王文杰， 雷聪聪， 薄海军， 王振义， 杨 彪，徐浩清， 赵 鑫， 杨 凯

(1.中国地质调查局 呼和浩特自然资源综合调查中心，呼和浩特 010000；2.中国地质调查局 应用地质研究中心，成都 610000；3.中国地质调查局 西安矿产资源调查中心，西安 710000)

0 引言

我国幅员辽阔，各类地质、地貌景观类型多样。目前我国中比例尺区域地质调查已实现陆域全覆盖，已完成的1∶50 000区域地质调查大多集中在基岩出露区，但广袤的第四系覆盖区和高山峡谷区、岩溶区等特殊地质地貌区的地质填图，因地表景观区条件的严重制约，使得采用传统地质填图方法无法获取足够的、准确的地层界线、产状、构造等填图信息，若通过工程揭露基岩，又会带来经济负担与生态环境问题。因此，如何经济、高效、环保地揭露覆盖层这一“盲区”获取“盲区”以下的地质填图信息，是覆盖区地质调查的一个重要研究方向。地球物理方法以其较强的穿透能力，已成为丰富填图信息、提高填图效率和减少填图成本的一个有效手段[1]，选用适当的地球物理方法，可有效解决覆盖区地质构造追索、地质体界线划分、地质填图等基础性、关键性地质问题。

为了将我国1∶50 000地质填图工作，从基岩裸露区拓展至调查难度极高的高山峡谷、深林草原、戈壁荒漠、湖泊沼泽、平原区等特殊地质地貌区，中国地质调查局在“九大计划”中特别部署了“特殊地区地质填图工程”，笔者先后参与的“内蒙古自治区额济纳旗呼和仍巴斯克等四幅1∶50 000区域地质矿产调查”、“内蒙古自治区额济纳旗生格嘎顺、霍布哈尔幅1∶50 000区域地质矿产调查”、“内蒙古自治区额济纳旗克克桃勒盖等四幅区域地质调查”项目，对其中的物探方法技术和探测成果在浅覆盖区区域地质调查的应用进行了对比研究和归纳总结，笔者重点对地面高精度磁法、可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)，在解决浅荒漠、草原浅覆盖区基础地质调查工作中的基础地质问题进行了典型实例分析，证明了组合物探技术方法解决该类地质问题的可行性与有效性。

1 浅覆盖区的物探方法工作原则

浅覆盖区区域地质调查中物探工作应根据覆盖层厚度、目标地质体深度、基岩岩性、构造复杂性等因素选择合适的物探方法以达到解决目标地质问题的目的，同时应综合考虑经济效益、施工效率、施工难度及方法有效性等因素。笔者认为，浅覆盖区的区域地质填图工作中，物探工作应遵循“重磁测量先行覆盖，电法、地震等剖面重点解剖”的原则，按照拟解决地质问题的空间位置，可以将基础地质问题分为“横向平面问题”与“纵向深部问题”两类。“横向平面问题”即研究区平面上的地质填图、构造追索等类似“表面”的地质问题；“纵向深部问题”即研究区深部的隐伏岩体、构造深度、产状信息、岩层厚度等“纵向”的地质问题。基于此，可以将主要地球物理方法从解决“横向平面问题”、“纵向深部问题”两个方面进行方法归类，不同物探方法可解决的浅覆盖区地质问题总结见表1。

表1 物探方法解决浅覆盖区地质问题一览表Tab.1 List of geophysical methods to solve geological problems in shallow coverage areas

由表1可知，对于沉积地层产状水平或平缓的基岩或第四纪覆盖层，可采用大地电磁法、音频磁场法、地震反射波法；基岩火成岩、变质岩为主的地区，可采用高精度磁法和重力测量方法；构造复杂区可采用电阻率法、人工源电磁测深法、放射性法等；冲击层或坡积层厚度不大时，可采用电阻率法等[2-3]。当然，开展某一种地球物理工作，研究目标与围岩之间需存在一定的物性差异，因此在进行方法选择时，应根据研究区内地球物理特征进行具体分析。

2 地质背景与地球物理特征

研究区地处阿拉善北缘中蒙边境地区，主要研究区呼仍巴斯克地区、生格嘎顺地区、克克桃勒盖地区位于额济纳旗东北部，地形总体东高西低、北高南低，属于低山丘陵及戈壁滩，研究区内第四系地层覆盖面积大于调查面积50%，属于典型的浅覆盖区。

研究区所属区域构造位置如图1所示，研究区位于华北板块、塔里木板块、西伯利亚板块结合部位的中亚造山带南缘中段。构造单元划分为Ⅰ级为天山-北山造山系、Ⅱ级为北山弧盆系、Ⅲ级为园包山岩浆弧及辉森乌拉-都热岛弧。

