0.   引言

额尔古纳地块主体分布于俄罗斯和蒙古境内，在我国位于内蒙古东北部，向南与中蒙古地块相连，向北与俄罗斯境内的岗仁地块相连(李锦轶，1998；张梅生等，1998)，向东以塔河-喜桂图缝合带为界与兴安地块相连(张丽等，2013；赵硕等，2016)；古生代期间，该地块经历了多个微陆块之间的拼合(Kuzmin et al., 1996；Zhao et al., 1996；Li, 2006；Meng et al., 2008, 2010；Liu et al., 2017)，中生代又经历了蒙古-鄂霍茨克环太平洋构造体系的叠加与改造(葛文春等, 2000a, 2000b, 2001；林强等，2003；Wang et al., 2006；Xu et al., 2009；Wu et al., 2011；陈崇阳等，2016).区内发育以海拉尔盆地为代表的一系列中生代盆地，在空间上呈北东向展布，规模巨大，是研究盆地基底特征，甚至额尔古纳地块基底组成的天然实验室.与此同时，由于额尔古纳地块特殊而复杂的构造背景，造就了区域重要的多金属矿产，目前已发现铜、铅、锌、钼、银等多金属矿床，同时，该区与斯特列措夫、多尔诺特铀及多金属矿化集中区具有相似的成矿地质背景，使得该区域成为研究东北中生代盆地基底特征以及找矿突破的重要地区之一.

灵泉盆地是区域发育的典型盆地之一，NNE向分布于额尔古纳地块之上，前人研究较少，本文试图通过对灵泉盆地基底构造特征进行细致研究，结合区域中生代火山岩盆地基底埋深情况，尝试揭示额尔古纳地块中生代盆地基底构造特征.

1.   灵泉盆地区域地质背景

灵泉盆地位于满洲里地区，处于克鲁伦-满洲里隆起带上，受NE-NNE向额尔古纳-呼伦湖断裂和满洲里-巴扬山断裂夹持.盆地内侵入岩分布面积较少，中生代火山岩和第四系出露广泛，火山岩见塔木兰沟组(J₃t)、木瑞组(J₃m)、上库力组(J₃s)、伊列克得组(K₁y)、大磨拐河组(K₁d)(图 1).由于中生代火山岩和第四系分布广泛且覆盖较厚，研究区又属于草原浅覆盖区，因此，在盆地内开展构造研究受到了很大的限制.本文首次通过对灵泉盆地地区1:5万重力资料的解译，细致揭示灵泉盆地基底构造特征.

图  1  灵泉盆地地质简图

Ⅰ.额尔古纳地块；Ⅱ.松嫩地块；Ⅲ.兴安地块；①塔河-喜桂图缝合带；②嫩江-贺根山缝合带

Fig.  1.  Sketch geological map of the Lingquan Basin

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2.   重力资料解释流程与方法

重力资料主要数据来自核工业二四〇地质研究所，为实测重力数据.由于布格重力异常是地下由浅至深各类地质体的综合叠加效应，需要采用信号处理技术从综合叠加场中将研究的目标场分离或提取出来，尽可能压抑或消除干扰噪声，增强有用信息，以提高利用重力异常综合解决复杂地质问题的能力.

在进行重力数据处理之前，首先进行数据预处理，包括扩边、离散数据网格化、低通滤波剔除随机干扰等.重力数据先扩边再采用克吕格法网格化，网格成100 m×100 m规则网数据，经汉宁窗口低通滤波，消除随机干扰后，再对重力数据进行信号处理，具体内容、目的和方法详见表 1.

