基于磁測資料的六盤山地區構造體系新認識

馮志民，李寧生，安百州，2

（1.寧夏地球物理地球化學勘查院，銀川 750001；2.中國地質大學地球科學與資源學院，北京 100083）

基于磁測資料的六盤山地區構造體系新認識

馮志民1，李寧生1，安百州1，2

（1.寧夏地球物理地球化學勘查院，銀川 750001；2.中國地質大學地球科學與資源學院，北京 100083）

六盤山地區位于鄂爾多斯地塊西南緣與北祁連造山帶的匯聚交接帶，多條區域性大型斷裂在此交匯復合，對該區的構造體系格架認識存在較多爭議，這里通過研究六盤山中南段1∶50 000高精度磁測資料，分析磁異常分布特征，結合地質資料判斷磁異常原因，并綜合化探、電法、重力等資料進行驗證，認為研究區由西向東可劃分為北祁連碰撞造山帶、走廊過渡帶、鄂爾多斯西緣逆沖褶皺帶三個構造單元，同時鄂爾多斯西緣盆地與北祁連弧盆系的分界線應該為西華山－六盤山東麓斷裂帶。

六盤山地區；高精度磁測；斷裂構造；鄂爾多斯盆地；北祁連弧盆系

0 引言

六盤山地區地處秦祁昆造山系北祁連弧盆系東段，為鄂爾多斯地塊西南緣與北祁連造山帶中晚元古代走廊南山島弧匯聚的交接帶，多條區域性大斷裂在此交匯復合（圖1），該區構造條件復雜，成礦條件有利［1－6］。由于該區被大面積的第四系沉積物覆蓋，缺少較大比例尺的地面物化探數據，使得對該區的構造體系格架存在較大的爭議或不確定性：白云來［7］等認為六盤山西緣大斷裂是區內一級構造單元，它劃分了鄂爾多斯西緣盆地與秦祁昆造山系，并認為青銅峽一固原深大斷裂是劃分鄂爾多斯地塊與河西走廊弧后盆地的關鍵性斷裂；章貴松［8］等依據航磁異常特征，認為秦祁昆造山系和鄂爾多斯地塊的邊界應該在中衛－海原－寶雞一線。由于研究資料有限，缺乏相應大比例尺的物化探資料或者局限于單一資料的地質解釋，因此作者認為對研究區進行構造劃分，對現有的構造體系進行重新厘定，將有助于我們更深入地認識中國北方地區大地構造單元，也有利于六盤山地區的找礦工作，因此本次研究工作是十分必要的，也是迫在眉睫的。

圖1 研究區區域地質圖Fig.1 Regional geological map of the study area

1 地質概況

六盤山地區地處秦祁昆造山系南山島弧東段與鄂爾多斯地塊西南緣兩大構造單元之間，表現為典型的雙層結構特征：上部蓋層均為早白堊世陸相盆地沉積地層，大面積出露于地表；下部基底層則東西差異明顯，東半部屬鄂爾多斯地塊西南緣，地層以下古生界的碳酸鹽巖地層為主，西半部基底未出露，推斷為北祁連中元古代火山碎屑巖－碳酸鹽組合的變質巖系（海原群）。研究區出露的地層主要是白堊系六盤山群的礫巖、砂巖、泥巖、泥灰巖，古近系的砂質粘土、泥巖，新近系的粘土、砂質泥巖和第四系的黃土、沖積物、坡積物等（圖2）。該區斷裂構造較發育，主要褶皺有六盤山背斜、涇源向斜和小關山背斜等。研究區未見巖漿巖出露，但在該區外圍西南約50km的石嘴子有一面積小于1km2的花崗斑巖出露，通過同位素測年顯示為中元古代中—酸性侵入巖。

圖2 研究區地質圖Fig.2 Geological map of the study area

2 地球物理特征

研究工作在六盤山地區開展了1∶50 000的地面高精度磁測，測試了相應巖性的物性參數（表1），并根據這些磁法資料制作了化極等值線圖（圖3）和相應的向上延拓圖（圖4）。從圖3可以看出，等值線拉長方向以近南北向為主，顯示出本區主構造線方向為近南北向，由一系列近平行的深大斷裂中間夾持著窄長斷塊體構成。東部整體的高值異常與西部寬泛的負值異常，在六盤山東麓位置顯示出較明顯的分界性。通過對磁異常進行了不同高度的向上延拓處理，發現向上延拓700m能取得較好的效果，通過圖4可以看出，以六盤山東麓為邊界，兩側的異常性質明顯不同。根據磁測標本的統計結果，該區的蓋層地層基本為無磁或者弱磁性，且向上延拓700m后該異常分界依然明顯存在，說明引起該區磁異常的地層應該為深部的基底地層。

