虎新軍，陳曉晶，曹園園，陳濤濤，卜進(jìn)兵，倪 萍>

(寧夏回族自治區(qū)地球物理地球化學(xué)勘查院，寧夏 銀川 750001)

1 引 言

隨著硝口巖鹽礦開(kāi)采程度的日益加深，針對(duì)巖鹽礦成礦地質(zhì)條件的研究也越來(lái)越深入，諸多研究成果表明[1-3]，構(gòu)造對(duì)巖鹽礦沉積、成巖、改造、再富集的演化過(guò)程中，起著極其重要的作用，礦體的賦存與斷裂的發(fā)育特征具有緊密的依存關(guān)系。因此，在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造認(rèn)識(shí)的指導(dǎo)下，厘定本區(qū)構(gòu)造體系，尤其是硝口巖鹽礦區(qū)的斷裂展布性狀與局部構(gòu)造展布形態(tài)尤為重要。然而，受青藏高原隆升而產(chǎn)生的北東向擠壓應(yīng)力持續(xù)作用，在東部穩(wěn)定的“南北古脊梁”阻擋下，形成右旋走滑應(yīng)力分量，雙重的應(yīng)力作用將本區(qū)置于復(fù)雜的構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境中[3-9]，斷裂構(gòu)造與局部構(gòu)造單元的原始面貌均有不同程度的改變，尤其是在黃土覆蓋區(qū)，厘定難度更大。

近年來(lái)，運(yùn)用地球物理邊界識(shí)別技術(shù)對(duì)隱伏斷裂的解譯越來(lái)越成熟[10]。已有的研究成果[11-14]探討出了能夠針對(duì)厚新生界覆蓋的斷陷盆地內(nèi)，由拉張應(yīng)力形成的各級(jí)別斷裂有較好識(shí)別效果的一整套技術(shù)方法組合。本次在前人研究的成熟技術(shù)思路指導(dǎo)下進(jìn)行了優(yōu)化，以1∶5萬(wàn)區(qū)域重力資料為基礎(chǔ)，運(yùn)用小波多尺度分解技術(shù)對(duì)構(gòu)造進(jìn)行由淺至深動(dòng)態(tài)式“掃描”，選取能夠反映本區(qū)斷裂展布特征的重力場(chǎng)，求取歸一化標(biāo)準(zhǔn)差與斜導(dǎo)數(shù)，精準(zhǔn)定位斷裂位置，厘定斷裂體系，并結(jié)合鉆孔資料與CSAMT剖面資料對(duì)硝口巖鹽礦區(qū)構(gòu)造特征進(jìn)行了精細(xì)分析。

2 地質(zhì)構(gòu)造概況

根據(jù)寧夏最新的動(dòng)態(tài)構(gòu)造區(qū)劃方案“侏羅紀(jì)—第四紀(jì)構(gòu)造單元?jiǎng)澐帧盵15]，硝口凹陷及周緣地區(qū)橫跨祁連早古生代造山帶(Ⅲ2)與阿拉善微陸塊(Ⅲ4)兩個(gè)構(gòu)造單元，隸屬于西華山—六盤(pán)山?jīng)_斷帶(Ⅲ21-1-2)與煙筒山—窯山?jīng)_斷帶(Ⅲ41-1-4)。新生代以來(lái)喜山運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的擠壓，造成本區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育。至今新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)仍十分強(qiáng)烈，對(duì)現(xiàn)代地貌形態(tài)影響較大(圖1)。

1-靈武組；2-洪積層；3-彰恩堡組；4-清水營(yíng)組；5-寺口子組；6-乃家河組；7-馬東山組；8-李洼峽組；9-活動(dòng)正斷層；10-隱伏斷層；11-逆斷層圖1 固原地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造略圖Fig.1 Geological structure map of Guyuan area

3 硝口周緣斷裂體系

3.1 斷裂特征解譯

運(yùn)用歸一化標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)重力1階、2階、3階小波剩余場(chǎng)進(jìn)行處理，運(yùn)用斜導(dǎo)數(shù)對(duì)重力1階、2階、3階小波區(qū)域場(chǎng)進(jìn)行處理，結(jié)合二者處理結(jié)果，綜合推斷硝口周緣地區(qū)斷裂展布，效果良好。

