东天山戈壁沙漠覆盖区重磁场特征与构造格架研究_曾凯

598—605，2013

doi：10．3969/j．issn．1674-3636．2013．04．598

地质学刊第37卷第4期

东天山戈壁沙漠覆盖区重磁场特征与构造格架研究

曾

1，21，2，3

，凯，陈建国肖

1，21，2

凡，王成彬

（1．中国地质大学（武汉）资源学院，湖北武汉430074；2．中国地质大学地质过程与矿产资源国家

重点实验室，湖北武汉430074；3．中国地质大学（武汉）地质调查研究院，湖北武汉430074）

摘要：依据重力和航磁异常数据及其处理结果（Tilt导数和欧拉反褶积），对东天山戈壁沙漠覆盖区断裂构造和岩体重新进行了解译，结合岩石密度和磁性特征及前人研究成果，分析了东天山的构造格架。结果表明，东天山构造构造格局具有南北分带的特点，重力和航磁异常图上密集梯级带对应研究区一级断裂，即线主体方向为近EW向，

康古尔塔格—黄山深断裂和阿奇克库都克—沙泉子断裂。重力和航磁原始异常经过Tilt导数和欧拉反褶积处理后，微弱信息得到明显增强，进而识别出一些新的断裂构造和岩体。关键词：重力异常；航磁异常；Tilt导数；欧拉反褶积；断裂构造；新疆东天山中图分类号：P631；P628．1

文献标识码：A

文章编号：1674－3636（2013）04－0598－08

0引言

异常特征的同时，针对戈壁沙漠覆盖区异常信息的特点及前人在边界增强和信息提取方面的研究成果

（阴江宁等，2012），通过试验研究，选取较新的、研究较为成熟的Tilt导数和欧拉反褶积2种方法对研究区微弱信息增强和边界提取。2种方法的原理如下。

1．1Tilt导数及其水平导数

Tilt导数（TDＲ）被定义为垂直梯度比水平梯度

2011）：模（HGM）的反正切值（Oruetal，

TDＲ=tanf/z（1）

HGM

东天山是天山成矿带的重要组成部分，也是目前国土资源调查和中国地质调查局“覆盖区矿产综合预测”项目等重点调查和研究的热点地区之一。

对于东天山的构造格架和演化，前人已做了大

2010）。如李锦轶等量的研究（木合塔尔·扎日等，

（2002）通过野外剖面和观测点的观测研究认为，东天山现今构造格架具有东西分段和南北分带的特点；娄德波（2008）根据物探、化探和遥感资料对该区构造进行了综合分析，得到更加完善的区域构造图。总之，对该区区域构造格架的研究主要是通过物探、化探和遥感技术手段；但由于覆盖层的影响，从地表获取的物化探和遥感等信息都遭受了不同程度的弱化，寻找有效的信息提取方法来突出隐蔽的、有利的地质信息具有重要意义。以1∶20万重磁位场

主要根据重力和航磁异常及其处数据为原始资料，

理后的异常特征，结合地质、地震、遥感等其他方面的资料，推断该区断裂构造和岩体的分布，建立东天山区域构造格架。

()

HGM=式（1）中，对于网格数据，HGM=对于剖面数据，

fx

；)()f

x

f+y

值，在场源边界位置取最大值。TDＲ为2者比值的arctan值，取值范围限制在－π/2～π/2之间，在场源上方为正值，在场源外侧为负值，在场源边界位置为零值。

Tilt导数水平导数（TDＲ_THDＲ）被定义为：TDＲ_THDＲ=

。HGM总是为正1方法原理

笔者在分析该区布格重力异常和航磁化极ΔT

TDＲ

x

+TDＲ

y

TDＲ_THDＲ=|对于剖面数据，

TDＲ

|。Tilt导数水x

收稿日期：2013－06－25；编辑：陆李萍

2）、1212011120986）资助基金项目：“十二五”国家支撑计划课题（2011BAB06B08-中国地质调查局地质大调查项目（12120113089100，