圖3 研究區1∶50 000高精度磁法測量ΔT化極等值線平面圖Fig.3 Contour map ofΔTafter reduce to pole

圖4 研究區1∶50 000高精度磁法測量上延700米等值線平面圖Fig.4 Contour map ofΔT，the data has been processed with upward continuation for 700m

圖5 研究區構造分區圖（底圖為垂向一階導數圖）Fig.5 Tectonic zoning map of the study area （bottom photo shows the first order derivative of the vertical map）

表1 研究區巖礦石物性參數統計表Tab.1 Physical parameters for different rocks

3 劃分斷裂與分區

為了研究該區的磁異常特征，進而分析該區的構造體系，作者對磁測資料進行了向上延拓和化極，開展了垂向一階導數處理（圖5），并結合地質構造、地層巖性等資料，在研究區劃分了五條斷裂，自西至東依次為：①五龍山－呂家灣斷裂（F1），該斷裂為北西向斷裂，區內長度為21.5km；②六盤山西麓斷裂（F2），該斷裂走向近南北；③六盤山東麓斷裂（F3），斷裂為近南北走向，靠南部近弧形，區內延伸長度約38.5km；④小關山斷裂（F4），近南北向，呈弧形展布，區內延伸長度為38.2km；⑤三關口斷裂（F5），近南北向呈弧形展布，區內延伸長度為38.5km。依據上述的五條斷裂，作者將研究區劃分為四個區，其劃分依據和異常特征如下：

1）Ⅰ區位于五龍山－呂家灣斷裂西側，在本區整體呈三角狀，大體為一較平靜的負磁場區，西北角與Ⅱ區間隔部分出現面積較小的正異常。總體上缺少定向、連續分布的線狀或帶狀異常，西南角凸顯一局部高負值異常，化極后該異常值明顯增大，可能為西吉盆地的東南角的基底磁性反應。異常極大值位于五龍山北側，△Tmax＝555nT，異常極小值位于劉家埂子西北側，△Tmin＝－282.68nT。地質圖上該區大體為第四系覆蓋，由此推測該低異常區可能為西吉磁異常帶西南側沿聯財鎮－曹務鄉－岳堡一帶正高異常帶的伴生負異常。

2）Ⅱ區位于五龍山－呂家灣斷裂與六盤山東麓斷裂之間，區內異常在整體形態上呈現出北西向展布的特點，而在六盤山東麓斷裂東部區域，異常形態東扭，轉化為偏北東向，而且在經小距離上延（五個點距）后，斷裂兩側異常明顯分界，西側整體呈現出平緩、梯度小、強度小的負值異常區，而東部則表現出一向內凹陷的正異常區。六盤山西麓斷裂所表現出的沿斷裂展布的串珠狀異常則在上延3～7倍點距后消失，說明引起異常的磁性體埋藏淺，認為該斷裂不是主逆沖斷裂構造體系。六盤山東麓斷裂在磁測等值線圖中表現為大型梯度帶，在重力異常中也有此特征，該斷裂是不同特征重磁異常分界線，在上延后，六盤山東麓斷裂以東表現為同一性質的正高值異常，西側大范圍負值異常對比顯著。綜上所述，認為劃分Ⅱ區與Ⅲ區的界限應該為六盤山東麓斷裂。Ⅱ區異常特征總體上呈現出“北正南負、西低東高”的特點。沿著五龍山－楊路－觀音店－楊家店－鹽池山一線為磁異常零值線，北部為正異常，南部以負異常為主。異常形態總體較為平穩，異常強度較小、梯度變化不大，表現為寬緩變化的正負異常，局部異常不發育，異常面貌與Ⅲ區梯度變化大，極值高的正異常面貌相差較大。僅在沿六盤山東麓斷裂左側位置呈現出異常梯度帶特征，至六盤山東麓斷裂梯度最大。區內西部呈北西向向東南侵的正值異常，可能為相鄰地區的磁異常延入本區的部分，推斷可能為基底隆起或深部侵入巖體引起。該區異常極大值位于六盤山西麓斷裂位置，△Tmax＝178nT。其異常極小值位于呂家灣南側，△Tmin＝－292.72 nT。綜上所述，Ⅱ區的磁異常應為淺層磁性體引起。