3.1.1 歸一化標(biāo)準(zhǔn)差

3階小波剩余場(chǎng)歸一化標(biāo)準(zhǔn)差處理結(jié)果(圖2c)主要體現(xiàn)出北北西向展布的斷裂，尤其是沿李俊鄉(xiāng)—沙溝鄉(xiāng)—葉家河鄉(xiāng)—硝口鎮(zhèn)一線分布的月亮山北麓斷裂行跡最為清晰；2階小波剩余場(chǎng)歸一化標(biāo)準(zhǔn)差處理結(jié)果(圖2b)中月亮山北麓斷裂的極大值條帶分布勻稱(chēng)，斷裂東側(cè)的北北西向斷裂的線性特征清晰，具弧形特征，北北東向斷裂特征顯現(xiàn)，與北北西向斷裂形成“X”型交切關(guān)系；1階小波剩余場(chǎng)歸一化標(biāo)準(zhǔn)差處理結(jié)果(圖2a)將淺部斷裂特征刻畫(huà)得異常清晰，北西西向與北東向兩組斷裂的相互交切現(xiàn)象凸顯，月亮山北麓斷裂被北東向小規(guī)模斷裂逐次左階錯(cuò)斷形成5個(gè)亞段。

3.1.2 斜導(dǎo)數(shù)

3階小波區(qū)域場(chǎng)斜導(dǎo)數(shù)處理結(jié)果(圖2f)僅對(duì)月亮山北麓斷裂葉家河以南段有一定的跡象；2階小波區(qū)域場(chǎng)斜導(dǎo)數(shù)處理結(jié)果(圖2e)對(duì)月亮山北麓斷裂全段得以清晰的刻畫(huà)，東部斷裂逐漸顯現(xiàn)，平面延伸均不長(zhǎng)，線性特征較弱；1階小波區(qū)域場(chǎng)斜導(dǎo)數(shù)處理結(jié)果(圖2d)細(xì)致地反映了斷裂的細(xì)節(jié)特征，馬東山背斜東翼斷裂表現(xiàn)出一簇向北東凸出的弧形斷裂，北東向斷裂對(duì)北北西向斷裂的錯(cuò)斷現(xiàn)象更加清楚。

圖2 重力異常處理及其推斷斷裂結(jié)果Fig.2 Gravity anomaly processing and inferred fracture results

3.1.3 斷裂綜合劃定

對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，歸一化標(biāo)準(zhǔn)差與斜導(dǎo)數(shù)處理結(jié)果共同刻畫(huà)了硝口巖鹽礦周緣地區(qū)斷裂展布形態(tài)及相互關(guān)系，但二者之間具有較明顯的差異性，歸一化標(biāo)準(zhǔn)差處理結(jié)果(圖2(a)～圖2(c))對(duì)月亮山北麓斷裂(FⅠ2)細(xì)節(jié)刻畫(huà)更清楚，對(duì)馬東山凸起內(nèi)部的小規(guī)模斷裂也具有較強(qiáng)的識(shí)別與劃定作用，斜導(dǎo)數(shù)處理結(jié)果(圖2(d)～圖2(f))則主要反映了月亮山北麓斷裂、馬東山東麓斷裂及其他北西向斷裂整體分布格架及斷裂之間的相互交切關(guān)系。本次硝口巖鹽礦周緣地區(qū)斷裂整體形態(tài)的劃定以斜導(dǎo)數(shù)處理結(jié)果斷裂整體特征為基礎(chǔ)，綜合了歸一化標(biāo)準(zhǔn)差處理結(jié)果對(duì)斷裂細(xì)節(jié)刻畫(huà)的特點(diǎn)。

以區(qū)域斷裂分級(jí)方案，將歸一化標(biāo)準(zhǔn)差與斜導(dǎo)數(shù)綜合推斷斷裂分為Ⅰ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)，其中Ⅰ級(jí)斷裂1條，為月亮山北麓—六盤(pán)山東麓斷裂(FⅠ2)，Ⅳ級(jí)1條，為馬東山東麓斷裂(FⅣ1)，其余24條為局部構(gòu)造單元內(nèi)部小規(guī)模斷裂(圖3)。