图1 研究区区域构造简图Fig.1 Schematic diagram of the regional structure of the study area

研究范围内呼仍巴斯克研究区、克克陶勒盖研究区、生格嘎顺研究区地理位置毗邻，各区域内主要地层岩石相似，主要出露新元古界、古生界及中-新生界地层，岩石岩性以砂岩、砾岩、板岩、大理岩、英安岩、流纹岩、火山碎屑岩为主。通过收集整理研究区内以往地球物理工作物性资料与野外实测物性参数，研究区内主要地层岩石物性参数(视电阻率、磁化率)见表2，由表2可知，研究区内各类岩石物性差异明显，具备开展电法、磁法勘探的物性前提。

表2 研究区岩石视电阻率、磁化率统计表Tab.2 Statistics of apparent resistivity and magnetic susceptibility of rocks in the study area

3 典型应用实例分析

3.1 圈定红石山地区隐伏岩体

研究区位于内蒙古自治区额济纳旗红石山西部，区内红石山岩体中可见有基性-超基性岩组合，岩石出露较为破碎，大多散落于地表。主体岩性为晚泥盆世中细粒花岗闪长岩，晚石炭世橄榄辉石岩、蛇纹石化橄榄岩等超基性岩及早二叠世闪长岩、正长花岗岩(图2)。关于区内超基性岩成因一直存在较大争议，吴泰然等[4-5]认为其为蛇绿岩套组份，而索果淖幅1∶20 0000区域地质调查报告则将其作为岩浆活动产物[6]。

图2 研究区磁法工作部署及隐伏岩体范围推断图Fig.2 Magnetic work deployment and concealed rock mass range inference in the study area

为查明研究区基性岩形成背景及隐伏特征，在该研究区内开展了1∶10 000地面高精度磁法测量工作(图2)，由于超基性的岩含暗色矿物较多，相对于酸性围岩表现为高磁异常，研究区大范围发育的酸性岩体所形成的背景场，与超基性岩所表现的高磁异常有明显的差异，因而磁测结果能很好地将二者进行区分。

由研究区化磁极及向上延拓ΔT等值线平面图可知(图3)，磁异常分区明显，区内存在一条明显的正负异常梯度带，梯度带西北侧以相对较平缓的正异常为主，异常值最大可达265 nT，各磁异常高值区域分布零散，连续性较差；梯度带东南角为异常低值区，呈条带状展布，异常平缓，异常最低值可达-13 nT；为了探究异常体在地下的分布情况，对磁测结果进行向上延拓处理，延拓深度分别为50 m、100 m、300 m(图3(b)～、图3(d))，由延拓结果可知，由浅部不均匀异常体引起的局部异常被压制，高值异常区由浅至深范围逐步缩小，向东收缩现象越明显，且在地表处孤立的两处高值异常具有向下逐步闭合连续的趋势，深部高值异常整体呈南北向展布；向上延拓100 m后，东南侧低值异常消失，但整体上异常由西北向东南逐渐降低的趋势依然存在。

图3 研究区化磁极及向上延拓ΔT等值线平面图Fig.3 Plan view of the ΔT contour of the magnetic reduction to the pole and the upward continuation in the study area(a)化磁极△T等值线平面图；(b)化磁极向上延拓50m ΔT等值线平面图；(c)化磁极向上延拓100 m ΔT等值线平面图；(d)化磁极向上延拓300 m ΔT等值线平面图

结合研究区内岩石地层地表出露情况，对测区超基性岩展布范围进行推测推测结果见图2，北侧磁异常带与地表出露的橄榄辉长岩区域对应非常好，反映出磁测结果准确可靠，按照由已知到未知的原则，推断南侧高值异常区地下发育橄榄辉长岩隐伏岩体，岩体大致呈北东向展布，深部具有较好的连续性。经野外实地验证，橄榄辉长岩发育于红石山北构造破碎带内，与围岩呈断层接触关系，而在破碎带南侧与围岩呈断层接触关系。

基于以上分析，由研究区磁异常特征可知，区内超基性岩沿构造发育，深部具有较好的连续性，为岩浆活动产物，因后期遭受强烈韧性挤压变形，在地表大多呈构造透镜体状产出，而并非蛇绿岩套组份。

3.2 圈定推断呼仍巴斯克地区隐伏构造

研究区位于内蒙古额济纳旗呼仍巴斯克地区，区内地质研究程度颇低，解放前是地质空白区，解放后进入本区工作的地质队亦为数甚微，因而各类地质矿产资料极为贫乏，加之区内第四系地层覆盖面积约为50%以上，常规地质手段可识别的断裂构造有限，区内地质构造填图工作困难重重。

