基于磁場響應的淮南舜耕山斷裂帶分布規律研究

王志恒 焦鍇杰 朱為赟 黃艷輝 白澤

摘要：基于磁法勘探測量精度高、野外磁測成本低和見效快等優點，本文利用高精度磁測工作流程開展舜耕山斷裂帶紀家山段分布規律研究。結合區域地質背景和現場踏勘綜合分析，結果表明：（1）該區域磁異常（ΔT）總體上呈現北正南負的格局，北部呈現出鐵磁-順磁性正磁異常的宏觀磁性特征，南部呈現出抗磁性負磁異常的宏觀磁性特征。（2）舜耕山斷裂帶紀家山段斷層屬于逆斷層，走向為北偏東62°方向，斷層以北為紅色二疊系石英砂巖，斷層以南為奧陶系灰色厚層石灰巖或白云巖。

關鍵詞：舜耕山斷裂；逆斷層；磁法勘探；磁異常

舜耕山斷裂帶位于淮南市的南部，是淮南煤田的邊界，也是華北板塊與華南板塊的交界處[1]。目前該區域僅有少量野外露頭可供觀察，前人基本采用地質填圖方法研究舜耕山斷裂帶的分布情況，缺乏宏觀細致的整體地質構造認識。因此，本文以舜耕山斷裂紀家山段作為研究對象，從野外踏勘入手，了解區域內地層、構造基本分布情況。以此為基礎，采用磁法勘探的各項工作流程即數據采集、資料整理、異常計算和地質解譯等，分析出淮南舜耕山斷裂帶的磁場響應特征，厘清了淮南舜耕山斷裂帶分布規律，可以進一步為淮南煤礦的勘探開發、淮南區域的地質災害防治，提供重要的地球物理場支持。

1 數據采集

本次工區位置位于淮南市紀家山處，附近的舜耕山斷裂帶部分位置出露特征清晰。在斷裂帶兩側可見碎裂巖、碎粒巖和碎斑巖等，局部甚至分化成斷層泥。斷層上盤發育著奧陶系灰色中厚層白云巖和石灰巖，靠近斷層面附近巖石節理發育，并且可見碎裂成不同程度的巖塊、角礫（圖1），斷層下盤發育最近的是二疊系上石盒子組石英砂巖（圖2）。

基于舜耕山斷裂在該處近似東西走向，周圍地形起伏多變，因此測線方向布置為北偏西28°，共布設2條測線，其中點距5m，線距200m，①號測線長175m，②號測線長120m（圖3）。本次現場測試儀器采用CZM-5質子磁力儀，數據采集過程嚴格遵守《地面高精度磁測技術規程》DZ/T 0071-93，具體過程：（1）現場測試之前，所有磁力儀均需進行噪聲水平測定（靜態試驗）、觀測誤差測定（動態試驗）和儀器一致性測定，保證儀器測試精度可靠。（2）按照日變觀測→早基點觀測→普通點觀測→補充點觀測→檢查點觀測→晚基點觀測的測試順序，依次采集各測試點的磁場強度，并記錄對應的觀測時間。

2 數據處理

為了得到地下磁場不均勻的地質體產生的異常，需要進行普通點觀測資料的整理，即普通點與基點相對磁異常的求取[4-5]。在此過程中，必須消除外界變化場源的磁場干擾和野外觀測誤差，即日變改正和綜合影響改正。

2.1讀數差計算

將每個普通點觀測平均讀數減掉早基點的平均讀數，得到讀數差。

2.2日變改正

離地表100-120km的高空大氣層受到太陽光照射發生電離作用，在地球磁場影響下，形成電離層，其產生的短周期變化磁場（日變）包含在任意觀測點的總磁場中，日變的平均幅度為n-n×10nT[6-7]。因此，在野外觀測中，選擇了所有磁力儀中性能最好的儀器作為日變站觀測儀器，通過設置自動采樣間隔1分鐘，得到日變站不同時刻ti的總磁場，并且保證觀測時間覆蓋了野外磁場全過程，即最早工作和最晚收工。以ti為連接線，將測區觀測儀和日變站儀器的觀測值進行比對，得到日變改正值Δ1i。

2.3綜合影響改正

CZM-5質子磁力儀不受溫度作用，不產生零點漂移。但是對早基、晚基進行日變改正后，仍然產生非零的差值，即綜合影響誤差。它是操作誤差、儀器噪聲誤差、儀器一致性誤差和日變改正誤差的綜合反映[8]。

