王子豪，陳志東，賈慧濤，黃寄洲，李仁和

(安徽省地球物理地球化學(xué)勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230022)

1 引 言

本次研究區(qū)位于蚌埠隆起[1，2]帶中部，屬華北陸塊成礦省(Ⅱ-15)中阜陽-蚌埠鐵-金-銀-鉛鋅-煤-金剛石成礦亞帶(Ⅲ-64-2)，為皖北重要的成礦帶，絕大部分為厚覆蓋區(qū)?，F(xiàn)全球礦產(chǎn)資源勘查已逐漸進(jìn)入“攻深”階段，在厚覆蓋區(qū)開展礦產(chǎn)調(diào)查評價工作，前期多以物探為主要手段。本區(qū)鉆孔資料并不多，因而利用物探資料對基巖深度進(jìn)行推斷，作為了解區(qū)內(nèi)巖體埋深、空間形態(tài)及指導(dǎo)找礦工作的依據(jù)是具有實(shí)際意義的。目前，較常用的基巖深度計算與推斷方法為PARKER法[3]磁性或密度界面反演計算法，其它有探地雷達(dá)法[4]，電測深法[5]等；PARKER法在大面積基巖深度推斷中較后兩者高效方便，但精度次之。本次研究將利用等效棱柱體擬合界面進(jìn)行2.5D反演[6，7]，以此推算研究區(qū)基巖深度。

2 地質(zhì)概況

本區(qū)大地構(gòu)造位置屬于華北陸塊南緣(Ⅰ級)徐淮地塊(Ⅱ級)蚌埠隆起(Ⅲ級)的中段，北鄰淮北斷褶帶，南接淮南斷褶帶(圖1)。

淮北褶皺帶；蚌埠隆起；淮南褶皺帶；

區(qū)域上[8,9]自蚌埠期華北陸塊基底固結(jié)后進(jìn)入蓋層發(fā)展階段。沉積地層涵蓋五河群至第四系，缺失大部古生界地層。以五河群中-深變質(zhì)巖系建造構(gòu)成本區(qū)基底，分布廣泛，基底隆起帶上分布鳳陽群、八公山群、震旦系、寒武系、奧陶系及石炭系—二疊系地層；中新生代盆地基底分布侏羅—白堊系火山巖，上部為白堊—古近系紅層，其厚度由數(shù)十米至上千米不等。

區(qū)域斷裂構(gòu)造主要以近東西向和近北北東向?yàn)橹鳌＝鼥|西向斷裂大多規(guī)模較大，部分為物探推測隱伏斷裂，對中生代盆地的展布具有控制作用，主要為正斷層或者逆斷層，具有長期活動的特點(diǎn)。主要有利辛斷裂、劉府深斷裂等。近北北東向斷層絕大多數(shù)為平移斷層，個別為正斷層，時代較新，具多次活動的特點(diǎn)，燕山早期活動最強(qiáng)烈，燕山中晚期活動減弱。主要有阜陽深斷裂、淮北-蒙城斷裂、劉廟斷裂等。

區(qū)內(nèi)巖漿活動較為頻繁，出露的巖體大都集中在懷遠(yuǎn)以東。而在西部的蒙城、利辛等均為隱伏巖體，主要依靠鉆孔揭露。該地區(qū)隱伏巖體從基性、中性到酸性巖類均有發(fā)育。

3 地球物理特征及反演計算

3.1 密度特征及參數(shù)選擇

第四系密度最小，與下伏地層、巖體存在較大的密度差異，是引起大面積重力低的主要原因。新近系、古近系及中生界地層與上覆第四系和下伏地層均存在明顯的密度差異(密度差在0.2 g/cm3以上)。古生界和中、新元古界地層僅在查區(qū)南北兩側(cè)零星出露或由鉆孔部分揭露，分布區(qū)局限性大，不構(gòu)成區(qū)域性密度層。五河群具有高密度特征，據(jù)鉆孔揭露該套地層在查區(qū)廣泛分布，可作為一個密度層。

