滕菲，邢怡，張國(guó)利，張素榮，高學(xué)生，蘇永軍，匡海陽(yáng)

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170）

1∶20萬(wàn)重磁綜合異常提取及地質(zhì)意義—以內(nèi)蒙東烏旗地區(qū)為例

滕菲，邢怡，張國(guó)利，張素榮，高學(xué)生，蘇永軍，匡海陽(yáng)

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170）

以東烏旗地區(qū)1∶20萬(wàn)重、磁數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，針對(duì)一定深度地質(zhì)構(gòu)造的研究需要，提取了局部重力異常和航磁化極上延異常。對(duì)二者進(jìn)行重磁異常對(duì)應(yīng)分析，圈定13個(gè)重磁正相關(guān)異常，13個(gè)負(fù)相關(guān)異常。統(tǒng)計(jì)得出區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)地重磁相關(guān)系數(shù)值R主要在－0.4～0.4之間。分析認(rèn)為區(qū)內(nèi)正相關(guān)異常主要由高磁高密度侵入巖體引起，負(fù)相關(guān)異常主要對(duì)應(yīng)區(qū)內(nèi)古生界隆起等，推斷結(jié)果與已知地質(zhì)資料吻合。為當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)性地質(zhì)找礦工作提供了可靠的深部地球物理信息；也為重磁綜合異常信息提取工作提供了較為有效的、可借鑒的經(jīng)驗(yàn)方法。

布格重力異常；航磁化極異常；垂向一階導(dǎo)數(shù)；對(duì)應(yīng)分析

近年來(lái)，深部地質(zhì)構(gòu)造研究、隱伏礦尋找等工作對(duì)重磁異常解釋的需求日益增強(qiáng)。隨著1∶20萬(wàn)區(qū)域重力調(diào)查工作的迅速推廣，中比例尺重磁資料的數(shù)據(jù)處理工作在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、成礦建造解釋推斷中所起的作用越來(lái)越大。如何更大程度的開(kāi)發(fā)、提取重磁異常的有效地質(zhì)信息成了一個(gè)值得我們深入研究的重要問(wèn)題。目前，重力、航磁異常分別提取的方法較多，理論研究及推斷應(yīng)用較為成熟，重磁綜合異常的研究工作相對(duì)開(kāi)展較少。筆者選擇東烏旗地區(qū)進(jìn)行重磁對(duì)應(yīng)分析，本區(qū)此前并未開(kāi)展過(guò)重磁綜合異常研究的工作，筆者嘗試對(duì)本區(qū)重、磁異常求取重磁相關(guān)系數(shù)，對(duì)重磁同源異常、不同源異常進(jìn)行分別提取分析，增加異常的約束條件，減少多解性，提高解釋的精確程度，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)重磁場(chǎng)共同反映的微弱的特殊地質(zhì)異常信息。本文可為研究類(lèi)似的區(qū)域地質(zhì)背景、隱伏礦產(chǎn)預(yù)測(cè)提供借鑒。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)處于內(nèi)蒙古中部地區(qū)，構(gòu)造單元屬于天山－興蒙造山系，據(jù)地質(zhì)力學(xué)觀點(diǎn)的構(gòu)造體系劃分，屬北疆－興蒙弧形構(gòu)造帶的東南翼。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造比較發(fā)育，以華力西早期構(gòu)造為主；斷裂構(gòu)造，大致可分為北東、北北東和北北西三組，其中以北東向的最為發(fā)育，多發(fā)生在加里東期和華力西期，而北北東和北北西向的多發(fā)生在燕山期［1］。主要斷裂構(gòu)造由北向南依次為查干敖包－阿榮旗深斷裂F1、二連－賀根山斷裂F2、二道井－迪彥林場(chǎng)斷裂F3［2］。

本區(qū)中部大面積被新生界覆蓋。北部地區(qū)下古生代地層發(fā)育，以石炭－二疊系、泥盆系為主，志留系、奧陶系有零星出露。南部出露地層主要為上古生界二疊系和中生界侏羅－白堊系。全區(qū)地層整體呈北東向展布。巖漿巖從超基性到酸性均有產(chǎn)出，尤以中酸性巖分布最廣，巖漿活動(dòng)主要受北東向基底構(gòu)造和不同方向的新老構(gòu)造交匯控制。主要產(chǎn)出時(shí)代為燕山早期和華力西晚期。區(qū)內(nèi)超基性巖主要出露在賀根山蛇綠巖套中。主要巖漿巖帶為大興安嶺－太行山重力梯級(jí)帶分布的侏羅紀(jì)－早白堊紀(jì)火山－侵入巖。

