唐 釗，朱奕先，李桐林

吉林大學地球探測科學與技術學院，吉林 長春 130026

0 引言

吉林省東南部的長白山玄武巖覆蓋區(qū)位于亞歐大陸東部華北板塊東北邊緣與新生代北東向濱太平洋火山造山帶的交接處，著名的長白山天池火山就坐落在研究區(qū)。研究區(qū)處于西太平洋板塊俯沖帶的前緣位置，與板塊俯沖形成的深源地震相距很近，新生代以來火山活動頻繁，地質構造十分復雜[1-2]。大量的地球物理工作表明長白山天池附近存在較大范圍的巖漿囊[3,4]。由于大面積的玄武巖，研究區(qū)的地層與地質構造露頭非常有限，給該區(qū)的深部地質調查與礦產(chǎn)勘探帶來了很大的困難。近年來，在長白玄武巖覆蓋區(qū)開展了大量的地球物理勘探工作，如區(qū)域重力測量、剖面重磁電測量等工作。本文根據(jù)前人對長白地區(qū)地質構造的研究，重點分析了長白山地區(qū)的區(qū)域重力資料，并根據(jù)研究區(qū)的一條重力和可控源音頻大地電磁測深剖面數(shù)據(jù)的聯(lián)合反演，推斷了玄武巖覆蓋層下地質構造。

1 長白山地區(qū)區(qū)域地質概況

長白山在大地構造上處于中朝準地臺遼東臺隆區(qū)，在漫長的地質歷史發(fā)展中經(jīng)歷了多次構造變動和幾次旋回地質構造的演變。根據(jù)長白山地區(qū)的地殼結構、沉積建造、構造變動等特征劃分構造單元。長白山地區(qū)在吉林區(qū)域地質構造中位于Ⅰ級構造單元中朝準地臺，Ⅱ級構造單元遼東臺隆區(qū)，地跨鐵嶺—靖宇臺拱、渾江陷褶斷束和營口—寬甸臺拱三個Ⅲ級構造單元，位于Ⅳ級構造單元老嶺斷塊、龍崗斷塊、渾江上游陷褶斷束和長白斷塊之中（見表1）。

長白山地區(qū)的地層發(fā)育較為齊全（圖1），該區(qū)的基底為太古代至中晚元古代的古老變質巖系和中生代的花崗巖，其中花崗巖形成的時間為燕山期。

表 1 吉林省長白山地區(qū)構造單元簡表Table 1 Summary of tectonic units in Changbai Mountain area, Jilin Province

圖 1 長白山地區(qū)地質簡圖[5]Fig.1 Geological schematic map of Changbai Mountain area

圖 2 研究區(qū)布格重力異常平面圖Fig.2 Plan of Bouguer gravity anomaly in study area

古生代沉積蓋層在一些地區(qū)出露地表[6]。中生代主要發(fā)育一系列的陸相沉積盆地，并伴有較強的中酸性巖漿活動。到新生代，盆地又變成分散的準平原。之后在喜馬拉雅造山運動的影響下，火山間歇性的噴發(fā)，使地殼經(jīng)歷了一系列的斷裂，抬升，地下玄武質熔漿噴出地面，冷卻形成玄武巖臺地[7,8]。

2 區(qū)域重力異常及地質意義分析

研究區(qū)的重力場值變化較大，總體上異常形態(tài)呈北東向展布，且由西北向南東異常幅度逐漸減低。根據(jù)布格重力異常特點，研究區(qū)由北向南可分為三個重力異常區(qū)（圖2）。

2.1 撫松—和龍重力高異常區(qū)

該區(qū)主體位于調查區(qū)北部（圖2中的Ⅰ區(qū)），從撫松經(jīng)兩江、松江鎮(zhèn)到和龍市一帶。其布格重力異常特征是全區(qū)最高的重力異常區(qū)，場值在-50～ -28 mgal之間變化。在撫松—萬良—新屯子鎮(zhèn)一帶，等值線近南北向展布，場值為-50～-35 mgal，水平梯度相對較緩。在露水河以北，經(jīng)兩江鎮(zhèn)、松江鎮(zhèn)，一直到和龍市，等值線走向為東西向，場值在-50～-28 mgal之間變化，局部地段水平梯度偏陡。經(jīng)異常分離后，剩余異?；緸橹亓Ω弋惓?，異常幅值達3～10 mgal，幅值大的異常水平陡度偏陡些。布格重力異常和局部剩余異常中，撫松—新屯子鎮(zhèn)一線等值線呈南北向，以重力高為特征。露水河以北—兩江—和龍一帶，以近東西向展布的重力高為特點?？傮w上，高重力高異常區(qū)的西部和東部分別對應龍崗地塊和和龍地塊太古界變質結晶巖系分布區(qū)。

2.2 泉陽—寶山鎮(zhèn)相對重力低異常區(qū)

