膠東地區重磁場特征及地質解釋

伊飛,馬麗新,高蓮玉,董健,胡韜,王金輝

(1.山東省公共資源交易中心(省政府采購中心),山東 濟南 250013;2.山東省地質調查院,山東 濟南 250013;3.山東省地質礦產勘查開發局八〇一水文地質工程地質大隊,山東 濟南 250013)

0 引言

山東膠東地區是世界第三大金礦區,金礦儲量巨大,成為國內外眾多學者重點研究區域[1-6]。在過去的十幾年間,隨著地質礦產勘查程度的不斷提高,區內調查研究在地層、構造、巖石等諸方面都取得了一系列的突破性進展[7-11],使得其地質面貌發生了質的變化,人們對地質現象的認識向前邁了一大步[6-8]。在地質認識不斷提高的進程中,物探工作手段發揮了重要作用,重磁電等地球物理資料在研究隱伏巖體、斷裂構造分布特征等方面有著不可或缺的作用[12-20]。本文對膠東地區已完成的1∶20萬重力、航磁測量以及大量的物性資料進行系統整理,分析重磁場與斷裂構造之間的關系,探討重磁異常的成因,進行地質解釋,為該區巖體的圈定、構造單元的劃分提供借鑒。

1 地質背景

膠東地區隸屬華北地層大區晉冀魯豫地層區魯東地層分區,出露太古宙、元古宙基底變質巖系、中生代白堊系及新生代古近系、新近系及第四系,缺失中元古代、古生代及中生代早期的地層。太古宙地層發育有中太古代唐家莊巖群和新太古代膠東巖群,呈大小不等的包體狀產出,分布局限,且在露頭和區域尺度上均不連續。元古宙地層區內分布較為廣泛,發育有荊山群、粉子山群、芝罘群和蓬萊群,地層走向以NE向和EW向為主,少量NW向,與上、下巖系多為沉積不整合或構造接觸,或呈包體狀賦存于后期巖體中。中生代白堊系地層自下而上可分為萊陽群、青山群、王氏群,各群間皆為角度不整合接觸,與下伏巖系多為角度不整合或斷層接觸,其上未見頂,多為第四紀覆蓋;新生代地層自老至新可分為五圖群、臨朐群及第四系各組,其間為不整合接觸關系。

1—全新統;2—更新統;3—白堊系;4—震旦系;5—古元古界;6—太古界;7—早白堊世巖體;8—晚侏羅世巖體;9—中侏羅世巖體;10—晚三疊世巖體;11—新元古代巖體;12—新太古代巖體;13—中太古代巖體;14—輝長巖;15—花崗巖;16—正長巖、二長巖;17—閃長巖;18—片麻巖;19—潛火山巖類;20—斷層;21—推測斷層;22—地質界線。圖1 膠東地區地質簡圖

區內各不同時代的深成巖體和變質表殼巖石廣泛發育,構造復雜?？傮w看來,太古宙巖系多以強烈的中深層次的韌性變形為特征,形成了廣泛分布的太古宙構造片麻巖,其變形機制為伸展體制下的橫向構造置換。元古宙的變形則以縱彎機制為主的褶皺變形為特征,應力場方位不同、強度有異,顯現出復雜的疊加干涉圖像。中生代的變形則以淺層次或表層次的脆性破裂為特征,斷裂以NE向、NNE向為主,著名的三山島斷裂、焦家斷裂、招遠-平度斷裂、牟平-乳山斷裂等均為此走向,其應力場以扭性和壓扭性為主,其內賦存著豐富的金礦床。不同世代的構造形跡其特征驟然有別,相互疊加、改造、復合的結果,構成了膠東地區的構造格局。

2 巖(礦)石物性參數特征

以往地質礦產勘查過程中積累了大量的巖礦石物性參數,本次研究工作收集了前人所測的物性數據和近年來膠東地區開展調查評價工作中測試的具有代表性的物性數據,成果如表1、表2所示。

表1 膠東地區地層巖石密度、磁性參數統計表

表2 膠東地區巖漿巖巖(礦)石密度、磁性參數統計表

2.1 巖(礦)石的磁性特征

從膠東地區地層巖(礦)石密度、磁性參數統計表可以看出(表1),地層中唐家莊巖群的磁性最強,平均磁化率為1398×10-6·4πSI,平均剩余磁化強度(簡稱剩磁)為405×10-3A/m;白堊紀青山群中安山巖、流紋巖磁性中等,平均磁化率分別為464×10-6·4πSI、715×10-6·4πSI,平均剩磁分別為462×10-3A/m、283×10-3A/m。王氏群、萊陽群、蓬萊群、芝罘群、粉子山群、荊山群的磁性均較低,平均磁化率均小于100×10-6·4πSI,平均剩磁均小于20×10-3A/m。玄武巖和橄欖霞石巖的磁性,均屬于強磁性,但是這兩類巖石在膠東地區零星分布。因此在磁場上,唐家莊巖群一般反映為高磁異常。青山群因其磁性變化較大,一般反映為正負跳躍磁場或雜亂變化的磁場;王氏群、萊陽群、蓬萊群、芝罘群、粉子山群、荊山群一般反映為較平緩的波動磁場。

