本溪—集安地区三维地质结构重磁电综合解释

张宏嘉，曹 亮，李福文，李桐林

1.吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林 长春 130026； 2.吉林省区域地质矿产调查所，吉林 长春 130012；3. 吉林省 勘查地球物理研究院，吉林 长春130 0 12

本溪—集安地区是中国地调局确定的全国19个重点成矿区带之一的辽东—吉南成矿带的一部分(图1)。该区横跨两个不同地质构造单元，一是太古代古陆核，由太古代变质岩组成，其控矿作用明显，是本区重要的含矿建造，主要矿产有铁(鞍山式铁矿)、铜（锌）、金、黄铁矿等；二是元古代辽吉古裂谷带，其内矿产资源十分丰富，如菱镁矿、滑石、铅锌、硼、钴、铁、金、铀等大型或超大型矿床。研究区的太古代含矿建造除在研究区的北部出露地表外，大部都处于隐伏状态，元古代辽吉古裂谷带沉积巨厚并且被古生代、中新生代沉积盖层覆盖，且无论是太古代含矿建造还是辽吉古裂谷带都经历了多期构造与岩浆侵入活动。查明该区深部地质结构与构造，将对研究区找矿具有非常重要的意义。为此，2012年中国地质调查局三维地质填图与深部地质调查试点计划项目确定了“本溪—临江地区深部地质调查”工作项目，本文即是工作项目中的部分研究内容。2012年我们在研究区共完成5条重、磁、电综合剖面，同时对研究区涉及的主要地质体的物性也进行了测量。在收集与分析前人关于该区地层、构造、侵入岩、矿产资料的基础上，本文模拟和反演了5条综合地球物理剖面并对剖面进行了综合地质解释。

1 研究区地质概况

本溪—临江地区位于前寒武构造域、古亚洲构造域和滨太平洋构造域的叠置部位，地质历史复杂、漫长，地质构造复杂，经历了太古代陆核形成、元古代地台形成、古生代稳定地台演化和中新生代大陆边缘活动等阶段。太古代—古元古代形成古老变质结晶基底，晚三叠世以来特别是侏罗纪—早白垩世叠加大规模的构造岩浆活动。

工作区属华北地层区，地层出露较齐全，由下到上依次为太古界表壳岩、古元古界辽河群、新元古界青白口系、南华系、古生界及中生界。在工作区的河流、沟谷中分布有少量的新生界第四系松散沉积物。

图1 研究区大地构造与位置图Fig.1 The tectonic structure and locationmap of the study area

1.1 地层

（1）太古宇：太古宇在辽东地区称之为鞍山群，为一套遭受区域变质作用而形成的中深变质岩系，主要分布在龙岗地块上，太古代地层绝大部分呈残留体分布于大面积花岗质片麻岩之中，是著名的“鞍山式”铁矿的赋矿层位。

（2）古元古界：古元古代地层在辽宁省称为辽河群。

辽河群自下而上由浪子山组、里尔峪组、高家峪组、大石桥组和盖县组所组成。浪子山组和里尔峪组通常称为辽河群下亚群，由砂岩-泥质岩-火山岩组合组成；高家峪组、大石桥组和盖县组通常称为辽河群上亚群，由砂岩-泥质岩-碳酸盐岩组合构成。下亚群的火山岩属钙碱性-碱性系列，以中酸性火山岩（熔岩、凝灰岩）为主，夹少量玄武岩，局部出现双峰式火山岩。

（3）新元古界青白口系、南华系：在工作区广泛出露，由下至上有青白口系钓鱼台组、南芬组，南华系的桥头组、康家组。

钓鱼台组（Qbd），工作区出露广泛，岩性为薄-中厚层-厚层石英砂岩、含砾石英砂岩及石英岩质砾岩。

南芬组（Qbn），工作区出露广泛，其整合于钓鱼台组之上。岩性为钙质、粉砂质页岩和泥质泥晶灰岩。

桥头组（Nhq），工作区出露广泛，主要岩性下部为石英砂岩夹页岩，上部为厚层石英砂岩。

康家组（Nhk），主要出露于桥头、南芬等地，主要岩性泥灰岩、页岩及粉砂岩。

（4）古生界：工作区出露较广，岩石地层单位出露较齐全。自下而上有寒武系碱厂组、馒头组、张夏组、崮山组、炒米店组，寒武系—奥陶系冶里组，奥陶系亮甲山组、马家沟组，石炭系本溪组、太原组，石炭系—二叠系山西组及二叠系石盒子组。

