本溪—集安地區三維地質結構重磁電綜合解釋

2013-03-26 03:26:38張宏嘉李福文李桐林

吉林地質 2013年1期

張宏嘉，曹亮，李福文，李桐林

1.吉林大學地球探測科學與技術學院，吉林長春 130026； 2.吉林省區域地質礦產調查所，吉林長春 130012；3. 吉林省勘查地球物理研究院，吉林長春130 0 12

本溪—集安地區是中國地調局確定的全國19個重點成礦區帶之一的遼東—吉南成礦帶的一部分(圖1)。該區橫跨兩個不同地質構造單元，一是太古代古陸核，由太古代變質巖組成，其控礦作用明顯，是本區重要的含礦建造，主要礦產有鐵(鞍山式鐵礦)、銅（鋅）、金、黃鐵礦等；二是元古代遼吉古裂谷帶，其內礦產資源十分豐富，如菱鎂礦、滑石、鉛鋅、硼、鈷、鐵、金、鈾等大型或超大型礦床。研究區的太古代含礦建造除在研究區的北部出露地表外，大部都處于隱伏狀態，元古代遼吉古裂谷帶沉積巨厚并且被古生代、中新生代沉積蓋層覆蓋，且無論是太古代含礦建造還是遼吉古裂谷帶都經歷了多期構造與巖漿侵入活動。查明該區深部地質結構與構造，將對研究區找礦具有非常重要的意義。為此，2012年中國地質調查局三維地質填圖與深部地質調查試點計劃項目確定了“本溪—臨江地區深部地質調查”工作項目，本文即是工作項目中的部分研究內容。2012年我們在研究區共完成5條重、磁、電綜合剖面，同時對研究區涉及的主要地質體的物性也進行了測量。在收集與分析前人關于該區地層、構造、侵入巖、礦產資料的基礎上，本文模擬和反演了5條綜合地球物理剖面并對剖面進行了綜合地質解釋。

1 研究區地質概況

本溪—臨江地區位于前寒武構造域、古亞洲構造域和濱太平洋構造域的疊置部位，地質歷史復雜、漫長，地質構造復雜，經歷了太古代陸核形成、元古代地臺形成、古生代穩定地臺演化和中新生代大陸邊緣活動等階段。太古代—古元古代形成古老變質結晶基底，晚三疊世以來特別是侏羅紀—早白堊世疊加大規模的構造巖漿活動。

工作區屬華北地層區，地層出露較齊全，由下到上依次為太古界表殼巖、古元古界遼河群、新元古界青白口系、南華系、古生界及中生界。在工作區的河流、溝谷中分布有少量的新生界第四系松散沉積物。

圖1 研究區大地構造與位置圖Fig.1 The tectonic structure and locationmap of the study area

1.1 地層

（1）太古宇：太古宇在遼東地區稱之為鞍山群，為一套遭受區域變質作用而形成的中深變質巖系，主要分布在龍崗地塊上，太古代地層絕大部分呈殘留體分布于大面積花崗質片麻巖之中，是著名的“鞍山式”鐵礦的賦礦層位。

（2）古元古界：古元古代地層在遼寧省稱為遼河群。

遼河群自下而上由浪子山組、里爾峪組、高家峪組、大石橋組和蓋縣組所組成。浪子山組和里爾峪組通常稱為遼河群下亞群，由砂巖-泥質巖-火山巖組合組成；高家峪組、大石橋組和蓋縣組通常稱為遼河群上亞群，由砂巖-泥質巖-碳酸鹽巖組合構成。下亞群的火山巖屬鈣堿性-堿性系列，以中酸性火山巖（熔巖、凝灰巖）為主，夾少量玄武巖，局部出現雙峰式火山巖。

（3）新元古界青白口系、南華系：在工作區廣泛出露，由下至上有青白口系釣魚臺組、南芬組，南華系的橋頭組、康家組。

釣魚臺組（Qbd），工作區出露廣泛，巖性為薄-中厚層-厚層石英砂巖、含礫石英砂巖及石英巖質礫巖。

南芬組（Qbn），工作區出露廣泛，其整合于釣魚臺組之上。巖性為鈣質、粉砂質頁巖和泥質泥晶灰巖。

橋頭組（Nhq），工作區出露廣泛，主要巖性下部為石英砂巖夾頁巖，上部為厚層石英砂巖。

康家組（Nhk），主要出露于橋頭、南芬等地，主要巖性泥灰巖、頁巖及粉砂巖。

（4）古生界：工作區出露較廣，巖石地層單位出露較齊全。自下而上有寒武系堿廠組、饅頭組、張夏組、崮山組、炒米店組，寒武系—奧陶系冶里組，奧陶系亮甲山組、馬家溝組，石炭系本溪組、太原組，石炭系—二疊系山西組及二疊系石盒子組。

