基于布格重力異常研究平陸地區(qū)深部構(gòu)造特征

郭長(zhǎng)輝，王 磊，余大新，喬 龍

(中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心，天津 300180)

0 引言

使用重力方法可客觀真實(shí)地反映地下深部結(jié)構(gòu)，已被國(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)可，取得大量研究成果[2-4]。布格重力異常數(shù)據(jù)包含地下不同深度的場(chǎng)源信息，深部場(chǎng)與淺部場(chǎng)，區(qū)域場(chǎng)和局部場(chǎng)信息分別疊加在一起。地殼厚度及密度是布格重力異常主要的控制因素，殼內(nèi)不同規(guī)模的異常體形成區(qū)域異常背景上的局部異常。因此，重力場(chǎng)分布形態(tài)特征與地殼結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。通過(guò)研究布格重力異常場(chǎng)的分布特征，可分析深部地殼結(jié)構(gòu)及斷裂構(gòu)造的展布等深部構(gòu)造信息，可解釋地質(zhì)運(yùn)動(dòng)所造成的地殼水平界面密度的不均勻現(xiàn)象，包括地面的隆升、凹陷等。

運(yùn)用研究區(qū)及附近區(qū)域的布格重力數(shù)據(jù)(來(lái)源于全國(guó)地質(zhì)資料館)，組成為1：20萬(wàn)及1：50萬(wàn)比例尺。其中，研究區(qū)南部數(shù)據(jù)為1：50萬(wàn)比例尺，由于洛寧盆地南部數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，重點(diǎn)研究靈寶-三門(mén)峽盆地及其以北地區(qū)數(shù)據(jù)。采用適當(dāng)?shù)牟逯捣椒ǎ瑢⒃嫉牟几裰亓Ξ惓５戎稻€數(shù)據(jù)生成布格重力異常平面圖(見(jiàn)第9頁(yè)圖1)，結(jié)合布格重力數(shù)據(jù)對(duì)該區(qū)域分層地殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，認(rèn)識(shí)平陸地區(qū)深部構(gòu)造背景，為分析該地區(qū)孕震模式提供參考。

圖1 研究區(qū)布格重力異常圖

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)(110.15°～112.1°E，33.9°～35.5°N)位于山西南部和河南西北部交界處(見(jiàn)第10頁(yè)圖2)，地形復(fù)雜，在地貌上處于西部上升區(qū)與東部沉降區(qū)的過(guò)渡帶上，以黃土丘陵和中低山為主。隆起區(qū)、凹陷及盆地區(qū)交互分布，東接洛寧盆地，西臨黃河，北依河津凹陷，南至秦嶺余脈。主要的地質(zhì)構(gòu)造單元中，北部為河津凹陷、峨嵋臺(tái)地和運(yùn)城盆地。其中，運(yùn)城盆地由兩凹一壘組成，即河津凹陷、運(yùn)城凹陷和峨嵋臺(tái)地組成；中部為中條山隆起和靈寶-三門(mén)峽盆地；南部為秦嶺東延崤山余脈。研究區(qū)地處渭河斷陷帶東部，渭河盆地為鄂爾多斯地塊周緣新生代裂隙體系的重要組成部分[5]，因該區(qū)域正斷層和斷陷盆地發(fā)育，是正斷層區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)和地震預(yù)測(cè)研究的理想場(chǎng)所。

圖2 平陸地區(qū)地貌構(gòu)造概況

研究區(qū)第四系和第三系分布范圍較廣，特別是第四系黃土分布極廣，花崗巖和基性巖分布少。其中，中生界及以前地層分布面積大約占整個(gè)研究區(qū)面積的一半，前震旦系地層組成中條山山脈的主體，震旦系及古生界、中生界地層主要分布于中條山南麓及運(yùn)城盆地的邊緣地區(qū)，新生界地層主要分布在黃河河谷的兩側(cè)及澠池、運(yùn)城和垣曲盆地之間。

2 斷裂帶分布

研究區(qū)內(nèi)斷裂帶構(gòu)造較為發(fā)育，共發(fā)育8條斷裂帶，主要走向?yàn)楸睎|-北北東向(硤石-白埠斷裂為北西向)。各斷裂帶活動(dòng)性質(zhì)不盡相同，在區(qū)域構(gòu)造演化中表現(xiàn)出不同的活動(dòng)現(xiàn)象。其中，中條山北麓斷裂為運(yùn)城斷陷盆地和中條山斷塊隆起的分界，該斷裂西起永濟(jì)蒲州，經(jīng)運(yùn)城、謝州、夏縣及聞喜，全長(zhǎng)約180 km，走向NEE，傾向NW，傾角60～80°，野外調(diào)查顯示，斷裂活動(dòng)性質(zhì)為右旋正斷型；中條山南麓斷裂位于中條山隆起區(qū)的南側(cè)，沿中條山隆起一直向北東方向延伸至張店鎮(zhèn)附近，在地表無(wú)明顯響應(yīng)，前人研究表明，該斷裂為一條隱伏早、中更新世斷裂[6]；垣曲斷裂是控制垣曲盆地邊界的重要控制斷裂，該斷裂位于三門(mén)峽市以北，垣曲盆地以西，呈南北-北北東走向展布于基巖之中。通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，垣曲斷裂為一條早、中更新世正斷層；華山山前斷裂為渭河斷陷盆地南緣的控制性斷裂，成為盆地南側(cè)華山山脈的分界斷裂，包含華山山前斷裂的東段，又稱(chēng)華陰-靈寶段，野外調(diào)查表明，該斷裂為一條正傾滑斷裂，在晚更新世有過(guò)活動(dòng)，全新世活動(dòng)弱或無(wú)活動(dòng)；溫塘斷裂南起靈寶縣五畝鄉(xiāng)，沿著靈寶-三門(mén)峽盆地的南邊界向東北方向延伸，穿過(guò)三門(mén)峽市一直到黃河南岸，構(gòu)成基巖山地隆起和盆地的邊界，部分隱伏于第四系沉積物之下，全長(zhǎng)約80 km，總體走向35°～40°，傾向北西，傾角45°以上，前人研究資料認(rèn)為該斷裂在晚更新世出現(xiàn)過(guò)強(qiáng)烈活動(dòng)。

