区域重力工作在煤田勘查中应用效果

陶鹏飞 李延清 姚卫星

摘  要：据三塘湖勘查区区域重力勘查工作，推断断裂体系、局部构造和预测煤田，取得找煤突出效果，反映重力勘查具快速高效和有效性特点，对同类或相似地区煤田勘探工作具借鉴作用。

关键词：区域重力测量;煤田勘探;应用效果

区域地球物理调查工作是地质调查的重要组成部分，它借助先进现代化仪器设备，运用物理学原理方法和观测技术，通过一定比例尺、观测精度、多参数（重力、磁性、电性和放射性等）、高精度探测及多学科（地质矿产、地球物理、地球化学）综合研究，快速查明地球物理场特征和分布规律，进行定性、定量的科学论断及岩性和构造填图，提供找矿有关的物探异常及地下浅部、深部待测目标物的信息[1]。

近年来中国地质调查局在新疆东准地区开展了以 “提高重要成矿区带和重要经济区的区域地球物理调查工作程度和更新一批区域地球物理调查基础图件”为目标的1∶25万区域重力调查工作[2]。区域重力工作在新疆地区开展较早，主要以1∶20万区域重力调查为主。几十年来引进一批LCR和CG-5型等高精度重力仪，延长了重力野外观测闭合时间，广泛应用GPS高精度定位测量技术和CQG2000大地水准精化模型，大大提高了重力观测精度、定位精度和工作效率，解决了西部高山区区域重力调查的关键技术问题[3]。中比例尺区域重力调查总精度从以往的1.0 mgal提高到0.5 mgal，平面定位精度从50 m提高到1 m，高程精度从4 m提高到1.6 m，使区域重力工作对弱异常的提取成为可能，对局部构造的分辨能力得到加强和提高[4]。

现结合新疆东部三塘湖-淖毛湖地区1∶25万区域重力调查最新成果和以往开展的煤田勘查工作，对区域重力工作在煤田勘查中的运用效果进行阐述。

1  概况

三塘湖盆地位于新疆东北部，北与蒙古接壤， 夹持于阿尔泰山系与莫钦乌拉-卡拉麦里山系之间，面积23×103 km2。区域构造位置处于西伯利亚板块南部活动大陆边缘，盆地总体呈NW向展布，与现今山脉走向基本一致。三塘湖盆地地层发育较全，有古生界、中生界、新生界等。上古生界构成盆地基底，多出露于盆地周边;中、新生界构成盆地盖层，分布于盆地之中。三塘湖盆地是在二叠纪裂谷-断陷盆地基础上形成的叠合改造型山间盆地，沉积盖层包括二叠—古近—新近系。侏罗系是盆地内主要含煤层位。侏罗纪时期三塘湖盆地发育多种沉积体系，岩石组成特征及分布差别很大，沉积碎屑物多来自两侧山脉。

对重力测量而言，由于上古生界与其上的中生界、新生界的砂、泥岩之间存在明显的密度差（上古生界与中生界密度差大于0.12×10 kg/m3，中生界与新生界密度差大于0.47×10 kg/m3），物性条件良好。由于上古生界基地受NS向构造应力挤压作用，三塘湖盆地局部基地隆起区，中生界缺失，上古生界基地直接与新生界不整合接触，其界面密度差异较大（上古生界与新生界密度差大于0.56×10 kg/m3），在一定深度内利用重力资料易于分辨。上古生界与中生界间界面引起的基地隆起，由于埋藏深度相对较大，界面密度差异相对较小，利用重力资料分辨有相当难度。采用二种模型：①基地隆起形成的无煤区重力异常;②基地隆起有煤区重力异常，做正演分析，通过有效解析推断，利用区域重力工作预测煤层赋存条件。

2 区域重力资料及对局部构造勘探          能力探讨

本次三塘湖1∶25万重力异常精度±0.304×10-5 m/s2，对局部异常的分辨率不低于0.9×10-5 m/s2。由于1∶25万重力工作点密度以控制面积为每个测点不大于6 km2的要求进行布设，所以现以一个水平正方形体来近似模拟一个幅度与其相当的局部构造，研究其中心在地面投影点引起的重力异常极大值。①中生界缺失的古生界基地隆起。设剩余密度Δσ=0.47×103 kg/m3，以正方形边长2.45 km为参数，计算不同埋深产生0.9×10-5 m/s2异常所对应的正方形厚度。若设正方形边长为2.45 km时，可近似于圈闭面积为6 km2的局部构造。当埋深为100 m、300 m、500 m时，可分辨出厚度为100 m、200 m、300 m的局部构造（图1）;②新生界、中生界存在的古生界基地隆起。设剩余密度Δσ=0.29×103 kg/m3，以正方形边长2.45 km为参数，计算不同埋深产生0.9×10-5 m/s2异常所对应的正方形厚度。若设正方形边长为2.45 km时，它可近似于圈闭面积为6 km2的局部构造。当埋深为100 m、300 m、500 m时，可分辨出厚度为200 m、350 m、750 m的局部构造（图1）。據分析可知，本次据重力异常解释推断结果，在中生界缺失地区不会遗漏面积大于6 km2、埋深小于500 m、幅度大于300 m的局部构造。在新、中生界赋存地区不会遗漏面积大于6 km2、埋深小于500 m、幅度大于750 m的局部构造。