（5）中生界：主要出露于工作區北部，有三疊系下統紅砬組、中統林家組，侏羅系中統小東溝組，侏羅系—白堊系小嶺組，白堊系下統大峪組。

（6）新生界：主要分布于山間洼地及河谷地帶。往往構成河流一級階地、二級階地、現代河床及高河漫灘。

1.2 巖石

（1）侵入巖：區內侵入巖分布廣泛，形成時代有：新太古代大河沿片麻巖和下馬塘二長花崗巖、晚三疊世閃長巖、賽馬堿性巖體、中侏羅世的二長花崗巖、晚侏羅世的似斑狀二長花崗、早白堊世花崗斑巖以及后期的各類脈巖。

（2）火山巖：自中生代以來，工作區已上升為陸地而成為歐亞大陸板塊的一部分。受太平洋板塊北西向作用影響，產生了一系列北東向分布的斷裂和褶皺，伴隨著這種作用，在區內形成了以中心式火山噴發為主要特點的火山活動。

工作區內火山噴發活動主要分布在工作區中東部中生代斷陷盆地內部，火山噴發的強度和規模大，分布范圍廣，形成區內大面積分布的各類火山巖，主要出露于工作區本溪、賽馬桓仁和集安一帶。區域上總體為不規則帶狀、條帶狀呈北東向展布，而在賽馬一帶呈東西向帶狀展布。其中晚侏羅世火山巖為一套中性火山巖巖石組合，區內構成多個噴發韻律，以火山噴發角度不整合覆蓋于下伏地層之上。早白堊世火山巖主要為中基性火山巖組合，以火山噴發角度不整合覆蓋于晚侏羅世—早白堊世和更老的地質體之上。

1.3 構造

工作區位于華北地臺膠遼古陸上（圖1），進一步分為兩大地質構造單元：北部為龍崗地塊，為太古代古陸核，發育一套深變質巖石，是著名鞍山式鐵礦賦存的層位；南部為遼吉古裂谷帶。在太古代古陸核與遼吉古裂谷帶過渡帶附近發育古生代太子河坳陷和太平哨坳陷。在中生代時期本區處于濱太平洋構造域內，地殼構造變形、巖漿活動和成礦作用十分強烈，對早期地質體和構造進行疊加、改造和破壞。

（1）太古宙構造演化階段：發育于古老的太古宙結晶基底的變質巖系中，其巖石類型有太古宙地層和變質深成侵入體，主要表現為深層次的韌性變形構造形跡，反映了當時陸殼增生過程中的強烈構造活動過程。

（2）古元古代構造演化階段：古元古代構造演化表現出從遼吉裂谷拉開到閉合造山的整個構造發展過程。古元古代階段巖漿作用強烈，形成火山巖-陸源碎屑巖-碳酸巖建造；中元古代階段無巖漿作用，形成陸源碎屑巖-碳酸巖沉積建造。

（3）新元古代至古生代構造階段：該階段發育一整套穩定的板內海相、海陸交互相和陸相沉積巖系，構造變形極弱說明華北板塊已經處于穩定的克拉通時期，構造形跡表現為表淺層次的脆性構造。

（4）中生代構造階段：在工作區內早期（印支運動）可識別的跡象有發育于新元古代—古生代地層中的北西向斷裂和近北西走向的寬緩褶皺，同時伴有花崗巖體的侵位，工作區出露大量的印支期花崗巖，有岔信子巖體、小葦沙河巖體、龍頭巖體等；表淺層次的脆性構造較發育，并見其明顯被侏羅紀火山-沉積巖覆蓋。晚期（燕山運動）區內構造作用非常強烈，表現為強烈的巖漿作用，北東向斷裂構造非常發育，并見有強烈的逆沖推覆構造形跡，最終形成中生代盆-嶺構造體系。

（5）新構造運動：工作區內新生代構造運動主要表現為持續抬升，沿渾江、太子河主水系兩岸發育，最高可達四級階地，局部見有玄武巖噴發。

2 地球物理測量與數據處理解釋

2.1 地球物理測量

本次工作共實施重磁電剖面5條，其剖面分布見圖2。

5條物探剖面總長度為865 km。重力、磁法點距為250m，總物理點為3 465個。大地電磁測深（MT）基本點距為5 km，共布設完成MT點182個。本次工作采用了國外先進的儀器設備。大地電磁測深使用了加拿大鳳凰公司的V5-2000系列電磁儀，磁測使用了加拿大GEM公司GSM-19T微機質子磁力儀，重力測量使用了美國BURRIS型高精度金屬彈簧重力儀。測量嚴格按有關規范進行，除城市和礦區附近大地電磁受到嚴重干擾以外，多數測量結果可以用于地質解釋。

