秦岭造山带中段重磁异常与成矿带的关系

安少乐，袁炳强，张春灌，宋立军西安石油大学地球科学与工程学院，西安710065



秦岭造山带中段重磁异常与成矿带的关系

安少乐，袁炳强，张春灌，宋立军
西安石油大学地球科学与工程学院，西安710065

摘要：成矿带的展布受地质构造的控制，而地质构造在重磁异常上有明显反映。为了研究秦岭造山带中段重磁异常与成矿带的关系，该文系统整理、处理了秦岭造山带中段已获得的重磁力测量资料，分析研究了重磁异常的展布特征、推断了研究区的断裂构造，讨论了结晶基底的起伏特征，并结合区域地质资料及矿床分布资料讨论了重磁场特征及其与地质构造、成矿带的关系。结果表明，秦岭造山带中段成矿带均分布在重、磁异常梯度带上或几组不同方向异常的交汇部位，尤其在局部重力高异常范围内及其边部梯度带上矿体富集。这一结果为研究秦岭造山带的地质演化、地质构造（尤其是深部构造）、断裂分布及下一步的成矿有利区预测提供重要的参考信息。

关键词：秦岭造山带；重磁异常；断裂构造；成矿带

First author：AN Shaole，Master Degree Candidate；E-mail:asl610@163.com

秦岭造山带是中国分隔南北大陆的著名陆内造山带，有着长期复杂的演化历史，无论是从地貌、地形、地质还是地球物理场来看都是中国陆内一条天然的地学界线。此造山带也是我国一个重要的构造-成矿带，蕴藏有极其丰富的矿产资源，长期以来备受国内外地学界的广泛关注与研究。不少学者对秦岭造山带的形成、演化及成矿规律进行了诸多研究，发现了多种金属矿产，取得了许多重要成果（张国伟等，1995 a，b，1996；RATSCH⁃BACHER et al.，2003；Yan et al.，2006；Mattauer et al.，1985；朱华平等，2003；李厚民等，2007，2009；Wang et al.，2009；王涛等，2009；王东生等，2009；杨宗让，2012）。但以往对秦岭的成矿作用、构造和地质环境等研究区域多局限于小范围和局部地区，鲜有资料对整个秦岭造山带重磁场特征及其与地质构造、成矿带的关系进行讨论。

为此，笔者在前人研究基础上，对秦岭地区区域重磁资料进行了系统的整理和解释，讨论了重磁异常特征及其与地质构造、成矿带的关系，为研究秦岭造山带的地质演化、地质构造（尤其是深部构造）、断裂体系及下一步的成矿有利区预测提供重要的参考信息。

1 地质地球物理背景

1.1 区域地质特征

秦岭造山带东接大别造山带，西与祁连和昆仑造山带相连，处于中央造山带的中段，南北分别以勉略、商丹两条蛇绿混合岩带为界，夹在华北板块与扬子板块之间（图1），是我国大陆中部重要的复合型陆内造山带（张国伟等，1995b， 1996）。秦岭造山带主要形成于中新生代，是由华北板块与扬子板块相互碰撞、挤压所形成。在强烈的碰撞、挤压作用过程中，华北板块与扬子板块通过造山带结合成为一个整体，之后转为陆内造山作用阶段，因后期持续受到南北向挤压应力的影响，造山带周边发育了一系列山间盆地（张国伟等，1988）。

秦岭造山带构造运动强烈，岩浆活动频繁，自太古代以来，造山带经历了多种构造体制的转化，发生了多期构造热事件，发育了自前寒武纪至新生代不同时代的沉积建造和岩浆活动，为深部金属元素的大规模聚集成矿创造了条件，因而金、银、铁、铅、锌、铜、钼、铝、汞、锑等金属矿床类型多样，矿产资源丰富，从而使秦岭造山带成为有色金属和贵金属的成矿区带（朱赖民等，2008；侯满堂，2011）。

1.2 物性参数特征

岩石物性是进行地球物理场资料解释分析的基础。本次研究收集的研究区及邻区各地层及各类岩石的物性资料见表1、2。

图1 秦岭造山带中段区域地质简图Fig.1 Regional geological sketch of the central segment of the Qinling orogenic belt