断裂构造在形成过程中常常可以改变岩石的磁性，或者改变磁性地层的产状与分布，因此由断裂构造所产生的磁异常场表现出一定的规律性。基于此，为进一步识别区内构造断裂信息，结合区内已有物探工作基础，开展了1∶50 000高精度地面磁法工作，工作范围覆盖整个研究区。

研究区ΔT化磁极结果如图4(a)所示，由图4(a)可知，研究区内磁场以近东西向的磁异常为主要特征，局部呈等轴状或近北东向分布，磁场变化剧烈，正负异常交替出现，异常间相互关系复杂，正磁异常主要分布在测区中部，负磁异常主要分布在测区北部、西南部和东南部。

图4 1∶50 000地面高精度磁测构造推断对比图Fig.4 1∶ 50 000 ground high-precision magnetic survey structure inference comparison map(a)研究区构造综合推断图；(b)研究区构造纲要简图

利用磁异常识别断裂构造的主要标志包括[7-8]：①相邻两侧磁异常的主要特征(规模、形态、走向、幅值、梯度变化等)显著不同；②具有一定延伸或断续延伸的线性梯度带或线性异常带，在向上延拓图上表现为明显的线性延伸正或负异常带，一般反映两侧基底性质不同、两侧组成地壳物质的磁性存在明显的差异或两侧基底埋深较大；③具有一定延伸或断续延伸的线性正磁异常带、负磁异常带、串珠状正异常带、串珠状负异常带。线性正磁异常带表明沿断裂带两侧断续有磁性岩体侵入，而线性负磁异常带，由断裂破碎使岩石磁性减小或剩余磁化强度的反转所引起。基于以上理论，应用研究区ΔT化磁极结果，共推断出17条断裂，调查区的主要断裂带呈EW、NEE 向分布，局部发育NNW、NWW、NNE向次级断裂带和沿岩体边界展布的弧形构造接触带。其中F1、F2、F4、F5、F7、F8、F9、F13断裂为该区的主要断裂，控制着整个调查区的磁场分区，F4断裂带以北为呼仁巴斯克正负磁场区，F4断裂以南F7、F8断裂以北中间区域为查干泉吉平稳变化正磁场区，F7、F9 断裂以南为洪果尔吉乌拉正负剧烈变化正负磁场区，F13是本区规模最大的一条断裂带几乎横切本区的所有东西向构造。

将磁法测量结果与地质图各类地层岩性特征对比分析可知道，不同的磁场区磁场分布特征与不同的地质构造单元、岩浆活动、岩性变化特征吻合性较好，但也存在个别地段两者不是严格对应的现象，这是由于相邻构造单元的磁性岩层差异较小或深部岩体影响等因素造成的。

3.3 追索克克陶勒盖地区雅干断裂

雅干断裂带由西向东贯穿克克陶勒盖研究区，是一条很重要的断裂带，其南北两侧在基底和盖层的分布和特征、地球物理特征以及地貌特征等都存在明显差异，但该断裂带在研究区内的展布位置存在争议。前人认为雅干断裂带为红石山—百合山—蓬勃山蛇绿岩带的东延部分，具缝合带性质，1∶200 000雅干幅区域地质调查认为雅干断裂带在研究区内呈近东西向展布；潘桂堂[9]则认为雅干断裂带在工区呈北东向展布，因此进一步确认雅干构造带空间展布位置具有实际意义。

笔者收集了研究区内区域重磁资料，以期对区内雅干构造带空间展布方向进行初步判断。根据研究区区域布格重力异常(图5(a))，在研究区内东部存在北东向异常带，且梯度带向北有明显的转折趋势；内蒙古自治区有色地质勘查局五一一地质队在调研究区好来公一带进行了1∶50 000高精度磁测工作，从其ΔT化极等值线平面图可以看出，具有明显的北东-南西向正异常带(图5(b))；由重磁异常可知，推测重磁异常梯度由雅干构造带引起，断裂带空间展布位置东西向具有由NEE逐渐转向NE的特点。

图5 区域重磁异常推测雅干断裂带展布位置图Fig.5 Regional gravity and magnetic anomalies inferred the location of the Yagan fault zone(a)区域重力资料雅干断裂带展布位置推断图；(b)1∶50 000高精度磁测资料雅干断裂带展布位置推断图

