松辽盆地北部布格重力异常场源分布

魏代云，吴燕冈，郇恒飞

（1.中国科学技术大学 地球和空间科学学院，合肥 230026；2.吉林大学 地球探测科学与技术学院，长春 130026）

0 引言

布格重力异常是经过布格改正以后的重力异常，它反映了除地表地形以外的内部密度异常分布，与浅、深部构造单元密切相关。研究发现地球内部存在多个密度界面［1］，这些密度界面的起伏对布格重力异常的贡献非常大，因而常常利用布格重力异常反演密度界面起伏。对密度界面的反演可以帮助我们更好地研究地球内部结构，了解区域性构造和深部构造运动问题，以及进一步勘探与构造有关的矿产资源和油气储藏等。

密度界面的反演方法很多，如地震和重力。对地震而言，利用密度界面的强反射特性可以获得密度界面的深度。对于重力而言，在一定的先验条件下（如平均深度），重力资料反演也可以获得较准确的密度界面。重力反演方法也有许多，如实数域等效反演法，它是利用等效棱柱体拟合来满足重力异常观测，从而达到求解密度界面的目的。该方法的不足之处在于，如果测区很大，网格很密，数据很多，计算会比较慢，故不被广泛应用［2］。频率域Parker迭代反演方法恰恰解决了这个问题，由于它引入了快速傅里叶变换，使得反演计算更加省时省力［3－6］。

松辽盆地位于我国东北地区，是我国最大的陆相坳陷型含油含气盆地，著名的大庆油田就位于盆地之中。本文利用20万布格重力异常资料（图1），假设布格重力异常是深部不同密度界面共同作用的结果，利用匹配滤波方法对局部场与区域场进行分离，进而了解不同场源的重力异常分布特点和界面深度问题。最后，基于Parker迭代反演方法进行密度界面的反演，并讨论该界面与构造作用的联系。

1 局部场与区域场的分离

从松辽盆地北部的布格重力异常图（图1）中可以看出，布格重力异常总体趋势呈北东和北北东向展布，变化幅值达－300×10－6～170×10－6m／s2。整个松辽盆地北部以负异常为主，中部地区布格重力异常平缓，在齐齐哈尔—泰来、海伦—青冈等区域出现正异常。齐齐哈尔—泰来、北安—绥化、庆安—双城表现为明显的布格重力异常梯度带，这些梯度带大致与松辽盆地北部区域的边界重合。

局部场以高频成分为主，区域场以低频成分为主。根据局部场与区域场频率成分的不同，利用匹配滤波方法分离出不同深度上的场源［7－8］。在重力异常处理中，首先要对布格重力异常做一阶垂向导数，然后求取径向平均对数能谱曲线（图2），计算不同场源的平均深度。

图1 松辽盆地北部布格重力异常等值线图（单位：10－6 m／s2）

图2 匹配滤波参数图

如图2所示，将场划分为3部分：浅源场、中源场和深源场。根据拟合直线斜率的绝对值等于2倍场源平均深度［7］，计算出深源场平均深度为30.3 km，中源场平均深度为16.3km，浅源场平均深度为11.8km。资料［9－10］显示，莫霍面的深度在30～34km，而我们的深源场给出的平均深度正好在这一范围内，于是，推测松辽盆地北部地壳含有3层结构，分别是上地壳、中地壳和下地壳。

图3 浅源场重力异常等值线图（单位：10－6 m／s2）

由图3可知：浅源场产生的重力异常值在－336×10－6～180×10－6m／s2之间，区域西部出现北东向的讷河—镇赉异常梯度带，其异常值在－240×10－6～80×10－6m／s2，区域中部为重力异常缓变区，重力异常正负交替变化，以负异常为主，异常值在－40×10－6～40×10－6m／s2，异常的梯度较小。区域东部出现北西向的海伦—绥化梯度带，及北东向的巴彦—双城梯度带，重力异常值在－40×10－6～20×10－6m／s2。

中源场产生的重力异常值在－68×10－6～5×10－6m／s2范围内，幅值比较小（图4）。研究区域西部出现北东向的讷河—镇赉异常梯度带，其异常值在－50×10－6～－20×10－6m／s2；研究区域中部为重力异常缓变区，异常值在－20×10－6～－10×10－6m／s2，异常的梯度较小；研究区域东部，出现近南北向的海伦—绥化梯度带，其异常值在－30×10－6～－20×10－6m／s2。