3 研究區(qū)布格重力異常特征

一般而言，布格重力異常包括礦體、構(gòu)造及莫霍面起伏等區(qū)域地質(zhì)體的橫向展布特征，其中，地殼的厚度及密度是主要的控制因素。布格重力異常場(chǎng)值的大小指代基底的起伏特征。由圖1看出，布格重力異常值在-160×10-5至-50×10-5m/s2，整體表現(xiàn)為西低東高的變化特征。局部而言，重力場(chǎng)表現(xiàn)為高低相間的特征，重力高值、低值與構(gòu)造地形之間有著較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

西北部處于低重力異常區(qū)，該低重力區(qū)域西為鄂爾多斯東南緣，東偏南為峨嵋臺(tái)地，同時(shí)，該區(qū)域?yàn)楹铖R-臨汾盆地的南部，地勢(shì)較低，黃河河谷從該區(qū)域通過(guò)一直向南，該區(qū)第四紀(jì)地層覆蓋較厚，沉積層密度較低，重力異常表現(xiàn)為低值。臨猗、萬(wàn)榮和聞喜三地之間的重力異常值為-100×10-5m/s2，相對(duì)于其周緣處于一個(gè)重力異常高值的構(gòu)造環(huán)境中，該區(qū)域與峨嵋臺(tái)地范圍較為吻合。野外考察可知，該區(qū)域出露大面積的巖漿巖及太古代、元古代地層，高密度的巖漿巖及基巖老地層導(dǎo)致該區(qū)域較周緣重力異常值偏大。

中部的運(yùn)城盆地是汾渭強(qiáng)烈斷陷區(qū)的一部分，在中條山隆起以北、峨嵋臺(tái)地以南均顯示為重力低值，該區(qū)域第四紀(jì)地層廣泛發(fā)育，沉積巨厚的晚新生代地層，盆地內(nèi)部第三系地層厚度為2 000 m，第四紀(jì)地層厚度在盆地中部堆積達(dá)700 m[7]，表明低密度的覆蓋層導(dǎo)致運(yùn)城盆地出現(xiàn)較低的重力異常值。

自中條山條帶狀隆起向北東方向延伸向北至絳縣以東，向南包括垣曲盆地、澠池大部以及嵩縣以東均呈現(xiàn)重力高值，該區(qū)域?qū)偬猩铰∑饏^(qū)的一部分。其中，中條山一帶出露太古代、元古代及古生代地層，垣曲盆地西南側(cè)出露大面積的元古代石英巖及大理巖，盆地東側(cè)為震旦系地層，推測(cè)該區(qū)域重力高值為高密度的巖漿巖和沉積巖等引起。靈寶-三門(mén)峽盆地主要分布一套典型第四紀(jì)地層，該地區(qū)也因低密度覆蓋層而顯示為低重力異常值。

可以得出，研究區(qū)自北向南形成多個(gè)近東西向重力異常區(qū)，高、低重力異常交替出現(xiàn)。其中，兩個(gè)高重力異常區(qū)自北向南分別與汾渭斷陷區(qū)內(nèi)的峨眉臺(tái)地和中條山凸起相對(duì)應(yīng)，3個(gè)低重力異常區(qū)自北向南依次與河津凹陷、運(yùn)城盆地和靈寶-三門(mén)峽盆地相對(duì)應(yīng)。綜合分析認(rèn)為，研究區(qū)深部重力異常東高西低，地殼厚度自西向東逐漸變薄，莫霍面深度自西向東逐漸變淺；布格重力異常局部分布特征與其內(nèi)部構(gòu)造單元具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

結(jié)合地質(zhì)資料可發(fā)現(xiàn)，布格重力異常變化較快的區(qū)域其等值線較密集，是巖性發(fā)生突變的不整合地層接觸帶；同時(shí)，比較遙感解譯圖和布格重力異常圖發(fā)現(xiàn)，中條山北麓斷裂、華山山前斷裂及溫塘斷裂的西南部與布格重力異常梯度帶有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表明等值線密集分布的布格重力異常梯度帶往往反映斷裂帶或者具有不同密度和磁性的巖體陡直接觸帶[2]。垣曲斷裂、硤石-白埠斷裂等沿線的布格重力異常值無(wú)變化，是因?yàn)樯鲜鰯嗔褞榛鶐r斷裂，不控制不同的地貌單元，斷裂帶兩側(cè)無(wú)第四系沉積物覆蓋或覆蓋層較薄，因此，其重力異常值無(wú)變化(洛寧盆地以南地區(qū)由于數(shù)據(jù)精度不高，在此不再討論)。

4 結(jié)論

對(duì)研究區(qū)布格重力資料進(jìn)行相關(guān)分析認(rèn)為，研究區(qū)布格重力異常總體表現(xiàn)為東高西低的特點(diǎn)，同時(shí)，存在布格重力異常高低交互出現(xiàn)的特征。結(jié)合地形地貌，表現(xiàn)為隆起區(qū)高值，凹陷及盆地區(qū)低值。同時(shí)，斷裂帶一般沿著布格重力異常梯度帶等值線較為密集的條帶狀分布。