为进一步查明研究区内雅干断裂空间展布方向，根据区域重磁资料及前人工作成果，沿推测雅干断裂展布方向，垂直布设CSAMT剖面3条，以控制雅干断裂带展布方向。

1线、2线CSAMT剖面视反演电阻率等值线断面图(图6(b)、图6(c))中,视电阻率异常分区明显，均可划分为两部分，即位于北侧的高阻异常区(以“H”表示)与南侧的相对低阻异常区(以“L”表示)，在两条剖面点位500 m～600 m处，均出现了一条高低阻异常梯度带，根据野外实地踏勘，结合地质图、遥感解译、以及岩石物性参数推断其为一条近东西向展布的断裂构造(F1)，断层倾向向北，倾角约70°～80°；该断裂构造向下延伸明显，断层深度1.5 km以上。

图6 CSAMT工作部署及雅干断裂带空间位置推测成果图Fig.6 CSAMT work deployment and spatial location estimation results of the Yagan fault zone(a)雅干构造带推测空间展布位置及CASMT工作部署图；(b)1线剖面CSAMT视电阻率反演综合解译图(c)2线剖面CSAMT视电阻率反演综合解译图；(d)3线剖面CSAMT视电阻率反演综合解译图

3线CSAMT剖面视反演电阻率等值线断面图(图6(d))中南侧出现相对高阻异常区H4，其梯度带倾向与推测F1倾向相反，因此推测该处异常梯度带为盆地边缘断裂构造视电阻率异常反应。由3条测线推测F1断裂构造空间位置可初步勾勒出断裂带空间展布方向，即：整体上呈东西向展布，研究区中部由北东东逐渐转向北东。

3.4 探测伊很乌苏断陷盆地

伊很乌苏断陷盆地位于毛仁陶勒盖-伊很乌苏-勃温陶来一带以北，宽为12 km～20 k m，东西长大于30 km。为查明伊很乌苏断陷盆地形成机制与深部构造信息，在查干泉吉西—敦德乌苏布设CSAMT剖面1条(图7(a))，剖面东西向横跨伊很乌苏断陷盆地(剖面方向0°)，剖面长度为15.7 km。

伊很乌苏断陷盆地南北两侧为古生代地层-岩浆岩，二者呈不整合接触。岩性为早白垩系的砖红色泥岩、砂砾岩；灰黄色-浅灰白色泥岩及半固结砂岩组成，整体呈近东西向展布，在盆地中部的陡坎有基岩出露，上部主要被第四系砾石层和现代冲洪积砂砾石层覆盖。

查干泉吉西—敦德乌苏CSAMT反演视电阻率特征如图7(b)所示，从反演结果的电性特征来看，整体可将剖面范围内视电阻率分为5个特征区：即3个相对低阻异常区(以“L”表示)和2个相对高阻异常区(以“H”表示)，低阻异常呈“U”型交替出现于剖面中部，异常位置均见底，最大深度可达1 800 m；两个相对高阻异常位于剖面两侧，H2高阻异常较宽缓，且电性结构相对均匀。

遗憾的是，在该断陷盆地范围内无相关钻孔资料，对盆地内地层厚度只能依靠地质资料进行约束，综合反演成果相对粗糙，但是从定性的角度讲，依然具有一定指导意义。

4 探讨与结论

笔者综合分析浅覆盖区区域地质填图中存在的技术难点问题，从解决“横向平面问题”与“纵向深部问题”两个方面，对各类物探方法解决浅覆盖区地质填图问题的优缺点进行了归类总结，同时对应用地面高精度磁法、CSAMT法，在额济纳旗地区区域地质调查中有效性进行了综合分析，结果表明，应用适当的物探方法对于解决覆盖区内构造推测、隐伏岩体圈定、构造深部特征探测，具有很好的实际应用效果。基于以上研究，初步总结出一套应用物探技术解决浅覆盖区区域地质调查问题的工作建议：

1)系统收集和整理前人已有地质、物探成果资料，特别是一些区域重磁资料，可以提供区域性构造、岩性特征信息，可为下一步物探方法的选择、工作的布设提供依据与参考。

2)开展某一种物探方法前，要建立研究目标区域物性参数关系，禁忌盲目开展，以防由于物性差异不大，甚至研究目标物性与背景物性之间存在重叠而导致方法失效。

3)在内蒙古额济纳旗覆盖区的区域地质填图工作中，地球物理方法的应用基本原则是以磁法、重力为主，以放射性、地震、电法等方法为辅，解决实际地质问题要从宏观到局部，由已知到未知的思路，提高研究程度，以防出现逻辑性错误。

4)物探方法技术有一定的局限性和多解性，一方面应尽量采用多种物探方法组合的模式，同时应注重地质、化探、遥感、钻探资料的综合分析，对研究目标进行约束，可以进一步提高解译的准确性。