吉林省區域重、磁場綜合信息解析及地質意義探討

邵建波，王洪濤

吉林省地礦信息中心，吉林 長春 130061

0 引言

吉林省位于中國東北地區中部，大地構造處于多個構造單元的交匯部位(圖1)。近年來對吉林省乃至中國東北地區大地構造研究取得一系列重要成果[1-5]，但在一些具體問題上仍然存在未解的疑難問題，如長白山覆蓋區構造格局、華北古陸塊邊界及古縫合線的位置、一些重要構造帶的構造性質、一般性構造與深大斷裂的區別等。本文通過對吉林省及周邊地區區域重、磁資料的系統研究，采用傳統分析方法及綜合信息構造解析方法[6-8]，對東北中部重、磁場特征進行分析，對構造帶進行半定量的研究。

1 重力場特征及解譯

1.1 區域重力場基本特征

圖 1 吉林省及周邊地區地質簡圖（據文獻[1-5]等編制）Fig.1 Simpli fi ed geological map part of Jilin Province and its surrounding areas(after[1-5])

吉林省及周邊地區區域重力場(圖2)呈現三高二低一緩的分布特征。西部白城(圖中B)、中部鞍山—依蘭(圖中D、E)、東部琿春為重力高；西部大興安嶺(圖中A)、東部長白山(圖中F、G、H)為重力低；中部松遼平原(圖中C)為低緩異常區。最低值出現在白頭山，最高值出現在遼寧鞍山一帶。布格重力異常等值線大多呈北東向展布，宏觀上可分為三級：一級異常為全區的背景場，可以看作一個相對起伏平緩的二次曲面，反映莫霍面起伏的異常特征；二級異常為研究區內部大型重力高和重力低以及延伸較大的重力梯級帶，反映地塊間異常關系的二級構造，其形態比較規則，方向性明顯，異常間多被梯級帶分割。全區出現三條明顯的重力梯度帶(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)，Ⅰ為大興安嶺重力異常梯級帶、Ⅱ為佳木斯—伊通重力異常梯級帶、Ⅲ為方正—穆棱重力異常梯級帶。大興安嶺梯級帶位于大興安嶺東坡，其主要特征是延續長、范圍寬且梯度變化大，最大梯度可達90 mGal/100 km。佳木斯—伊通重力異常梯級帶梯度變化幅度小，基本由連續的、沿NE方向排列的長軸狀的局部異常組成的串珠狀狹長異常帶組成。方正—穆棱重力異常梯級帶呈北西向，延續短、范圍寬。省內樺甸—安圖—和龍一帶，等值線則多以北西向為主，向南逐漸變為東西向，至漫江則轉為南北向，圍繞長白山天池呈弧形展布，延吉、琿春一帶也呈近弧狀展布。傳統的觀點認為Ⅰ、Ⅱ兩條重力異常梯級帶可把研究區分為三個重力異常區，即大興安嶺異常區、松嫩異常區和張廣才嶺—長白山異常區；三級異常表現為地塊內部隆起與斷陷引起的異常特征，其反映的重力等值線以局部圈閉為主，圈閉間多以大型梯級帶或局部小型梯級帶為分割線。

圖 2 吉林省及周邊地區布格重力異常等值線圖Fig.2 The contours map of bouguer gravity anomalies in Jilin Province and its surrounding areas

1.2 重力數據處理

1.2.1 重力資料的數據處理方法

深部地質體的密度變化情況不管是在垂向上還是同一等深面內均是復雜的，因此對該區的重力資料數據處理時采用不同延拓高度來分別計算四個方向（0°、45°、90°、135°）的水平一階導數、垂向二階導數及上延后的異常值。不同延拓高度主要是為了突出不同深度的地質構造信息，不同方向一階水平求導主要是為了突出不同走向的地質構造引起的重力異常，通過以上數據轉換后就可對不同深度、同一高度不同走向的地質體所產生的場進行分離，從而形成一個立體網來對不同深度、不同走向、不同性質的地質體進行研究[6-8]。