密度参数表明，太古界、元古界及下古生界老地层是本区高密度层，它与上覆地层之间有明显的密度差。因此，老地层出露或埋藏较浅的地区，将产生重力高；老地层埋藏深的地方，将出现重力低。整体来看，密度随地层从新到老逐渐增大（表1）。在侵入岩中密度变化具有自超基性、基性、中性、酸性逐渐减弱的特点（表2）。

表1 秦岭造山带地层物性特征（李文全，2001）Table1 Physical properties of strata in the Qinling orogenic belt

表2 秦岭造山带岩浆岩物性特征Table 2 Physical properties of magmatic rocks in the Qinling orogenic belt

磁性参数表明，该区太古代及元古代地层作为古老的结晶基底具有较高的磁性，与上覆地层之间有明显的磁性界面。因此，在结晶基底埋深的差异地带将会出现明显的磁异常。古生代以来的地层，除中生代白垩系磁性较强外，一般磁性均较弱或无磁性（表1）。秦岭造山带内岩浆岩磁性不均匀，超基性、基性岩磁性最强，中性岩次之，酸性岩较弱（表2）。岩浆岩中的基性-超基性岩类可形成与之规模相应的高值磁异常，中酸性及酸性花岗岩多属于弱磁性或无磁性。但在特定条件下，当岩体富含磁铁矿等磁性矿物，或由于后期热液作用在无磁性花岗岩接触部位形成具有磁性的矽卡岩带（张守林等，2004），便可产生所谓的环状“磁壳”异常。

2 重磁异常及其地质意义

2.1 重力异常特征

研究区布格重力异常（图2）较为复杂，异常总体以条带状或不规则状呈近EW向展布，局部异常有NE、NW走向。重力异常幅值由东南向西北逐渐降低，场值在-100×10-5m/s2到-210×10-5m/s2之间。重力高与重力低相间分布，且发育有多个重力梯级带。由于布格重力异常是不同地质体重力效应的叠加，为了清晰地反映深部地质特征，利用位场分离方法-解析延拓法，求取了研究区区域重力异常（上延高度6000 m）（图3）。

图2 秦岭造山带中段布格重力异常等值线图Fig.2 Map showing bouguer anomalies in the central segment of the Qinling orogenic belt

根据研究区的区域重力异常（图3）特征，将秦岭造山带重力场分为西北部的重力低值区、东北部的重力高值区、南部的重力高值区三个区带，不同区带之间重力场特征明显不同。西北部重力异常总体呈EW向，局部呈NW向。大体在两当—太白—周至一线布格重力异常宏观表现为一近EW向展布的宽缓重力低，略阳—勉县、太白—佛坪有NW向的重力低值带，由太白地区出露的中酸性花岗岩体，推测该宽缓重力低异常由规模较大的中酸性岩体引起。周至—户县一带有一明显的重力低值圈闭，地表为新生界覆盖，推测该重力低是埋深较大的中新生代地层的反映。柞水附近急促变化的重力较高值区对应中基性火山岩，结合区域异常特征推测其规模较小。佛坪、略阳等地的局部重力高/重力低可能是浅部规模较小的基性/酸性岩体的反映；东北部高值区异常走向多变，规模不大，但与南部高值异常有连通之势，洛南地区有元古界出露，或浅层有基性-超基性岩体发育，推测该区重力高值异常是由基底隆起及基性-超基性岩引起；南部高值区异常大体呈NE向，整体表现为基底隆起。城固南部有一范围、幅值均较小的区域重力高，推测可能由低密度花岗岩体引起，结合不同延拓高度（上延10km，20km，30 km）的区域磁力异常分析，该区可能有岩基存在。

图3 秦岭造山带中段区域重力异常等值线图（解析延拓法求取，上延高度6000m）Fig.3 Regional gravity anomalies in the central segment of the Qinling orogenic belt （with analytical continuation method，upward continuation height 6，000m）

2.2 航磁ΔT化极异常特征

对秦岭造山带航磁ΔT异常进行化极处理后，得到该区的航磁ΔT化极异常图（图4）。磁异常曲线起伏跳动变化十分剧烈，呈正负相间出现，局部有多个高值圈闭，且圈闭异常长轴方向与区域构造线方向基本一致，但其变化的幅值基本在100 nT以内，变动范围较小。正磁异常强度一般在100～500 nT之间，最大可达1300 nT，负异常多在0～-200 nT之间，最小达-700 nT。磁异常总体呈EW或NW走向的高频、高值正磁异常条带。由研究区变化剧烈的磁异常特征推测，其整体性较差，其地层和岩性的不均匀性导致了该区在横向上磁性变化急促、变化梯度较大。

