引用本文
袁永真, 张小博, 张鹏辉, 钟清. 西拉木伦河断裂重、磁、电特征分析[J]. 物探与化探, 2017,39(6): 1299-1304.
YUAN Yong-Zhen, ZHANG Xiao-Bo, ZHANG Peng-Hui, ZHOGN Qing. An analysis of gravity magnetic and electric characteristics of the Xar Moron River fault[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2017,39(6): 1299-1304.  
Doi:10.11720/wtyht.2015.6.33
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西拉木伦河断裂重、磁、电特征分析
袁永真1,2, 张小博1,2, 张鹏辉1,2, 钟清1,2
1.中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所,河北 廊坊 065000
2.国土资源部 地球物理电磁法探测技术重点实验室,河北 廊坊 065000

作者简介: 袁永真(1984-),女,硕士研究生,主要研究方向为综合地球物理解释。

收稿日期: 2015-10-12
基金: 中国地质调查局地质大调查项目(1212011120971)
摘要

西拉木伦河断裂带主体位于天山—兴蒙地槽系的中东部,沿西拉木伦河近东西走向延伸,是中国东北地区的一条规模较大的断裂带。该断裂带的界限位置一直是地质界研究的热点问题。目前对于断裂带性质的研究主要集中在大兴安岭以西地区,对大兴安岭以东的地区研究甚少。笔者从重、磁、电的角度分析了西拉木伦河断裂在大兴安岭以东地区的重、磁、电特征,利用小波多尺度分析方法对各异常场进行了分离,基于获得的含有异常信息的各阶图像,并结合大地电磁剖面,综合推断出西拉木伦河断裂的空间展布情况,认为西拉木伦河断裂是一条超壳断裂。

关键词: 西拉木伦河断裂; 小波细节; 大地电磁测深
中图分类号:P631 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2015)06-1299-06
An analysis of gravity magnetic and electric characteristics of the Xar Moron River fault
YUAN Yong-Zhen1,2, ZHANG Xiao-Bo1,2, ZHANG Peng-Hui1,2, ZHOGN Qing1,2
1.Institute of Geophysical and Geochemical Exploration,CAGS,Langfang 065000,China
2.Electromagnetic Detection Technology Key Laboratory of Ministry of Land and Resources,Lang Fang 065000,China
Abstract

Located in the Eastern Tianshan-Xingmon geosynclinals system,the main body of the Xar Moron River fault zone is a WE-striking large-sized faulted structure extending along the Xar Moron River,and is also one of the larger faulted zones in Northeast China.The position of the fault has always been a hot topic in geological history.Now the research on the fault zone is mainly concentrated on the west region of the Da Hinggan Mountains,whereas the research on the east of the region is relatively insufficient.The authors analyzed the gravity magnetic and MT characteristics of the Xar Moron River fault in the east region of the Da Hinggan Mountains,separated the gravity magnetic fields by wavelet multi-scale analysis method,and inferred the location of the Xar Moron River fault.According to the images obtained that include the abnormal information and MT profile,the authors hold that the Xar Moron River fault is an ultracrustal deep fault.

Keyword: Xar moron river fault; detailed wavelet information; magnetotelluric soundinggravity and magnetic anomaly

西拉木伦河断裂是华北板块与西伯利亚板块的缝合带, 地质工作者讨论的热点; 受滨太平洋构造运动及第四系的影响, 野外地质工作难度大, 大多采用地球物理手段。苏美霞[1]分析大兴安岭以西西拉木伦河断裂的重磁场特征, 得出西拉木伦河断裂应为华北板块和西伯利亚板块的终极缝合带, 大兴安岭以东西拉木伦河断裂的展布情况; 刘伟[2]通过MT对其走向问题进行了研究, 认为其东段走向经通辽、科左中旗向东延伸到长春; 韩国卿[3]利用同样的MT剖面(点距大于1 km)结合100万重力异常数据, 也认为东段断裂沿开鲁— 通辽— 科左中旗一线展布。

