重力勘探在山東平度地區基底構造發育研究的應用

李建超，曹朋軍，王志豪，吳曉飛

（1.中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津300222；2.天津市地球物理勘探中心，天津300170）

研究區位于膠北隆起東南部和膠萊盆地北部，礦產資源較豐富，主要礦種有金礦、鐵礦、鉛鋅礦、石墨礦等。其中以金礦最為著名，其開采與保有儲量全國第一；平度及萊西石墨礦田是我國石墨資源三大主要產地之一。張寶林、李衣鑫、張丕建、原顯順、王偲瑞等對膠東地區的地質、成礦條件進行過研究[1－6]。但平度地區前期僅完成1/20萬及1/10萬等小比例尺調查工作，1/5萬以上調查開展較少，調查勘探成果精度相對較低，不能滿足當前生產需要。重力勘探是開展斷裂構造識別、構造單元劃分、礦產資源調查及基底特征研究的重要手段，大量的實例已經證明了該方法的可靠性[7-20]。筆者本次依托《山東省平度-萊陽地區1/5萬高精度重磁測量》項目，在平度地區開展1/5萬重力勘探工作。通過建立最優化的地質-地球物理模型，解決了平度-萊陽構造研究中斷裂發育問題，劃分了“三高兩低”的格局，取得了較好的勘探效果。期望可以為研究區基礎性、公益性地質調查，礦產資源開發及為社會需求提供基礎參考資料。

1 區域地質背景

1.1 地質概況

研究區隸屬華北-柴達木地層大區、華北地層區及魯東地層分區，地層出露相對零星。分布有太古宙、元古宙、中生代、新生代地層。區內巖漿巖十分發育，巖石類型為超基性巖-基性巖-中性巖-酸性巖，以中酸性巖為主。

研究區大地構造隸屬于華北板塊（Ⅰ級）膠遼隆起區（Ⅱ級）膠北隆起和膠萊盆地西部（Ⅲ級）構造單元（圖1）。構造特點是基底構造線以近EW向展布為主，基底褶皺軸向與區域構造線方向基本一致。中生代斷裂構造以NE-NNE向最突出，NE向次之，還有NW及近EW向斷裂。該區斷裂構造頗為發育，其中NE-NNE向和NE向斷裂構造明顯而突出；近EW向斷裂除平度斷裂規模較大外，其它斷裂與NW向斷裂均零散地夾雜于研究區各個地段。這些不同方位的斷裂均具多期活動特點，力學性質各異，其形成及活動時間亦不盡相同。

圖1 研究區大地構造展布圖Fig.1 Geotectonic layout of the study area

1.2 區域重力場特征

據已有物探資料可知，研究區及其周邊地區總的重力場特征是南高北低，中部偏西為重力低異常區。布格重力異常規模較大，重力變化也較大，重力值一般為（-20～30）×10-5m/s2，全省重力場的最高點萊西市南大望城布格重力異常高達34×10-5m/s2。異常走向以北北東和近東西向為主，北西向的異常規模一般較小，穿插于北北東向和近東西向的異常中。與研究區的構造格架反映相一致，也與研究區地層和巖漿巖的分布相對應。

2 解釋與應用效果分析

2.1 解釋依據

本次解譯先通過繪制布格重力異常平面等值線圖（主要解釋圖件）客觀地描繪出研究區的地質構造發育情況，結合物性參數及地質規律，建立合理的初始地質-地球物理模型；通過反演、延拓、求導等手段得到不同目的的重力成果。依據不同重力異常的特征，通過結合地質規律有效解決基巖中斷裂分布及構造單元劃分等地質問題[21-27]。

2.2 基底構造研究

在對布格重力異常進行位場轉換獲取線性增強水平總梯度模的基礎上，結合以往物探成果及地質認識，對研究區斷裂構造進行了圈定，并依據斷裂體系控制下不同重力場的特征對地質構造單元進行了劃分。

2.2.1 布格重力異常場特征

本次重力向上延拓選取0.5 km、1 km、2 km、3 km、5 km 共5 個高度進行計算，通過對比分析上延0.5 km反映區域異常特征較明顯。布格重力（上延0.5 km）異常區域場圖（圖2）可以看出，布格重力場形態在研究區內整體上大致呈西高東低的形態，南北向重力場又由一近東西向梯級帶分割。區內重力異常規模較大，重力幅值變化也較大，布格重力場值一般在（-19～30）×10-5m/s2之間變化。全區重力場最低位于研究區北北東一帶，布格重力場值約為-19×10-5m/s2，最高位于研究區中西部，布格重力場約為30×10-5m/s2，高低之間相差約49×10-5m/s2。異常走向主要為近東西向、北北東向、北北西向，高低異常接觸帶較為明顯。