1.2.2 重力數據的解譯

在5 km、10 km、20 km、50 km上延高度分別進行 0°、45°、90°和 135°方向的水平一階導數計算并繪制一階導數等值線圖。經四個方向水平一階導數極值線的提取，可以系統反映重力場軸向的分布規律，不同方向極大值線和極小值線是配對出現的，它們代表不同密度塊體的邊界線。將同一延拓高度上的四個求導方向水平一階導數圖疊置，進而找出幾個方向相重疊的導數位置，這種導數為有效導數，參考垂向二階導數的形態、零值線走向、延拓后的重力場的趨勢等，提取正交有效導數并確定其代表的斷裂構造位置、方向和長度。根據不同延拓高度反映不同深度的信息，經延拓后所含信息會因延拓而消失的高度差異，即原平面信息最豐富也最復雜，它包含了所有信息，上延 5 km 的一階導數所反映的斷裂包含了上延 10 km、20 km、50 km 的斷裂，同理，上延 10 km 的斷裂包含了上延 20 km、50 km 的斷裂。以此類推，在各個不同上延高度平面圖上，可能出現不同上延高度的水平一階導數所反映的斷裂。最大上延高度50 km 的水平一階導數只含有一個深度的斷裂。根據以上不同上延高度水平一階導數反映斷裂的包含關系，從最大上延高度的水平一階導數所反映的斷裂開始向上關聯，即先將上延50 km 的水平一階導數所反映的斷裂同上延 20 km 的水平一階導數所反映的斷裂進行關聯。同樣道理，將上延 20 km 、10 km 、 5 km 的斷裂進行關聯，這樣就可以從立體上認識向上延拓水平一階導數所反映的斷裂的方向、深度和產狀趨勢。經水平關聯、垂向關聯、整理、套合，形成線性構造分布圖[9]。

圖 3 吉林省及周邊地區重力場解析結果Fig. 3 Analysis of gravity fi eld in Jilin Province and its surrounding areas

不同向上延拓高度的垂向二階導數反映環型構造的基本信息，它可以對密度疊加重力場和異常進行分解，并可判斷其規模、形態和產狀趨勢。與水平一階導數所反映的斷裂垂向關聯的方法對垂向二階導數進行垂向關聯，可以對不同上延高度的垂向二階導數進行分解，以最大深度、最大范圍的原則將預測區劃分成若干相對重力高、相對重力低塊體，最大面積反映最大范圍，以不同深度塊體的平面分布情況判斷塊體產狀。經水平關聯、垂向關聯、整理、套合，形成環形構造分布圖。

根據基底密度均較圍巖密度高，在重力場上產生相對重力高的特征，可劃分出基底。由于垂向二階導數對橫向密度變化對重力異常反映更為靈敏。因此可利用垂向二階導數異常來解譯基底的分布范圍，不同延拓高度的二階導數反映不同深度的隱伏基底的分布、判斷基底的空間分布。應用吉林省區域重力資料求取的垂向二階導數異常，以零值線為邊界，正異常區域為基底的分布范圍（圖7）。從吉林省解譯基底分布圖上可以看出，不同深度解譯的基底分布范圍均不一樣，總體規律為深部范圍小且連續，從上延 50 km、20 km、10 km垂向二階導數來看，隨著深度減低，基底范圍減小，淺部范圍較大，形態不規則，相當于未被巖體化的碎塊，與根部基底相聯，猶如巖溶地區的“石林狀”或“樹枝狀”分布。

圖 4 吉林省及周邊地區航磁化極等值線圖Fig.4 The isogram of reducing to the pole for aeromagnetic data in Jilin Province and its surrounding areas

重力數據的解譯結果見圖3。

2 航磁

2.1 區域磁場特征及分區

航磁異常數據采用1：200 000航磁資料，對原始資料進行數字化處理，獲得了航磁ΔT異常網格( 2 km × 2 km) 數據，磁異常幅值為- 570 ～ 3 280 nT。由于研究區范圍較大，本文采用變緯度方法對數據進行了化極處理，化極等值線圖見圖4。

區域磁場特征總體可分為三種：正異常區、負異常區、異常陡變帶。正異常區是基底深變質巖系、火山巖、花崗巖類侵人體等高磁性塊體的反映, 如遼寧鞍山、吉林通化四方山等；負異常區是Pt-Pz地層、沉積盆地、深水洋盆沉積的反映, 如吉林白山；異常陡變帶為大斷裂帶通過的區域, 如伊通—伊丹。