2.2 物性測量

本次工作共采集物性樣本330件。測量結果見表1、表2和表3。物性的總體規律可歸納如下：

對地層而言，太古界的茨溝巖組、大峪溝組和櫻桃園組巖性密度大，磁性高和電阻率高；元古界的浪子山組，里爾峪組，高家裕組巖性密度較高，磁性偏低，大石橋組和蓋縣組巖性密度較高，磁性偏低，高家裕組巖性電阻率略高；清白口系密度中等，磁性無電阻率中等；古生界：密度偏低、磁性弱和電阻率偏低；中生界和新生界的密度低、磁性弱，電阻率也低。

對侵入巖地層而言，侵入巖整體上磁性都偏高，其中大蘇河片麻雜巖大于新賓片麻雜巖，新賓片麻雜巖與賽馬堿性花崗巖大致相當，賽馬堿性花崗巖大于白堊紀花崗巖；密度方面，大蘇河片麻雜巖最高，新賓片麻雜巖次之，賽馬堿性花崗巖密度偏高，與元古界沉積巖密度相當，白堊紀花崗巖的密度最低；電阻率方面，大蘇河片麻雜巖電阻率高，新賓片麻雜巖電阻率較高，侏羅紀，白堊紀侵入花崗巖電阻率較高。

2.3 地球物理反演

本文綜合地球物理剖面反演使用國際上先進的重磁重磁擬合軟件GM SYS和大地電磁測深軟件SCS2D。

GM SYS系統是美國西北地球物理聯合公司和加拿大軟件公司合作研究的軟件系統,該系統主要以重、磁模擬為主,可結合包括地震位圖在內或其它位圖資料到模擬過程中的聯合反演解釋系統軟件。界面上部是擬合的重、磁剖面,下部是地震位圖或地質模型。該系統界面友好,功能強大,模擬過程快速簡單，本文用其對5條重磁剖面進行的精細擬合反演。

圖2 剖面位置及編號示意圖Fig.2 Sketchmap of pro fi le location and identi fi er

表1 巖礦石電阻率統計表Table 1 Resistivity statistics of the rock and ore

表2 巖礦石密度參數統計表Table 2 Density parameters statistics of the rock and ore g/cm3

SCS2D是美國Zonge公司的大地電磁測深2維反演軟件。該軟件不但可處理TM模式數據也可處理TE模式數據，并且可以很好的模擬起伏地形，適應地形的變化。由于其算法是平滑模型反演，可人為的調整反演的平滑度（包括橫向和縱向），使得橫向和縱向的反演結果都有很高的可信度。本文用其對5條大地電磁測深剖面進行了反演。

由于文章篇幅的限制，我們這里僅給出其中的兩條代表性剖面。其中一條是大致東西向的8號剖面，該剖面主體處于龍崗地塊上。另一條是大致北西—南東向的5號剖面，該剖面跨越龍崗地塊，遼吉裂谷的北部斜坡帶和中間凹陷帶。

2.4 地球物理綜合解釋

8號剖面（圖3）：由西到東，磁異常和重力異常總體上逐步降低，反演的深部電阻率則表現為由高到低，又由低變高的變化趨勢。根據地表的巖性及重磁電反演的結果，我們認為在龍崗地塊或北緣斜坡內，西部基底主體為新太古代大蘇河片麻雜巖，而東部基底或深部為新太古代新賓片麻雜巖。無論是密度還是磁性，前者都大于后者。東西部反演的深部電阻率有較大的差別，推測是西部干擾較大，近源場造成的。太古代片麻巖表現為高阻，而遠古界、古生界和中生界則表現為低阻。

2號剖面（圖4）：由北西到南東，磁異常總體變化不大，重力異常在總體變低的趨勢下，存在較大的起伏，根據地表的巖性及重磁電反演的結果，推測主要是花崗巖侵入的結果。太古代片麻巖在北西出露地表，向南東逐漸加深，但進入遼吉裂谷中央凹陷則消失，取而代之的是高阻、高密度的花崗巖。電阻率最低的地方為侏羅系沉積盆地，中等電阻率的為遠古界地層或早中生代侵入雜巖。