表  1  重力数据处理的内容、目的和方法

Table  Supplementary Table   The content, purpose and method of gravity data processing

	处理内容		地质目的	方法
	向上延拓100 m、300 m、500 m、700 m、1 000 m、2 000 m、3 000 m、4 000 m		了解重力异常衰减特征，区分深源(低频)和浅源(高频)场；提取局部异常，分析区域构造与局部构造特征	空间域-波数域
布格重力异常	剩余异常	布格重力异常减去上延1 000 m后重力异常	了解重力异常衰减特征，区分深源(低频)和浅源(高频)场；提取局部异常，分析区域构造与局部构造特征	空间域-波数域
	侏罗系底面	频率域Parker迭代反演
	小子域滤波(窗口半径250 m)		划分深、浅层断裂，了解断裂位置和展布特征等	空间域-波数域
	水平总梯度矢量模		划分深、浅层断裂，了解断裂位置和展布特征等	空间域-波数域

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2.1   异常分离方法

区域异常是叠加异常中的一部分，主要是由分布较广的中、深部地质因素所引起，其特征是异常幅度大、范围广，梯度变化较缓.区域异常和局部异常是相对而言的，没有绝对的划分标准，应根据研究的问题而定.

由于不同地质体的规模、埋深不尽相同，其重力异常沿垂向衰减变化率是不相同的，利用向上延拓法可以判别异常源的埋深及延伸等特征，从而选择反映深部场源的最佳延拓高度，使浅部场源信息基本消失，突出深源场源特征.本次采用向上延拓法进行异常分离，获得区域异常和剩余异常，进行区域构造及局部构造的研究.

2.2   断裂构造信息强化方法

小子域滤波，是一种非线性滤波方法，它通过选取合适的窗口，对数据进行褶积，多次迭代，其对重力梯级带具有较好的强化作用，是提高断裂构造信息分辨力的有效手段之一.

重力水平总梯度是利用最大值位置来确定线性构造的水平位置，在使用小子域滤波处理的基础上求取水平总梯度，可以宏观显示线性构造的整体面貌.

2.3   密度界面反演

地球内部密度界面的起伏对布格重力异常的影响非常大，因而常利用布格重力异常反演密度界面起伏，以使我们更好地研究地球内部结构，了解区域性构造等问题.

对重力而言，在一定的先验条件下(如平均深度)，重力资料反演可以获得较准确的密度界面深度.本次采用频率域Parker迭代反演方法进行密度界面的深度计算，以定性了解该区地质体的垂向分布.

3.   灵泉盆地重力异常特征

3.1   灵泉盆地布格重力异常特征

盆地内布格重力异常总特征(图 2)为：“中部高，东、西低”；即：测区中部巴彦张日和-达钦呼都格-铁勒格图一线，以高值正异常带为主，向东、西重力场值逐渐变小；全区重力场值在-81.0×10^-5~-108.0×10^-5m/s²左右变化，极大值在巴彦张日和的西南，峰值为-83.0×10^-5 m/s²左右，布拉格廷诺尔附近，峰值为-83.5×10^-5 m/s²左右，铁勒格图附近，峰值达-81.5×10^-5 m/s²左右；总体走向以北北东向和北东向为主.

图  2  灵泉盆地布格重力异常平面图

Fig.  2.  Bouguer gravity anomaly ichnography of the Lingquan Basin

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西部异常区以重力低值异常带为主，由南向北重力场值逐渐减小，场值由-94.5×10^-5 m/s²变小至-106.0×10^-5 m/s²左右；南部极小值范围窄，北部极小值范围大，总体走向以北北东向为主；本区东部为呼伦湖，在达石莫格浑迪附近分布一条近椭圆形局部重力低值带，极小值为-92.5×10^-5 m/s²左右，东南部二号渔场附近分布一条近椭圆形局部重力低值带，极小值为-88.5×10^-5 m/s²左右.

对比己知地质资料(图 1)，可知：西部重力低异常区主要为侏罗-白垩系断陷分布区，断陷的规模较大；东部两个局部重力低异常区主要为规模较小的侏罗-白垩系断陷分布区；中部主要为基底隆起区.

3.2   灵泉盆地深部重力场特征

为了解本区深部重力场及深部构造特征，我们对布格重力异常进行数据处理，首先对布格重力异常进行向上延拓8个不同高度(100 m、300 m、500 m、700 m、1 000 m、2 000 m、3 000 m、4 000 m)处理，进行浅部和深部异常分离，图 3中重力场特征表现为：增大向上延拓高度，可以使埋深较浅、规模较小的重力异常特征衰减消失，而规模较大的、埋深较大的重力异常特征突出.