變質巖各種巖性中所含鐵磁性礦物及結構構造有很大差異,導致磁性極不均勻。淺粒巖、變粒巖磁性微弱,一般小于10×10-6·4πSI,在磁場上表現為平穩低磁場特征。角閃巖類磁性較強,磁性變化范圍也較大,斜長角閃巖磁化率平均值為794×10-6·4πSI,變化范圍為(26.8～35960)×10-6·4πSI;剩磁也較大,平均值為222×10-3A/m,變化范圍為(0～9225)×10-3A/m,表明斜長角閃巖類磁性強而不均勻,在磁場上一般表現為雜亂跳躍的正磁場特征。片麻巖類磁性介于二者之間,磁化率平均值在(100～400)×10-6·4πSI,屬于中等磁性,在磁場上一般表現為弱的波動磁場特征。

從膠東地區巖漿巖(礦)石密度、磁性參數統計表可以看出(表2),侵入巖中基性—超基性、中性侵入巖的磁性很高,磁化率和剩磁分別為1085×10-6·4πSI和1780×10-3A/m;中酸性侵入巖磁性一般,磁化率和剩磁分別為494×10-6·4πSI和95×10-3A/m;酸性侵入巖的磁性較低,磁化率和剩磁分別為259×10-6·4πSI和62×10-3A/m。玲瓏花崗巖類磁性相對較低,磁化率平均值一般在(130～260)×10-6·4πSI,在磁場上一般表現為平穩的低磁場特征;郭家嶺超單元的花崗閃長巖類,磁性相對較強,磁化率一般在(230～350)×10-6·4πSI,剩余磁化強度也較強,一般為(50～150)×10-3A/m,在磁場上一般表現為雜亂的正磁場特征?？傮w上看,基性—超基性、中性侵入巖一般反映為高磁異常,中酸性侵入巖一般反映為波動磁場,酸性侵入巖一般反映為低緩平穩的磁力低異常。

斷裂構造帶內,碎裂巖及蝕變巖類的磁性,與原巖相比會有明顯降低,磁化率一般都較低,這是由于斷裂的擠壓及熱液蝕變,破壞了原巖的磁性,使原巖退磁的結果。這樣,在磁場上一般會表現為條帶狀的低負磁場或較斷裂帶兩側的磁場有所降低。一般情況下,斷裂構造帶上的磁場為負磁異?；虻陀趦蓚鹊臈l帶狀低磁異?；虻戎稻€梯級帶。等值線梯級帶的特征一般下盤呈條帶狀或條帶狀正高磁場,上盤為平穩的低緩正磁場或負磁場。另外,斷裂形成過程中有磁性巖脈侵入,也會形成低負磁異常中的帶狀或串珠狀的高磁異常帶。從已探明的金礦床來看,金礦床絕大多數分布在平緩的弱磁場區或負磁場區。

2.2 巖(礦)石的密度特征

從表1可以看出,白堊系的平均密度為2.60×103kg/m3,粉子山群和荊山群的平均密度均為2.78×103kg/m3,唐家莊巖群的平均密度為2.93×103kg/m3,膠東群變質巖的密度為2.80×103kg/m3,可見地層之間密度變化較大。白堊系與粉子山群、荊山群之間存在0.18×103kg/m3的密度差,白堊系與唐家莊巖群之間存在0.33×103kg/m3的密度差,當白堊系與這3個地層以斷裂或較陡的不整合界面在水平方向接觸時,當它們的厚度和規模達到一定程度時,就會在接觸界面附近產生重力異常,較新地層一側反映為重力低異常,較老地層一側反映為重力高異常,兩者過度地段將產生重力梯級帶。如果它們呈垂直接觸關系,白堊系厚度的變化也會產生相應的重力異常,變薄就會使重力值降低,增厚則會使重力值升高。粉子山群、荊山群與唐家莊巖群之間存在0.15×103kg/m3的密度差,若兩者水平方向接觸,亦可產生相應的重力異常。