3.2 斷裂體系厘定

根據(jù)斷裂性質(zhì)、斷裂發(fā)育特征及相互交切關(guān)系，將劃定的26條斷裂歸為兩個(gè)體系：北西向斷裂系與北東向斷裂系。

3.2.1 北西向斷裂系

北西向斷裂系以月亮山北麓斷裂為典型代表，是本區(qū)主要發(fā)育的斷裂類(lèi)型。斷裂多呈北東向微凸的“弧形”展布特征，延伸長(zhǎng)度大。因受擠壓應(yīng)力作用，多展布于擠壓變形帶的中前緣，，如FⅣ1、FⅤ8、FⅤ15等；在兩組逆沖帶的轉(zhuǎn)換部位，差異化擠壓造成局部的拉張應(yīng)力作用，在硝口、上店子等區(qū)域形成了一系列小規(guī)模正斷層，多為局部次級(jí)凹陷的邊界斷裂或內(nèi)部分帶斷裂，如：FⅤ2、FⅤ3、FⅤ10等；特殊的月亮山北麓斷裂為“中深部逆沖、淺部正斷”的復(fù)合斷裂帶特征，推斷月亮山持續(xù)隆升、硝口—上店子—沙溝一線持續(xù)下降進(jìn)而產(chǎn)生大規(guī)模逆沖前緣推覆體，在重力勢(shì)能作用下，在前期逆沖斷層的基礎(chǔ)上，上盤(pán)整體滑落，形成淺部正斷層。

3.2.2 北東向斷裂系

北東向斷裂系多具局部發(fā)育、平面延伸距離較小的特征。來(lái)自西南向的擠壓應(yīng)力產(chǎn)生明顯的推覆構(gòu)造體系，持續(xù)擠壓作用使得于不同構(gòu)造部位，產(chǎn)生差異化的變形效應(yīng)，這種應(yīng)力調(diào)節(jié)作用是北東向斷裂形成的主要力學(xué)機(jī)制。北東向斷裂均具明顯的走滑特征，本區(qū)基本以左行走滑為主，如：FⅤ1、FⅤ9、FⅤ12，個(gè)別斷裂為右行走滑性質(zhì)(FⅤ4)。

1.地質(zhì)實(shí)測(cè)斷裂；Ⅰ級(jí)推斷斷裂；Ⅳ級(jí)推斷斷裂；Ⅴ級(jí)推斷斷裂圖3 固原地區(qū)斷裂展布Fig.3 Layout of faults in Guyuan area

4 硝口巖鹽礦區(qū)斷裂特征

受青藏塊體北北東向推覆作用，硝口巖鹽礦區(qū)及其周緣整體處于擠壓應(yīng)力環(huán)境，但硝口巖鹽礦北側(cè)的馬東山背斜南部?jī)A末端直接與月亮山?jīng)_斷帶相接，南側(cè)的開(kāi)城以南處于祁連早古生代造山帶與鄂爾多斯西緣擠壓縫合區(qū)，在受同一擠壓應(yīng)力過(guò)程中，巖鹽礦南北兩側(cè)隆起的基底較為穩(wěn)固，變形位移量??；硝口巖鹽礦區(qū)域基底埋深大，上覆的六盤(pán)山群地層塑性強(qiáng)，變形位移量大。差異性的變形使得硝口地區(qū)形成了局部拉張應(yīng)力環(huán)境，內(nèi)部發(fā)育的均為正斷層，南北邊界斷裂則為走滑斷層。

4.1 斷裂平面特征

以1∶5萬(wàn)區(qū)域重力小波1階細(xì)節(jié)場(chǎng)為基礎(chǔ)，通過(guò)求取垂向二階導(dǎo)數(shù)，劃定了硝口地區(qū)斷裂平面展布形態(tài)(圖4)。

重力小波1階細(xì)節(jié)場(chǎng)反映了硝口巖鹽礦區(qū)斷裂發(fā)育概貌，4條北西走向的斷裂跡象清晰，為北西向重力高、低異常條帶的分界。最西側(cè)為月亮山北麓斷裂(FⅠ2)，走向北西西305°，控制了次凹的西側(cè)邊界，與其相鄰的為小規(guī)模斷裂FⅤ2-1，呈北東向微凸的弧形展布，與斷裂FⅠ2共同控制了西側(cè)斷塊條帶；斷裂FⅤ2-2與FⅤ2-1平面展布特征類(lèi)似，二者夾持形成了中部斷塊條帶；斷裂FⅤ3為礦區(qū)東邊界。北邊界斷裂FⅤ4為北東走向的右行走滑斷裂，南邊界斷裂FⅤ1為北東向左行走滑斷裂。