图  3  向上延拓不同高度布格重力异常平面图

Fig.  3.  Upward continuation of the different height of the bouguer gravity anomaly ichnography

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由重力异常向上延拓1 000 m后重力场(图 3e)可看出：本区深部构造特征是“东西断陷、中间隆起”；西部为规模较大的重力低，深部场特征呈“南浅、北深”；说明西部存在大面积低密度地质体，推测为火山岩断陷分布区.其中：南部为走向近南北的小断陷，北部为走向近北东的大断陷，而测区东部分布有局部小断陷，埋深也较浅.

对比向上延拓1 000 m后重力异常与原始布格重力异常特征，发现局部小异常消失，异常变得圆滑、平缓，突出了深部区域重力异常特征.对比向上延拓1 000 m至4 000 m后的重力异常，异常特征基本相同，故取向上延拓1 000 m重力异常为本区区域重力异常，反映了深部地质体顶面“东、西深，中间浅”分布特征.原始布格重力异常减去区域重力异常获得本区剩余重力异常(图 4).剩余重力异常是地下浅部密度不均匀体的重力效应，主要反映浅部中生界地层中密度体不均匀和基底起伏信息，从剩余重力异常中可以看出：中部局部重力高主要反映基底隆起，东部和西部局部重力低主要反映侏罗-白垩系断陷分布.

图  4  灵泉盆地布格重力剩余异常平面图

Fig.  4.  Bouguer gravity residual anomaly ichnography of the Lingquan Basin

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4.   灵泉盆地基底断裂的重力异常特征

4.1   断裂在重力异常上的标志

由于地质体具有地球物理特性差异，当断裂产生后，使地质体在三度空间发生位移和错断时，体积和物性发生变化，当具有一定规模时，两侧可形成明显的密度差异，从而引起各种不同性质的重力异常；由于断裂反映的是地层物性界面的陡变带，断裂的规模越大，两种物性界面的陡变带规模也越大、同样，物性差异越大，异常梯级带梯度变化也越明显；总之，断裂在重力异常特征上有以下主要标志：(1)不同特征的重力异常界线或异常梯级带；(2)重力异常的等值线沿走向呈有规律性的扭曲和错断.

因为重力异常梯级带有时为反映两类地质体接触界面，所以判别断裂时，要结合已知地质和其他物探资料进行综合判别.

4.2   利用重力异常划分断裂的原理

断裂在重力异常上主要反映为重力梯度带，当断裂面垂直时(90°)，断层面对应重力梯度带的拐点(梯度变化最大处)，当断裂面倾斜变缓时，异常梯度带也变缓.台阶模型为典型断面模型，设计参数为剩余密度为0.3 g/cm³、埋深h=0.5 km、厚度H=5 km，依次变化台阶倾斜角度(30°、45°、90°、135°)，根据台阶模型求取重力异常的公式(李才明和李军，2013)，其重力异常正演计算结果见图 5.

图  5  重力异常与断层倾向关系示意图

Fig.  5.  The relationship diagram of the gravity anomalies and fault dip

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对重力异常求取水平方向梯度异常，即沿水平方向的变化梯度，其极值点为变化梯度最大点，当断裂面垂直时，极值点对应断层面的水平位置.对图 5中台阶模型(倾斜角度为90°)求取的重力异常进行水平一阶导数计算(图 6)，水平一阶导数的极大值点与断层面的水平位置相对应.

图  6  重力异常水平一阶导数与垂直断层面关系示意图

Fig.  6.  The relationship diagram of the first derivative of gravity anomaly and vertical fault plane

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当断裂面倾斜时，重力异常水平方向梯度极值点向倾斜方向位移；可根据重力异常向上延拓不同高度时，浅源地质体信息衰减、深源地质体信息增强的原理，利用重力异常向上延拓不同高度后求取水平方向一阶导数异常，由极值线向倾斜方向位移的大小来判别断裂面的倾角大小.