眼下，這樣貌似關切的話語出自他自己的嘴他多少覺得有些怪異和飄渺。她或許并不需要。彼此的心外罩著厚厚的玻璃罩子，透明卻不相通?？粗?，就像看著一個熟悉的陌生人，腦海里翻尋著似曾相識的過往，一絲一縷，卻哪里還能找回記憶呢？

從表2可以看出,酸性侵入巖(玲瓏花崗巖等)的密度為2.60×103kg/m3,中酸性花崗巖(花崗閃長巖)的密度為2.63×103kg/m3,中性侵入巖的密度為2.71×103kg/m3,基性—超基性侵入巖的密度為2.93×103kg/m3?？梢娝嵝?、中酸性、中性侵入巖之間的密度差異很小,一般為(0.03～0.09)×103kg/m3,很顯然,它們相互接觸時一般不會產生明顯的重力異常。但它們與基性—超基性侵入巖體之間卻有(0.33～0.42)×103kg/m3的密度差,存在一個明顯的密度界面,當它們水平方向接觸時,只要達到一定規模就會產生重力異常。

粉子山群、荊山群、變質巖類的密度值基本相當(僅片麻巖略偏低,斜長角閃巖稍偏高),這些巖石相互接觸一般不會產生明顯的重力異常,與侵入巖體之間存在著明顯的密度界面。當它們相互接觸時,就會在其接觸界面處產生明顯的重力異常。酸性—中酸性—中性侵入巖產生重力低異常,粉子山群、荊山群、變質巖則產生重力高異常。在花崗巖分布區,反映為明顯的重力低異常,變質巖和粉子山群、荊山群分布區,則反映為明顯的重力高異常。利用重力異?？梢匀Χǔ隼献冑|巖系和花崗巖類的分布范圍。

3 區域重力場特征

從膠東地區布格重力異常圖(圖2)可以看出,重力場呈現3個特征:一是強烈波動性;二是NE走向高低相間的分帶性;三是膠萊盆地重力高與膠北、膠南隆起重力低的“反?！毙?。

圖2 膠東地區布格重力異常圖

3.1 強烈波動性

膠東地區重力場與魯西重力場相比,表現為高重力背景上的強烈波動重力場,背景值平均在(10～20)×10-5m/s2。這種大范圍的區域重力場的巨大差異,表明了沂沭斷裂帶兩側地殼結構的巨大差別,充分表現出沂沭斷裂帶對地殼運動的巨大控制作用。

膠東地區布格重力場值變化范圍較大,全省重力場的最高點,萊西市南大望城重力高異常即位于本區內,布格重力異常高達34×10-5m/s2。膠西北玲瓏巖體內重力場值小于-27×10-5m/s2,重力差達61×10-5m/s2,重力場跌宕起伏,高低相間。該區處在華北板塊與秦嶺-大別-蘇魯造山帶兩個一級構造單元接觸部位,構造活動強烈,導致花崗巖侵入不均衡,巖體規模、厚薄不等,地殼運動此起彼伏,升降幅度各異。

3.2 NE走向高低相間的分帶性

膠東地區重力場自西向東可分為6條NE走向的高低相間的重力異常帶,依次為蓬萊-龍口-萊州重力高,艾山-玲瓏巖體重力低,煙臺-棲霞-萊陽-膠州重力高,偉德山-昆崳山-招虎山巖體重力低,榮成-即墨南重力高,大店-嶗山巖體重力低。

重力場的分帶走向決定了本區重力異常多為NE走向,NW向和EW向次之。同時,也反映了本區地質構造的分帶性和其走向以NE向為主。根據膠東地區的物性資料,重力高為高密度的太古宙-元古宙變質巖群(膠東巖群、荊山群、粉子山群等)的反映,重力低為相對低密度的玲瓏、郭家嶺、棲霞、偉德山、嶗山、榮成等超單元中酸性巖漿巖體引起。

在以上NE向分帶現象的同時,還可以看到沿招遠—棲霞—文登一線有一明顯的重力低帶,煙臺-膠州重力高帶在棲霞一帶也出現了較寬大的重力低鞍部,牙山巖體即分布其中。同時,艾山巖體與玲瓏巖體重力低異常在此線處有一明顯的錯動,EW向構造帶大致與棲霞復背斜的軸部相吻合。

3.3 膠萊盆地重力高與膠北、膠南隆起重力低的“反?！毙?/h3>

膠東地區中西部的重力高異常區大致對應于膠萊盆地區,四周重力低區對應于膠北、膠南隆起。按照一般規律,坳陷區由于沉積了低密度的新生代地層,在重力場上應反映為重力低,而隆起區由于高密度的老地層隆起應反映為重力高,但本區卻出現了相反情況。

