溧水火山巖盆地地球物理場特征及火山機構圈定

張寶松，邸兵葉，黃寧，朱紅兵，陳基煒，張俊

（中國地質調查局南京地質調查中心，南京210016）

自1979年開始，區域重力調查列入中國地質調查計劃，至今已有40余載[1]。在此期間，實現了全國除臺灣省外陸域1/100萬區域重力調查全覆蓋（除高山雪線以上等地區），編制了全國重力圖，還完成了重要成礦帶和經濟發達區1/20～1/25萬區域重力調查約620萬km2。重力調查是測量與圍巖有密度差異的地質體引起的重力異常，以確定這些地質體存在的空間位置、大小和形狀的地球物理調查方法。重力調查應用范圍廣，適用于大地構造分區[2-4]、地殼與上地幔深部構造[5]、區域地質調查[6]等大尺度勘查，也是成礦帶地球物理調查斷裂[4，7-9]、火山巖分布及成礦預測的重要方法[10-12]。

2010年以來，中國地質調查局部署了成礦帶地球物理調查工作，開展1/5萬重力調查項目，并在重力勘查技術中的近區地改[13，14]、中區地改[15，16]和高程轉換[16-19]三個關鍵問題做了系統研究，大大提高了重力調查精度，取得一系列重要成果[20-24]。

江蘇1/5萬溧水縣幅等區域地質調查項目實施了重力調查，分析了區域場及分區特征，圈定解釋了132個重力異常；推斷了35條斷裂構造，劃分了一級、二級構造單元；識別火山構造18處，推斷了51個巖體；研究了典型礦床與重磁場關系，劃分了8處成礦遠景區，并圈定了8個找礦靶區及查證工作；研究了寧蕪盆地、溧水盆地、茅山推覆體、茅東凹陷、上黃斷隆電性特征以及區域深部構造與盆地基底特征，探討了區域基底形態、深部構造分布特征等。

一般火山構造面貌受后期地質作用的破壞、改造或掩蓋，致使常規地質調查工作很難識別。常規地質調查主要采用火山巖相構造填圖及地層、巖相的研究，輔以遙感地貌分析，但仍無法較好劃定火山機構邊界范圍。

本文是在江蘇溧水地區1/5萬重力調查項目成果基礎上，以溧水火山巖盆地為例，說明1/5萬重力調查在圈定火山機構方面的作用。

1 溧水火山活動基本地質特征

溧水盆地是長江中下游斷裂拗陷帶中許多繼承性火山巖盆地之一[25-29]，中生代陸相火山巖系廣泛分布，其出露面積約占全部出露地層的一半左右，它們與本區鍶、鐵、銅、金及膨潤土等礦產的形成也有十分密切的關系。

溧水火山巖盆地，以馬鞍山-朗溪斷裂、南京-溧陽斷裂為南北界，茅東斷裂、方山-小丹陽斷裂為東西邊界（圖1）。

中生代火山活動強烈，火山巖種類繁多，可分三個火山活動旋回。晚侏羅世出現了第一次較大規模的火山活動—龍王山旋回，形成了一套基性-中性火山巖。隨后到早白堊世早期出現了第二次較大規模的火山活動—大王山旋回，形成了一套中偏堿性的火山巖。早白堊世晚期火山活動有所減弱，局部地區出現第三次火山活動—葛村旋回?？偟膩砜?，溧水火山活動具有自西向東逐漸遷移的規律，各類火山巖自西向東半環狀遷移分布的特征明顯，巖性則由中基性向酸性方向演化。

圖1 溧水火山巖區地質簡圖[30-31]Fig.1 Geological sketch map of the Lishui volcanic basin

龍王山旋回主要分布于盆地中、北部，呈北西向帶狀分布，其周邊東崗、杭村也有出露。巖性：上部輝石安山巖、玄武巖、安山質含集塊角礫巖、角礫凝灰巖夾沉凝灰巖，下部安山質角礫凝灰巖、火山角礫巖、角閃安山巖。

大王山旋回沿夏家邊-東蘆山-觀山-雙尖山呈環帶狀分布。巖性:上部石英粗面巖，粗面質（集塊）火山角礫巖和沉凝灰巖；中部粗安巖、粗安質熔結凝灰巖、角礫凝灰巖；下部沉凝灰巖、凝灰質砂巖、泥巖，含植物及豐富的孢粉，代表一次較大的噴發間歇。

葛村旋回伴有兩次較大規模的由中偏堿性至酸性的火山噴發活動，相應出現上黨火山巖帶及甲山火山巖錐。

2 溧水巖礦石物性特征

區域巖（礦）石的物性參數特征為:

磁鐵礦（K 為 163 551～775 788×10-6SI，Jr 為252 888～666 752×10-3A/m，密度為3.07～3.37 g/cm3，極化率為17.7%）為強磁性、高密度、高極化率特征；黃銅礦、赤鐵礦、鏡鐵礦、鉛鋅礦等（K為0～100×10-6SI，Jr為0～10×10-3A/m，密度為3.68～3.94 g/cm3，極化率為8.3%～34.0%）為低磁、高密度、高極化特征；天青石（鍶礦）（K為0～100×10-6SI，Jr為0～10×10-3A/m，密度為3.85 g/cm3,極化率為0～1.2%）為低磁、高密度、高電阻率，低極化率特征。

侵入巖具有一定磁性，其中閃長玢巖類磁性較強，如輝長閃長玢巖、輝石閃長玢巖、石英閃長玢巖、閃長玢巖等K值一般為8 500～3 550×10-64πSI，Jr值一般為1 043～335×10-3A/m，其它侵入巖磁性較低，K值一般為n×102×10-64πSI，Jr值一般為n×102×10-3A/m，Q值一般小于1，總體隨酸度的增加磁性逐漸下降，密度減小，即由輝長閃長玢巖→輝石閃長玢巖→閃長玢巖→粗安斑巖→石英斑巖，磁性K 值由n×103×10-5SI，Jr值由n×103×10-3A/m降至無磁，中酸侵入巖在埋深不大時可引起數百或數千nT較為規則的磁異常。

火山巖類具有較強的磁性，磁性變化范圍較大，其中玄武巖類磁性較強，K值一般為2 768×10-64πSI，Jr值一般為2 358×10-3A/m，其它磁性較低，安山巖、粗安巖、流紋巖和凝灰巖K值一般為n×102×10-64πSI，剩余磁化強度一般為n×（102～103）×10-3A/m，Q值絕大部分大于1，明顯以剩磁為主，且磁化方向雜亂，一般產生正負雜亂跳躍的磁異常，出露地表時，尤為強烈，密度和視電阻率均較侵入巖稍低。

正常沉積巖無磁、低極化，地球物理場以平緩負磁場、無極化率異常為特征。

3 溧水火山盆地重磁場特征

3.1 重力場特征

溧水火山盆地位于北北東向句容-溧水-高淳相對重力高值帶上，整體為“西北重力低、中部重力高、東北重力低”（圖2）。

布格重力低值區主要有西北湖熟鎮-陶吳鎮重力低（北東向）、南東有上沛重力低（北東向）、西南有石臼湖重力低（北東向）；布格重力高值區主要有臥龍山、老虎頭、韓湖村、別橋重力高，均為北東向。

區內比較醒目的重力梯級帶主要有方山-小丹陽梯級帶、茅東重力梯級帶、南渡-金壇梯級帶，均為區域性深斷裂的反映。呈北東、北北東向展布的異常帶在走向上往往發生等值線或梯級帶拐折、扭曲或被切斷、錯位等現象，相鄰異常扭曲的連線構成北西向異常扭曲帶，為后期斷裂構造的反映。重力異常梯級帶、扭曲帶所反映的區域性斷裂構成了本區區域斷裂構造格架，控制了區內隆、凹成帶、成塊出現的地質構造特征。

3.2 磁場特征

在區域航磁△T化極異常圖上，北東向磁異常帶非常清晰，強度中等，說明區內巖漿活動強烈。區內磁異常強度及變化趨勢與重力場有類似特征，主要存在句容平靜磁場區、柘塘-溧水雜亂磁場區、茅山磁異常帶。

上述區域重磁場特征與本區的地質背景關系密切：重力低值區、平靜磁場區與凹陷區相對應，為一套低密度，無-弱磁性的沉積區；重力高值區，雜亂磁異常區與隆起區相對應；為局部基底隆起，侵入巖、次火山巖類高密度體的疊加，以及磁性不均勻的火山巖覆蓋區；重力梯級帶，次異常帶主要為第二密度界面的反映。

圖2 溧水火山巖盆地區布格重力異常圖Fig.2 Bouguer gravity anomaly map of Lishui volcanic basin

4 火山機構推斷依據

溧水地區火山活動始于上侏羅世西橫山期，在晚侏羅世-早白堊世出現大規?；鹕交顒樱ǚ譃辇埻跎叫?、大王山旋回、姚家邊旋回、甲山旋回），新生代方山旋回火山活動僅發生局部地區、零星分布。前期火山構造面貌受后期地質作用的破壞、改造或掩蓋，導致火山巖自西向東遞進發育和疊加覆蓋，大多數已很難恢復，致使地表難以識別，因此區內一致公認火山機構較少。在結合1/5萬區域地質調查基礎上，本文從重磁場特征研究區內火山穹隆、破火山口等分布及范圍。

火山穹隆構造為巖漿上隆作用，將上覆巖層頂成穹形或拱形的構造，這種穹隆往往由同噴發旋回的熔巖和次火山巖體組成。由于本區次火山巖體如輝山閃長玢巖密度高，其在重力場會引起等軸狀剩余高異常，如韓湖村火山穹?。ㄒ妶D2中韓湖村重力高）。

