RGIS軟件重磁聯合反演在1：20萬區域重力調查中的應用

張文博，王守興，王向麗，李 寧，王唯存

吉林省勘查地球物理研究院, 吉林 長春 130012

《黑龍江省五常縣—沙蘭站公社1：20 萬區域重力調查成果報告》是沈陽地質調查中心“東北地區基礎地質調查及數據更新”項目的一部分，該項目共完成調查面積21 171 km2，為區內礦產資源評價、區域地質調查和基礎地質圖件更新等工作提供高質量的基礎性區域重力資料。本文應用RGIS 軟件對所獲區域重力資料進行數據處理為地質礦產勘查及研究提供參考。

1 區域地質概況

調查區跨兩個Ⅰ級構造單元：興安嶺—內蒙地槽褶皺區和興凱湖—布列亞山地塊區。以方正—長汀巖石圈斷裂為界，西側為興安嶺—內蒙地槽褶皺區，東側為興凱湖—布列亞山地塊區。

工作區及周邊位于老爺嶺地塊與伊春—延壽褶皺系和松嫩地塊結合部位。出露地層有前寒武紀變質巖系、晚三疊世、白堊紀地層，另外新生代玄武巖發育。區內地質構造復雜，依蘭—伊通、方正—長汀、敦化—密山3 條深斷裂穿過區內；侵入巖漿活動頻繁，古元古代—中生代侵入巖大面積分布。

新太古代—古元古代中高級變質巖系構成工作區及周邊一帶的結晶基底（古陸核），中元古代晚期在其南部形成陸殼增生帶，新元古代在東、西兩側進一步形成陸緣增生帶。早古生代形成海槽沉積，晚古生代形成海相-陸相交替的火山-沉積巖建造，具有蓋層性質。晚印支期發生陸內碰撞，形成規模宏大的南北向構造巖漿巖帶。印支期末受北東向敦化—密山斷裂帶和東西向構造聯合控制，形成一系列東西向為主的含煤盆地。新生代工作區內構造主要受敦化—密山斷裂帶控制，沿斷裂帶有大面積玄武巖溢流。

2 重磁場特征

2.1 區域重力特征

從1989 年原地礦部二物王之荃等人編繪的工區1∶100 萬布格重力異常平面圖（見圖1）上可見：

圖1 黑龍江五常縣—沙蘭站公社地區1:100萬布格重力異常平面圖Fig. 1 1:1 000 000 Bouguer gravity anomaly prof ile of Wuchang County-Shalan station commune in Heilongjiang Province

（1）受長白山地區反山根作用影響，工作區內及外圍場值均為負值。區內布格重力異常場態特征較為明顯，布格重力異常等值線宏觀多呈北東向展布，而且場值變化較大，幅度達50×10-5m/s2，區西北部五常一帶重力場值最高達-5×10-5m/s2，東南部鏡泊湖一帶場值最低，達-55×10-5m/s2。全區場值呈現西北部高，東南部低的格局，兩部場區場值變化均在（-30～-25）×10-5m/s2以內。

（2）從工作區區域地質概況分析，區內布格重力異常場態特征主要與區內地質構造特征密切相關。西北部重力高值區主要受松遼盆地幔隆和前寒武紀變質巖系的影響；東南部重力低值區則主要受張廣才嶺山地區幔凹和大片發育的花崗巖類的影響。重力低值區內局部重力異常發育，其中鏡泊湖局部重力低是由中—新生代斷（坳）陷盆地引起，等值線基本沿北東向延伸，是區內北東向構造的反映；另有一面坡—向陽山、敦化—鏡泊梯度帶分別是深大斷裂帶的反映；其它梯度帶分別是基底斷裂或不同密度地質體接觸帶的反映。

2.2 區域航磁場特征

從區域航磁ΔT 異常平面圖（見圖2）上能夠看出，工作區內及外圍磁異常亦如ΔgB異常一樣多呈北東向展布，沿北西向場值多呈磁力高與磁力低相間排列，顯示出構造線方向亦明顯呈北東向。依場態特征，區內及周邊磁場大致可分為以下5 種類型∶

（1）東南側邊部雜亂磁場：沿敦化—密山斷裂一線及東南側呈帶狀分布，占域較小，帶內正負異常交替變化頻繁，異常形態極為復雜。該場態是沿敦化—密山斷裂帶噴出的船底山組玄武巖的反映。

（2）西北側邊部雜亂磁場區：該場區內局部發育條帶狀磁力高，通常是疊加在場值（0～200）nT 的磁力低上，異常值變化范圍為（0～800）nT，一般沿北東向延伸，局部地段發生東西向錯動。此場態特征是一些中基性侵入巖體沿斷裂分布的反映。這種類型場態主要分布在尚志—五常以西一帶，占域較小。

（3）東南部波狀正異常帶：該類型磁場位于敦化—密山斷裂帶西北側—長汀一帶，異常曲線呈波狀規律變化，ΔT 異常值通常在0～1 000nT 之間，異常范圍較大，該場態主要是具有較強磁性的晚三疊世花崗閃長巖和晚侏羅世花崗閃長巖的反映。