根據化極圖，結合近年來吉林省乃至中國東北地區大地構造研究、造山帶地質、盆地區深部構造研究的新進展,對吉林省及周邊地區航空磁力異常劃分六個不同場區：

I-華北區。是我國華北磁異常區的一部分。進一步分為 I1-華北北緣亞區和I2-膠—遼亞區(遼東-吉南)。I1-華北北緣亞區為正負異常相間，并被NE 向異常斜切； I2-膠—遼亞區(遼東-吉南)，異常特征以低負、高正異常為特點，主要反映的是太古代花崗質、閃長質片麻巖、中、新太古代變質表殼巖及中新生代火山巖的磁場特征，總體呈弧形或環形異常帶?；⌒萎惓г诒辈克缮健⒓t石、老金廠、夾皮溝、新屯子、萬良到撫松，圍繞龍崗地塊的東北側外緣分布，主要是中太古代閃長質片麻巖、中太古代變質表殼巖、新太古代變質表殼巖、寒武紀花崗閃長巖磁性的反映。南、西部以大面積負磁場區為主，是吉南元占代裂谷區內碳酸鹽巖、碎屑巖及變質巖磁異常的反映。東部長白山天池地區，是一片大面積的正負交替、變化迅速的磁場區，磁異常梯度大，是大面積玄武巖的反映。

Ⅱ-大興安嶺區。是大興安嶺構造帶的東緣部分，呈北東向與大興安嶺山脈平行。以負磁場為背景，正磁場多為弧形、環形，孤立分散，為多寶山島弧和黑河蛇綠雜巖帶的反映。

Ⅲ- 松遼盆地。位于西拉木倫斷裂以北，東以郯-廬(兩伊)斷裂為界。以大面積負異常為特征,其負異常值較小, 是中新生代正常沉積巖層的磁場特征。

Ⅳ -小興安嶺－張廣才嶺。位于吉林省北部及黑龍江省中東部，南以長春－延吉斷裂為界。小興安嶺南部和張廣才嶺磁場為以環狀正異常、環狀負異常組成，小興安嶺地區呈北西向，張廣才嶺地區為北東向。該區西部被北東向依-舒斷裂切割，反映中生帶火山巖類。東部沿牡丹江斷裂以西地區表現為北東向長軸狀正異常，為花崗巖帶的反映。

Ⅴ- 佳木斯－完達山地塊。主要位于黑龍江省的東部。為平靜的正磁場上疊加了許多凌亂的環狀小異常，反映了該地區為一個比較穩定的老地塊并在其上疊加了許多中新生帶火山巖。

Ⅵ- 興凱地塊。位于吉林省東部及黑龍江省東南部邊緣，以正負相間磁場為特征，主要是不同時期火山巖及斷裂帶的反映。

2.2 磁場數據處理

2.2.1 航磁數據處理方法

航磁資料的應用，通常均以航磁平剖圖為基礎，它對磁場反映是識別磁場異常的重要標志。航磁平剖圖是由不同性質，不同等級，不同方向，不同深度，不同形態磁性體的組合而形成的疊加場，數據處理的目的是對場和異常進行分離，與地質體和礦產資源體相關聯、類比，進行地質解釋，它與重力資料的處理基本相同，唯一不同的是為便于統一研究，先將航磁平剖資料消除各地磁傾角不同的差異而進行化極處理。應用該方法進行數據處理，達到了對不同性質、不同走向、不同深度、不同形態磁性體的磁場和磁異常進行分解的目的。

圖 5 吉林省及周邊地區航磁解析套合圖Fig. 5 The combined map of analysis of aeromagnetic data in Jilin Province and its surrounding areas

2.2.2 航磁數據解譯

根據上述處理方法，提取了不同高度航磁有效線性構造及環形構造，航磁數據解譯結果見圖5。

3 討論

3.1 重磁與斷裂

近年來研究成果，吉林省及周邊地區大地構造單元可以劃分為西伯利亞板塊、華北克板塊、松嫩地塊、佳木斯地塊、興凱地塊、那丹哈達地塊、錫霍特阿林聯合地塊等。各構造單元之間還存在著大興安嶺褶皺帶、小興安嶺褶皺帶、張廣才嶺褶皺帶和西拉木倫斷裂帶等多期演化的造山帶。由于構造活動，地質上產生大量性質各異的構造現象，各種構造相互疊加、組合，形成不到一定的構造格局。構造活動的同時往往伴有沉積、巖漿活動，形成地質體密度與磁性上的橫向差異，這種橫向差異在重、磁力異常上必然有所表現，故可利用重、磁力異常特征來推斷斷裂構造。

