河北省地质构造重力推断解释

书书书　第３５卷第２期物　探　与　化　探Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．２　　２０１１年４月ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ＆ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＡｐｒ．，２０１１　河北省地质构造重力推断解释张亚东，董杰，肖金平（河北省地球物理勘查院，河北廊坊　０６５０００）摘要：通过对河北省重力场特征的深入研究，结合地质及其他物探资料，进行了地质构造的推断解译，划分了全省主要的构造单元及断裂构造，圈定了岩体、盆地及凹陷，为矿产资源潜力评价及成矿预测提供了重要信息。关键词：重力场特征；地质构造；推断解译；矿产资源潜力评价中图分类号：Ｐ６３１　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１０００－８９１８（２０１１）０２－０１４３－０６　　区域重力调查是研究区域地质构造、区域成矿环境和普查找矿不可缺少的基础性地球物理工作。在深部地质研究中，区域重力资料及解释成果已被广为应用，在侵入体深部产状、深大断裂的走向和延伸、地质体密度界面的特征以及大地构造单元的划分与厘定等方面，重力信息更有着不可替代的重要作用。另外，浅覆盖下无磁性的岩体或地层（如酸性侵入岩、碳酸盐岩等）只有重力可以圈出。重力梯级带、重力等值线的转折端等异常地段，常常是矿物质的运移通道和屏障，自然成为成矿的有利部位。因此，在地质勘探工作中，区域重力调查与航磁资料的综合研究为地质成矿背景、控矿构造研究和隐伏岩体圈定提供了重要的依据，为寻找能源矿产、金属矿产可提供深部有用的信息。１　重力场特征与地质构造解释重力测量是利用组成地壳的各种地层、岩体、矿体的密度差异所引起的重力变化而进行地质勘探的一种方法。只要地质体有一定的剩余质量，消除地面干扰因素（特别是地形起伏的影响），就可以很好地展示出重力场不同区块特征以及重力异常梯级带，并对重力异常作出定性和定量的地质解释。（１）将研究区的重力场置于更大范围的背景场中加以研究，并与邻区对照，按照场的各种特征对研究区的重力场进行不同级别分区，这就为研究地质构造分区提供了重要依据。（２）在布格重力异常图及剩余重力异常图上，根据异常的强度、形态、梯度、走向、展布等标志，结合地质、航磁和物性等资料，建立起综合地质—地球物理模型，并对它们作出合乎地质学原理的地质解释和推断［１］。（３）结合区内地质构造特征，河北省内存在以下几种主要的地质—物性—重磁异常组合类型：①超基性、基性和部分中性侵入岩体密度和磁性均大于所有地层，具有明显的较高密度和磁性特征，当该类岩体具有一定规模时，往往表现为重力高和磁力高异常。②燕山期和海西期酸性、中酸性岩体在研究区内分布广泛，当侵入于太古界地层中，与围岩相比为低密度和低磁性，这些岩体具有一定规模时往往表现为重力低和磁力低异常。当元古界、古生界等地层为围岩时，该类岩体为低密度和高磁性，往往表现为重力低和磁力高异常。③结晶基底的密度和磁性与地层相比分别是较高和最高的，结晶基底的起伏变化，同样影响到重磁场的变化。在隆起区往往形成重力高和磁力高异常，在凹陷区则形成低缓的重力低和磁力低异常。磁异常特征主要由盖层的磁性所决定，一般重磁异常的分布是一致的。④深大断裂带一般在深部表现为莫氏面的陡变，重力场表现为延伸长、梯度大的梯级带；岩层磁性在地表附近和深部基底中遭到不同程度的破坏及挤压削弱，在航磁异常图上表现为负磁异常。在深大断裂活动带，一些岩体沿断裂侵入，往往形成条带状或串珠状磁异常带，并重叠在重力梯级带上，在剩余重力异常图上形成串珠状的重力异常。