走向呈NE—NNE,宏觀上反映了膠東地區(qū)的地層分布、構(gòu)造格架和巖漿活動(dòng);重力場(chǎng)強(qiáng)度變化較大,跨越(-40～40)×10-5m/s2區(qū)間,在膠萊盆地南北兩側(cè)表現(xiàn)為重力低,盆地內(nèi)則反映為重力高;磁場(chǎng)以低緩磁場(chǎng)為主,北、中部場(chǎng)強(qiáng)低、變化小,東南部場(chǎng)強(qiáng)高、變化大。

(2)膠東地區(qū)重磁場(chǎng)特征反映了該區(qū)南部、北部巖漿活動(dòng)較強(qiáng)烈,中部殼層變薄,基底構(gòu)造以近EW向、局部構(gòu)造呈NE向,以及較高密度、較強(qiáng)磁性的古老結(jié)晶基底呈帶、呈塊分布的總體格局。

(3)金屬礦產(chǎn)尤其金礦,主要形成于重、磁場(chǎng)低緩區(qū)域,也就是酸性、中酸性巖漿巖發(fā)育區(qū)。

本文經(jīng)教授級(jí)高級(jí)工程師黃太嶺指導(dǎo)、審閱。根據(jù)其意見(jiàn),作者作了修改,在此表示感謝。