此Δ2可以根據時間分配到任意普通點上，其改正值為

上式中：是早基和晚基讀數時間差；，分別是任意普通點和早基點的觀測時間。

則相對磁異常ΔTi為：

經過上述校正后得到各個普通點的相對磁異常ΔTi，如表1所示。

3 地質分析

3.1 磁異常（ΔT）剖面圖

①號測線以測點18/1為分界，北部ΔT平均值為17nT，其最大正磁異常值位于1/1測點，達到55.5nT，呈現正磁異常特征；南部ΔT平均值為-23nT，呈現負磁異常特征，其最小負磁異常值位于28/1測點，達到-53.7nT。與此分布情況類似，②號測線以測點12/2為分界，北部ΔT平均值為12nT，其最大正磁異常值位于1/2測點，達到43.0nT，呈現正磁異常特征；南部ΔT平均值為-18nT，，其最小負磁異常值位于25/2測點，達到-33.5nT，呈現負磁異常特征。總體上，兩條測線磁異常均表現出北正南負的分布規律（圖4）。

3.2 磁異常（ΔT）平面等值線圖

舜耕山斷裂帶紀家山段磁異常（ΔT）平面等值線圖總體上呈現北正南負的分布特征，其①②號測線分別以18/1和12/2為正負磁異常平面分布的分界（圖5）。其中①號18/1測點位置正好對應舜耕山斷層出露點，出現明顯的斷層野外識別標志，即強烈構造擠壓發育的碎裂巖和斷層泥，因此判斷18/1、12/2兩個測點是舜耕山斷裂帶在①、②號測線的斷點位置。結合現場地質踏勘，認為北部為紅色二疊系石英砂巖，具有鐵磁-順磁性特征，呈現出正磁異常的宏觀磁性；南部為奧陶系灰色厚層石灰巖或白云巖，具有抗磁性特征，呈現出負磁異常的宏觀磁性；該段斷層走向為北偏東62°方向，屬于逆斷層。

4 結論

利用磁法勘探研究淮南舜耕山斷裂帶分布規律，結論如下：

（1）舜耕山斷裂帶紀家山段磁異常（ΔT）總體上呈現北正南負的分布規律，北部呈現出鐵磁-順磁性正磁異常的宏觀磁性特征，南部呈現出抗磁性負磁異常的宏觀磁性特征。

（2）舜耕山斷裂帶紀家山段斷層屬于逆斷層，走向為北偏東62°方向，斷層北部為紅色二疊系石英砂巖，南部為奧陶系灰色厚層石灰巖或白云巖。

參考文獻：

[1] 黎志豪， 許光泉， 高加林，等. 安徽淮南舜耕山巖溶發育特征及其塌陷模式[J]. 中國地質災害與防治學報， 2018， 29（2）： 86-93.

[2] 譚靜， 李加好， 陳守文，等. 郯廬斷裂帶肥東段第四紀活動特征及最新活動時代[J]. 地質科學， 2022， 57（2）： 356-374.

[3] 張壹. 淮南舜耕山斷裂泉山段地質構造特征[D]. 淮南：安徽理工大學， 2016.

[4] 李光曉. 磁法勘探在玉門市某地區礦產遠景調查中的應用[J]. 世界有色金屬， 2022（15）： 118-120.

[5] 任政勇， 柳建新， 岳國璇，等. 重力與磁法在有色金屬礦產勘探中的研究進展[J]. 中國有色金屬學報， 2023， 33（1）： 240-260.

[6] 倪曉寅， 洪旭瑜. 華南地區地磁預測方法預測指標體系的初步應用[J]. 華南地震， 2022， 42（4）： 60-66.

[7] 李應清. 高精度航磁在西南天山南段找礦中的應用[J]. 新疆有色金屬， 2022， 45（5）： 32-34.

[8]謝汝寬， 熊盛青， 段樹嶺. 基于航磁矢量數據的磁源總磁化方向估算[J]. 地球物理學報， 2021， 64（9）： 3368-3378.

[9] 郭文仲. 物探磁法在區域地質調查中的運用探析[J]. 世界有色金屬， 2021（21）： 105-106.

基金項目：安徽理工大學2021年大學生創新創業訓練計劃項目，名稱“淮南舜耕山斷裂的重磁響應分析”（編號202110361005）；安徽理工大學2021年大學生創新創業訓練計劃項目，名稱“基于復合神經網絡的測井儲層評價方法研究”（編號S202110361008）

作者簡介：王志恒（1999—? ），男，河南新鄉人，碩士在讀，研究方向：多波多分量地震技術。