吳真瑋,曾昭發(fā),李 靜,趙雪宇,許天福

(1. 吉林大學 地球探測科學與技術學院，吉林長春 130026; 2. 吉林大學 環(huán)境與資源學院，吉林長春 130026)

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基于重磁場特征的松遼盆地基底巖性研究

吳真瑋1,曾昭發(fā)1,李 靜1,趙雪宇1,許天福2

(1. 吉林大學 地球探測科學與技術學院，吉林長春 130026; 2. 吉林大學 環(huán)境與資源學院，吉林長春 130026)

盆地的基底埋藏深度、巖性和斷裂分布與地熱資源的形成、分布和開發(fā)利用密切相關。本文基于重磁方法的特點和松遼盆地的重磁場異常，利用最佳向上延拓的方法進行場源分離，提取了基底重磁異常信息；依據不同巖石物理屬性(密度和磁性)和重磁異常對應分析的結果，對松遼盆地的基底巖性分布進行了劃分，其結果對盆地地熱資源遠景評價和開發(fā)利用有重要參考價值。

地熱 重磁異常 松遼盆地 對應分析 基底巖性 火山巖

Wu Zhen-wei, Zeng Zhao-fa, Li Jing, Zhao Xue-yu, Xu Tian-fu. Distribution of basement lithology in the Songliao basin derived from gravity and magnetic anomalies[J]. Geology and Exploration, 2015, 51(5):0939-0945.

0 引言

松遼盆地是一個典型的中、新生代陸相沉積盆地(楊萬里等，1982)。盆地整體呈NE向展布，近似菱形,是蒙古-鄂霍茨克洋構造域和太平洋構造域疊加在古亞洲洋構造域基礎上形成的一個陸內裂谷盆地(吳福元等，1999)。盆地西北部是大興安嶺-內蒙海西褶皺帶，東北部及東部為黑龍江、吉林海西褶皺帶，南部與內蒙地軸以東西向赤峰-開源斷裂相隔，東以依蘭-伊通斷裂帶為界(羅烏清等，1993)。已有資料表明，松遼盆地屬于典型的中低溫傳導型地熱系統(tǒng)，盆地地熱變化范圍為40～90mW/m2,平均熱流值是70 mW/m2，其地熱資源相當豐富，地熱開發(fā)利用前景十分廣闊(蔣林等，2013；韓湘君等，2002)。地熱資源的形成、埋藏和分布大多與基底埋藏深度、巖性及區(qū)域構造斷裂分布等密切相關(耿莉萍，1998；黃樹峰等，1999)。盆地的形成演化受基底構造和巖性控制，研究盆地基底的巖性分布對盆地地熱遠景區(qū)劃分和地熱資源的開發(fā)利用具有重要意義。

松遼盆地的基底是前侏羅紀古亞洲洋構造域眾多微板塊、地體拼貼形成的復合陸塊。根據地震和鉆井資料解釋對松遼盆地基底巖性研究的資料,認為盆地基底分布著大片華力西期和零星加里東期花崗巖體?；讕r性主要以千枚巖、泥質板巖、結晶灰?guī)r等淺變質巖為主，同時還有片麻巖、片巖及花崗巖和閃長巖類(劉天佑，1993；朱煥來，2011)。同時松遼盆地基底也大面積分布著加里東期、華西期、燕山期花崗巖，而以花崗巖為主體的火成巖是盆地地熱的重要來源，因此估計松遼盆地的產熱量相當可觀(劉耀光，1982)。

作為地球物理方法的重要分支，重磁研究是認識盆地深部構造不可缺少的方法。重磁方法能夠提供覆蓋整個研究區(qū)的地球物理場信息，其成本低、勘測范圍和深度很大,具有其他物探方法無可比擬的橫向分辨能力(劉光鼎，1996；劉財?shù)龋?996)。因而，要研究基底巖性的分布應該主要以重磁資料為主，其中以磁力資料最為重要，因為巖石的磁化強度相比于其他巖石物性參數(shù)(密度、速度、電阻率)與基底的巖性關系更密切(王家林等，2002)。因此利用重磁的方法深入研究松遼盆地的基底巖性對地熱資源評價、開發(fā)及利用規(guī)劃具有重要的參考價值。

1 松遼盆地的重磁異常特征

松遼盆地的重力異常與盆地的地形起伏呈現(xiàn)正相關的特征。由于盆地地處嫩江斷裂帶和牡丹江斷裂帶之間，因此盆地內的重力異常與盆地周邊的重力異常存在明顯的分界線。盆地內重力異常以正異常為主，異常值變化范圍在70～120mGal之間，異常梯度變化較小，異常總體呈現(xiàn)NNE-NE向展布。盆地內局部重力異常呈現(xiàn)團狀閉合圈閉，異常軸向不規(guī)則，有西北向，也有近東西或近南北向(圖1)。松遼盆地的航磁異常分區(qū)性較為明顯。變化相對舒緩，盆地內同時分布著正負異常，變化范圍在-250～350nT之間。航磁異常主要以NE-NNE向的異常展布為主，局部也有EW向和SN向的磁性異常展布(胡旭芝等，2006)(圖2)。