1-未見(jiàn)礦鉆孔；2-見(jiàn)礦鉆孔；3-行政單位；4-聯(lián)井剖面；5-實(shí)測(cè)斷裂；6-推斷斷裂圖4 固原硝口巖鹽礦區(qū)重力異常推斷斷裂分布Fig.4 Distribution map of gravity anomaly inferred faults of Xiaokou rock salt deposit in Guyuan

4.2 斷裂剖面特征

以8口鉆孔資料為基礎(chǔ)，結(jié)合CSAMT資料，構(gòu)建了2條二維聯(lián)井剖面(位置見(jiàn)圖4)，對(duì)斷裂平面特征進(jìn)行校正，分析了斷裂剖面傾向特征(圖5)。

根據(jù)斷裂展布形態(tài)及其鉆遇地層(礦層)分析：月亮山北麓斷裂FⅠ2為正斷性質(zhì)，傾向北北東35°，傾角約60°，根據(jù)ZK206與ZK103鉆遇的K1m、K1n厚度及埋深推算斷裂斷距大于1 800 m；FⅤ2-1斷裂為西傾正斷層，與FⅠ2斷裂組成反“Y”字結(jié)構(gòu)，傾向南南西228°，傾角約65°，斷距由北向南逐漸變小，在ZK301—ZK201一線，斷距約300 m；FⅤ2-2斷裂為東傾正斷層，北東傾向50°，傾角約63°，斷距南北變化不大，約140 m；FⅤ3斷裂東傾正斷層，北東傾向52°，傾角約65°，斷距比較大，斷裂兩側(cè)的鉆孔推斷斷距約1 200 m。

1-第四系；2-清水營(yíng)組；3-乃家河組(巖鹽礦層)；4-馬東山組；5-馬東山組—三橋組；6-礦區(qū)斷裂圖5 硝口巖鹽礦區(qū)電性剖面與地質(zhì)推斷剖面Fig.4 Electric slope and inverted geological profile of combined wells in Xiaokou rock salt mine

5 結(jié) 論

1)斷裂性質(zhì)、斷裂發(fā)育特征及相互交切關(guān)系表明，硝口巖鹽礦區(qū)及周緣發(fā)育的斷裂劃歸為北西向斷裂系與北東向斷裂系兩個(gè)體系。北西向斷裂系以月亮山北麓斷裂為典型代表，多呈北東向微凸的“弧形”展布特征，延伸長(zhǎng)度大，為典型的逆沖推覆斷層；北東向斷裂系局部發(fā)育、平面延伸距離較小，具明顯的走滑特征，本區(qū)基本以左行走滑為主，個(gè)別斷裂為右行走滑性質(zhì)。

2)硝口巖鹽礦區(qū)及其周緣整體處于擠壓應(yīng)力環(huán)境，在受同一擠壓應(yīng)力過(guò)程中，巖鹽礦區(qū)南北兩側(cè)隆起的基底較為穩(wěn)固，變形位移量?。簧细驳牧P(pán)山群地層塑性強(qiáng)，變形位移量大。差異性的變形使硝口地區(qū)形成了局部拉張應(yīng)力環(huán)境。

3)硝口巖鹽礦區(qū)發(fā)育4條北西走向斷裂正斷層，月亮山北麓斷裂(FⅠ2)控制了巖鹽礦西側(cè)邊界，F(xiàn)Ⅴ2-1斷裂與FⅠ2控制了西部塹塊帶，F(xiàn)Ⅴ2-2斷裂與FⅤ2-1斷裂夾持形成了中部壘塊帶，斷裂FⅤ3為巖鹽礦區(qū)東邊界，與FⅤ2-2斷裂構(gòu)成了東部塹塊帶的邊界。北邊界FⅤ4斷裂具有右行走滑特征，南邊界FⅤ1斷裂為左行走滑性質(zhì)。