由于该区结晶基底与上覆地层之间存在明显的磁性差异，向上延拓后反映浅部磁性体的局部高频异常被滤掉，而基底的信息更加明显。同样，用解析延拓方法求取了本区航磁化极区域异常（上延高度10000 m）（图5）。由图5可以看出，磁力区域异常为近南北向，反映出秦岭造山带深部基底呈现为一“立交桥”式结构（张国伟等，1995a）。其深部地球物理场表现为近南北向异常，而上部地壳则以近东西向构造为主导，构成了具流变学分层的“立交桥”式三维结构几何学框架模型。研究区北部整体表现为规模较大磁力高值异常，走向复杂多变，东西向异常局部被南北向异常带切割。由洛南、商南等地出露的太古代及元古代变质基底推测，该磁力高是结晶基底隆起的反映；南部异常呈近南北向，西乡—佛坪一带被古生代以来的沉积地层覆盖，构成弱磁性或无磁性基底，推测该磁力低异常区是结晶基底埋深大的反映。由研究区复杂的区域磁异常特征推测，结晶基底埋深的差异较为明显。研究区北部磁性基底以隆起为主，南部呈隆凹相间分布，区域磁异常基本反映出该区古老结晶基底的隆凹构造格局。这种隆凹分布格局可能是由于深部和浅部物质以断裂为通道进行着物质与能量的交换（滕吉文等，2009；Teng et al.，2009；胡国泽等，2014），而物质的上涌则导致了局部地带结晶基底的隆升。

图4 秦岭造山带中段航磁ΔT化极异常等值线图Fig.4 Reduction-to-the-pole acromagnetic anomalies in the central segment in the Qinling orogenic belt

图5 秦岭造山带中段航磁ΔT化极区域异常等值线图（解析延拓法求取，上延高度10 000 m）Fig.5 Regional reduction-to-the-pole aeromagnetic anomalies in the central segment of the Qinling orogenic belt （with analytical continuation method，upward continuation height 10 000 m）

3 重磁异常与断裂构造特征

重磁异常梯级带、扭曲带和不同场值分区带，是推测断裂构造的主要依据。为了提取重磁力场反映的断裂构造信息，对重磁异常进行了水平方向导数、垂向二阶导数及水平总梯度等计算，通过分析各转换参数异常图件反映出的线性构造信息，结合国内外相关地质研究成果（王平安，1997；徐学义等，2008；宋传中等，2009；Meng and Zhang，2000；Dong et al.，2011；Hu et al.，2011；王谦身等，2013；王谦身和滕吉文，2015；滕吉文等，2014），推断了研究区的断裂构造体系（图6）。

从图6可以看出，该区的断裂构造平面展布错综复杂，但以EW、NW和NE三个方向为主线的构造形迹表现清晰，在布格重力异常图、水平总梯度模等图件上表现明显，引起了较大的重磁异常幅度变化。全区的断裂走向以EW向及近EW向为主，NE向与NW向次之。EW向的断裂经历了多期构造活动，其一般发育早、规模大、延伸远、切割深，总体控制了地质构造的方向和岩浆岩的分布，反映了该区南北向构造应力作用较强烈，区域性断裂活动时间较长。无论是地层展布、构造线方向、地貌特征都表明EW向断裂，是控制该区构造发育的主控断层，NE和NW向断层为同期产生的剪切断层。区内近EW向断裂受NW、NE向断裂的改造明显，使得EW向断裂多发生偏移和错位。

图6 断裂构造分布与重力水平总梯度叠合图Fig.6 The fault distribution map showing the stacked horizontal gradient anomalies

4 重磁异常特征与成矿（带）关系

不同类型的矿产，赋存于不同的地质背景，并与地球物理场存在特定的空间对应关系和内在的生成联系，这是利用地球物理场探讨区域成矿的前提（唐元和李百祥，2008）。重磁异常与内生金属矿产的形成与构造岩浆活动关系密切，不仅能较好地反映断裂构造的分布和产状，还能反映岩体的空间分布形态和展布范围。通过对区内存在的铜、金和铅-锌矿床的地球物理背景研究认为，不同成因类型矿床的分布与重、磁异常存在一定的联系（表3）。

