基于高精度重磁數據的隱伏斷層探測研究

摘要：為研究高精度重磁數據對于隱伏斷層探測的效果，以三山島及周邊主要斷層探測為例，建立地質模型，對模型開展正演研究，并在研究區開展高精度重磁技術現場試驗，采用重磁三維反演及多尺度邊緣檢測技術，獲取了研究區主要斷層分布情況。結果表明：該區具有利用不同磁場特征及重力場特征來劃分巖性界限的一定物性條件;在該區利用高精度磁法資料、重力測量資料圈定和追索斷裂是可行的。

關鍵詞：隱伏斷層； 高精度重磁； 三維反演； 多尺度邊緣檢測； 三山島

中圖法分類號：P631文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S2.005

文章編號：1006-0081（2024）S2-0015-04

0引言

三山島斷裂帶是膠東三大控礦斷裂之一，該區域金礦類型以斷裂破碎巖型金礦為主，確定控礦斷裂構造展布特征是尋找該類礦床的關鍵。利用物探方法追蹤主要控礦斷裂的分區情況，達到間接找礦的目的。為研究三山島及周邊主要斷層分布，本文首先建立地質模型，對該模型進行正演研究，分析高精度重磁數據對隱伏斷層的分辨能力；并在研究區開展高精度重磁探測，通過三維反演及多尺度邊緣檢測等技術的應用，初步確定該區域隱伏斷層的分布情況。

1研究區地質條件

1.1地質背景

三山島斷裂帶是膠東三大控礦斷裂之一，是近幾年找礦突破進展最顯著的一條金礦帶，特別是三山島北東的海域，發現了全國最大的單礦體，說明三山島斷裂兩端淺海區具有較大的找礦前景［1-3］。斷裂帶南西段基本上沿燕山晚期郭家嶺序列花崗閃長巖體與新太古代棲霞序列英云閃長巖體的接觸帶展布，北東段在郭家嶺巖體沿斷裂帶發育有寬大的構造巖帶，由糜棱巖、碎裂巖、碎斑巖、角礫巖等組成。該斷裂帶具有以灰色斷層泥為特征的穩定主裂面，后者呈舒緩波狀展布，呈壓性斷裂的特點，在主裂面的下盤發育有羽狀次級構造，也是含礦構造［4-7］。

1.2物性特征

研究區巖性以變質巖及花崗巖為主，花崗巖密度平均值（2.77～2.83）×103 kg/m3，局部分布的斜長角閃巖磁性較強，其磁化率（κ值）為4 000×10-5 SI，剩余磁化強度平均值可達1 090×10-3 A/m。黑云英云閃長巖類變質巖磁性相對較低，κ值一般在（23～178）×10-5 SI 之間變化，剩磁也很微弱。

2重磁數據正演模擬

為分析重磁對隱伏斷層的分辨和識別能力，根據研究區實際地質情況構建地質模型（圖1）作為重磁模型的基礎，開展正演-反演試驗。

模型上盤為變輝長巖，下盤為二長花崗巖，中間為斷裂破碎帶，約以45°傾角向北西傾覆。根據前人資料，取變輝長巖密度為2.87 g/cm³，磁化率為382×10^-5 SI，斷裂破碎帶密度為2.5 g/cm³，磁化率為16×10^-5 SI，二長花崗巖密度為2.58 g/cm³，磁化率為362×10^-5 SI。地質模型正演的重磁響應如圖2所示。

重力響應曲線總體平滑，呈西高東低的態勢，在斷裂頂端位置對應的4 900～5 400 m為梯級過渡帶，而磁異常曲線則呈現為橫“Z”字形。采用不同的反演方法對重力響應反演，反演結果對比見圖3。反演過程中，受邊緣效應的影響，反演斷面兩側會出現畸變，因此，1 000～8 000 m段可用于解釋分析。從反演結果分析，奧克姆（Occam）和馬夸特（Marquardt）兩種方法反演獲得的密度差斷面在斷裂地段對應位置均為低密度體，較好地反映了斷裂頂端位置，但是其產狀直立，與模型中45°左右的產狀相差甚遠，說明重力方法在沒有其他信息約束的前提下，對判斷斷裂頂部位置能力尚可，但無法給出其傾向和深部延伸形態。

與布格重力方法類似，采用不同的反演方法對磁力響應反演，見圖4。反演過程中受邊緣效應的影響，反演斷面兩側會出現畸變，因此，1 000～8 000 m可用于解釋分析。從反演結果分析，奧克姆和馬夸特兩種方法反演獲得的磁化強度斷面在斷裂地段對應位置均為低磁性體，較好地刻畫了斷裂頂端位置，但是其產狀直立，與模型中45°左右的產狀相差甚遠，說明磁力方法在沒有其他信息約束的前提下，對判斷斷裂頂部位置能力尚可，但無法給出其傾向和深部延伸形態。

從模型正演-反演的試驗結果分析，重磁方法能識別斷裂頂端位置，即在橫向上能區分出斷裂頂部所在位置，如果沒有已知信息輔助，很難進一步了解斷裂的產狀和延伸。究其原因：重磁的垂向分辨率先天不足，且控礦斷裂規模較小，導致重磁方法無法更精細刻畫斷裂產狀。如果增加先驗信息（如鉆孔、勘探線剖面等）約束，再進行反演，也有可能追蹤斷裂的深部形態。