3）Ⅲ區位于六盤山東麓斷裂與小關山斷裂之間。該區異常東側異常呈現出往南部凹陷的特征，異常在小關山斷裂處顯示出梯度最大的特征。磁異常在小關山斷裂兩側顯示出不同的磁性特征，但異常的幅值、磁場面貌可與研究區東部的Ⅳ區進行對比，它們顯示出連續不可分割的特點。在布格重力異常圖上，沿斷裂延展方向為一醒目的重力梯級帶，其兩側的重力場、磁場所反映出的構造特征迥然不同。由此劃分了小關山斷裂以及Ⅲ區位置。該區整體呈近南北向轉北西向的帶狀特征，西側以六盤山東麓斷裂為邊界，東側以小關山斷裂為邊界，北起開城南部，南到研究區南部邊界。異常分兩部分組成，北部為一帶狀凸起高正值異常，異常形態較完整，梯度大、極值高，范圍寬廣。異常極大值位于掛馬溝梁北側，ΔTmax＝305.93nT，該帶狀異常中心位置大體在大灣鄉附近，作者稱該異常為大灣異常。南部以北西向展布的階梯狀負值異常為主，極小值位于惠臺鄉南側，ΔTmin＝－118.58nT。結合該區的地質資料，大灣異常上覆蓋層主要為第四系、第三系和白堊系等地層，這些地層通過磁性標本測量可以認為是無磁性地層，因此大灣異常應為基底高磁性地層引起。該異常在形態上呈現出磁性基底被動擠壓后隆起引起的特點，作者認為該異常為祁連地體沖斷拼接到華北陸緣地體過程中，引起鄂爾多斯西緣褶皺隆起的一種被動反應，而鄂爾多斯西緣褶皺隆起被祁連地體掩蓋至地表不可見。

4）Ⅳ區西部以小關山斷裂為界，東至研究區東部邊界，其中三關口斷裂貫穿南北，該區范圍較大，區內均為正值異常，在平面等值線圖上表現為自西南至北東逐級增大的北西向異常梯度帶，局部異常不發育。異常梯度大，規模大，極值高，在研究區東北角大路梁附近達到極大值，ΔTmax＝415.97nT。極小值位于區內西南角強家莊附近，ΔTmin＝－43.34nT。經不同高度上延后，該區異常依然明顯，形態也未發生變化，這表示引起該區磁異常的磁性地層埋藏深度大，且磁性地層的規模較大，結合地質資料，該區異常應為鄂爾多斯盆地磁性基底隆起造成。

4 綜合資料解釋

通過對研究區開展1∶50 000的地球化學水系沉積物的研究工作（圖6），發現元素地球化學高背景場總體呈北北西延展，其中W、Sn、Bi、Pb、Zn、Cd、Ag等異常尤為突出，呈帶狀、串珠狀展布，結合地質資料可以發現區內高背景場明顯地顯示出受區內六盤山東麓斷裂控制，異常主體發育于六盤山東麓斷裂帶上，高背景場的延伸方向隨該斷層走向呈曲折狀。同時區內的18種元素地球化學場總體表現為六盤山東麓斷裂上的異常強，區內東西兩側弱的分布格局，此外大多數元素的高背景場主要集中在白堊紀地層中，而在第三系、第四系相對出現低背景場。出現上述地球化學異常的原因可能是深部熱液通過六盤山東麓斷裂將下地殼甚至上地幔的元素運移至地表，并在白堊系地層中沉淀富集，即六盤山東麓斷裂可能為深大斷裂，它為元素的運移提供了通道。因此作者初步認為六盤山東麓斷裂應為該區的分區性質斷裂。

圖6 研究區1∶50 000化探異常圖Fig.6 Geochemic anomaly map of research area（1∶50 000）

根據電性資料可將研究區劃分為三個電性差異帶，由西往東分別對應祁連山碰撞造山帶、走廊構造帶與鄂爾多斯西緣隆褶帶，并認為走廊構造帶與鄂爾多斯西緣逆沖褶皺帶具有相似的電性結構特征，相比于祁連山碰撞造山帶的整體表現為相對低阻的特征，走廊構造帶可能與鄂爾多斯西緣逆沖褶皺帶同屬于鄂爾多斯地塊的西緣部分［9］。