由图5可知：松辽盆地北部深源场所产生的重力异常以北东向的负异常为主，异常值在－33×10－6～17×10－6m／s2，研究区域内存在2条大的北东向重力异常梯度带，大庆—大安梯度带和齐齐哈尔—镇赉梯度带，另外还有北西向的北安—绥化重力梯度带和一条较小的北东向阿荣旗—讷河梯度带。在青冈附近重力等值线较平缓，其值在－20×10－6～－17×10－6m／s2。

图4 中源场重力异常等值线图（单位：×10－6 m／s2）

图5 深源场重力异常等值线图（单位：10－6 m／s2）

从3个场源的重力异常分布来看，浅源场与总布格异常梯度带基本一致，幅值相当，对地面重力勘探的贡献较大。而中源场与深源场的重力异常分布具有极好的继承性，两者的幅值变化小，对地面重力勘探的贡献小。

2 密度界面反演

考虑到中源场和深源场产生的重力异常比较小，所以本文只对上地壳与中地壳之间的界面深度h进行反演计算。根据速度和密度经验公式，本次计算选取上地壳与下地壳的密度差ρ＝0.2g／cm3。频率域Parker反演方法［7］的具体步骤如下：

（5）重复以上步骤，直到达到相邻两次迭代计算的Δh小于0.1km。利用傅里叶逆变换求得界面起伏Δh。则上、中地壳的界面深度为h＝h0＋Δh。结果见图6。

图6 上地壳与中地壳界面深度图（单位：km）

3 结论与讨论

松辽盆地北部布格重力异常表现为：在盆地内部布格重力异常比较平缓，在盆地边界附近多出现布格重力异常梯度带。从匹配滤波分析法得到浅源场、中源场和深源场，其中，浅源场产生的重力异常最大，重力异常变化明显，在区域边界附近存在多条重力梯度带，说明该区域的构造运动对上地壳的影响大。相比于浅源场，中源场和深源场产生的重力异常小，异常变化平缓，但也存在多条梯度带。从中源场和深源场产生的重力异常分布来看，两者的相关性很强，具有明显的继承性。基于不同的地球物理方法，许多学者研究给出莫霍界面的深度［9－10］。把我们计算的不同场源深度与他们的结果做比较，发现这3个场源可能正好反映了地壳内部结构，于是推测松辽盆地北部区域的地壳结构分为3层，分别是上地壳、中地壳和下地壳。

研究发现［11］，松辽盆地经历了多期次的构造活动，如早期断裂活动；中期沉降及扩展；后期萎缩。这些不同时期的构造活动势必会对松辽盆地内的地壳结构产生一定的影响，使得地壳结构比较复杂。地壳结构的一些复杂特性在图6中也可看出。图6显示，松辽盆地北部存在两大隆起区域，而在两大隆起区域中间存在一个大的盆地沉积，这是由于松辽盆地是一个裂谷盆地，在发生大规模沉降的同时受到构造应力场作用而形成隆起区域内的盆地沉积［8］。也正是这样的构造特征为松辽盆地的油气聚集和储藏提供了有利的场所。

［1］ 臧绍先，周蕙兰，魏荣强，等.地球内部结构和物质性质的研究［J］.地震学报，2003，25（5）：492－502.

［2］ 肖鹏飞，陈生昌，孟令顺，等.高精度重力资料的密度界面反演［J］.物探与化探，2007，31（1）：29－33.

［3］ Parker R L.The rapid calculation of potential anomalies［J］.Geophys JR Astr Soc，1972，37（3）：447－455.

［4］ Oldenburg D W.The inversion and interpretation of gravity anomaliles［J］.Geophysics，1974，39：526－536.

［5］ 陆汉鹏，张瑞敏，佟瑞清.鲁西重磁场异常变化特征的综合分析［J］.华北地震科学，2012，30（3）：27－33.

［6］ 穆石敏，申宁华，孙运生.区域地球物理数据处理方法及其应用［M］.长春：吉林科学技术出版社，1990.

［7］ 郑洪伟，孟令顺，贺日政.青藏高原布格重力异常匹配滤波分析及其构造意义［J］.中国地质，2010，37（4）：995－1001.

［8］ 杨宝俊，唐建人，李勤学，等.松辽盆地隆起区地壳反射结构与“断开”莫霍界面［J］.中国科学（D辑），2003，33（2）：170－176.

［9］ 江为为，周立宏，肖敦清，等.东北地区重磁场与地壳结构特征［J］.地球物理学进报，2006，21（3）：730－738.

［10］ 陈均亮，蔡希源，林春华，等.松辽盆地北部断陷盆地构造特征与幕式演化［J］.石油学报，1999，20（4）：14－18.