（5）中生界：主要出露于工作区北部，有三叠系下统红砬组、中统林家组，侏罗系中统小东沟组，侏罗系—白垩系小岭组，白垩系下统大峪组。

（6）新生界：主要分布于山间洼地及河谷地带。往往构成河流一级阶地、二级阶地、现代河床及高河漫滩。

1.2 岩石

（1）侵入岩：区内侵入岩分布广泛，形成时代有：新太古代大河沿片麻岩和下马塘二长花岗岩、晚三叠世闪长岩、赛马碱性岩体、中侏罗世的二长花岗岩、晚侏罗世的似斑状二长花岗、早白垩世花岗斑岩以及后期的各类脉岩。

（2）火山岩：自中生代以来，工作区已上升为陆地而成为欧亚大陆板块的一部分。受太平洋板块北西向作用影响，产生了一系列北东向分布的断裂和褶皱，伴随着这种作用，在区内形成了以中心式火山喷发为主要特点的火山活动。

工作区内火山喷发活动主要分布在工作区中东部中生代断陷盆地内部，火山喷发的强度和规模大，分布范围广，形成区内大面积分布的各类火山岩，主要出露于工作区本溪、赛马桓仁和集安一带。区域上总体为不规则带状、条带状呈北东向展布，而在赛马一带呈东西向带状展布。其中晚侏罗世火山岩为一套中性火山岩岩石组合，区内构成多个喷发韵律，以火山喷发角度不整合覆盖于下伏地层之上。早白垩世火山岩主要为中基性火山岩组合，以火山喷发角度不整合覆盖于晚侏罗世—早白垩世和更老的地质体之上。

1.3 构造

工作区位于华北地台胶辽古陆上（图1），进一步分为两大地质构造单元：北部为龙岗地块，为太古代古陆核，发育一套深变质岩石，是著名鞍山式铁矿赋存的层位；南部为辽吉古裂谷带。在太古代古陆核与辽吉古裂谷带过渡带附近发育古生代太子河坳陷和太平哨坳陷。在中生代时期本区处于滨太平洋构造域内，地壳构造变形、岩浆活动和成矿作用十分强烈，对早期地质体和构造进行叠加、改造和破坏。

（1）太古宙构造演化阶段：发育于古老的太古宙结晶基底的变质岩系中，其岩石类型有太古宙地层和变质深成侵入体，主要表现为深层次的韧性变形构造形迹，反映了当时陆壳增生过程中的强烈构造活动过程。

（2）古元古代构造演化阶段：古元古代构造演化表现出从辽吉裂谷拉开到闭合造山的整个构造发展过程。古元古代阶段岩浆作用强烈，形成火山岩-陆源碎屑岩-碳酸岩建造；中元古代阶段无岩浆作用，形成陆源碎屑岩-碳酸岩沉积建造。

（3）新元古代至古生代构造阶段：该阶段发育一整套稳定的板内海相、海陆交互相和陆相沉积岩系，构造变形极弱说明华北板块已经处于稳定的克拉通时期，构造形迹表现为表浅层次的脆性构造。

（4）中生代构造阶段：在工作区内早期（印支运动）可识别的迹象有发育于新元古代—古生代地层中的北西向断裂和近北西走向的宽缓褶皱，同时伴有花岗岩体的侵位，工作区出露大量的印支期花岗岩，有岔信子岩体、小苇沙河岩体、龙头岩体等；表浅层次的脆性构造较发育，并见其明显被侏罗纪火山-沉积岩覆盖。晚期（燕山运动）区内构造作用非常强烈，表现为强烈的岩浆作用，北东向断裂构造非常发育，并见有强烈的逆冲推覆构造形迹，最终形成中生代盆-岭构造体系。

（5）新构造运动：工作区内新生代构造运动主要表现为持续抬升，沿浑江、太子河主水系两岸发育，最高可达四级阶地，局部见有玄武岩喷发。

2 地球物理测量与数据处理解释

2.1 地球物理测量

本次工作共实施重磁电剖面5条，其剖面分布见图2。

5条物探剖面总长度为865 km。重力、磁法点距为250m，总物理点为3 465个。大地电磁测深（MT）基本点距为5 km，共布设完成MT点182个。本次工作采用了国外先进的仪器设备。大地电磁测深使用了加拿大凤凰公司的V5-2000系列电磁仪，磁测使用了加拿大GEM公司GSM-19T微机质子磁力仪，重力测量使用了美国BURRIS型高精度金属弹簧重力仪。测量严格按有关规范进行，除城市和矿区附近大地电磁受到严重干扰以外，多数测量结果可以用于地质解释。

2.2 物性测量

本次工作共采集物性样本330件。测量结果见表1、表2和表3。物性的总体规律可归纳如下：

对地层而言，太古界的茨沟岩组、大峪沟组和樱桃园组岩性密度大，磁性高和电阻率高；元古界的浪子山组，里尔峪组，高家裕组岩性密度较高，磁性偏低，大石桥组和盖县组岩性密度较高，磁性偏低，高家裕组岩性电阻率略高；清白口系密度中等，磁性无电阻率中等；古生界：密度偏低、磁性弱和电阻率偏低；中生界和新生界的密度低、磁性弱，电阻率也低。