２　重力场特征及分区从河北省布格重力异常图（图１）上可以看出，重力场自东南平原地区向西北山区呈级次降低趋收稿日期：２０１０－０５－１１基金项目：中国地质调查局全国矿产资源潜力评价（资［２００７］０３８－０１－０３）资助物　探　与　化　探３５卷　１—康保—围场深断裂；２—苏家店—山湾子深断裂；３—乌龙沟—上黄旗深断裂；４—尚义—赤城—承德—平泉深断裂；５—丰宁—隆化深断裂；６—紫荆关—灵山深断裂；７—怀柔—涞水—定兴—石家庄深断裂；８—赞皇—武安深断裂；９—沧州—大名深断裂；１０—邢台—安阳深断裂；１１—大庙—娘娘庙深断裂。①—沽源—张北大断裂；②—怀安马市口—阳原松枝口大断裂；③—平泉平房—承德桑园大断裂；④—密云—喜峰口—青龙大断裂；⑤—青龙—滦县大断裂；⑥—固安—滦南—昌黎大断裂；⑦—龙泉关—无极—衡水大断裂；⑧—临漳—魏县大断裂；⑨—海兴—宁津大断裂；⑩—新安—武清—文安—河间大断裂；瑏瑡—平顶山—承德—松树台大断裂。其他图同。图１　河北省布格重力异常平面势，其幅值变化为（３４．７２～－１６６．１６）×１０－５ｍ／ｓ２。重力场的展布形式为一“厂”字型。受太行山—大兴安岭北东向重力梯级带影响，重力场总体呈北北东—北东向分布，冀东、冀西北为近东西向。在布格重力异常图上可以看出几个重要的梯级带：乌龙沟—上黄旗北东向重力梯级带、尚义—赤城—平泉东西向梯级带、密云—兴隆—青龙东西向梯级带、康保—围场一带东西向梯级带。受以上几个梯级带影响，河北省重场自东而西、自南而北每跨过一个梯级带其场值就产生一个落差，从而控制了全省重力场的基本格局。重力场的这种区域性变化是地壳厚度自东南向西北逐渐变厚的结果，而梯级带则反映了地壳厚度的陡变。结晶基底局部的隆起与凹陷以及岩浆岩的不同分布，使得局部布格重力异常呈现了规律性的变化。从剩余布格重力异常图（图２）上可以看出，大体以北纬４０°为界，以南的华北平原和太行山地区，布格异常轴向以北东为主。呈现出高低相间，平行并列的分布形式。自东至西主要有：埕宁重力高、黄骅重力低、沧州重力高、冀中重力低、太行山重力高、泌原—五台山重力低。相邻重力高、低之间均有明显的梯级带，是断块的升降或基底隆起、凹陷的反映。·４４１·　２期张亚东等：河北省地质构造重力推断解释图２　河北省剩余重力异常平面　　北纬４０°以北的冀北山区异常轴向以东西向为主，自南至北大体呈现５个平行的东西向局部异常带。分别是：①怀安—宽城重力低，主要反映３个中生代火山盆地；②崇礼—隆化重力高，反映太古代变质岩隆起；③太滩—隆化—张三营重力低，反映数个中生代火山盆地；④兰城子—沽源—森吉图重力高，由断续４个东西向局部重力高组成，反映太古代变质岩隆起；⑤康保—御道口重力低，反映中生代火山盆地。这显示了河北省北部基底构造的波状起伏及中、新生代火山盆地的宏观布局。通过对重力场分析，结合地质资料划定了本区内的构造单元，其中Ⅰ级构造单元２个，Ⅱ级构造单元５个，Ⅲ级构造单元７个。２．１　Ⅰ１内蒙板块南缘（内蒙—大兴安岭褶皱带）本单元以康保—围场深大断裂为南界，毗邻华北地台。在布格重力异常图上为东西走向的梯级带，数值上与华北地台北缘接近（燕山运动导致的愈合作用结果）。在通过乌龙沟—上黄旗北东向梯级带时，发生弯曲变异。河北省仅出露其二级构造单元———内蒙海西期褶皱带（Ⅱ１１），其为华北地台北侧的古生代地槽区，最后封闭于海西期。康保、围场两县的部分区域分别伸入该区，重力场主要为负异常，最低重力场值小于－１５０×１０－５ｍ／ｓ２，总体呈东西走向的梯级带，东区也见有北东向。该区剩余重力异常略显宽缓。根据重力场特征可进一步划分为两个Ⅲ级构造单元。Ⅲ１１康保褶皱束，主要由面型的海西期花岗岩所占据，地层分布零星。古元古代化德群浅变质类复理石建造，褶皱轴近东西向；早二叠世三面井组海相中性火山岩建造碎屑岩建造，轻微变质，褶皱轴北东向。北部少量侏罗系张家口组陆相火山岩。古近系和新近系黄土覆盖广泛。为重力梯级带，近东西·５４１·物　探　与　化　探３５卷　走向，变化范围（－１４０～－１６０）×１０－５ｍ／ｓ２。Ⅲ２１棋盘山中凹陷，为中生代凹陷区，晚侏罗—早白垩世陆相火山岩建造及碎屑岩建造分布广泛，最大堆积厚度７０００ｍ，上覆汉诺吧玄武岩。褶皱简单，平缓开阔，轴向北北东。断裂发育，主要有北北东向和北西两组，后者交切并错移前组。早二叠世海相火山岩建造及碎屑建造仅见于南界深断裂内，褶皱面目不清。