表3 矿床特征统计表Table 3 Summary of characteristics of mineral deposits

统计研究区不同时代所形成的铜、金和铅-锌矿床总数表明，古生代和中生代为其主要成矿期，也是岩浆活动频繁时期，特别是古生代志留、泥盆纪是矿化富集最主要的时期，这与古生代裂陷期大规模热流体作用、中生代浅层岩浆活动等突发性构造-热事有关。受构造-岩浆运动作用，在岩体接触部位及周围有利于矿液运移上升、充填，形成矿化。区内绝大多数金属矿产都是由于深部热液物质以深、大断裂为通道上涌与聚集的产物（姚书振等；2006；王东生等，2009），因此在深大断裂构造带上及其附近分布有众多的各种类型的矿床和矿带。从图7可以看出，该区大部分矿床（点）分布在异常梯度带上或几组不同方向异常的交汇部位附近，特别是与近东西、北西向的断裂构造及断裂的交汇部位关系密切。该区断裂构造与矿产分布密切性说明存在控矿断裂构造，而重磁异常反映的区域东西向断裂与北西向断裂正交，具拉张性质，易于导岩、导矿和矿液转移再聚集。

根据区域地质、成矿背景及重磁场特征将研究区划分为4个多金属成矿带（图7、图8）。各成矿带与重磁异常特征都具有一定的对应关系：

图7 秦岭造山带中段布格重力异常与成矿带、断裂分布Fig.7 Bouguer anomalies，metallogenic belt and fault distribution in the central segment of the Qinling orogenic belt

图8 秦岭造山带中段航磁ΔT化极异常与成矿带、断裂分布Fig.8 Reduction-to-the-pole aeromagnetic anomalies，metallogenic belt and fault distribution in the central segment of the Qinling orogenic belt

商南—洛南成矿带（I）：位于商丹断裂以北的磁力高、重力高异常区。该区自吕梁期至燕山期岩浆岩体均有分布，以燕山期侵入岩最为发育，形成大面积的花岗岩基，磁力高、重力高异常区范围大致反映出整个岩带的分布特征。区内磁力异常发育有多个串珠状局部磁力高，主要发育有近东西向和北东向两组断裂构造。矿床（点）分布表明该成矿带沿构造带分布的特征明显，受燕山-喜山旋回构造系的控制，部分矿床分布于近东西、北西和北东向异常梯级带及多组异常的交汇部位，说明存在控矿构造。据前人研究，该区赋矿地层为前寒武纪-早古生代变质火山沉积岩系及晚古生代海相浊积岩沉积建造。成矿作用以加里东火山沉积成矿作用、印支期-燕山期浅成岩浆热液作用以及燕山期-喜马拉雅期陆内造山期韧（脆）性剪切成矿作用为主，成矿持续时间长，矿产以铅锌、铜为主，局部发育有燕山期火山岩型金矿化。且已发现大面积Pb、Zn、Cu等地球化学块体（朱华平等，2003；杨宗让，2012），具有形成大型铅锌、铜及金矿的成矿远景。

柞水—山阳成矿带（II）：位于商丹、宁陕及勉略东断裂之间的中部地区，为重力高与重力低相间分布区。从区内已知的铅锌、铜矿床（点）分布来看，该成矿带有沿东西构造带分布的特征。柞水一带分布有以印支-燕山期为主的陆壳重熔型中、酸性花岗岩，区域成矿与印支-燕山期构造变形、岩浆活动密切相关。结合地表地质资料及矿化资料推测，局部的重力高、磁力高是由基性-超基性岩体引起，局部磁力高可能是岩体富含磁铁矿等磁性矿物，或由于后期热液作用在无磁性花岗岩接触部位形成具有磁性的矽卡岩带所引起。区内伴有铜、金等地球化学异常，是矽卡岩热液型铜、金成矿远景区。