受资料的限制, 前人研究成果中, 断裂东段的位置不是很明显。笔者利用精细的重、磁、电资料(20万重力, 磁1 km× 1 km, MT点距1 km)借助小波多尺度分析方法对西拉木伦河断裂东延走向问题进行研究。这一构造带的具体位置和空间展布特征的确定, 对揭示古亚洲洋构造域东段的构造演化和最终闭合性质具有重要意义。

1 地球物理场特征
1.1 区域重磁场特征

由于前古生代构造体系受滨太平洋构造运动的影响, 西拉木伦河断裂在大兴安岭以东地区构造形迹变得非常模糊。张振法[4]根据沿巴音查干— 白音敖包— 温都尔庙— 西拉木伦一线出现莫霍面等值线呈线性分布的现象, 重力场表现为近EW向的重力梯级带, 磁场表现为近EW向的负磁异常带, 论证了西拉木伦河断裂的走向。那么该断裂在西拉木伦之后向东的走向如何呢?下面就从区域重力场、磁场的角度讨论断裂的东延走向问题。

图1 研究区布格重力异常

图2 研究区航磁异常

图3 研究区重力异常不同阶次小波变换细节

图4 研究区重力异常不同阶次小波变换细节水平导数

从图1上看, 研究区的中部存在一条SN向的重力梯级带, 该梯级带将研究区重力分为东西两部分, 东西两侧的重力特征明显不同, 西部为条带状低重力异常, 场值(-160~-100)× 10-5 m/s2, 而东部为长轴状NE向的高重力异常, 场值(-60~-10)× 10-5 m/s2, 该梯级带为著名的大兴安岭重力梯级带。在克什克腾— 五分地— 海拉苏一线出现该重力梯级带的同向扭曲, 该扭曲带宽几十公里, 扭曲部位可与前面提到的莫霍面等值线线性位置相对应。在研究区内, 该扭曲部位向东可以追溯到海拉尔东部。从航磁异常图上看, 在中部展布一条近东西向的非常明显的负磁异常带(图2绿线), 将NE向分布的正磁异常分开, 场值-500~-100 nT, 其位置、分布范围、走向基本与重力异常带一致。该异常带表现为西宽东窄的特征, 延伸方向变现为越向东, 异常带越向北偏斜, 这可能与中生代时期西太平洋板块斜向俯冲, NE向挤压作用有关。1.2 重、磁局部场特征分析从图1、图2上可以清晰看到西拉木伦河断裂(大兴安岭以西)的展布, 该断裂东部的信息未能清晰展现。由于重、磁场是叠加场, 深部信息和浅部信息叠加在一起, 要想研究该断裂在东部的延伸问题, 必须对研究区内的第四系及中生代后期构造运动引起的重、磁场进行分离, 再对其进行深入分析与研究, 才可获得所需要的结果。侯遵泽等[5]首次将小波多尺度分析应用到中国大陆布格重力异常数据的处理中, 取得了较好效果, 吴敬咏[6], 郝天珧[7], 陈丁[8]等基于重力异常资料, 通过小波变化细节对不同地区的深断裂进行了研究, 取得了较好的效果。小波多尺度分析可以实现场源的有效分离, 本文拟利用小波多尺度分析方法对重磁场进行分离, 根据获得的含有异常信息的各阶图像, 结合大地电磁剖面, 综合推断分析西拉木伦河断裂的空间展布情况。

图5 研究区磁异常不同阶次小波变换细节

图6 研究区磁异常不同阶次小波变换细节水平导数

将研究区内的重、磁数据进行了小波分解(图3), 为强化EW向的线性构造, 对小波细节进行水平一阶导数(图4)。利用对数功率谱方法得到各阶小波变换细节所对应的场源深度(表1), 即各阶小波变换所反映的就是该深度场源产生的重、磁异常特征。