圖1 松遼盆地重力場Fig.1 Bouguer gravitational anomalies in the Songliao basin

圖2 松遼盆地航磁異常Fig.2 Aeromagnetic anomalies in the Songliao basin

2 松遼盆地的重磁數(shù)據場源分離

為了研究松遼盆地的基底，需要對觀測到的重磁數(shù)據進行特殊處理，將基底深部構造引起的低頻區(qū)域異常與淺部構造引起的高頻異常進行有效區(qū)分。最佳向上延拓能夠很好地從觀測重力異常和磁力異常中分離出由深部場源引起的區(qū)域重力異常和磁力異常，并且在分離異常場的過程中，最佳向上延拓可以使低頻成分的衰減最小，故而能夠較精確提取區(qū)域異常(孟小紅等，2013)。

圖3 兩個相鄰高度重力異常上延值相關系數(shù)與延拓高度的關系曲線Fig. 3 Correlation coefficients versus continuation altitudes of two neighboring gravity anomalies

最佳向上延拓的關鍵是確定一個最佳上延高度。兩個相鄰高度的異常向上延拓值之間的互相關系數(shù)與高度的關系曲線，存在一個明顯的轉折點，這個轉折點對應的高度，就是最佳的向上延拓高度(曾華霖等，2002)。分別對重力數(shù)據和航磁數(shù)據進行了向上延拓,然后計算兩個相鄰延拓高度處異常值間的相關系數(shù)，可得到重力和航磁異常的不同延拓高度與對應的相關系數(shù)的關系(圖3及圖4)。圖3中曲線在6.5km處存在明顯轉折點，過了轉折點，隨著上延高度的增加，相鄰兩個延拓高度的相關系數(shù)變化越來越小，基本沒有變化，故而重力異常的最佳上延高度為6.5km。同理，依據圖4可知航磁異常最佳上延高度為6.5km。于是分別對重力異常和航磁異常進行最佳上延高度的向上延拓，可以提取松遼盆地的區(qū)域重力和航磁異常(圖5和圖6)。

圖4 兩個相鄰高度航磁異常上延值相關系數(shù)與延拓高度的關系曲線Fig. 4 Correlation coefficients versus continuation altitudes of two neighboring aeromagnetic anomalies

圖5 重力區(qū)域場Fig.5 Regional gravity field

圖6 航磁區(qū)域場Fig.6 Regional aeromagnetic field

3 松遼盆地的重磁區(qū)域數(shù)據的對應分析

泊松定理以線性關系的形式將重磁異常有機結合在一起，能提高解釋的準確性，為開展重磁異常的綜合分析提供了重要前提(曾昭發(fā)等，2006)。從泊松定理出發(fā)，計算區(qū)域重磁異常值的相關性，并根據相關性的分布特征來分離和鑒別不同類型的異常區(qū)，為劃分地質構造單元以及認識深部結構的其他特征提供信息(王家林等，2002)。依據泊松公式，取一個窗口在研究范圍內連續(xù)滑動計算相關系數(shù)，可知重力異常和磁力異常存在某種相關關系，如方程(1)所示

(1)

作為一種定量化聯(lián)合解釋的方法，重磁異常對應分析能有效地分離和鑒別不同類型的異常，減少多解性，從而能夠很好劃出異常源相對一致的地質單元和構造分區(qū),了解基底巖性的分布(劉彥華等，2008)。依據泊松定理的基本原理，對重力區(qū)域場和航磁區(qū)域場在給定適宜的窗口下進行相關分析計算，得到相關系數(shù)平面分布圖(圖7)。相關系數(shù)R反映了重力區(qū)域場和航磁區(qū)域場在給定窗口內的線性相關程度。通過查閱相關文獻資料，發(fā)現(xiàn)0.4和-0.4可以作為正相關和負相關的臨界點。在正相關的情況下，R大于0.4時，表明重力異常值和航磁異常值同時為高或者同時為低的異常值；而在負相關的情況下，R小于-0.4時，表明重力異常高而航磁低，或者重力低而航磁高；R大于0.4為正相關，反映重力和磁力同高，或同低；當R的絕對值小于0.4為重磁不同源。

對于負相關區(qū)域的基底巖性存在兩種情況：①密度小，磁性也強，為年代較為新的火成巖；②密度大，磁性小，為變質巖。對于正相關的區(qū)域也存在兩種情況：①密度大，磁性也強，為變質巖或者年代較為古老的火成巖；②密度小，磁性小，為沉積巖。通過依據相關系數(shù)平面分布圖(圖7)，并結合重力區(qū)域場(圖5)和航磁區(qū)域場(圖6)進行分析，得出了松遼盆地基底巖性分部圖(圖8)。