3高精度重磁試驗

在研究區收集了4條重磁剖面（圖5），布格重力異常圖中北西低、南東高，反映了花崗巖體和變質巖的過渡漸變，磁異常形態雜亂，總體趨勢是兩端高，中間低。中間低的可能是巖體的反映，兩端高的可能是老變質巖。

對布格重力異常進行一階趨勢分離，得到一階剩余重力異常，對磁異常進行化極處理，從圖6中可以看出，三山島斷裂基本沿著剩余重力異常高低過渡帶分布，從北東的4線呈“S”狀往南延伸入海。對磁異常進行化極處理，得到4條剖面的化極異常，如圖6所示，三山島斷裂基本沿著正負異常過渡帶北西側局部弱高磁異常分布。從重磁場特征分析，三山島斷裂總體的重磁場特征為“低剩余重力異常南側+化極磁異常正負異常梯度帶”。

4高精度重磁數據三維反演及多尺度邊緣檢測

傳統工作方法主要根據地表地質觀察給出構造信息，但當地表覆蓋嚴重時，難以給出準確的構造信息，即使在出露區也往往只能給出經驗性的推測；而重磁場是地下地質體密度、磁性分別響應的綜合，蘊涵著豐富的地質構造信息，無論在基巖出露區還是覆蓋區（第四系、海水等覆蓋），均是地下地質體的客觀反映。通過重磁場的邊緣檢測，可以識別和提取對應的構造信息，不但能給出準確的斷裂構造信息，還能反映巖體邊界、盆地邊界等地質信息，對構造研究、深部找礦預測都有著重要的應用價值。對三山島南的化極磁異常進行了多尺度邊緣檢測處理，結果見圖7。邊緣檢測的線束方向是磁性體邊界的反映，淺部信息的檢測線束較為零散，呈不規則雜亂分布；但當向上延拓一定高度，檢測所得線束逐漸集中連續；從北西往南東，出現4條主要的線束密集分布帶，呈“帚狀”撒開，方向從北北東逐漸轉換至近東西向。

磁法三維反演可以反映地下磁性體的三維空間分布特征和變化規律。對該區域磁測數據進行了三維反演，獲得了3 km以淺的磁化率模型。圖8是高磁性體的三維分布特征，從圖中可以看出，完整的高磁性體主要分布在東北部，呈北東向帶狀分布，向南東側伏，其余的高磁性體規模較小，呈串珠狀分布于芙蓉島東南側。從物性資料分析，高磁性體可能反映了變質巖的分布。

為了解三山島斷裂南部的構造分布，將磁法三維反演水平切片與化極磁異常多尺度邊緣結果疊合。從圖9中磁化率垂向切片可以看出：三山島斷裂在陸地上的倉上斷裂對應中高磁化率中的低磁化率帶，從此特征分析，三山島斷裂在海域中的延伸可根據磁化率切片來斷續追蹤；對應的多尺度邊緣檢測為斷續組成的線束，沿著磁化率切片，可以看出邊緣檢測線束沿高磁化率中的低磁化率帶為斷續分布，說明三山島斷裂往南西可以據此追蹤。結合三維反演、多尺度邊緣檢測和垂向導數，推測區內存在如下4條主要的斷裂。

（1） F3斷裂。該斷裂為三山島斷裂的南延。主要依據是三維反演磁化率切片和多尺度邊緣檢測及化極磁異常垂向一階導數異常在地面已知地段的響應，反推其在淺海區的延伸。從磁化率切片可以看出高磁化率體中低磁化率產狀總體向南東傾伏，與三山島斷裂傾向一致。因此，綜合分析，厘定的F3斷裂推測為三山島斷裂的南延帶。

（2） F1斷裂。從磁異常強度幅值分析，F1是一條區域性的大斷裂，對比山東省物化探勘查院編制的《山東省重磁綜合解釋推斷成果圖》，可能是邑大店斷裂在該區域的分布。

（3） F2斷裂。該斷裂在邊緣檢測和垂向導數上特征非常明顯，推測為邑大店斷裂的次級斷裂。

（4） F4斷裂。從邊緣檢測線束來看該部分為比較連續的邊界，從磁化率反演切片可以看出低磁化率傾向南東，其西端趨近F3斷裂，往東走向逐漸變為近東西向，該斷裂可能是一個潛在的金礦富集帶。

5結論

重磁數據正演模擬及高精度重磁試驗工作結果表明：利用不同磁場特征及重力場特征來劃分巖性界限，具有一定的物性條件。在該區利用高精度磁法資料、重力測量資料圈定和追索斷裂是可行的。

（1） 三山島斷裂在剩余重力異常圖上反映明顯，均表現為負剩余重力異常。原因是斷層破碎帶在相同體積下質量較少，導致總體密度減小，故其響應為低、負重力剩余異常。

（2） 三山島斷裂負磁異常在正異常北側（招平斷裂負磁異常在正異常南側）。

（3） 根據對三山島南淺海和陸域磁測數據的處理，初步厘定該區可能存在的4條斷裂的分布情況。

參考文獻：

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（編輯：高小雲）