圖2 平度區布格重力異常區域場圖（上延0.5km）Fig.2 Pingdu area field map of Bouguer gravity anomaly(up by 0.5km)

研究區布格重力異常形態宏觀上表現為“三高兩低”。其幅值的高低充分揭示了研究區內隆起、凹陷的地質構造特征的分布范圍。依據布格重力場的變化特征及所處的構造位置，將研究區布格重力場分為東北部、中南部重力低值區，西北部、西南部及中西部重力高值區。每個分區的邊界均對應控制該區邊界的斷裂及巖性界限。

（1）西北部重力高值區

該區位于研究區西北部，面積約28 km2。重力場變化區間為（7.5～16）×10-5m/s2之間，變化幅度8.5×10-5m/s2。布格重力異常整體呈北北東向延伸，區內異常未完全封閉，局部異常不發育，異常邊界梯度變化明顯。該區地質構造位于三級構造單元（Ⅲa）膠北隆起區的膠北凸起區，推測地質上對應出露在研究區西北部的下元古界粉子山群，較大范圍的重力高與下元古界地層隆起有關。

（2）東北部重力低值區

該區位于研究區東北部，面積約330 km2，重力場變化區間為（-18～4）×10-5m/s2之間，變化幅度22×10-5m/s2。布格重力異常西高東低，整體呈北北西向延伸、局部北北東向延伸，邊界梯度變化劇烈的形態特征。該區地質構造位于三級構造單元（Ⅲa）膠北隆起區的膠北凸起區，推測地質上與低密度的花崗巖體相對應，其西高東低的相對特征，說明該區域西部部分巖體被上覆中新生代地層所覆蓋，呈現半隱伏狀態所致。

（3）中南部重力低值區

該區位于研究區中部偏南，面積約220 km2，重力場變化區間為（-9～7）×10-5m/s2之間，變化幅度16×10-5m/s2。布格重力異常形態總體為閉合的重力低值異常，重力異常等值線密集、梯度變化大。該區地質構造位于三級構造單元（Ⅲb）膠萊盆地西部，推測地質上對應表基底埋深較深。

（4）西南重力高值區

該區位于研究區西南，面積約77 km2，重力場變化區間為（7～14.5）×10-5m/s2之間，變化幅度7.5×10-5m/s2。布格重力異常形態為未閉合的重力高值異常，呈東西向、北西西向展布，梯度變化大。該區地質構造位于三級構造單元（Ⅲb）膠萊盆地西部，推測地質上對應隆升的高密度基底地層。

（5）中西重力高值區

圖3 平度區布格重力剩余異常平面圖Fig.3 Plan of bouguer gravity residual anomaly in Pingdu region

該區位于研究區中西部，面積約200 km2，重力場變化區間為（0～29）×10-5m/s2之間，變化幅度29×10-5m/s2。重力場異常呈未閉合的重力高值異常，北西向展布，幅值較高。該區地質構造位于三級構造單元（Ⅲb）膠萊盆地西部，推測地質上對應高密度基底地層及大規模侵入巖體。

2.2.2 斷裂構造解釋

斷裂構造運動造成地層空間、位置發生相對變化，使正常地層發生錯段和位移，致使接觸關系發生變化，上下盤之間出現臺階或其它復雜形態，使地層空間位置和地層密度分布狀態發生了變化，從而引起重力場的異常變化。這種重力場的變化特征是推斷斷裂的地球物理依據。

斷裂構造在布格重力剩余異常和總梯度模圖件上一般具有以下標志：

1）走向明顯的重力梯級帶；2）狹長的帶狀異常；3）異常帶的水平錯位或平移；4）異常等值線的同向扭曲；5）重力場發生明顯變化的分界線；6）重力高與重力低之間的線性過渡帶。

主要通過對布格重力剩余異常圖（圖3）及總梯度模圖（圖4）的研究，輔以0°，45°，90°，135°等不同方向導數異常圖，并結合研究區內的地質及鉆探成果進行綜合分析。區內存在推斷斷裂19條，與地質成果基本吻合。研究區各斷裂展布見斷裂推斷成果圖（圖5）。其中較大斷裂有4條：