2 區(qū)域重磁場(chǎng)特征

2.1 重力場(chǎng)特征

布格重力異常是從地表到深部所有密度不均勻引起重力效應(yīng)的總和或疊加，中大比例尺布格重力異常圖能較好反映一定深度結(jié)晶基巖內(nèi)部的密度變化、

結(jié)晶基底頂面的起伏、沉積巖的構(gòu)造和成分變化［3］。本區(qū)布格重力異常整體呈北東走向，局部為北北東向（圖1）。全區(qū)布格重力異常幅值變化較大，由-139×10-5/m2上升到-49×10-5/m2。根據(jù)區(qū)域重力場(chǎng)特征，可以進(jìn)一步劃分為3個(gè)重力場(chǎng)分區(qū)。Ⅰ區(qū)北東向、北北東向重力異常呈條帶狀相間規(guī)律分布，走向延伸長(zhǎng)，梯級(jí)帶明顯。根據(jù)宋景明［4］等人對(duì)本區(qū)重、磁、地震、地質(zhì)聯(lián)合反演及解釋?zhuān)亓Ω弋惓樯瞎派缁茁∑鸬姆从?。Ⅱ區(qū)高低重力異常帶東西分布，西部為北東向?qū)捑徠届o低重力異常區(qū)，局部重力低異常在北部集中，東部高重力異帶為區(qū)內(nèi)規(guī)模最大、幅值最高的，推斷同為上古生界基底隆起的反映。區(qū)內(nèi)局部極高異常值位于霍林郭勒西部。Ⅲ區(qū)重力低異常帶緊鄰Ⅱ區(qū)高異常帶，具有規(guī)模大、幅值低的特點(diǎn)，位置與地表大面積出露燕山期巖漿巖相對(duì)應(yīng)。

2.2 磁場(chǎng)特征

區(qū)域性磁異常與大的區(qū)域構(gòu)造或火成巖分布等因素有關(guān)，局部異?？赡芘c礦床和礦化、小磁性侵入體等因素有關(guān)［5］。為消除斜磁化引起的磁源位置偏移，筆者對(duì)選區(qū)航磁異常作了化磁極處理（圖2）。選區(qū)區(qū)域磁場(chǎng)整體趨勢(shì)西北高，東南低，有北東向延伸趨勢(shì)，幅值范圍為-688 nT～1799 nT。分區(qū)與重力場(chǎng)一致，Ⅰ分區(qū)為高磁異常區(qū)，賀根山地區(qū)幾處極高值圈閉區(qū)域與超基性巖體有關(guān)。北部國(guó)界處高磁異常帶與出露中酸性侵入巖吻和較好。Ⅱ分區(qū)為正磁異常區(qū)，局部磁異常發(fā)育，區(qū)內(nèi)以第四系覆蓋為主，不規(guī)律分布的局部異?？赡転橄赂操_系火山巖引起。Ⅲ分區(qū)為平緩的低負(fù)磁異常區(qū)，局部正磁異常零星發(fā)育，軸向以北東向?yàn)橹?；低磁異常與低重力異常共同反映了燕山期巖漿巖帶低磁性、低密度的物性特征。從區(qū)域重磁場(chǎng)特征綜合分析，本區(qū)新生界覆蓋面積較大，但厚度較淺，有利于隱伏礦產(chǎn)的尋找。

圖1 東烏旗地區(qū)布格重力異常圖Fig.1 Bougue r g ravity anom a lies in Dongw uqia rea

圖2 東烏旗地區(qū)航磁ΔT化極異常圖Fig.2 Aeromagnetic anoma lies reduced to the po le in the Dongw uqia rea

3 重磁異常提取

3.1 局部重力異常

目前，重力異常分離方法眾多。常用的有平均場(chǎng)法、高次導(dǎo)數(shù)法、解析延拓法、趨勢(shì)分析法、匹配濾波法、維納濾波法、切割法、優(yōu)選延拓法、小波分析法[6]等。從應(yīng)用效果看，除物理概念不同之外，異常分離結(jié)果大有類(lèi)同之處[7]。筆者采用布格重力異常垂向一次導(dǎo)數(shù)提取本區(qū)局部重力異常，并通過(guò)解析延拓，達(dá)到突顯“低頻”，即一定深度、一定規(guī)模地質(zhì)構(gòu)造的最佳效果。選擇2 km、3 km、4 km不同高度進(jìn)行上延實(shí)驗(yàn)，通過(guò)與區(qū)域地質(zhì)特征比對(duì)，認(rèn)為上延4 km取得