对侵入岩地层而言，侵入岩整体上磁性都偏高，其中大苏河片麻杂岩大于新宾片麻杂岩，新宾片麻杂岩与赛马碱性花岗岩大致相当，赛马碱性花岗岩大于白垩纪花岗岩；密度方面，大苏河片麻杂岩最高，新宾片麻杂岩次之，赛马碱性花岗岩密度偏高，与元古界沉积岩密度相当，白垩纪花岗岩的密度最低；电阻率方面，大苏河片麻杂岩电阻率高，新宾片麻杂岩电阻率较高，侏罗纪，白垩纪侵入花岗岩电阻率较高。

2.3 地球物理反演

本文综合地球物理剖面反演使用国际上先进的重磁重磁拟合软件GM SYS和大地电磁测深软件SCS2D。

GM SYS系统是美国西北地球物理联合公司和加拿大软件公司合作研究的软件系统,该系统主要以重、磁模拟为主,可结合包括地震位图在内或其它位图资料到模拟过程中的联合反演解释系统软件。界面上部是拟合的重、磁剖面,下部是地震位图或地质模型。该系统界面友好,功能强大,模拟过程快速简单，本文用其对5条重磁剖面进行的精细拟合反演。

图2 剖面位置及编号示意图Fig.2 Sketchmap of pro fi le location and identi fi er

表1 岩矿石电阻率统计表Table 1 Resistivity statistics of the rock and ore

表2 岩矿石密度参数统计表Table 2 Density parameters statistics of the rock and ore g/cm3

SCS2D是美国Zonge公司的大地电磁测深2维反演软件。该软件不但可处理TM模式数据也可处理TE模式数据，并且可以很好的模拟起伏地形，适应地形的变化。由于其算法是平滑模型反演，可人为的调整反演的平滑度（包括横向和纵向），使得横向和纵向的反演结果都有很高的可信度。本文用其对5条大地电磁测深剖面进行了反演。

由于文章篇幅的限制，我们这里仅给出其中的两条代表性剖面。其中一条是大致东西向的8号剖面，该剖面主体处于龙岗地块上。另一条是大致北西—南东向的5号剖面，该剖面跨越龙岗地块，辽吉裂谷的北部斜坡带和中间凹陷带。

2.4 地球物理综合解释

8号剖面（图3）：由西到东，磁异常和重力异常总体上逐步降低，反演的深部电阻率则表现为由高到低，又由低变高的变化趋势。根据地表的岩性及重磁电反演的结果，我们认为在龙岗地块或北缘斜坡内，西部基底主体为新太古代大苏河片麻杂岩，而东部基底或深部为新太古代新宾片麻杂岩。无论是密度还是磁性，前者都大于后者。东西部反演的深部电阻率有较大的差别，推测是西部干扰较大，近源场造成的。太古代片麻岩表现为高阻，而远古界、古生界和中生界则表现为低阻。

2号剖面（图4）：由北西到南东，磁异常总体变化不大，重力异常在总体变低的趋势下，存在较大的起伏，根据地表的岩性及重磁电反演的结果，推测主要是花岗岩侵入的结果。太古代片麻岩在北西出露地表，向南东逐渐加深，但进入辽吉裂谷中央凹陷则消失，取而代之的是高阻、高密度的花岗岩。电阻率最低的地方为侏罗系沉积盆地，中等电阻率的为远古界地层或早中生代侵入杂岩。

3 结论

（1）龙岗地块太古代基底埋深由北向南逐渐加深，辽吉裂谷基底主要为花岗岩。

（2）在北缘斜坡内，西部基底为新太古代大苏河片麻杂岩，东部为新太古代新宾片麻杂岩，前者的磁性和密度都大于后者。

图3 8号剖面的重磁电反演图Fig.3 GME inversion fi gure of No.8 pro fi le

表3 岩矿石磁参数统计表Table 3 Magnetic parameters statistics of the rock and ore

（3）辽吉裂谷内重力低的地方多为侵入花岗岩或中生代盆地。裂谷内侵入活动强烈，即使存在局部太古界，规模和厚度都不会很大。元古代辽吉花岗岩多数为后期侵入岩包围，印支和燕山期花岗岩与裂谷可能存在继承关系。

（4）辽吉裂谷内的多金属矿床主要分布在重力高和重力低的过渡带上，即分布在残留地层和侵入花岗岩的接触带附近，与印支和燕山期侵入体及特定地层有关。铁矿主要与鞍山群地层的高磁异常对应。硼矿、菱镁矿与远古界特定层位有关。

（5）根据重磁电的测量结果，通过反演出的物性，可以对地下地质体的形状和性质进行综合推断。

图4 5号剖面的重磁电反演图Fig.4 GME inversion fi gure of No.5 profile

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