依據前人重力資料，并通過布格重力異常、剩余重力異常、垂向二階導數異常等方法對研究區進行了構造體系劃分，其在本區劃分斷層結果與本次工作所劃分斷層位置基本一致（圖7）。并認為西華山—六盤山重力梯級帶（圖7所示F，磁測資料劃分的F3斷裂位置）以弧形分布為特色，其兩側重力場特征有明顯差別。認為該斷裂為一繼承性活動斷裂，它割切了中元古代至新近世建造的所有地層，并見中元古界逆沖于古近系之上。結合地質、重力場特征，推斷該斷裂是為下切深度可抵上地幔的深大斷裂，可能為本區的分區主斷裂，這與本次工作推論結果一致。

圖7 研究區1∶200 000重力劃分斷裂構造圖Fig.7 Faults divided map of the study area by 1∶200 000gravity data

通過對研究區進行分區，并結合已有的磁異常、電性分界、重力異常、化探異常和地質等資料，將研究區劃分三個構造單元，即以六盤山東麓斷裂（本次工作所劃分的F3斷裂）、小關山斷裂為界（本次工作所劃分的F4斷裂），可以分為祁連山碰撞造山帶、走廊構造帶及鄂爾多斯西緣逆沖褶皺帶三個主要構造單元。同時認為西華山－六盤山斷裂帶（在研究區的部分即為六盤山東麓斷裂）應為Ⅰ級深大斷裂帶，鄂爾多斯西緣盆地基底延伸到該斷裂位置，認為河西走廊弧后盆地應屬于華北地臺。即鄂爾多斯盆地和秦祁昆造山系這兩個構造體系的邊界應位于六盤山東麓斷裂帶，該斷裂劃分了鄂爾多斯西緣盆地與秦祁昆造山系的北祁連弧盆系。

5 認識與結論

本次研究工作主要通過利用大比例尺高精度的磁法資料，并結合化探、電法、重力和地質等資料，對研究區內的構造體系進行了重新厘定。取得的認識與結論如下：

1）本次研究綜合地質、物探、化探等資料在研究區，由西向東厘定了北祁連碰撞造山帶、走廊過渡帶、鄂爾多斯西緣逆沖褶皺帶三個構造單元的位置。

2）根據基底磁性特征、重力特征、化探元素組合異常特征和基底電性特征等資料，認為鄂爾多斯盆地的西邊界應該西移至六盤山東麓斷裂的位置。同時鄂爾多斯盆地的西部邊界西移，可能對中國北方地區大地構造單元重新劃分產生影響。

3）在對鄂爾多斯邊界認識的基礎上，發現走廊過渡帶與鄂爾多斯西緣盆地具有相同的磁性基底，相同的電性特征，認為走廊過渡帶應屬于鄂爾多斯盆地。

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New advance on the structural system of Liupan mountain based on magnetic data

FENG Zhi－min1，LI Ning－sheng1，AN Bai－zhou1，2
（1.Ningxia Geophysical and Geochemical Exploration Institute，Yinchuan 750001，China；2.College of Earth Science and resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，China）

Liupan mountain is located at the connecting zone between the southwest edge of Erdos block and north Qilian orogenic belt.The place is the intersection of several regional faulting belt.There are lots of arguments about the structural framework.In this paper，we would analysis the distribution of magnetic anomaly based on 1：50 000high resolution magnetic map，combined with geologic information to derive the cause of magnetic anomaly.Then we would adopt geochemical，electrical and gravity to verify the conclusion we got.Finally，we can get that from west to east，the region can be divided into three structural unit：north Qilian mountains collision orogenic belt，Transitional tectonic belt，Erdos west edge thrust fold belt and the boundary of north Qilian mountains collision orogenic belt.The Erdos west edge thrust fold belt should be west Huashan －six Panshan east fracture zone.

Liupan mountain；high－resolution magnetic；fault structural；Erdos basin；north Qilian arc basin system

P 318.6

：A

10.3969／j.issn.1001－1749.2015.06.04

1001－1749（2015）06－0693－06

2014－11－23改回日期：2014－12－19

寧夏回族自治區地勘基金項目（2014—地勘基金07）

馮志民（1961－），男，高級工程師，研究方向為物探技術應用研究，E－mail：zhmfeng＠gmail.com。