内蒙古某地区第四纪岩石密度特征的间接求证

谢 樨，孙鹏飞，高 铁

（1.贵州省有色金属和核工业地质勘查局，贵州贵阳550005；2.中节能建设工程设计院有限公司，四川成都610052；3.中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳110034）

内蒙古某地区第四纪岩石密度特征的间接求证

谢 樨*1，孙鹏飞2，高 铁3

（1.贵州省有色金属和核工业地质勘查局，贵州贵阳550005；2.中节能建设工程设计院有限公司，四川成都610052；3.中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳110034）

岩石密度特征一般通过采集标本、钻井等方式来获得，但采集标本往往不能代表30m以下底层的密度特征，钻井方法虽然数据比较精确，但费用太高，而岩石的密度特征往往会通过重力的大小反映出来，因此，通过采集重力数据来验证和反映岩石密度特征更加有利。

岩石密度；重力异常；剩余重力异常

1 概述

工作区位于内蒙古某地，地势特征方面，地势平坦、为松辽平原，山地与平原之间为丘陵过渡地带；水系是流入黑龙江的松花江水系，第四纪中更新世末形成的松辽分水岭，在松辽平原的北部形成松花江水系，向东经黑龙江入海；松辽盆地西部由于气候变为干冷，湖泊干涸，形成了科尔沁沙地、松嫩沙地和平原中心区的盐碱沼泽和盐碱地。针对晚古生代以来区域构造格局、沉积盆地形成演化等重大地质问题，系统分析、整理前人基础地质、煤田地质、石油地质以及物、化探资料，开展石油地质填图、剖面测量、非震物探、油气化探及专题研究工作。其中本文主要研究岩石密度特征。

2 样品采集

岩石的密度特征主要是通关重力数据来表现，因此，在采集样本的同时，利用高精度CG-5型重力仪来对该地区的重力数据进行数据采集，然后利用重力数据复验标本的密度特征。

（1）首先在测区范围内（面积400km2），统一布设了8个GPS加密控制点（基准站）；网中包括4个国家级三角点和2个国家一等水准点。

（2）使用6台Trimble5700双频GPS接收机，分别置于控制点上，采用载波相位相对测量法进行观测，并对控制点取得三维基线向量进行约束平差，从而得到加密控制点GPS空间坐标

（3）在基准站控制下，使用Trimble5700双频GPS接收机，采用RTK或快速静态方式做测点定位测量。

（4）对GPS取得的WGS-84平面坐标，采用三参量转换方法转换到1954年北京坐标系和1985黄海高程。

本区面积400km2，大部分为Ⅱ级地形，测区交通方便，因此可以保证实测点位与设计点位吻合，且密度分布均匀，共完成重力坐标点1677个，舍点4个，点位最大变动范围不超过10m。

3 标本点分布采集分布情况

为全面反映工作区岩石密度特征，根据1∶20万地质图布置采集点。采集点基本涵盖了区内主要地层、各期次、各种岩性的岩石，并具有代表性。每个采集点标本数一般不少于30块，同种岩性多点采集，标本重量200～500g，共采集物性标本183块，实地定名、编录、描述。密度标本测定，采用电子天平法在全湿条件下测定，测量精度为0.001g。

4 物性数据整理

密度资料整理结果分别按岩性、地层和侵入岩列表。对个别密度值偏差大的标本，在地质人员参与下进行必要分析，再决定是否参加统计，对同一岩性标本数量大于30块者，使用自编程序绘制直方图，分别统计变化范围，众数、算术平均值、标准离差等，否则仅统计变化范围和算术平均值（表1）。

5 数据处理与初步解释

该研究区以往工作程度相对比较低，尤其是缺乏地质及其它物探方法等相关资料，因此给重力异常的解释推断带来很大困难。该区中新生代盆地一般显示为明显的重力低，综合应用重力和其他物探资料并结合钻探资料能够判别盆地的盖层性质。

圈定盆地边界（横向分辩率）的方法：第一步，通过异常分离提取盆地重力异常；第二步，利用盆地重力异常的垂向一阶导数零值线、水平一阶导数极值位置或重力异常水平总梯度模的极值位置进行圈定。

盆地基底深度反演（纵向分辩率）：若沉积盆地的盖层与盆地基底之间具有明显密度差异，利用重力异常能够反演计算盆地基底顶界面的深度；在勘探程度较高、浅部盖层得到控制的前提下，利用重力异常，通过剥层处理等方法消除浅层影响，计算出盆地基底与主要目的层深度及起伏特性；对勘探程度较低，已知资料缺乏的盆地，利用重力异常，通过定量反演，可大致确定盆地基底深度及其起伏。基底或目的层深度计算方法：根据圈定的盆地边界和密度资料，通过对盆地重力异常进行2.5D剖面正反演或3D界面反演等方法进行。

表1 内蒙某地区1∶5万重力调查物性统计表

5.1 重力场分布特征

根据布格重力异常可以看出，测区内重力区域背景场形态变化相对简单，从异常的数值及其变化趋势来看，呈现出东部和东南高、北西和西部低的特征；测区的中部出现局部异常变化，场值由西北部-24.1×10-5m/s2上升到东部的2.6×10-5m/s2，变化幅值达27×10-5m/s2左右。总体轮廓与区内地形呈镜象关系，这是地壳现代均衡理论的表现，反映了地壳莫霍面变化总体趋势。

