航空重力测量在区域地质调查中的应用

区域地质调查是具有战略意义的综合性基础地质工作，对基础地质研究和矿产资源长远勘探规划等具有重要意义。航空重力测量作为高效的现代地质调查手段，在圈定区域断裂、划分地质构造单元、进行构造分层、确定区域成矿远景区等方面可发挥重要作用。

图9-2-1 我国某海域的莫霍面深度（km）图

1.确定断裂构造

断裂是地壳运动的主要形迹之一，断裂活动对沉积发展和构造格局等具有控制作用，大中型断裂构造往往是区域地质调查首先要查明的地质任务。由于断裂两侧沉积地层、岩石组成和密度特征等往往具有较大差异，从而为以密度为地球物理基础的航空重力调查提供了依据。

以渤海西南部为例，依据航空重力数据解释对海陆结合带以及渤海西南海域的郯庐断裂系进行了重新认识。众所周知，郯庐断裂系是我国东部有重要影响的深大断裂构造体系，多年来有众多学者进行了关注和研究，并取得了丰富的成果和认识。郯庐断裂中段又称为沂沭断裂带，多数地质学家认为，郯庐断裂中段的陆区部分由4条大致平行的主干断裂组成，自东而西分别为昌邑－大店断裂、安丘－莒县断裂、沂水－汤头断裂和鄌郚－葛沟断裂。由于4条主干断裂的切割，形成了中央为地垒、两侧为地堑的“二堑夹一垒”构造形式。在渤海海域，由于缺乏地质－地球物理资料，以往仅简单推断为由两条断裂组成（山东省地质矿产局，1999；王小凤等，2000），见图9-2-2。

航空重力调查资料显示（图9-2-3），郯庐断裂系在渤海南部对应一系列平行或斜列的NNE向重力异常梯级带，说明该断裂系由一系列断裂所组成，其空间展布总体表现为NNE向，“二堑夹一垒”构造格局不复存在。

断裂系的东支所反映的航空布格重力异常尤为明显，应属于郯庐主断裂（F₁），其主断面西倾，是胶辽地块与华北地块的分界断裂，与以往的认识基本一致。郯庐主断裂（F₁）不仅在航空布格重力异常上有明显反映，在方向导数图和水平梯度模图（图9-2-4）上也十分明显。郯庐主断裂（F₁）两侧的其他各种航空重力异常均在延伸到该断裂对应的梯级带部位中止或消失，进一步佐证了该断裂是一个规模巨大的分划性主干构造。航空重力2765测线反演拟合郯庐主断裂（F₁）的落差约3 700 m左右（图9-2-5），断面倾向NWW，断面倾角大于65°，断裂西侧新生界厚度大于4 000 m，并有中生界发育，断裂东侧中生界、新生界均不发育，反映该断裂是一个西侧（上盘）下降、东侧（下盘）相对上升、在剖面上具有正断层性质的大型断裂，主要活动时期是中生代、新生代，在新生代发生了规模较大的伸展运动。

图9-2-2 渤海西南部推断郯庐断裂对比图

图9-2-3 渤海西南部航空布格重力异常及主要断裂解释图

断裂系的西支所对应的重力异常也比较突出，应属于该断裂系的西部边界断裂（F₅）；断面东倾，断裂在东营陆区消失，与以往认识的陆区西支断裂（鄌郚－葛沟断裂）并不符合。中部发育的F₃₂、F₃₉断裂近于在一条直线上，二者倾向相反，在向南延伸至海陆结合带附近消失；F₂₀断裂西倾，虽与西支断裂（F₅）对倾，构成一个小凹陷，但断裂延伸距离较小。除此之外，尚发育一系列与主断裂斜交的分支断裂。

图9-2-4 郯庐东支断裂（F₁）在航空重力布格重力异常方向导数图（左）与水平梯度模图（右）的显示

图9-2-5 郯庐东支断裂（F₁）布格重力异常反演剖面（2765测线）

由此可见，除东支主断裂外，其他断裂与渤海南部的陆区断裂（安丘－莒县断裂、沂水－汤头断裂和鄌郚－葛沟断裂）并非是简单的对接或延伸，出现了陆区断裂向海区消失或间断的现象，反映了郯庐断裂系中段构造应力场和应力强度具有重大差异，海区扭动作用明显，而陆区拉张作用则更为显著。

2.划分地质构造单元

不同的地质构造单元具有不同的沉积学、岩石学和构造地质学等特征，进而具有不同的密度特征，为利用航空重力资料进行构造区划奠定了地球物理基础。小比例尺的多区块联合航空重力调查资料可以进行大地构造区划，大中比例尺的区块航空重力调查可以进行区域构造单元划分。