的局部重力異常（圖3）能夠清晰反映了本區(qū)隆凹相間的構(gòu)造格局，和北東、北北東向的斷裂構(gòu)造方向。

3.2 航磁化極上延異常

相對(duì)不同尺度資料、不同研究目標(biāo)，局部異常是相對(duì)概念。本文中局部異常所指為反映一定深度區(qū)域基底隆凹、磁性巖漿巖分布等與成礦環(huán)境相關(guān)的區(qū)域背景異常。因?yàn)榇女惓２幌癫几裰亓Ξ惓Ｄ菢泳哂袕?qiáng)烈的區(qū)域背景,直接對(duì)航磁化極異常進(jìn)行一定高度的上延處理，突出相對(duì)低頻成分，便可得到深部一定規(guī)模建造構(gòu)造引起的異常[8]。解析延拓方法突出區(qū)域異常的原理是利用了向上延拓時(shí)，淺而小的地質(zhì)體引起的異常比深而大的地質(zhì)體引起的異常衰減得快這一特點(diǎn)。筆者通過(guò)對(duì)2 km、4 km、6 km等不同上延高度的對(duì)比試驗(yàn)，選定與目標(biāo)地質(zhì)構(gòu)造對(duì)應(yīng)效果最佳的航磁化極上延2 km異常等值線圖（圖4）進(jìn)行研究。

圖3 東烏旗地區(qū)重力垂向一階導(dǎo)數(shù)上延4 km異常圖Fig.3 Vertica l first－order derivative o f gravity anoma lybyupward continuation for 4 km in Dongwuqiarea

4 重磁異常對(duì)應(yīng)分析

4.1 方法原理

由泊松公式,可以推導(dǎo)出重力異常和磁力異常在一定寬度的分析窗口內(nèi)具有如下關(guān)系［9］：

式中,k為延遲時(shí)間,當(dāng)x（t）=y（t）時(shí)稱(chēng)為自相關(guān)函數(shù)Cxx（k）或Cyy（k）。兩序列的相關(guān)系數(shù)可以由下式求得

計(jì)算時(shí)給定分析窗口大小。以當(dāng)前點(diǎn)為中心，將窗口內(nèi)各點(diǎn)磁異常和重力異常按（1）至（3）式進(jìn)行最小二乘線性回歸和相關(guān)分析，求得這一點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)R、斜率α和截距A。相關(guān)系數(shù)R反映了窗口內(nèi)重磁異常的線性相關(guān)程度。當(dāng)R≈1時(shí)，重磁異常是正相關(guān)；當(dāng)R≈-1時(shí)，重磁異常為負(fù)相關(guān)。相關(guān)系數(shù)R宏觀上反映了重磁異常的“同源性程度”。當(dāng)|R|≈1時(shí)，表示窗口內(nèi)重磁異常的“同源性”較好。當(dāng)|R|?1時(shí)，表示窗口內(nèi)重磁異常相關(guān)性差,可能不同源。斜率α反映所有場(chǎng)源泊松比的加權(quán)平均值，它只有在重磁異常同源的前提下才有意義。截距A反映重磁異常的背景值。在重磁異常完全同源時(shí),A=0。

圖4 東烏旗地區(qū)航磁化極上延2 km異常圖Fig.4 Aeromagnetic anom a lies reduced to the po le by upw ard continuation for 2 km in Dongwuqiarea

4.2 分析結(jié)果及地質(zhì)意義

筆者對(duì)本區(qū)上延4 km重力垂向一階導(dǎo)數(shù)異常結(jié)果及航磁化極上延2 km異常結(jié)果，分別采用8 km× 8 km、14 km×14 km、20 km×20 km的滑動(dòng)窗口進(jìn)行重磁對(duì)應(yīng)分析，得到相關(guān)系數(shù)R。窗口半徑增大可以達(dá)到突顯低頻信息的目地，經(jīng)過(guò)對(duì)不同尺度分析結(jié)果的對(duì)比，認(rèn)為采用14 km×14 km所求結(jié)果更能反映本區(qū)深部一定規(guī)模地質(zhì)體特征。提?。黂｜≥0.5，生成等值線圖（圖5）并篩選出13個(gè)正相關(guān)異常（AM），13個(gè)負(fù)相關(guān)異常（a－m）。

