基于布格重力异常研究平陆地区深部构造特征

郭长辉，王 磊，余大新，乔 龙

(中国地震局第一监测中心，天津 300180)

0 引言

使用重力方法可客观真实地反映地下深部结构，已被国内外学者认可，取得大量研究成果[2-4]。布格重力异常数据包含地下不同深度的场源信息，深部场与浅部场，区域场和局部场信息分别叠加在一起。地壳厚度及密度是布格重力异常主要的控制因素，壳内不同规模的异常体形成区域异常背景上的局部异常。因此，重力场分布形态特征与地壳结构密切相关。通过研究布格重力异常场的分布特征，可分析深部地壳结构及断裂构造的展布等深部构造信息，可解释地质运动所造成的地壳水平界面密度的不均匀现象，包括地面的隆升、凹陷等。

运用研究区及附近区域的布格重力数据(来源于全国地质资料馆)，组成为1：20万及1：50万比例尺。其中，研究区南部数据为1：50万比例尺，由于洛宁盆地南部数据质量较差，重点研究灵宝-三门峡盆地及其以北地区数据。采用适当的插值方法，将原始的布格重力异常等值线数据生成布格重力异常平面图(见第9页图1)，结合布格重力数据对该区域分层地壳结构进行分析，认识平陆地区深部构造背景，为分析该地区孕震模式提供参考。

图1 研究区布格重力异常图

1 研究区概况

研究区(110.15°～112.1°E，33.9°～35.5°N)位于山西南部和河南西北部交界处(见第10页图2)，地形复杂，在地貌上处于西部上升区与东部沉降区的过渡带上，以黄土丘陵和中低山为主。隆起区、凹陷及盆地区交互分布，东接洛宁盆地，西临黄河，北依河津凹陷，南至秦岭余脉。主要的地质构造单元中，北部为河津凹陷、峨嵋台地和运城盆地。其中，运城盆地由两凹一垒组成，即河津凹陷、运城凹陷和峨嵋台地组成；中部为中条山隆起和灵宝-三门峡盆地；南部为秦岭东延崤山余脉。研究区地处渭河断陷带东部，渭河盆地为鄂尔多斯地块周缘新生代裂隙体系的重要组成部分[5]，因该区域正断层和断陷盆地发育，是正断层区域构造活动和地震预测研究的理想场所。

图2 平陆地区地貌构造概况

研究区第四系和第三系分布范围较广，特别是第四系黄土分布极广，花岗岩和基性岩分布少。其中，中生界及以前地层分布面积大约占整个研究区面积的一半，前震旦系地层组成中条山山脉的主体，震旦系及古生界、中生界地层主要分布于中条山南麓及运城盆地的边缘地区，新生界地层主要分布在黄河河谷的两侧及渑池、运城和垣曲盆地之间。

2 断裂带分布

研究区内断裂带构造较为发育，共发育8条断裂带，主要走向为北东-北北东向(硖石-白埠断裂为北西向)。各断裂带活动性质不尽相同，在区域构造演化中表现出不同的活动现象。其中，中条山北麓断裂为运城断陷盆地和中条山断块隆起的分界，该断裂西起永济蒲州，经运城、谢州、夏县及闻喜，全长约180 km，走向NEE，倾向NW，倾角60～80°，野外调查显示，断裂活动性质为右旋正断型；中条山南麓断裂位于中条山隆起区的南侧，沿中条山隆起一直向北东方向延伸至张店镇附近，在地表无明显响应，前人研究表明，该断裂为一条隐伏早、中更新世断裂[6]；垣曲断裂是控制垣曲盆地边界的重要控制断裂，该断裂位于三门峡市以北，垣曲盆地以西，呈南北-北北东走向展布于基岩之中。通过野外地质调查发现，垣曲断裂为一条早、中更新世正断层；华山山前断裂为渭河断陷盆地南缘的控制性断裂，成为盆地南侧华山山脉的分界断裂，包含华山山前断裂的东段，又称华阴-灵宝段，野外调查表明，该断裂为一条正倾滑断裂，在晚更新世有过活动，全新世活动弱或无活动；温塘断裂南起灵宝县五亩乡，沿着灵宝-三门峡盆地的南边界向东北方向延伸，穿过三门峡市一直到黄河南岸，构成基岩山地隆起和盆地的边界，部分隐伏于第四系沉积物之下，全长约80 km，总体走向35°～40°，倾向北西，倾角45°以上，前人研究资料认为该断裂在晚更新世出现过强烈活动。