從成巖地質(zhì)年代分析，同巖性巖石密度由早到晚總體表現(xiàn)為遞減趨勢，深成巖密度普遍大于淺成巖和噴出巖。ZK001孔巖芯密度(圖2)變化說明五河群變質(zhì)巖密度隨著深度的增加而變大，亦能看出其不同巖性密度差異較大。區(qū)內(nèi)出露二長花崗巖類平均密度2.62×103kg/m3，當(dāng)其達(dá)到一定規(guī)模時，可引起局部重力低。

根據(jù)收集的區(qū)內(nèi)物性資料，對于密度相差較小的地層，由于反演難以區(qū)分，故做合并處理，以此確定各密度層的基本值(表1)。

表1 地層密度

3.2 重力異常特征

研究區(qū)及周邊地區(qū)重力場呈近東西向高低相間展布(圖3)，主要反映區(qū)域構(gòu)造特征?？傮w來看，大面積的重力低值區(qū)一般為沉積坳陷的反應(yīng)，具有一定規(guī)模的重力梯級帶往往是區(qū)域性斷裂的反應(yīng)，而大面積的重力高值區(qū)可能主要為基底隆起所引起。自北向南分別為蒙城—固鎮(zhèn)重力高值區(qū)、立倉—龍亢重力低值帶、馬店—西賈莊—懷遠(yuǎn)重力高值帶、胡集—朱馬店重力低值帶以及淮南—鳳陽重力高值區(qū)。區(qū)內(nèi)重力場極大值出現(xiàn)在查區(qū)東北角任橋鎮(zhèn)附近，極小值出現(xiàn)在查區(qū)西側(cè)江集鎮(zhèn)附近。

圖3 研究區(qū)重力異常分布

3.3 數(shù)據(jù)處理

由收集到的區(qū)內(nèi)物性參數(shù)來看，研究區(qū)內(nèi)大部分地層并不是單一的密度界面模型，中生界地層跟上覆新生界及下伏古生界地層都有明顯的密度差異，因此不適合采用PARKER法密度界面反演方法。

2.5D反演的模型是任意多邊形截面水平棱柱體，切取的剖面密度越大，推算的基巖深度結(jié)果就會越準(zhǔn)確，但工作量及耗時也會相應(yīng)成倍增加，綜合考慮，本次反演數(shù)據(jù)以1∶20萬重力為基礎(chǔ)，根據(jù)重力異常宏觀走向切取南北向剖面12條，北西向剖面7條(圖3)，線距10 km，取值點(diǎn)距100 m。

以收集到的鉆孔作為約束條件，結(jié)合基巖地質(zhì)資料，利用切取的剖面重力異常數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，以重力數(shù)據(jù)的水平導(dǎo)數(shù)確定斷裂[10-13]大致位置，對上延后的重力數(shù)據(jù)作水平導(dǎo)數(shù)，確定各推測斷裂的深度及傾向。因本次反演區(qū)域面積較大，對無鉆孔限制的剖面，各密度層使用基本值，已有鉆孔及其物性資料的剖面，各密度層數(shù)值做相應(yīng)微調(diào)。最終綜合物性資料與已有鉆孔資料，通過反復(fù)驗(yàn)證，得到每條剖面反演結(jié)果[14-16]。

區(qū)內(nèi)地層分布相對規(guī)律，大部分地區(qū)新生界地層直接覆蓋于五河群上，只在南部及西北部有中古生界地層存在，部分剖面穿過鉆孔揭露的隱伏巖體，因此重力2.5D反演初設(shè)模型一般都較為簡單。以Ⅰ線為例(圖4)，推斷地質(zhì)剖面顯示五河群上為第四系，重力異常主要由五河群的隆起造成，推斷的第四系厚度約200 m；由視S波速度-深度圖[17,18]可見,視S波速度基本隨深度的增加而增大，宏觀上呈層狀分布，大致可劃分0～200 m、200～720 m、720 m以上三個速度層；推斷第四系厚度與微動第一速度層大致相同，由ZK001鉆孔測得第四系厚度為189.01 m，三者符合度較好。故以此方法在全區(qū)進(jìn)行重力2.5D反演是可行的。

圖4 Ⅰ線推斷地質(zhì)剖面(附視S波速度-深度剖面)