圖2 黑龍江五常縣—沙蘭站航磁ΔT異常等值線平面圖Fig.2 Aeromagnetic ΔT anomaly Isoline plan of Wuchang County-Shalan station

（4）西北部低緩平穩磁場：這類磁場異常值多在-100～100nT 之間變化，異常曲線呈舒緩波形起伏狀，是磁性不強的晚三疊世花崗巖和依蘭—伊通斷裂帶內松散堆積物的反映。該場區面積較大，主要分布在向陽山—元寶鎮一帶，。

（5）中部磁力低異常帶：該帶ΔT 異常值為0～-800nT，基本沿北東向延伸，主要分布在亞布力鎮—三道沖河鎮一線和張廣才嶺大禿頂子山的東南一線，主要是弱磁或無磁的晚元古代變質巖、晚三疊—早侏羅世二長花崗巖、花崗閃長巖的反映。錯綜復雜的ΔT 場態特征，反映了區內及外圍地質構造的復雜性，必然為成礦提供了有利條件。

3 RGIS軟件重磁聯合反演

“重磁電數據處理與解釋軟件系統”（RGIS）是中國地質調查局發展研究中心組織研發的具有重力和磁測數據可視化管理、數據處理、重磁電正反演等多功能資源勘查地球物理信息系統軟件。尤其在重磁處理方面，該軟件目前已經成為我國模塊最齊全、最先進，應用最廣泛，覆蓋面和用戶群體規模最大的專業軟件。

本次調查工作運用RGIS 軟件的2.5D 人機交互可視化重力和磁異常聯合反演，對于深部構造、莫霍面、地殼深部密度界面等問題作出了一定的探討。

3.1 莫霍面深度

本調查區的面積與黑龍江全省相比，其所占的面積范圍可謂較小，深部地球物理資料可以說是“局部構造”了。依據《黑龍江區域地質志》中的黑龍江省莫霍面等深度圖（圖3），尚志—牡丹江一帶在該圖顯示為局部坳陷，在老禿頂一帶莫霍面深度為40 km，由尚志—牡丹江莫霍面等深線呈“盆”形展布，由35 km 向38 km 變化。

3.2 地殼密度分層

依據地礦部二物提交的《泛東北地區1∶100 萬區域重力資料研究報告》；金旭、楊寶俊主編的《中國滿洲里—綏芬河地學斷面地球物理場及深部構造特征研究》；爆破地震所建立的地殼綜合速度，建立調查區綜合速度模型圖自上而下將五常—尚志—牡丹江地殼分為三大層：

圖3 黑龍江五常縣—沙蘭站公社一帶莫霍面等深度（km）平面圖Fig.3 the Moho isobathic plan of Wuchang County-Shalan station commune area in Heilongjiang

上殼層：沉積巖層及元古界淺變質巖，平均密度2.68～2.81g/cm3，平均速度6.02 km/s。

中殼層：古元古界—太古界變質巖、花崗巖質層，平均密度2.83～2.92 g/cm3，平均速度6.5 km/s。

下殼層：玄武質層或中基性麻粒巖層，平均密度2.99～3.05 g/cm3，平均速度6.81～6.89 km/s。上地幔巖石圈：橄欖巖層平均密度3.31～3.36 g/cm3，平均速度7.84～8.23 km/s。

3.3 重磁聯合反演

調查區范圍較小，對深部構造界面的定量處理存在一些困難，而且其精度與前人研究程度相比較不會有提高。本報告在探討密度界面及深部構造方面主要是在前人推斷密度界面的基礎上，根據異常特征進行分析探討，并且莫霍面計算參照前人結果。

本次工作中自興隆公社起至榆樹川林場老一段截取了一段長255 km，穿越不同構造單元和地質體的長剖面A-A′，該剖面位于測區中部、北西向貫穿整個測區剖面。利用布格重力和航磁數據，使用RGIS 軟件進行了聯合反演。通過擬合、對比、修改模型，完善其擬合程度。聯合反演結果見圖4。