3 研究区布格重力异常特征

一般而言，布格重力异常包括矿体、构造及莫霍面起伏等区域地质体的横向展布特征，其中，地壳的厚度及密度是主要的控制因素。布格重力异常场值的大小指代基底的起伏特征。由图1看出，布格重力异常值在-160×10-5至-50×10-5m/s2，整体表现为西低东高的变化特征。局部而言，重力场表现为高低相间的特征，重力高值、低值与构造地形之间有着较好的对应关系。

西北部处于低重力异常区，该低重力区域西为鄂尔多斯东南缘，东偏南为峨嵋台地，同时，该区域为侯马-临汾盆地的南部，地势较低，黄河河谷从该区域通过一直向南，该区第四纪地层覆盖较厚，沉积层密度较低，重力异常表现为低值。临猗、万荣和闻喜三地之间的重力异常值为-100×10-5m/s2，相对于其周缘处于一个重力异常高值的构造环境中，该区域与峨嵋台地范围较为吻合。野外考察可知，该区域出露大面积的岩浆岩及太古代、元古代地层，高密度的岩浆岩及基岩老地层导致该区域较周缘重力异常值偏大。

中部的运城盆地是汾渭强烈断陷区的一部分，在中条山隆起以北、峨嵋台地以南均显示为重力低值，该区域第四纪地层广泛发育，沉积巨厚的晚新生代地层，盆地内部第三系地层厚度为2 000 m，第四纪地层厚度在盆地中部堆积达700 m[7]，表明低密度的覆盖层导致运城盆地出现较低的重力异常值。

自中条山条带状隆起向北东方向延伸向北至绛县以东，向南包括垣曲盆地、渑池大部以及嵩县以东均呈现重力高值，该区域属太行山隆起区的一部分。其中，中条山一带出露太古代、元古代及古生代地层，垣曲盆地西南侧出露大面积的元古代石英岩及大理岩，盆地东侧为震旦系地层，推测该区域重力高值为高密度的岩浆岩和沉积岩等引起。灵宝-三门峡盆地主要分布一套典型第四纪地层，该地区也因低密度覆盖层而显示为低重力异常值。

可以得出，研究区自北向南形成多个近东西向重力异常区，高、低重力异常交替出现。其中，两个高重力异常区自北向南分别与汾渭断陷区内的峨眉台地和中条山凸起相对应，3个低重力异常区自北向南依次与河津凹陷、运城盆地和灵宝-三门峡盆地相对应。综合分析认为，研究区深部重力异常东高西低，地壳厚度自西向东逐渐变薄，莫霍面深度自西向东逐渐变浅；布格重力异常局部分布特征与其内部构造单元具有较好的对应关系。

结合地质资料可发现，布格重力异常变化较快的区域其等值线较密集，是岩性发生突变的不整合地层接触带；同时，比较遥感解译图和布格重力异常图发现，中条山北麓断裂、华山山前断裂及温塘断裂的西南部与布格重力异常梯度带有较好的对应关系，表明等值线密集分布的布格重力异常梯度带往往反映断裂带或者具有不同密度和磁性的岩体陡直接触带[2]。垣曲断裂、硖石-白埠断裂等沿线的布格重力异常值无变化，是因为上述断裂带为基岩断裂，不控制不同的地貌单元，断裂带两侧无第四系沉积物覆盖或覆盖层较薄，因此，其重力异常值无变化(洛宁盆地以南地区由于数据精度不高，在此不再讨论)。

4 结论

对研究区布格重力资料进行相关分析认为，研究区布格重力异常总体表现为东高西低的特点，同时，存在布格重力异常高低交互出现的特征。结合地形地貌，表现为隆起区高值，凹陷及盆地区低值。同时，断裂带一般沿着布格重力异常梯度带等值线较为密集的条带状分布。