圖5為選取的部分典型反演剖面圖，其中30線和40線位于研究區(qū)中部，可以看出區(qū)內(nèi)南部中生界地層基本缺失，新生界地層直接覆于五河群地層上；160線位于研究區(qū)東北部，新生界地層下伏中生界、古生界地層；五河群的起伏是引起重力異常的直接原因。圖6為本次反演剖面平面圖。

圖5 典型重力2.5D擬合剖面

圖6 重力反演剖面平面

反演完成后，提取每條剖面中生界基巖面深度值，網(wǎng)格化[19]后得到基巖深度圖。

4 成果闡述

4.1 基巖深度概況

反演結(jié)果[20](圖7)顯示區(qū)內(nèi)與成礦關(guān)系密切的五河群變質(zhì)基底在區(qū)內(nèi)廣泛存在，存在西北、中部兩個沉積區(qū)：

圖7 推斷基巖等深

1)西北部沉積區(qū)位于江集-楚店集一帶，五河群之上覆蓋新生界、中生界地層，基巖最大深度達(dá)到1 500 m，以深度500 m圈定的范圍達(dá)到170 km2，是地質(zhì)上阜陽盆地東端的反映。

2)中部沉積區(qū)位于馬店-立倉-龍亢一帶，大致北東走向，五河群上為新生界地層，以深度500 m圈定的范圍約1 800 km2，基巖最大深度約1 500 m，由南北兩側(cè)向中間深度急劇增加，南部下降梯度約100～270 m/km，北部基本上在70 m/km，是受東西構(gòu)造控制的斷陷特征，與地質(zhì)上的立倉盆地相符。

沉積區(qū)之處，西部新生界地層直接覆蓋于五河群變質(zhì)巖之上，一般厚度小于300 m。北部新生界地層下伏中生界、古生界地層，一般厚度小于400 m。南部馬店-西賈莊-懷遠(yuǎn)一帶第四系松散層直接覆蓋于五河群之上，其厚度劉圩附近約190 m，西賈莊附近一般在400 m以上，馬店附近的西潘樓鉆孔揭露第四系厚度510 m，總體自東至西厚度逐步增加；夾持于近東西向劉府與懷遠(yuǎn)兩大斷裂構(gòu)造之間，其被南北向、北東向、北西向斷裂錯斷，區(qū)域上形成斷塊結(jié)構(gòu)，基巖呈狹長帶狀。東南部零星出露新元古界和古生界地層，下伏五河群變質(zhì)巖，其北部懷遠(yuǎn)縣附近第四系直接覆蓋于五河群之上，一般厚度小于100 m。

4.2 精度評價

與區(qū)內(nèi)搜集到的已知鉆孔(54個)對比，反演基巖深度與實(shí)際最大差值為68 m，基巖深度均方誤差為±20 m。從約束條件上看，靠近已知鉆孔或露頭的地方推測結(jié)果精度較高；平面及垂向上推測結(jié)果以五河群與沉積地層或巖體與沉積地層的推測界線精度最高，沉積地層之間的推測界線誤差相對較大。

5 結(jié) 論

1)反演處理中，初始模型的建立是基礎(chǔ)，解釋過程中加強(qiáng)其他物探方法及地質(zhì)資料的運(yùn)用，能提高反演的精度，本次搜集的鉆孔在研究區(qū)內(nèi)分布并不均勻，沒有或遠(yuǎn)離鉆孔的區(qū)域的基巖深度推測精度相對稍低。

2)要密切注意反演過程中各剖面的關(guān)聯(lián)性，地層及巖體的遠(yuǎn)近端坐標(biāo)值應(yīng)綜合參考收集到的地質(zhì)資料進(jìn)行設(shè)置。

3)因研究區(qū)范圍較大，不同地區(qū)的地層密度有差別；同一地層，隨深度的增加，其密度亦在變化，此現(xiàn)象在中東部五河群隆起區(qū)尤為突出，若有實(shí)際物性參數(shù)支持，在此區(qū)域?qū)ξ搴尤旱貙幼髯兠芏确囱萏幚響?yīng)更為合適。

總體上看，推測結(jié)果能有效反映基巖深度的相對變化趨勢(尤其是平面上的變化)，能為3D地質(zhì)建模及篩選找礦遠(yuǎn)景區(qū)提供有效的參考依據(jù)。