膠萊坳陷內沉積有幾百米至數千米厚的低密度的中新生代地層,膠萊盆地低密度、厚300～5000m的中生界直接覆蓋在高密度的變質巖之上,萊陽群、青山群、王氏群所引起的重力降遠遠低于其他地區復式花崗巖體和新生界松散層引起的重力降,導致膠萊坳陷的重力場高于其他地區。區域內重力場在重力高背景上的波動,取決于中生界的沉積厚度,厚度小的地段由于高密度的變質基底巖系(荊山群)上隆引起重力場升高,如萊陽北、萊西南等地;反之則為重力低,如萊陽南等處。

重力場分布特征與金礦床有明顯的對應關系,據《山東省金礦資源總量預測報告》資料,礦化分布在(0～30)×10-5m/s2范圍內,而(-8～2)×10-5m/s2為弱礦化區,(2～20)×10-5m/s2為礦化集中分布區。已知礦田單元與重力值相對變低或增加的“鼻狀區”有對應關系,且寬緩梯度變化的負“鼻狀區”對礦化的指示意義尤為明顯。

4 區域磁場特征

從膠東地區航磁異常ΔT等值線圖(圖3)可以看出,磁場呈現以下幾方面特征:

圖3 膠東地區航磁異常ΔT等值線圖

4.1 膠北地區的磁場特征表現為磁力低背景上的波動場

該區大面積出露變質巖和中酸性巖漿巖,這些巖石的磁性平均值都較小(郭家嶺超單元除外),故表現為低背景,但由于很多巖石的磁性變化范圍較大,故呈現出波動性。區內有兩處磁力高的區域:在萊州西南地段有許多中、小型磁鐵礦及變質巖中較強磁性的斜長角閃巖含量增多,導致磁場升高、波動性加劇;在艾山-蓬萊東地段有一SN向的帶狀磁力高區,這是中等磁性的郭家嶺超單元花崗閃長巖的反映。

4.2 膠南地區的磁場特征表現為磁力高

由地質資料可知,膠南隆起區大面積出露各種侵入巖體和青山群火山巖,變質巖以零星殘片狀保留在二長花崗巖體中。物性資料表明,膠南地區嶗山、偉德山、月季山、雨山、大店、榮成等超單元的中酸性巖和堿性巖多數磁性較強,青山群火山巖也為強磁性并且剩磁強的地質體,故引起磁力高。

4.3 膠萊盆地的區域磁場特征呈現劇烈的波動性,整個磁場十分雜亂

單個異常面積不大,但強度較高,高者為正幾百至幾千納特,低者則為負幾百至負上千納特,而且往往高低相伴,幾乎每個正異常北側都伴有幅值很大的負異常。這是典型的火山巖的磁場特征,在盆地邊部青山群分布地區表現的尤為明顯。因為火山巖磁性強、離散性大,尤其剩磁強,在斜磁化、反磁化的作用下使得磁場異常雜亂。在萊西市南、萊陽北、高密東、膠州南等地各有形態較規則的磁力高異常,這是變質巖(荊山群)上隆所引起,荊山群中斜長角閃巖含量增加和野頭組中含磁鐵層位所致。

4.4 海陽-威海磁場特征表現為磁力高背景上的波動場

高磁場分別由榮成超單元騰家、大時家花崗閃長巖(乳山—榮成一帶)、寧津所超單元堿性巖(石島附近)、青山群火山巖(俚島附近)等引起;沿海的負磁場主要由低磁性的偉德山超單元引起。由于各巖體之間的磁性差異及巖體本身磁性的不均勻和斜磁化作用,使得磁場波動性較大。

5 結論

通過膠東地區各地層、巖(礦)石及巖體的物性特征分析研究,論述了膠東地區重磁場特征及地質成因,認為重磁場分布特征對巖石建造區分、地質構造單元的劃分以及地質找礦有十分重要的意義。

(1)重、磁場總體走向呈NE—NNE,宏觀上反映了膠東地區的地層分布、構造格架和巖漿活動;重力場強度變化較大,跨越(-40～40)×10-5m/s2區間,在膠萊盆地南北兩側表現為重力低,盆地內則反映為重力高;磁場以低緩磁場為主,北、中部場強低、變化小,東南部場強高、變化大。

(2)膠東地區重磁場特征反映了該區南部、北部巖漿活動較強烈,中部殼層變薄,基底構造以近EW向、局部構造呈NE向,以及較高密度、較強磁性的古老結晶基底呈帶、呈塊分布的總體格局。

(3)金屬礦產尤其金礦,主要形成于重、磁場低緩區域,也就是酸性、中酸性巖漿巖發育區。

本文經教授級高級工程師黃太嶺指導、審閱。根據其意見,作者作了修改,在此表示感謝。