圖7 相關系數(shù)平面分布圖Fig.7 Plane distribution of correlation coefficient

由圖8可知，松遼盆地基底主要以變質巖和火成巖為主，其中火成巖主要以花崗巖和閃長巖為主，變質巖主要以板巖、千枚巖和變質砂巖為主。按年代來對基底進行劃分，可分為加里東期、海西期、印支期和燕山期。加里東期和海西期火成巖為年代較老的火成巖，印支期和燕山期火成巖相對來說為年代較新的火成巖。印支期和燕山期火成巖主要分布于盆地的中部和東部，海西期火成巖分布在松遼盆地的中部和西部，加里東期花崗巖少量分布于盆地的西部。從圖8中可以看出火山巖的展布受基底斷裂構造的影響。火成巖巖體的走向及邊界與盆地中的斷裂帶的走向是平行的，可知基底斷裂帶對巖漿活動起控制作用，與基底巖性的分布存在密切的關系。

一般說來，盆地內的地熱能主要來自上地幔的隆起和巖石放射性衰變釋放的熱能(劉耀光，1982)。各種資料也表明，在各種類型的巖石中以花崗巖為代表的火成巖的產熱率最高，而隨著巖石中放射性元素逐漸衰變，巖石的產熱率也會逐漸下降，故而年代較新的火成巖的產熱率優(yōu)于年代較老的火成巖。因而，在獲得基底巖性的分布圖的同時，也可以劃分出地熱勘探開發(fā)的遠景區(qū)，即基底為火成巖的區(qū)域，其中以年代較新的火成巖區(qū)域為最佳，這些區(qū)域是地熱勘探開發(fā)的遠景區(qū)。

4 結論

(1) 松遼盆地基底巖石的物理性質及基底構造是影響盆地重力、磁力異常的地質因素。因而，對于不同類型以及不同地質時代的巖石，依據其所具有的密度和磁性特征，利用重磁對應分析減少資料解釋中的多解性，并且依據布格重力和磁力異常在宏觀上的分布特征，能夠有效劃分出松遼盆地的基底巖性的分布范圍，特別是劃分了火成巖的有效分布范圍。

(2) 松遼盆地基底巖性的分布還受到盆地基底斷裂帶的控制，基底巖性的分布與基底斷裂帶的展布方向大致平行。

(3) 松遼盆地的基底主要以變質巖和火成巖的分布為主，基底大面積分布著從加里東期到燕山期的具有很高生熱率的花崗巖層，松遼盆地地熱資源前景廣闊。

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Distribution of Basement Lithology in the Songliao Basin Derived from Gravity and Magnetic Anomalies

WU Zhen-wei1，ZENG Zhao-fa1, LI Jing1, ZHAO Xue-yu1, XU Tian-fu2

(1.CollegeofGeoexplorationScienceandTechnology，JilinUniversity，Changchun,Jilin130026； 2.CollegeofEnvironmentandresources，JilinUniversity，Changchun,Jilin130026)

The basement burial depth, lithology and fault distribution of a basin are closely related to geothermal resources. Based on the characteristics of gravity and magnetic anomalies, using the preferential upward continuation method, this work has separated the fields and sources of gravity and magnetism, and extracted the gravity and magnetic anomalies of the basement in the Songliao basin. Combining physical properties of rocks, correlation between gravity and magnetic anomalies as well as geological data, this work has further inferred the lithological distribution of the basement in the Songliao basin. Metamorphic and igneous rocks dominate the basin basement, which were formed in the Caledonian, Hercynian, Indosinian, and Yanshanian periods. The rocks of former two ages are relatively older, while those of the latter are younger. The Indosinian and Yanshanian igneous rocks are distributed in the central and eastern basin, Hercynian rocks in the middle and west, and few Caledonian granites in the west. Their patterns are controlled by faults in the basement. Strikes of these rock bodies tend to be parallel to the basin boundaries and faults within the basin. Magma activities along faults of the basement likely determined the distribution of the lithology. These data will provide evidence for prospect assessment and development of geothermal resources in the basin.

geothermal energy, gravity and magnetic anomaly, Songliao basin, basement lithology, igneous rock

2015-01-01；

2015-05-12；[責任編輯]郝情情。

國家863項目(2012AA052801)和博士點基金項目(20130061110060)聯(lián)合資助。

吳真瑋(1988年-)，男，2013年畢業(yè)于吉林大學地球探測科學與技術學院，獲學士學位，現(xiàn)為吉林大學在讀研究生，主要從事工程與環(huán)境地球物理研究。E-mail:1143485332@qq.com。

P631

A

0495-5331(2015)05-0939-07