岩性对重力异常有较大影响。当上第三系直接与前第三系以下地层直接接触时，密度差明显，有利于重力勘探寻找局部构造。当下古生界埋藏过深，上部密度界面有局部隆起，或岩石密度横向局部变化时，如受火成岩体、砾石层等异常干扰，则会增大寻找局部构造的难度。重力异常随探测对象埋深增大而迅速衰减，局部构造的埋藏深度、幅度和面积对重力异常有较大影响。

3  区域重力资料地质效果

通过对三塘湖地区布格重力异常与主要构造的对应关系和深部莫氏面的形态分析可知（图2），测区内布格重力异常不受明显的区域背景场的影响，总体反映了沉积盖层厚度变化和古生界基底的起伏形态。据勘查区重力资料，结合地震、地质资料，将该盆地划分为西南缘逆掩推覆构造隆起带、中央坳陷带和东北部逆冲推覆构造隆起带3个一级构造单元。从A-B线和C-D线推断解释剖面上看（图3，4），中央坳陷带是中新生界的主要沉积单元，上古生界石炭系和二叠系保存较好。据构造线展布和地层发育特征，可进一步划分为5凹、5凸共10 个次级构造单元（图5）1。

3. 1  构造单元划分

3.1.1  断裂体系特征

盆地西南缘断裂    位于盆地西南缘， 重力图上表现为重力梯度带，延伸长500 km。马朗凹陷以西走向呈NW向，断面倾向SW向;以东地区走向近EW向，断面倾向南。断裂上盘发育泥盆系和下石炭统，下盘中上石炭统到新生界均较发育。剖面上由一组倾向南的逆断层构成逆掩断裂带，包括白依山大断裂和石头梅断裂等，各分支逆断层倾角均上陡 、下缓， 呈叠瓦状向深部收敛合并。该断裂与盆地中央断裂构成盆地南北对冲的构造格架（图3，4），形成于二叠纪末期，燕山中晚期和喜山期又再次活动。

盆地中央断裂    位于盆地中部， 亦称中央复活断裂，走向NW向，断面倾向NE向，倾角较陡，为逆断层。该断裂为阿尔泰陆缘构造系南缘逆冲推覆构造体系的前锋逆冲断层，形成于二叠纪末期，对三塘湖盆地中生代沉積具控制作用，燕山中晚期和喜山期多次发生冲断推覆活动。

NE和NEE向断裂系    NE向断裂主要分布于岔哈泉凸起以西，其东部地区NEE向断裂发育，两组断裂均形成于侏罗纪末， 之后又多次活动， 具左行压扭性质。

3.2   局部构造类型及特征

为提高本次区域重力工作对局部构造的分辨能力，提取弱重力异常信息致为关键。由于布格重力异常的叠加效应使局部细节反映不明显，因此，必须进行区域异常和局部异常划分，分离出局部重力异常。本次资料处理采用重力垂向二次导数和趋势分析方法求取的剩余异常图，对局部异常特征能更清晰凸显。对比地质勘探成果可看出，图6所反映的局部异常形态与已发现的局部构造基本相似。局部构造以背斜和断鼻类型为主， 具以下特点： ①成排成带分布，主要呈NE向、NW向和NEE向展布，绝大多数位于二级构造带中;②受断裂控制或与断裂有直接成因联系; ③按成因可分为挤压和压扭两种类型，前者一般呈NW向展布，如石板墩背斜构造带等; 后者多呈NE向分布， 如砂河坝构造带等;④多期性和继承性， 受古构造和古地形影响较大，海西期形成的局部构造在后期构造变动中多得到继承性发展或被改造。