破火山口構造是由破火口及周圍的火山噴發物組成的火山構造。在地貌上呈周邊地勢高，內部地勢低洼特點。如硯瓦橋破火山口及通道充填大王山閃長斑巖等巖脈；東崗頭火山口破火山口構造外圍為溢流相熔巖，通道為輝石閃長玢巖，后期塌陷形成。以上破火山口構造在重力場上多呈封閉的“負心”構造，會引起等軸狀剩余負異常，它常常被剩余正異常環繞，這種環狀特征在地貌和遙感圖像上更為清晰。

在常規地質調查已發現或疑似火山機構地區，綜合分析研究重力、磁測資料可推斷火山穹隆、破火山口等[3，11]分布范圍。本次推測火山穹隆、破火山構造主要依據剩余重力特征線、垂向導數、水平總梯度模等參數，航磁等資料進行圈定。

5 典型火山機構剖析

5.1 硯瓦橋火山機構

硯瓦橋破火山口位于溧水隆起北部，屬龍王山早亞旋回角閃安山質火山巖噴發期所形成的火山機構。因剝蝕較深，火山機構外貌已難恢復。推測硯瓦橋一帶為主要火山口，近火山口由爆發相粗碎屑巖組成?；鹕娇谙酁榧s3 km2的閃長玢巖體-硯瓦橋巖體，北北西向近橢圓狀，巖體中心相為石英閃長斑巖，屬于龍王山早亞旋回晚期分異的殘余巖漿填充在火山口中的產物?；鹕交顒又行耐鈬植家幌盗行溏銕r、輝長閃長玢巖、輝石閃長巖、閃長玢巖、花崗閃長玢巖等龍王山晚亞旋回巖脈，充填在疊加區域構造應力場特征的構造裂隙中。

硯瓦橋破火山口在布格重力圖上顯示負異常，剩余重力異常大致能反映出破火山口形態；航磁顯示火山口外圍存在多處磁高異常，與剩余磁異常反映一致。硯瓦橋破火山口大致可依據剩余重力異?！?0.2”等值線圈定。

圖3 硯瓦橋破火山與重磁異常剖析圖Fig.3 Analysis map of Yanwaqiao caldera and gravity-magnetic anomalies

5.2 甲山破火山口

甲山地區甲山旋回流紋巖分布呈東西長2.2 km，南北最寬1.1 km的橢圓狀，主要為溢流相熔巖，底部局部發育少量爆發相碎屑熔巖。其上下都為葛村組湖盆相紅層，甲山旋回屬葛村早期局部火山活動的產物。甲山流紋巖基本上屬裂隙-中心式火山噴發，主要受北西西向斷裂控制，在中段局部見陡流理的瘤狀流紋巖為主要噴發口，在北西西延長方向上有同成分巖床侵入于龍王山組火山巖中。

甲山破火山內主要充填了低密度酸性流紋巖，因此在布格重力圖上顯示梯級帶局部陡變部位，重力剩余異常大致能反映出破火山口形態；航磁及剩余異常均顯示其火山口外圍存在2處磁高異常。最終，甲山破火山口大致可依據剩余重力異?！?0.5”等值線圈定。

6 火山機構解釋成果

本次調查包括了二級火山機構溧水火山構造洼地區，依據地質資料，結合重磁場異常特征，共推斷了火山機構18處，包括破火山、火山穹窿等，其中破火山16處、火山穹窿2處。

圖4 甲山火山口與重磁異常剖析圖Fig.4 Analysis map of Jiashan caldera and gravity-magnetic anomalies

圖5 溧水地區重力推測火山機構分布圖Fig.5 Distribution map of gravity-magnetic inferred volcanic structures in Lishui area

在本次火山機構推斷解釋中，重力調查、航磁資料較好地圈定了火山機構邊界，這與地表地質、遙感調查有區別，主要表現重磁圈定范圍略大一些，整體環形結構更加完善，常規地表調查、遙感影像無法做到。單以重磁異常直接推斷火山機構也是不可行的，必須具有火山構造的地質前提下，利用重磁資料進行火山機構推斷解釋，為地質構造研究和資源預測提供有用信息。

7 結語

（1）利用1/5萬重力調查資料研究區域構造與斷裂研究表明，區域重磁場反映出基底起伏形態，深大斷裂具有較寬梯級帶異常，隱伏斷裂一般也有較明顯異常。

（2）研究典型火山機構與重磁場關系與形成機理，為解決重力調查圈定火山機構提供了技術路線。

（3）利用地質調查與重磁資料相結合方法，依據重力剩余異常、垂向導數、水平總梯度模等，可有效地推斷火山機構，為今后重力調查研究火山機構提供了很好的案例。