测区内重力梯度带比较发育，虽然局部有切错，但总体延伸和连续性较好。其展布方向从西到东部由北北东向逐渐转为北东向；以北北东和北东为主的重力等值线和异常轴向成为重力图的主要特征之一，反映了测区内的主要构造格架。

区内重力场具有明显的分区特征，各区之间被重力梯度带所隔，其内部无论局部异常形态、规模、强度、轴向及等值线展布特征等都存在较大差异，这反映出测区内构造轮廓是由若干个密度体组成，它们之间存在着深大断裂。各自重力场特点，反映了不同密度体各自经历了不同地质历史发展，可能存在沉积建造、岩浆活动及构造运动上的差异。

测区中部及东南部中新生代盆地比较发育，它们各具不同的重力异常特征。较大型的中新生代盆地，多表现为被密集的等值线所环绕的重力低。密集的等值线反映了盆地的范围和性质，其内部等值线展布则主要反映了盆地基底及结构特征。从盆地分布来看，明显被疏密异常带所截，说明盆地的形成与发展受构造控制的特点。

5.2 中新生代盆地群重力推断解释

由以上论述可知，中新生代盆地在重力异常上多表现为重力相对低的特征。布格重力异常是基底起伏及盖层变化等多种异常叠加形成的综合反映，从定性解释上来说，可以认为，基底起伏属于区域重力场，盖层变化属于局部重力场，因此研究中新生代盆地分布应该去除基底起伏所引起的重力异常，即以研究布格重力剩余异常为主。为此，结合重力剩余异常及其垂向一阶导数圈定了中新生代盆地平面分布范围。测区内推断中生代盆地群整体以北西向展布，东部盆地则以南北向形式分布。可以定性推断中新生代盆地深度变化情况，有一定规模及延深的盆地主要分布在测区南部；东部和西部盆地由于受测区范围的限制，其延深状况很难确定；以北西向展布的中南部盆地群，在上延1000m深度范围全部消失。

因为重力数据与岩石密度是一一对应的，岩石密度的大小在物性上的反映就是重力的增大或减少。所以对重力数据进行延拓处理，我们可以看到重力大小的分布变化情况，它与岩石密度的大小是一一对应的，同时表层重力密度的大小与采集的标本密度具有很好的一致性。

6 结论

通过样本采集的数据可以看到，在东南方向上的标本密度偏高大致在2.570g/cm3左右，而在西北部分的标本密度大致在2.458g/cm3左右，这与重力异常分布规律是相符合的。同时对重力异常进行分析，特别是延拓100m的重力异常（其反映的是50m左右深度的重力异常），可以看到采集到的标本密度分布规律与重力异常的分布规律具有很高的相似性。因此针对岩石的密度的判定，可以通过物探方法，采集重力数据来进行佐证，特别是浅层重力数据能很好的表明岩石密度的大小特征情况。

[1] Dwain K.Butler,Generalized Gravity Gradient Analysis for 2 D Inversion[J].Geophysics,1995,60(4):1018-1028.

[2] Green R.Accurate Determination of the Dip Angle of a Geological Contact Using the Gravity Method[J].Geophys Prosp,1976（24）:265-272.

[3] Mallick K.,Sharma K K.A Finite Element Method for Computation of the Regional Gravity Anomaly[J].Geophysics,1999, 64(2):461-469.

[4] RAO K R,Yip P.Discrete Cosine Transfrom:Algorithms,Advantages and Applications[M].New York:Academic Press,1990.

[5] Stanley J M,Green R.Gravity Gradients and the Interpretation of the Truncated Plate[J].Geophysics,1976（4）:1370-1376.

[6] Sun Pengfei,Wu Yangang.Generalized Gravity Gradient’s Application and Amelioration[J].Chinese Selected Doctoral Dissertations and Master’s Theses Full-Text Databases，2008.

[7] Spector A.Comments and Errata to Classic Papers[J].Geophyscis,1985,50(11):2278.

[8]A.A.弗鲁布列夫斯基,Φ.C.奥努霍夫,Φ.Γ.柯察金,M.K.图也佐夫,连里甫,赵春荆,何国琦.俄远东、中国东北的构造特点及岩石圈深部的不均一性[J].辽宁地质，1995（4）:241-256.

[9] 江为为,周立宏,肖敦清,高嘉瑞,袁淑琴,涂广红,朱东英.东北地区重磁场与地壳结构特征[J].地球物理学进展,2006（9）:730-738.

[10]涂广红,江为为,朱东英,周立宏.中国东北地区剩余重磁异常特征与地质构造及成矿带的关系[J].地球物理学进展，2006（9）:746-755.

[11] 刘玉荣,王四龙,宁书年.淮北煤田航磁异常的地质解释[J].中国煤田地质，1997（3）:79-81.

[12]杨辉,张研,刘晓,文百红,许大丰.松辽盆地北部徐家围子断陷航磁异常特征及油气地质意义[J].石油地球物理勘探，2006（2）:97-99.

[13]徐晓芳,何国全,张生,贾会军.重力勘探新技术在寻找古潜山中的应用[J].物探与化探，2006（10）:397-400.

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1004-5716(2015)09-0141-03

2015-02-12

2015-02-12

谢樨（1982-），男（汉族），贵州贵阳人，工程师，现从事地质勘查和研究工作。