該區(qū)位于調查區(qū)西部（圖2中的Ⅱ區(qū)），北起露水河，向南經(jīng)泉陽、松江河鎮(zhèn)、樺樹鎮(zhèn)，到寶山鎮(zhèn)一帶。布格重力異常圖，重力場值是全區(qū)相對較低異常區(qū)。雖然異常等值線形態(tài)不規(guī)則，但總體基本呈北東向展布，盡在局部有南北向和北西向異常。北部泉陽—露水河一帶場值相對較低，變化在-73～ -50 mgal之間，且水平梯度偏陡。在南部鬧枝鎮(zhèn)—四道溝—寶山鎮(zhèn)一帶，存在兩個北西西向展布的重力低異常區(qū)，場值分別在-68～ -60 mgal和-73～ -50 mgal之間變化，其東側異常長軸近NS北向展布。異常分離后的剩余異常特征顯示,該區(qū)存在4處重力低和7處重力高，重力低幅值為7～15 mgal，重力高幅值為3～5 mgal，前者水平梯度偏陡，后者偏緩。

值得注意的是該區(qū)存在4個明顯的重力低值區(qū)，其中南部的3個低值區(qū)長軸方向均為北西向，在地表地質圖（圖1）中能明顯找到低值的原因。如最南側的低重力異常對應六道溝鎮(zhèn)北西的燕山期花崗巖體；接著北側的低重力異常對應鬧枝鎮(zhèn)燕山期花崗巖體；仙人橋地區(qū)的低重力異常對應仙人橋鎮(zhèn)燕山期花崗巖體。該區(qū)北部的一個對稱的低重力異常由于地表玄武巖覆蓋，異常性質將通過重磁電聯(lián)合反演在下文中進行分析。

根據(jù)區(qū)域地質證據(jù)，該區(qū)除太古界變質結晶巖系外，廣泛分布有北東向展布的元古代、古生代和中生代地層，因此，總體呈北東向展布的這一相對低重力異常區(qū)可能是太古界基底之上具有較厚的元古代—中生代地層所引起的，而中部近南北向展布的布格重力異常等值線可能與斷裂構造有關。

2.3 長白縣—漫江—崇善鎮(zhèn)重力低異常區(qū)

該區(qū)位于研究區(qū)東南端（圖2中的 Ⅲ區(qū)），是全區(qū)異常最低的區(qū)域，異常值介于-80～-94 mgal之間，最低可達-120 mgal。這一低異常區(qū)以長白山天池為中心，向外圍沿長白—漫江鎮(zhèn)—馬鞍山林場—馬鹿溝林場—崇善鎮(zhèn)一線構成一總體呈北東向展布的弧形區(qū)?；⌒螀^(qū)長約350 km左右，寬約150 km左右。布格重力異常等值線特征也是弧形展布。兩個重力場值最低的區(qū)域分別位于長白山天池（-94 mgal）和長白縣馬鹿溝鎮(zhèn)（-96 mgal）。以這兩個重力低為中心，西側從十四道溝—漫江一帶等值線呈南北向，由漫江—馬鞍山林場等值線呈北東向，北側從馬鞍山林場—馬鹿溝林場—崇善鎮(zhèn)一帶等值線基本呈東西向。異常分離后的剩余異常特征顯示，該區(qū)存在6處重力低，5處重力高。水平梯度在北部二道白河—馬鹿溝林場一帶偏陡，其區(qū)域相對較緩。

圖 3 重磁電剖面聯(lián)合反演結果Fig.3 Joint inversion of gravity magnetism and MT pro fi le

值得一提的是該區(qū)北部二道白河以東，和龍南側的低重力異常與中生代百里坪巖體對應。

3 重磁電聯(lián)合反演

為了確定圖2中的Ⅱ區(qū)最北部的低重力異常的意義，本文對經(jīng)過該區(qū)的一條北西向測線的重磁電剖面數(shù)據(jù)進行了聯(lián)合反演，反演結果見圖3。

從反演的結果來看，引起低重力異常的地質體，不但密度較低，而且具有較高的電阻率，推測為花崗巖侵入體，這一結果最近已經(jīng)得到了鉆井的驗證。

4 結論

通過將重力異常圖與地質圖對應的定性地質解釋，以及對研究區(qū)重磁電剖面的聯(lián)合反演與解釋，本文對長白山玄武巖覆蓋區(qū)的區(qū)域重力異常的地質意義進行了研究，得出如下結論：

（1）長白山地區(qū)的低重力異常主要由中新生代的侵入巖體引起。隱伏的巖體不但具有低密度的特點，而且具有較高的電阻率。這一特征是推測沉積盆地與巖體的區(qū)別；

（2）聯(lián)合反演不僅能夠充分發(fā)揮重磁橫向分辨率較高和電法測深縱向分辨率高的特點，而且在減少地球物理反演多解性，準確確定地質體的地質性質方面具有獨到的優(yōu)勢；

（3）磁異常在玄武巖覆蓋區(qū)受玄武巖的干擾較大，對地下地質體的反映作用有限，僅具有參考意義，重力測量與可控源音頻大地電磁測深是非常有效的探測手段。

參考文獻：

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