E-mail：wangcug@hotmail．com作者简介：曾凯（1987—），男，硕士研究生，研究方向为地球探测与信息技术，

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平导数（TDＲ_THDＲ）在场源边界位置取得极大值，能有效用于倾角为任意值的构造边界的提取。1．2

Euler）三维欧拉反褶积（3D-理论已经证明重磁位场函数满足欧拉奇次方

其一般形式可以表达为：程，

fff

（x－x0）+（y－y0）+z－z0）=－Nf（x－xyzx0，y－y0，z－z0）（2）x，y，z是观测点坐标；x0，y0，z0是场源点坐式（2）中，

标；f为总场强度；N为构造指数（SI），取决于观测点异常衰减率和场源几何形态等。在实际应用中，主要是通过最小二乘法解欧拉奇次方程组，得到场源边界位置和深度。

上部夹火山岩建造；上古生界全区分盐岩建造为主，

布广泛，主要为海相，局部为海陆交互相火山岩、碎屑岩夹碳酸盐岩建造，岩性、岩相复杂，厚度巨大。中生界多分布于各盆地及洼地内，为陆相碎屑岩及第三系含煤建造。新生界则广布于所有低洼地区，

2008）。为红色建造，第四系则为松散沉积物（赵阳，区内岩浆岩在各个构造旋回都有发育，其中以海西

期最为发育。东天山地区岩浆活动频繁，表现为强烈的侵入和喷出，具有多旋回、多期次的特点，岩性以中酸性岩类为主。

区内构造发育，以断裂构造为主，褶皱构造较少部分地区可见一些复式褶皱。主要的断裂展发育，

北西向及布方向可以分为3组：即东西向—近东西、

北东向断裂组合。东天山以东西向—近东西向断裂最为发育。

2研究区概况

2

东天山位于新疆东部，面积约8万km，自然景观上属戈壁沙漠覆盖区。该区大地构造位置位于古

3

3．1

重力场特征及处理结果分析

区域重力场特征

亚洲洋南缘，是准噶尔—哈萨克斯坦板块、西伯利亚板块和塔里木板块的聚合地区。它是一较典型的以并经历了多晚古生代（海西末期）为主体碰撞造山，

阶段陆内造山和成盆改造演化于中新生代定型的一

1999）。个构造带（杨兴科等，

研究区地层出露齐全，除中生界三叠系缺失外，

从太古宇到第四系均有出露，以古生界出露最广。中、上元古界主要分布于本区南部的中天山和北山

为一套巨厚的浅—深变质的海相碎屑岩及碳一带，

酸盐岩建造。古生界以海相沉积岩类夹火山岩为主。下古生界主要出露于北山地区，以碎屑岩、碳酸

从本区布格重力异常图（图1）来看，东天山布

格重力场以近东西向、北西西向和北东东向重力向东逐异常为主。重力场值表现为西部相对高，渐降低，异常值全为负值，最高值约为－120mGal，分布在康古尔塔格一带；最低值约为－250mGal，分布于星星峡一带。异常形态主要为条带状和近等轴状，少数呈环状。从宏观方面看，北部为康古尔塔格重力高异常区，南部为沙泉子—星星峡重中北部为吐哈盆地南缘巨型梯级带，力低异常区，走向近东西

。

图1东天山布格重力异常平面等值线图

600地质学刊2013年12月

3．2数据处理结果分析

由于戈壁沙漠覆盖层的影响及地下地质构造的复杂性或周边异常的干扰，往往会造成在区域重、磁平面等值线图中一些异常信息不太明显，因此需要有效的方法来突出微弱信息。通过对前人关于边界增强方法应用效果的分析总结，选择Tilt导数和欧拉反褶积2种方法对重力和航磁数据进行处理（图2、图3、图4）。