圖4 平度區布格重力異?？偺荻饶DFig.4 General gradient pattern of Bouguer gravity anomaly in Pingdu region

圖5 平度區斷裂推斷成果圖Fig.5 The inferred results of the Pingdu area fault

（1）F1斷裂

該斷裂自西向東貫穿研究區中部偏南，呈東西向展布，區內延伸長度約22 km。與該地區“平度斷裂”相吻合。布格重力異常表現為東西向明顯的重力梯級帶，重力場變化巨大；斷裂北側為布格重力高、南側為布格重力低。

（2）F2斷裂

該斷裂位于研究區南部，沿宅科北2 km、張家北2 km、姜蘭鎮北、何家店一帶呈東西向展布，研究區內共延伸約20 km。布格重力異常表現為東西向明顯的重力梯級帶，重力場變化巨大；斷裂北側為布格重力低、南側為布格重力高。

（3）F5斷裂

該斷裂位于研究區西北部，沿王埠莊-后高家-沙嶺一線呈北東向展布，研究區內延伸約10 km。布格重力異常表現為北東向明顯的重力梯級帶，重力場變化巨大；斷裂西北側為布格重力高、東南側為布格重力低。

（4）F8斷裂

斷裂位于研究區中部，沿張家-賈家煙村-北盛家呈北北東向展布，研究區內延伸約14 km。布格重力異常表現為為重力異常等值線同向軸出現扭曲。

同時推測F3、F11、F14為一條較大斷裂，活動期應早于F1斷裂（平度斷裂），后期被F1斷裂錯斷，北部基底向東向上抬升形成凸起，南部基底向西向下沉降形成凹陷。

2.2.3 構造單元劃分

根據研究區重力場特征、斷裂構造，在整個研究區劃分出膠北隆起和膠萊盆地2 個Ⅲ級構造單元。在各Ⅲ級構造單元內進一步劃分出3個Ⅳ級構造單元，在Ⅳ級構造單元中又劃分出5 個Ⅴ級構造單元（與異常分布區吻合）。各構造單元劃分情況見表1。

表1 構造單元劃分一覽表Table 1 List of division of construction units

（1）邵家凸起位于研究區西北部。出露粉子山群，主要巖性為大理巖、黑云變粒巖、斜長角閃巖、磁鐵石英巖等與東南側第四系覆蓋區對比形成重力高低異常形態。

（2）茶山花崗巖帶包含斷裂F1（平度）、F7、F8及研究區邊界所圍限的區域。該區域出露大面積玲瓏花崗巖。

（3）趙戈莊凹陷包含斷裂F1（平度斷裂）、F2、F3、F11及研究區邊界所圍限的區域，為受斷裂作用形成的基底斷陷構造。白惡系頂板埋深約1 km。

（4）宅科凸起包含斷裂F1（平度斷裂）、F2、F3、F4、F11及研究區邊界所圍限的區域。

（5）東坡凸起包含斷裂F1（平度斷裂）、F5、F7、F8及研究區邊界所圍限的區域。

3 結論

通過對平面地球物理場的定性分析，對研究區的基底構造特征進行了研究。依據地球物理場的線性梯度變化特征，2個Ⅲ級構造單元，3個Ⅳ級構造單元，5個Ⅴ級構造單元，呈現了“三高兩低”的格局，較客觀地反映了研究區構造面貌，為研究該區域基底特征、構造發育情況、地殼穩定性和礦產資源評價提供了基礎地球物理資料。

研究區內發育斷裂19條，斷裂構造格架以北東、北西、近東西向為主，它控制了區域構造單元的基本格架，此成果與地質成果大致吻合。同時推測F3、F11、F14為一條較大斷裂，活動期應早于F1斷裂（平度斷裂），后期被F1斷裂錯斷，北部基底向東向下抬升形成凸起，南部基底向西向上沉降形成凹陷。

研究區地處膠東半島東部，農、工業發達，人文活動頻繁，電力設備設施多，嚴重影響電法、電磁法的布設與采集。重力勘探所觀測、研究的是天然重力場，具有勘探深度大，不受電磁干擾的優點；而且設備輕便易攜帶，采集時間短，可以有效避開人文干擾。這就使得該方法不僅在傳統的勘察領域發揮重要作用，更將在人文干擾大的城市工程環境調查等領域嶄露頭角。

致謝：本論文在編寫過程中得到了天津華北地質勘查局楊學明和中水北方勘測設計研究有限責任公司王志豪兩位物探專家的幫助和指導。在此表示最誠摯的謝意！