据重力场特征和已有地震勘探成果，结合区域地质及重力模型计算，将三塘湖地区局部构造类型大致分为4种类型：①古生界基地岀露区。包括图中所划分的局部构造单元I-1、III-1、III3、II-1-9地区。该地区地质上为古生界出露区，布格重力幅值为-180～-160 mgal，属区域布格重力高值区，反映高密度体分布特征;②中生界缺失或歼灭。新生界与古生界基地隆起为不整合接触，包括I-2和III-2-2地区，布格重力幅值在-200～-180 mgal，属区域布格重力中高值区，反映高密度体埋藏较浅特征;③古生界基地隆起，中生界与新生界赋存较薄。包括II-1-2、II-1-4、II-1-8地区，布格重力幅值在-220～-200毫伽，属区域布格重力中低值区，反映高密度体埋藏较深特征;④古生界基地坳陷区，中生界与新生界赋存较厚。包括II-1-2、II-1-4、II-1-8地区，布格重力幅值在-227～-220 mgal，属区域布格重力低值区，反映高密度体埋藏较深，本次区域重力工作已无分辨能力。

4  煤田勘探方向分析

三塘湖盆地是晚古生代以来多期逆冲推覆活动造成盆地盖层多期构造变形的结果，各期原型盆地遭严重破坏，导致主要勘探目的层——煤系地层侏罗系被剥蚀与抬升，对煤田地质勘探产生极不利影响。通过本地区区域重力勘查工作基本确定三塘湖-淖毛湖地区“二隆二坳”古生界基地起伏形态及范围。“二隆”为：①为I区东北部逆冲推覆构造隆起带;②为III区西南缘逆掩推覆构造隆起带。“二坳”为：①为三塘湖-淖毛湖中央坳陷带;②为纸坊-巴里坤煤矿坳陷区。隆起区大多缺失中生界，为古生界基地岀露区或第四系超覆于古生界上。坳陷区为古生界基地坳陷，中生界赋存且为侏罗系煤层的赋存区。

通过区域重力成果和地震资料对比分析认为，三塘湖-淖毛湖沉积盆地的中央坳陷带（II区）为古生界基地坳陷区，中生界、新生界沉积赋存，中生界中的侏罗系为该地区主要煤层赋存区。重力推断局部构造与地震推测成果吻合程度较好（表1）。中央坳陷带中局部较高重力异常所反映的凸起如：巴润塔拉凸起、岔哈泉凸起、方方梁凸起、韦北凸起，中生界缺失，新生界直接超覆在古生界基地上。因界面密度差异较大，局部重力异常值较高，属重力推断的无煤区域。中央坳陷带中局部较低重力异常所反映的凸起如：塘浅凸起、石头梅凸起，虽为古生界基地凸起，中生界、新生界沉积相对较厚，基地埋藏较深，密度界面差异相对较小，局部重力异常较低，煤层埋藏相应较深。

今后该区值得重视的煤田勘探方向主要为中央坳陷区内相对较弱的局部重力异常区和中央凹陷北部重力梯级带相对舒缓的抬升区。

5 结束语

近年来采用各种先进高精度测量仪器和高新资料解释方法，提高了重磁野外测量精度、勘探深度和资料解释精度，使重磁测量这一传统地球物理方法在勘探程度较高的本地区取得可喜成果。目前，新疆煤田勘探工作正在如火如荼的进行中，要充分利用重力勘探工作， 快速有效的划分成煤盆地的构造变化和成煤单元，吸收各种勘探手段的优点，才有利于取得新的突破。从新疆煤田的埋藏类型来看，新生界沉积盆地和古生界基地隆坳变化占有较大的比例，这与本次重力勘查区的地质构造特征相类似，即均具有进行高精度重、力测量的地球物理前提，所以对沉积盆地边缘及相对深凹陷的煤田勘探而言，高精度重力测量方法也不失为勘探效率高、成本低、行之效的方法之一。

参考文献

[1]    《重力勘探资料解释手册》编写组.重力勘探资料解释手册[M].北京：地质出版社，1983.

[2]    吴蓉元.油气田重磁勘探[M].武汉：中国地质大学出版社，1991.

[3]    金宜声，贺颢，涂承林.DZ/T 0082-2006区域重力调查规范[S].中国地质调查局，2006.

[4]    长春地质学院重力教研室.重力勘探[M].北京：地质出版社，1980.

Abstract： Regional gravity survey was carried out in Santanghu exploration area，deduced the fracture zone，part of the geological structure and predicting coalfield on this basis，and then achieved outburst effect of looking for coal.It shows that gravitational prospecting has characteristics of quickness and efficiency，It can provide enlightenment and reference for coalfield exploration in same or similar areas.

Keywords： Regional Gravity Survey; Coalfield exploration; Application effect.