根據吉林省及周邊地區重力及航磁異常解析（圖3～圖5），確定研究區主要構造分布(圖6)。重力及航磁異常解析線性構造很好地反映了不同級別、深度的斷裂構造的特征。

圖 6 吉林省及周邊地區重、磁聯合解譯構造圖Fig. 6 The Structure map from analysis of heavy and aeromagnetic data in Jilin Province and its surrounding areas

根據前述重、磁數據處理方法及不同高度處理結果，本文將吉林省及周邊地區斷裂構造分為三個層次：Ⅰ超深（基底）斷裂帶，此類斷裂重磁異常規模大、延伸長，斷裂的重磁標志清楚，5、10、20、50 km水平一階導數極值線均有反映，具有控制構造格架的特征。此類斷裂共解析出13條(組)；Ⅱ深（蓋層）斷裂，此類斷重磁異常規模相對比較小，主要表現為切斷 I 級斷裂、阻礙其連續性，或為重磁構造線轉向、終止和形變的邊界。斷裂的重磁標志清楚，5、10、20 km水平一階導數極值線均有反映；Ⅲ淺表斷裂，重磁異常規模相對小，在原平面及5 km水平一階導數極值線均有反映。此類斷裂數量眾多，分布廣泛，本文不作深入討論（圖6）。

典型斷裂帶介紹如下：

1號斷裂帶：該斷裂位于吉林省西部，由長嶺－長春一線分布，重力上延5、10、20、50 km各高度均有明顯反映，航磁上延5、10、20 km各高度也均有明顯反映?？傮w近東西向展布，與區域上西拉木倫縫合線一致。

2號斷裂帶：該斷裂位于吉林省西部，由鎮賚－洮南一線分布，重力上延5、10、20、50 km各高度均有明顯反映，航磁上延5、10、20、50 km各高度也均有明顯反映，斷裂性質無異，切割深度大。該斷裂與區域上的嫩江斷裂帶重疊，構成西部大興安嶺構造帶與松遼平原的分界線。

3號斷裂帶：為吉林省中部一條近東西向隱伏構造，重力上延5、10、20、50 km各高度均有明顯反映。

4號斷裂帶：是吉林省中部最醒目的一條構造帶，由伊通樂山—舒蘭一線分布，重力上延5、10、20、50 km各高度均有明顯反映，航磁上延5、10、20 km各高度也均有明顯反映。是伊舒地塹西界邊界斷裂。

7號斷裂帶：該斷裂是4號斷裂的一條平行斷裂，位于4號東側，是伊舒地塹東界邊界斷裂。從重力及航磁特征看，兩條斷裂性質判別較大，重力在伊通—吉林一帶上延5、10 km有反映，吉林北部至舒蘭一帶重力無反映，說明斷裂深度較淺且不連續。

8號斷裂帶：為吉林省東部一條北西向隱伏構造，重力上延5、10、20、50 km各高度均有明顯反映。

10號斷裂帶：北東向展布，為敦化－密山構造帶一部分，重力上延5、10、20、50 km各高度均有明顯反映。

11號斷裂帶： 為吉林省東部一條近東西隱伏構造，重力上延5、10、20、50 km各高度均有明顯反映。航磁上延5、10、20、50 km各高度也均有明顯反映。

3.2 重、磁場與大地構造單元

對吉林省板塊邊界的研究是近年來吉林省基礎地質研究的熱點之一，許多學者提出了不同的觀點及認識。其中一個比較流行的理論即華北板塊與西伯利亞古板塊的邊界為西拉木倫－長春－延吉縫合線，但具體位置各不相同。本次對全省重力及航磁資料的系統研究認為，西拉木倫向東延至長春附近，過伊舒斷裂帶后，重力、磁場均無明顯反映，構造延伸不連續。但7、8號斷裂兩側重、磁特征差異明顯，具有構造邊界的特征。

在構造單元研究中要特別說明的是華北古陸區。華北古陸區是華北板塊內重要的構造單元，是華北板塊的核心和基礎。其北部邊界有夾皮溝一線、暖房子－四岔子一線、古洞河一線等多種提法。本次研究認為7、8號斷裂為華北古陸區邊界，重、磁均有明顯顯示。