Tilt导数和其水平导分析所得结果可以看出，

数突出线性场源边界比较明显（图2、图3）。区内断裂主要呈东西向分布，欧拉反褶积法对线性和环形场源边界突出均较明显（图4）。欧拉反褶积

法反演场源边界需要给定适当的参数，这些参数一般与区内的断裂复杂程度有关，通过分析该区断裂特征并做了不同参数下的结果试验，最终确定构造指数N=0.5，窗口大小为12×12，在反演前对数据做的预处理是向上延拓200m来减小浅部噪声干扰。由于覆盖层的影响，尽管前人已做了大量工作，但对该区隐伏断裂和岩体的解译程度仍然相对较低，如康古尔塔格—黄山断裂带以北的吐哈盆地南缘地区、阿奇山、秋明塔格什、土屋东南部等地区。通过这3种方法的处理，这些地区一些不明显的重力异常信息均有不同程度的增强

。

图2布格重力异常Tilt导数图（TDＲ

）

图3布格重力异常Tilt导数水平导数图（HD_TDＲ）

3.3重力推断断裂和岩体

根据重力推断断裂的依据和级别划分原则，结合前人的研究成果及地、物、化、遥资料推断结果，主其中一级断裂2要根据重力资料推断断裂142条，

条，二级断裂21条，三级断裂119条。

依据研究区岩石的密度参数特征，考虑到数据精度，解译出基性－超基性和中酸性2类岩体（图5）。

第37卷曾凯等：东天山戈壁沙漠覆盖区重磁场特征与构造格架研究

601

图4

布格重力异常欧拉反褶积与原始异常叠加结果

图5重力推断断裂和岩体分布图

2条一级断裂贯穿全区，走向一致，均由西向东从北西西转为东西最后变为北东东向，北部的对应康古尔塔格—黄山断裂，南部的对应阿奇克库都克—沙泉子断裂，它们在布格重力异常图和延拓后的区域场上均表现为明显的密集梯级带。二级断裂

雅满苏断裂、苦水断裂、星星峡断裂、如大草滩断裂、

幸格尔断裂等在布格重力场上有一定程度的反映，

通过边界增强处理后，表现更为清晰。三级断裂在原始异常图上一般不明显，主要通过Tilt导数和欧拉反褶积法处理后的图像解译得到，主要分布于一级、二级断裂两侧。

岩体岩性以中酸性为主，基性－超基性岩体主要分布于研究区西部和黄山、大南湖附近，在布格重力异常图上一般表现为高值异常，沿断裂带分布，部分基性－超基性岩体可能与东天山某些铜镍矿床的产出有

关，如土墩、烟墩、黄山、黄山东、香山等铜镍矿床。

4

4.1

地磁场特征及处理结果分析

区域磁场特征

东天山地区航磁化极ΔT等值线如图6所示。区内正磁场总体成东西向分布，形态呈带状，中部以低缓变化的负磁异常特征为主，负磁异常变化于－200～300nT之间。南北两侧为正磁异常带，峰值在300～400nT之间，正磁异常里面还包括一些不同延伸方向和不同规模、大小、形态的异常带，以条带形异常为主，同时有等轴状、近等轴状、环状等平面形态，异常一般比较复杂。这些区域磁场的变化特征客观地反映了东天山地区区域地质构造的基本特征。

602地质学刊2013年12

月

图6东天山航磁ΔT等值线平面图

4.2航磁数据处理结果分析

航磁数据的处理方法类似于重力，处理后的结

果如图7、图8、图9所示。

在Tilt导数图中，断裂边界一般对应导数值为0

的位置，而在Tilt导数水平导数图中，极大值可能对应场源边界。根据这一原则及前人的研究成果不难磁异常Tilt导数图反映的构造总体趋势很明发现，显，除原始异常图中所能见到的巨型梯级带对应的深大断裂外，一些次级断裂及中小型断裂均有不同程度的反应。例如，图7

中阿奇山附近北东和北西

图7航磁ΔT异常Tilt导数（TDＲ）

处理结果

图8航磁ΔT异常Tilt导数水平导数（HD_TDＲ）处理结果