經對比剖面上航磁異常與布格重力異常其變化規律性相似，可能為同源場。剖面地質認識如下：

（1）剖面A—D 段∶該段位于調查區西北，地表出露的巖性主要為晚二疊世堿長花崗巖（P2kγ），二疊系五道嶺組，新生界古近系寶泉嶺組。

重力異常與航磁異常總體趨勢由高值向低變化，反映了地殼深部莫霍面逐漸變深的特點；其間的局部異常反映了地表或淺地殼地質體橫向密度或磁性發生的變化。A-B 間的重力高、磁力高異常可能由密度較高的堿長花崗巖引起，也可能與附近出露或隱伏的高密度、強磁性輝長巖有關；以B 點為中心的三道河子公社重力低、磁力低異常推斷為隱伏的新生代凹陷盆地；三道河子公社—勝利公社間重力異常和航磁異常相對較高，推斷為隱伏的晚三疊世—早侏羅世二長花崗巖或花崗閃長巖；勝利公社一帶航磁為寬緩低磁異常，對應的是兩側梯度較大的重力低異常，充分印證了受F1-1、F1-2 兩條平行斷裂控制的新生代斷陷盆地的存在，只是航磁異常反映的斷陷盆地范圍更大；雙合屯以西的磁力低，對應重力低緩臺階異常，故推斷為F2 斷裂。反演界面分為莫霍面、下地殼頂界面和中地殼頂界面、反演莫霍面的密度參數選擇為3.36 g/cm3,剩余磁化強度選為5 700×10-3A/m。計算莫霍面埋深為36～39 km。反演下地殼頂界面的密度參數選取3.05 g/cm3, 剩余磁化強度選為3 500×10-3A/m。計算下地殼埋深一般在18～20 km。反演中地殼頂界面的密度值選為2.67 g/cm3, 剩余磁化強度（330～800）×10-3A/m，計算中地殼埋深一般在4～5 km。

（2）剖面D—F 段∶該段位于調查區中部，地表出露的巖性為新元古代二長花崗巖（Ptηγ），其在1∶25 萬亞布力幅中定名為晚三疊世早侏羅世花崗閃長巖（T3—J1γδ）、早侏羅世正長花崗巖、張廣才嶺群新興組（Pt3x）變質巖、晚三疊世正長花崗巖、中奧陶世花崗閃長巖（O2γδ）。

該段重力異常和航磁異常均呈波狀起伏，但是異常值偏低些，重力異常場總體趨勢仍由高值向低變化，莫霍面進一步加深。

雙合屯—老禿頂子間布格重力異常和航磁異常均較低，由密度較低、磁性較弱的晚三疊世—早侏羅世正長花崗巖引起，而老禿頂子相對重力高是由于基底張廣才嶺群新興組（Pt3x）變質巖隆起或地表出露引起的異常，因該套地層為弱磁，故航磁異常甚低；老禿頂子—七公里間布格重力異常相對變低，可能為密度較低的晚三疊世正長花崗巖引起，但該地段航磁異常很高，可能與附近出露的或隱伏的、磁性很強的早寒武世或中奧陶世閃長巖脈有關。

圖4 興隆—榆樹川林場重磁聯合反演剖面Fig.4 Prof ile of joint inversion of gravity and magnetic in Xinglong-Yushuchuan tree farm

D—F 段剖面解釋推斷出F3、F4、F5 三條北斷裂，斷裂附近重 磁異常剖面特征非常明顯，斷裂一般處于重力剖面臺階異常和航磁異常突變處。

反演結果莫霍面埋深為38～40 km,是本區最深之處；下地殼埋深一般在18～21 km；中地殼埋深約5～6 km。

（3）剖面F— A′點段∶該段剖面位于調查區東南角。地表出露的巖性為中奧陶世花崗閃長巖（O2γδ）。其在1∶25 萬亞布力幅中定名為早石炭世石英閃長巖（C1δo），新生代新近紀船底山玄武巖、土門子組，張廣才嶺群閻王殿組（Pt3yn）變質巖。

該段剖面重、磁異常相關性很好，隨重、磁場開始抬高，莫霍面也相對變淺。大面積分布的中奧陶世花崗閃長巖（O2γδ）使七公里—爾河站口間重、磁異常明顯增高，而航磁異常達到最高的原因可能與磁性較強的玄武巖有關；爾河站口以東重、磁異常驟降，尤其是重力異常，降至全區最低，推斷為受控于敦化—密山斷裂帶的新生代斷陷盆地。F— A′段剖面解釋推斷出F6、F7-1、F7-2 三條斷裂，斷裂的重磁異常特征都很明顯。

反演結果莫霍面埋深為38.5～39.5 km；下地殼埋深一般在18～19 km；中地殼埋深約6～8 km。

4 結論

關于莫霍面、地殼深部密度界面的探討，地震方法會更加有效，但是成本巨大。而RGIS 軟件為我們提供了一個廉價的解決途徑，通過布格重力和航磁的聯合反演，相互約束，可以有效減少多解性。

不過十分遺憾的是，作為本項目而言，范圍較小且缺少已知的深部資料，故本次解釋還是引用了許多前人結果，主要以定性解釋為主，定量解釋的成分較少，僅能在宏觀上作出分析。

[1] 王丹群,等.L-52-（26）五常縣幅1：20萬區域地質測量報告[R].黑龍江省地質局，1967.

[2] 馬萬昌,等.L-52-（27）一面坡幅1：20萬區域地質調查報告[R].黑龍江省地質局,1970.

[3] 吉林省地質科學研究所.吉林省及其西部鄰區構造體系圖說明書[R].1980.

[4] 鄭國雙,等.L-52-（32）向陽山公社幅1：20萬區域地質調查報告[R].吉林省地質礦產局,1983.

[5] 李昌基,黃 勤,等.吉林省區域重力調查成果報告[R].吉林省地礦局物探大隊，1987.