区内有满汉土—小扣花营锰银矿床。布格重力等值线以北东向展布为主，南疏北密变化范围（－１００～－１６０）×１０－５ｍ／ｓ２。２．２　Ⅰ２华北板块（中朝准地台）２．２．１　Ⅱ１２冀北岩浆固结陆块（内蒙地轴）该地块位于康保—围场断裂以南、尚义—丰宁—隆化断裂以北，晚太古宙变质基底广泛出露，坳陷处发育中生代火山盆地，海西期、燕山期岩浆岩广泛分布。地震波速总体呈现高速特征，岩石圈厚度较大，５０ｋｍ尚未见底。莫霍面、康氏面变深，大地热流值较低（一般０．７～１．０ＨＦＵ，１ＨＦＵ≈４１．８６８ｍＷ／ｍ２）。布格重力异常值变化范围（－９０～－１５０）×１０－５ｍ／ｓ２，由东到西逐步降低，展布方向西部呈东西走向，东部呈北东走向。在巨大花岗岩基处表现为多个环形圈闭局部重力低异常。乌龙沟—上黄旗北东向梯级带贯穿中东部。南部边界表现为波浪状弯曲急剧变化的梯级带。航磁异常显示正负场交替，呈条带状东西向展布，强度大、梯度陡。该构造单元显示比较稳定的特征，基底固结程度高，相对刚性特点明显。２．２．２　Ⅱ２２燕山基底—盖层活动构造带（燕山台褶带）该带相当于迁西阜平岩浆弧北部（燕山台褶带），北以尚义—丰宁—隆化断裂为界，南以燕山南麓、太行山东麓为界。以桑干杂岩、崇礼群、迁西群、遵化群、滦县群、双山子群和朱杖子群中—深变质岩基底为核心，向四周发育中—上元古界沉积盖层，并有燕山期花岗岩侵入。该构造单元大地热流值较高，一般为１．１ＨＦＵ，地壳厚度总趋势为南东薄、北西厚，下地壳明显加厚。大地电磁测深发现于地下２０～３０ｋｍ之间存在厚３～４ｋｍ的中地壳低速高导层（Ｐ波速度５．８～６ｋｍ／ｓ），呈半熔融状态或深部切割带性质。中生代火山岩浆活动强烈，中深源中酸性岩浆侵入体极为发育，为构造岩浆岩集中分布区，深部恰好对应着５０～７０ｋｍ深度的较厚的软流层楔状体。布格重力异常值在（－１０～－９０）×１０－５ｍ／ｓ２之间变化，边缘为梯级带，内部为多中心的圆形局部重力低值区。该区为“厂”子形重力梯级带的挟持区。东部燕山地区呈东西向条带状平行排列，具典型的褶皱区特征。局部重力异常范围小，梯度大，高低相间，椭圆或长条状，长轴北东或近东西向。航磁为正负相间的高值异常区，燕山西部以正磁场为主，东西向紧密排列；东部以负磁场为主，间有小范围的等轴状高值异常区；太行山区为北东走向。总之，区内密度和磁性变化大，反映为不稳定的地壳活动区。以张家口—宣化北西向梯级变异带为界，进一步划分为２个Ⅲ级构造单元。Ⅲ１２宣化—蔚县凹褶束，包括宣龙复式向斜、五台台拱和军都山岩浆岩带的西部，平面上呈三角形。太古宙变质基底分布在周边，中上元古界盖层和侏罗—白垩系沉积盆地位于中部，褶皱构造发育。布格重力异常等值线以乌龙沟—上黄旗北东向梯级带和以宣化为中心的多组环形为特征。Ⅲ２２承德—平泉穹凹褶皱束，包括原承德拱断束、马兰峪复式背斜和山海关台拱，位于丰宁—隆化深断裂和燕山山前断裂之间，平面近似东西带状矩形。南部为近东西向宽缓复式背斜构造，北部发育巨厚的侏罗白垩系火山沉积建造，东部为太古宙—古元古代紫苏花岗岩—混合花岗岩穹窿。地槽型、地台型和地洼型建造齐全，挤压断裂和拆离转换滑脱断层密集，燕山岩浆侵入活动强烈而广泛。布格重力场为低缓开阔的变化区，以花岗岩基为中心出现多处重力低值圆环形封闭区，同时有北东向和北西向两组异常显示。２．２．３　Ⅱ３２太行山隆升断块（山西断隆中南部）该断块位于太行山中南段，挟持于河北平原与山西高原之间。在太古宙基底之上沉积了厚层碳酸盐岩盖层。岩石圈厚度１００多千米，大地热流值１．４～１．６ＨＦＵ，为中等地热背景区。布格重力异常在（－１０～－８０）×１０－５ｍ／ｓ２之间变化，等值线呈南北至北北东向梯级带形式展布，东高西低。东部有多个圆形局部重力低异常，走向北东或北北东。航磁以正磁场为主，正负相间，强度高，梯度大，局部异常亦呈北东或北北东向。２．２．４　Ⅱ４２冀中南活动软块（华北断坳）该地块位于河北平原及渤海湾地带，为典型的活动地块，与太行山地块相对应。在地震层析ＣＴ断面图上，本区软流圈大面积上涌，以致浅到６０～７０ｋｍ，其顶部近平面。而岩石圈厚度仅６０～