表1 各阶小波细节所反映的场源深部

1、2阶小波细节主要反映的是中生界地层, 该时期是西太平洋板块斜向东亚大陆俯冲, 形成NE-NNE 向异常, 使西拉木伦河断裂变得模糊, 在这里不再讨论, 重点讨论3~6阶小波细节。在3阶小波变换细节图上, 在海拉尔以西, 分布一条高的重力正异常梯级带, 以东位置, 在阜新— 开鲁— 通辽一带出现了一条相似的重力异常带, 这条相似的异常带是否是西拉木伦河断裂的反应, 值得讨论。4阶小波变换细节图中, 布格重力圈闭区进一步增大, 与3阶小波细节相比, 表现出分段的宽缓异常。3、4阶细节展示出西拉木伦河断裂带在上地壳深度附近, 各地质块体岩石密度相对分布特性。5阶小波变换细节图中, 在克什克腾附近, 出现了一条NS向的重力负异常带, 切断了EW向的重力正异常, 这条重力正异常带一直延伸到八仙筒附近消失。6阶小波变换细节与5阶相比阜新— 开鲁— 通辽一带的重力正异常消失。磁异常小波细节上看(图5), 3阶细节突出北东向展布的磁性不均匀体, 在研究区内出现了规模较小的环状异常。4阶细节环状异常范围变大, 表明火山岩发育。在克什克腾— 五分地附近有一条负的EW-NE向磁异常带。5、6阶小波细节中该磁负异常带范围变宽变为EW向展布。从对小波细节求EW向的水平导数(图6)看, 航磁异常推断的断裂位置与重力异常推断的位置基本一致, 断裂的走向为EW向, 研究区内断裂的走向为克什克腾— 五分地— 海拉尔— 八仙筒一线展布, 八仙筒后呈NE向展布进入松辽盆地。该异常带的走向也反映了该区构造运动的前后顺序。

图7 1线大地电磁断面

1.3 电性特征

根据魏文博[8]的观点, 断裂通常表现为低阻带。从大地电磁二维反演断面(图7)上可以看出, 断面深部存在两条低阻带, 分别位于测线的最左端和测线266号点附近, 这两条低阻带均具有深断裂带特征。对比分析最左端的低阻带应为嫩江断裂, 断面266号点附近, 在5 km深度处出现了断裂的特征, 浅部并未发现断裂特征, 此特征可延续到40 km以下, 如图红线, 低阻带两侧特征不同, 左侧为相对高阻, 右侧为相对低阻。从图8上可以看出, 在170、240号点附近存在两条低阻带, 这两条低阻带倾向相反, 对比分析认为240号点附近的低阻带应为西拉木伦河断裂的反应, 这条低阻带穿过了 35 km 的深度, 且低阻带两侧电性表现为左侧相对高阻, 右侧相对低阻。

图8 2线大地电磁断面

2 研究区内断裂特征

从重、磁、电的特征分析, 在研究区内西拉木伦河断裂具有分段性, 在克什克腾、八仙筒附近分别被大兴安岭断裂、嫩江断裂切断。各段具有不同的特征:西段(西端— 克什克腾)表现为走向NE向随着深度的增加, 断裂的位置向上偏移, 说明断裂的倾向为北; 中段(克什克腾— 八仙筒)也表现为随着深度的增加, 断裂的位置越向上偏移, 断裂的倾向为北; 东部显示为两条近乎平行的线性异常, 一是沿阜新— 开鲁— 通辽一线(对应图7最左端和图8中170号点附近的低阻带), 二是沿八仙筒附近NE向走向的异常, 第一条断裂显示倾向为南, 笔者认为第二条才是西拉木伦河断裂向东延伸的位置。从图上可看出断裂均穿过了35 km的深度。刘洋[8]得到本区莫霍面的深度约为33~35 km, 说明断裂切穿了莫霍面是一条超地壳断裂, 且断裂的倾向为NNW。

3 结论

通过对研究区内的重磁电进行研究, 得到了以下结论:

1) 无论从断裂带所在区域重磁力异常、小波细节或者大地电磁反演断面图上看, 研究区内西拉木伦河断裂带地球物理特征较为显著:重力等值线同向扭曲; 出现负磁异常带; 断裂两侧电性不同。

2) 西拉木伦河断裂的空间展布位置为克什克腾— 五分地— 海拉尔— 八仙筒一线, 且有向北错移的迹象。

3) 西拉木伦河的倾向为NNW向且切穿了莫霍面, 是一条超壳断裂。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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