正相關(guān)異常影響因素相對(duì)簡(jiǎn)單，考慮本區(qū)構(gòu)造背景為天山－興蒙造山系，太古宙基底存在的可能性較小，推斷主要為高磁高密度侵入巖體引起。結(jié)合區(qū)內(nèi)物性資料分析，本區(qū)部分花崗閃長(zhǎng)巖具有高磁高密度的特征，又是區(qū)內(nèi)混合巖漿巖的重要組成部分，很可能是引起區(qū)內(nèi)正相關(guān)異常的主要原因。此認(rèn)識(shí)在基巖出露區(qū)得到了很好的驗(yàn)證，如A、B、M等正相關(guān)異常形態(tài)與地表出露中酸性混合巖漿巖范圍均有較好對(duì)應(yīng)。部分正相關(guān)異常地表為第四系覆蓋，應(yīng)在隱伏地質(zhì)體推斷解釋中引起足夠重視，尤其E異常等重磁異常幅值均較高的局部異常。負(fù)相關(guān)異常則主要反映了區(qū)內(nèi)高密度、低磁性的古生界隆起。如d異常反映了地表薄層侏羅系火山巖下的古生界基底隆起。根據(jù)趙汝敏等人的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)［10］，正負(fù)相關(guān)異常的陡變帶多為區(qū)域構(gòu)造分區(qū)的反映。本區(qū)正相關(guān)J異常帶東側(cè)陡變帶正是區(qū)內(nèi)重要的區(qū)域重磁場(chǎng)分區(qū)界線，與區(qū)內(nèi)地質(zhì)資料二連—賀根山斷裂F2位置相吻合。

根據(jù)重磁對(duì)應(yīng)分析的前提條件是重磁同源，對(duì)重磁異常相關(guān)程度較差的地質(zhì)體則無(wú)法反映。如賀根山蛇綠巖套，有高密度，磁性不均勻的物性特征，地表出露規(guī)模較大，剩余重力異常與出露地質(zhì)體范圍吻合較好，但在相關(guān)分析等值線圖上，無(wú)明顯反映。

圖5 相關(guān)系數(shù)R等值線圖Fig.5 The con tou rm ap o f co rre la tion coe fficien t R

4.3 重磁異常與區(qū)域礦產(chǎn)分布關(guān)系

研究區(qū)內(nèi)銀、鉛鋅、銅、鐵、鉻等各類(lèi)礦產(chǎn)發(fā)育，礦產(chǎn)類(lèi)型多樣，規(guī)模大、中、小型不等，滿足礦產(chǎn)地分布規(guī)律研究條件。筆者根據(jù)目標(biāo)地質(zhì)體相對(duì)埋深淺、規(guī)模不大的高頻特征，未對(duì)重磁圖件進(jìn)行低通濾波處理。直接以剩余重力異常圖、航磁化極異常圖、航磁化極垂向一階導(dǎo)數(shù)異常圖、重磁對(duì)應(yīng)分析相關(guān)系數(shù)圖（8 km×8 km）為基礎(chǔ)，對(duì)本區(qū)主要礦種銀礦、銅多金屬礦、鐵礦、鉛鋅礦、鉻鐵礦等礦產(chǎn)地的重磁異常特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。研究發(fā)現(xiàn)不同礦種的重磁場(chǎng)特征規(guī)律各不相同，而不同成礦類(lèi)型礦產(chǎn)分布則無(wú)明顯的重磁場(chǎng)特征標(biāo)志。

研究區(qū)內(nèi)銀礦、銅多金屬礦、鐵礦、鉛鋅礦等礦產(chǎn)主要分布在剩余重力高異常、低異常的邊部地區(qū)，磁異常特征各有不同。從重磁相關(guān)系數(shù)幅值來(lái)看，主要分布在正相關(guān)異常帶邊部及正負(fù)相關(guān)異常過(guò)渡帶上，相關(guān)系數(shù)值R主要在-0.4～0.4之間。鉻鐵礦重磁相關(guān)系數(shù)值R主要在0.4～0.6之間，為明顯重磁正相關(guān)。