航空重力异常在按照槽台学说划分的一级大地构造单元，地槽区和地台区具有不同的特征。地槽区的区域性重力异常的等值线多呈条带状重力低平等排列，延伸数百及数千千米；区域异常变化幅度可达数十到数百10^-5m·s^-2。地台区的区域布格重力异常平缓、稳定、相对幅度变化较小，方向不明确。

在一定范围的区域地质调查中，航空重力异常在不同的构造单元具有不同的特征。以某区为例，根据航空重力布格异常，将区域划分为胶东隆起区、渤海湾坳陷区两个二级构造单元（图9-2-6），二者的分界为测区中部的航空重力线性梯级带——郯庐断裂系主断裂（F₁）。胶东隆起区总体表现为重力高值异常，对应于胶东重力高值异常区，布格重力值多在5.0×10^-5m·s^-2以上，最高值达32.9×10^-5m·s^-2；该区NE—NNE向断裂十分发育，并广泛出露前震旦纪变质岩系（胶东群和粉子山群等）、中生代地层以及大量的火成岩体，全区缺失古生界。渤海湾坳陷区总体表现为区域重力低值异常，对应于渤海重力低值异常区，布格重力值多小于－5.0×10^-5m·s^-2；该区基岩隐伏，地表被新近系或海水覆盖，根据钻井和地震勘探资料，地层发育较为齐全，华北板块的多数地层在该坳陷区均有不同程度的发育，除广泛发育寒武－奥陶系与前寒武系等基底地层外，石炭－二叠系、侏罗－白垩系、古近系、新近系等沉积地层也分布较广；断裂构造也十分发育，主要显示NE—NNE向、NW 向和近EW向3组断裂。

图9-2-6 某区航空布格重力异常及构造单元区划图

3.构造分层

构造分层就是将地层垂向序列上具有不同沉积、构造特征被不整合界面分隔的不同时代地层进行划分，并研究其平面分布规律。反映在地层物性特征上，超密度层或密度层可分别与构造层或亚构造层对应，密度界面与不整合界面或构造运动界面相对应；因而在航空重力资料解释中，可以通过由地层密度变化引起的重力异常的分离或拟合来实现构造层划分。构造层划分的关键在于不同构造层之间不整合界面（密度界面）深度的计算或确定。

下面以渤海西南部和胶东莱阳地区为例进行说明。

根据物性测量结果，该区在地层垂向序列上主要包括3个超密度层（新生界、中生界－上古生界以及下古生界－前寒武系）和两个I级密度界面（新生界底界面和寒武－奥陶系顶界面），其密度差多大于0.2 g/cm³，由此引起的布格重力异常比较明显，相对容易分离，有利于这些界面的深度反演。界面深度反演采用优化选择法、垂向一导切线法与Parker迭代法相结合的方法。在界面深度反演结果的基础上，进而计算新生界、中生界－上古生界两个超密度层的厚度。

为了检验界面深度反演的效果，在测区布设60个点位，分别读取航空重力反演深度值和以往综合勘探深度值，并进行比较（北区为新生界底面深度，南区为中生界底面深度）。统计表明（表9-2-1、表9-2-2），深度值绝对误差为0～0.5km，平均为0.17km；相对误差0～14.29%，平均为6.85%。可见，依据航空重力资料反演的界面深度相对误差多小于10%，可完全满足区域地质调查的需要。

表9-2-1 航空重力与以往综合勘探界面深度对照表

表9-2-2 航空重力与以往综合勘探界面深度对比统计结果表

根据地层密度及其所引起的重力异常特征，结合地震剖面、钻井资料以及区域性重大构造事件等，综合界面深度与分层厚度等特征，将测区构造层序自下而上划分为3大构造层，即基底构造层、上古生界－中生界构造层和新生界构造层，其主要特征见表9-2-3与图9-2-7、图9-2-8。

表9-2-3 构造层划分表

图9-2-7 新生界底面构造深度图

4.预测区域成矿远景区

航空重力异常特征是区域地质构造单元和地层结构等的反映，利用航空重力异常特征及由此确定的构造单元等可以有效地进行成矿远景预测，为进一步勘探提供参考。

某区是我国重要的成矿区，上述依据航空重力数据确定的隆起区与坳陷区两个地质构造单元具有不同的成矿远景。隆起区主要发育基底构造层，中生界构造层和新生界构造层不发育或仅局部发育，多属于单层结构，前震旦纪变质岩系（胶东群和粉子山群等）、中生代中酸性侵入岩体出露广泛，断裂构造发育，是金矿等金属矿产寻找的有利远景区。坳陷区不仅有基底构造层，而且形成了厚度较大的新生界构造层或上古生界－中生界构造层，两层或三层垂向叠置，发育齐全，属于典型的两层或三层结构，是油气和煤层形成、赋存的主要单元，可作为油气、煤田远景区。依据航空重力资料分析结果与已知的其他勘探开发成果相符合。