宁陕—安康成矿带（III）：位于南秦岭中带，为重力高、磁力高异常区。该区处于宁陕断裂东南部，出露地层为志留系-石炭系，志留系与泥盆系是铅锌金的重要容矿地层，发育有成群成带展布的铅锌、金等地化异常，区内已发现的铅锌、金矿床（点）与东西、北西向构造带关系密切，多分布于近东西、北西向异常梯级带及多组异常的交汇部位。区域重力高、磁力高特征显示，该区大范围基底隆升，岩浆、变质及成矿作用强烈，具有较好的成矿物质来源和成矿条件，是寻找喷流沉积-改造型矿床和热液型铅锌矿床的有利地区。

两当—留坝成矿带（IV）：为重力低、磁力高分布区。留坝一带志留系分布广泛，中酸性花岗岩体发育，有铅锌、金等地球化学异常，且异常多沿断裂带分布，在岩体接触带已发现多个铅锌、金矿点，表明区域成矿与构造-岩浆活动关系密切。结合成矿背景及矿化资料推测，局部磁力高可能是岩体富含磁性矿物，或由于后期热液作用在无磁性花岗岩接触部位形成具有磁性的矽卡岩带所引起的环状“磁壳”异常。由区域重力低、磁力高的异常特征，推测该区中-酸性岩体规模较大，磁性基底大范围隆起，构造-岩浆作用强烈，是铅锌、金矿的有利成矿区。

5 结论

（1）秦岭造山带区域磁异常基本反映了磁性基底的构造格局。区域磁异常反映出该区结晶基底分布变化差异较大，且极不均匀。磁性基底北部以隆起为主，南部呈隆凹相间分布。研究区中部柞水—镇安一带发育的磁力高异常是元古界、太古界深变质岩系的反映，构成高磁性基底；西乡—佛坪一带发育的磁力低异常是基底埋深大的反映，构成弱磁性或无磁性基底。

（2）研究区重磁异常与地质构造存有明显的对应性。结合重磁异常推断，区内构造复杂，断裂发育，断裂构造走向以近EW向为主，同时亦发育NE、NW及SN向断裂。

（3）不同特征的区域构造线控制着矿床的分布。该区大部分矿床（点）分布在重、磁异常梯度带上或几组不同方向异常的交汇部位，而矿床在空间分布上多受近EW、NW向构造控制。

（4）根据区域地质、成矿背景及重磁场特征分析认为，研究区有商南—洛南、柞水—山阳、宁陕—安康和两当—留坝4个多金属成矿有利区带。

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中图分类号：P631.2

文献标识码：A

文章编号：1006-7493（2016）02-0299-09

DOI:10.16108/j.issn1006-7493.2015097

收稿日期：2015-05-15；修回日期：2015-07-15

基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目（14JK1579）；中国地质调查局资源调查与评价项目（12120113040300-03）共同资助

作者简介：安少乐，男，1989年生，硕士研究生在读，从事地球物理资料处理与解释；E-mail:asl610@163.com

Gravity and Magnetic Anomalies and Their Relation to the Metallogenic Belt in the Central Segment of the Qinling Orogenic Belt

AN Shaole，YUAN Bingqiang，ZHANG Chunguan，SONG Lijun
School of Earth Science and Engineering，Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，China

Abstract:Distribution of metallogenic belt is controlled by geological structures that can be delineated by gravity and magnetic anomalies.In order to study the relationship between gravity，magnetic anomalies and mineralization belt in the central segment of the Qinling orogenic belt，we collected and processed the gravity and magnetic survey data of the Qinling orogenic belt.We also analyzed and interpreted the distribution characteristics of gravity and magnetic anomalies and inferred fault structures in the study area.In addition，we discussed the undulation characteristics of crystalline basement and the connection among gravity and magnetic anomaly characteristics，geological structures and metallogenic belt，together with regional geology and deposit distribution.This study shows that most of the deposits are located within zones of high gravity and magnetic anomaly gradient or intersections of several groups of anomalies in different orientations，especially in local high gravity anomaly range and along edges of a gradient belt.The results of this research are useful for studying geological evolution of the Qinling orogenic belt，geological structures（especially in deep structures），fracturedistribution.Thefindingswillalsoprovideanimportantreferenceforpredictingfavorableareasofmineralization.

Key words:Qinling orogenic belt；gravity and magnetic anomalies；fault structure；metallogenic belt