3.3 重、磁與礦產

3.3.1 基底與礦產

本次首次應用重力場解譯推斷工作了吉林省隱伏基底，并分析了基底與鐵、鉬成礦的關系。作為衍生礦源層，基底對成礦作用是直接的，是影響成礦預測成敗的關鍵?；拙哂锌刂粕w層的發育，也控制中酸性巖體的分布，具有成礦專屬性?；讍卧膭澐种饕歉鶕?、磁構造格架及航磁平剖圖的磁場特征。吉林省可分為出露基底和隱伏基底。出露基底主要分布于吉林省南部地區，大片出露的前震旦基底主要為中、晚太古宇和元古宇。隱伏基底大部分分布于吉林省西部、東部的其它地區。

圖7反映的基底在吉林省大致可分為7個區。Ⅰ區位于吉林省西部白城地區，北東向分布，基本以鎮賚－洮南構造單元分界為界；Ⅱ區分布于榆樹－長春一帶，北東向展布；Ⅲ區分布于遼源－磐石，近東西向展布；Ⅳ區分布于吉林省中部地區，總體北東向展布。Ⅴ區分布于吉林省南部，為基底出露區；Ⅵ區分布于吉林省東部和龍一帶，為基底出露區；Ⅶ區分布于吉林省東部安圖－琿春一帶，不規則展布。

從圖7可以看出，吉林省鐵礦、鉬礦分布嚴格受基底的控制。鐵礦中沉積變質型鐵礦全部位于基底分布區內，而熱液型鐵礦則分布于非基底區。鉬礦中斑巖型鉬礦、造山型脈狀鉬礦、與構造有關的脈狀鉬礦等全部位于非基底區，熱液型鉬礦、矽卡巖型鉬礦等則位于基底分布區。

圖 7 吉林省及周邊地區基底與礦產分布圖Fig.7 The distribution map of basement and mineral resources in Jilin Province and its surrounding areas

3.3.2 線性構造與成礦

重磁線性構造對吉林省鐵礦和鉬礦也具有明顯的控制作用（圖8），因此，重磁解析對成礦預測有重要意義。

線形構造主要是指航磁和重力解譯的深部線性和環性構造。 重力資料解釋的環型構造主要反映地質體因具橫向密度差異的顯示，航磁解釋的環型線型構造是反映地質體磁性差異。當地質體與圍巖只具有密度差異或只具有磁性差異時，單一的物理方法則不能全面地反映地質體的空間形態、埋深、產狀等。

從圖8可以看出，鐵礦基本沿重力線性構造展布，東部幾條重要的重力線性構造構成吉林省鐵礦的礦集區，如老牛溝鐵礦礦集區、白山礦集區、和龍礦集區等均有重力線性構造存在。鉬礦分布主要受線性構造和環形構造控制，中部地區鉬礦與環形構造關系密切，而東部地區鉬礦與線性構造關系密切。

圖 8 吉林省及周邊地區線性構造與礦產分布圖(礦產圖例同圖7)Fig.8 The distribution map of linear structure and mineral resources in Jilin Province and its surrounding areas

參考文獻：

[1] 吉林省地質礦產局. 吉林省區域地質志[M]. 北京: 地質出版社, 1988：1-124.

[2] 潘桂棠, 肖慶輝, 陸松年, 等. 中國大地構造單元劃分[J]. 中國地質, 2009, 36(1)：1–28.

[3] 徐志剛，陳毓川，王登紅，等. 中國成礦區帶劃分方案[M].北京：地質出版社，2008：1-138.

[4] 邵建波．吉林省成礦地質背景概述[J]．吉林地質，2013，32(3)：1-7.

[5] 王五力,李永飛,郭勝哲.中國東北地塊群及其構造演化[J].地質與資源. 2014，23(01)：4-24.

[6] 王世稱．綜合信息礦產資源理論與方法[M]．北京：科學出版社，2002.

[7] 王世稱，成秋明，范繼璋. 金礦資源綜合信息評價方法[M].長春：吉林科技出版社,1990.

[8] 王世稱,王於天.綜合信息解譯原理與礦產預測圖編制方法[M]. 長春：吉林大學出版社,1989.

[9] 廖莉萍. 貴州西部地區鉛鋅礦成礦地質條件及綜合信息成礦預測研究[D].長春：吉林大學,2006.