從成礦環(huán)境來(lái)說(shuō)，大部分礦產(chǎn)均產(chǎn)出在地層與巖體接觸帶上，而非單一地質(zhì)體內(nèi)，具有重磁不同源的普遍性。如白音諾爾矽卡巖型鉛鋅礦處在以-0.4等值線圈閉的負(fù)相關(guān)異常內(nèi)。重磁場(chǎng)特征表現(xiàn)為相對(duì)高重力異?！B系地層（密度2.67×10-5m/s2）與低重力異?！兴嵝郧秩霂r體（密度2.53×10-5m/s2～2.58×10-5m/s2）的接觸帶上，磁異常也顯示出相對(duì)無(wú)磁性地層向微弱高磁過(guò)渡的地帶。而部分礦產(chǎn)成礦環(huán)境與特定地質(zhì)體直接對(duì)應(yīng)，則在重磁相關(guān)異常上表現(xiàn)出明顯的正負(fù)相關(guān)，如區(qū)內(nèi)鉻礦含礦建造為超基性巖，表現(xiàn)為高密度高磁性的重磁正相關(guān)關(guān)系。

5 結(jié)論

（1）1∶20萬(wàn)重磁資料能有效反映區(qū)域地質(zhì)背景

及成礦環(huán)境，選擇不同的方法、參數(shù)進(jìn)行重、磁異常提取能達(dá)到突顯不同深度、不同規(guī)模目標(biāo)地質(zhì)體的目的。如東烏旗地區(qū)重力垂向一階導(dǎo)數(shù)上延4 km等值線圖清晰反映了區(qū)內(nèi)古生界隆起的分布。

（2）重磁異常對(duì)應(yīng)分析是一種定性、半定量解釋方法，能對(duì)重力、磁法資料單獨(dú)的地質(zhì)信息提取起到輔助、補(bǔ)充作用，擅長(zhǎng)于同源地質(zhì)體的認(rèn)別。特別在東烏旗地區(qū)東南部地區(qū)，重磁場(chǎng)受地表巖漿巖帶干擾明顯地區(qū)，弱異常—古生界基底的圈定取得了較好效果。

（3）東烏旗地區(qū)大部分礦產(chǎn)重磁相關(guān)系數(shù)值R主要在－0.4～0.4之間，相關(guān)性較差。鉻鐵礦重磁相關(guān)系數(shù)值R主要在0.4～0.6之間，為明顯重磁正相關(guān)。從成礦環(huán)境來(lái)說(shuō)，大部分礦產(chǎn)均產(chǎn)出在地層與巖體接觸帶上，具有重磁不同源的普遍性。部分礦產(chǎn)成礦環(huán)境與特定地質(zhì)體直接對(duì)應(yīng)，則在重磁相關(guān)異常上表現(xiàn)出明顯的正負(fù)相關(guān)。

總體來(lái)說(shuō)，重力、磁測(cè)異常均包含不同方面的地質(zhì)信息，而重磁場(chǎng)源相關(guān)性十分復(fù)雜，重磁相關(guān)系數(shù)R不能脫離重力異常、磁異常孤立研究判斷。充分結(jié)合地質(zhì)、礦產(chǎn)、重磁綜合異常，增加約束條件，減少多解性，才能取得更加真實(shí)可靠的結(jié)果。

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Interpretation of 1∶200 000Comp rehensive Anomaliesof Gravity and M agnetism and Geological Significance in DongwuqiArea,Inner M ongolia

TENG Fei,XING Yi,ZHANGGuo-li,ZHANG Su-rong,GAO Xue-sheng, SUYong-jun,KUANGHai-yang

(Tianjin Center,China Geological Survey,Tianjin,300170,China)

Vertical first-order derivative of the local gravity anomalies and upward continuation of aeromagnetic anomalies reduced to the pole are calculated based on 1:200 000 gravimetric andmagnetic data in Dongwuqiarea,inner Monggolia,for study of the deep structure.The authors have delineated 13 positive anomalies and 13 negative anomalies in the study area.The statistical values R of correlation coefficient in depositareasmainly fall between-0.4～0.4.The interpretation shows that the positive and negative anomalies are related to magmatic rocks and Palaeozoic uplift respectively.Some of the inference are proven by the geological data.The study provides reliable information of geophysics forbasic geologicalwork and effectivemethod for comprehensive anomaly analysisofgravity andmagnetism.

Bouguer gravity anomaly;aeromagnetic anomaly reduced to the pole;vertical first-order derivative; correspondenceanalysis technique

P631.2

A

1672－4135（2014）02－0131-05

2014-04-18

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目:區(qū)域地球物理調(diào)查成果集成與方法技術(shù)研究（1212011120915）

滕菲（1982-），女，碩士,工程師，2007年7月畢業(yè)于吉林大學(xué)數(shù)字地質(zhì)科學(xué)專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)主要從事應(yīng)用地球物理研究，Email：tengbeibei2006@163.com。