由于布格重力异常梯度带密集分布，肉眼不易确定梯度带拐点位置，从而不易确定断层面位置，故先对重力布格异常首先作小子域滤波，增强梯度带信息，然后利用重力异常水平方向总梯度矢量模极值连线来确定断裂平面位置，而断层倾角大小由重力布格异常向上延拓不同高度后，求取水平方向一阶导数极值线来判别；同时，应参照有关的磁法、电法、地震和地质等资料.

4.3   利用向上延拓后重力异常推测断裂产状和规模

由向上延拓100 m、300 m、500 m、700 m、1 000 m、2 000 m后重力异常，经小子域滤波后求取重力水平方向总梯度矢量模异常，反映不同深度和规模的断裂特征.从图 7中可以看出：本区浅部规模较大的断裂构造以北东向为主，北西向次之，区内还有早期近南北向和东西向断裂存在，取向上延拓500 m后划分的断裂为基底断裂，共划分十余条基底断裂(图 8).其中F₃和F₉断裂位于盆地的中央，F₃总体为南北走向，中段被北东东向的F₉错开，两者共同控制了盆地的分区，应该是盆地断陷期的控盆断裂，其西部为断陷，东部为隆起.灵泉盆地共发育3期断裂，从基底断裂的切割关系上可以推测，NNE向的F₁和F₆形成最早，其次是NE向的F₈和F₉断裂，NW向的断裂最晚.将断裂的分布情况与地质图结合，发现解译基底断裂基本控制着盆地内地质体的边界及展布方向(图 9).

图  7  向上延拓不同高度重力水平方向总梯度矢量模异常图

Fig.  7.  Upward continuation of the different height of the gravity horizontal direction total gradient vector ichnography

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图  8  向上延拓500 m后重力水平总梯度矢量模异常和基底断裂分布图

Fig.  8.  Upward continuation of the 500 m of the gravity horizontal direction total gradient vector and basement fault

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图  9  灵泉盆地基底断裂分布综合地质图

据核工业243大队内部资料

Fig.  9.  Comprehensive geological map of basement fault distribution in the Lingquan Basin

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5.   灵泉盆地构造单元划分

灵泉盆地区域重力异常特征表现，西部重力低异常区主要为断陷分布区，断陷的规模较大；东部两个局部重力低异常区主要为规模较小的断陷分布区；中部重力高异常区主要为基底隆起区；向上延拓1 000 m重力异常也反映深部地质体“东、西深，中间浅”分布特征；从剩余重力异常中也可以看出：中部局部重力高主要反映基底隆起，东部和西部局部重力低主要反映断陷分布；再结合已解译断裂的位置与规模，将灵泉盆地构造单元划分为西部断陷区、中部隆起区和东部断陷区(图 10).

图  10  灵泉盆地构造单元划分图

Fig.  10.  The tectonic unit of the Lingquan Basin

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灵泉地区基底埋深平均为1 500 m，由向上延拓1 000 m后区域重力异常计算出侏罗系底面等深图(图 11).由图 11可知：本区西部侏罗系底面最大埋深约4 500 m，主要分布在达来东苏木南，向南断陷呈近南北走向，分布范围变窄，底面深度变浅，约2 000 m左右，地表主要分布上侏罗统满克头鄂博组、玛尼吐组和白音高老组中酸性火山熔岩、凝灰岩、流纹岩和粗面岩等，其厚度较大，约1 000~2 000 m左右；中部为基底隆起区，上侏罗统塔木兰沟组大片出露地表，其厚度在500 m左右；东部达石莫格浑迪附近有一小断陷，主要分布上侏罗统白音高老组中酸性火山熔岩、凝灰岩、流纹岩等，其厚度较小，约1 000 m左右.

图  11  重力异常反演侏罗系底面等深图

Fig.  11.  The isobathic diagram of subface of the Jurassic by gravity inversion

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6.   额尔古纳地块中生代火山岩盆地演化特征

灵泉盆地构造单元划分为西部断陷区、中部隆起区和东部断陷区，我们不难看出，灵泉盆地实际上是个相对隆起而不是断陷盆地，这与地质情况也恰好吻合，盆地内部主要发育有中-上侏罗统塔木兰沟组、上库力组，缺失下白垩统大磨拐河组，但是，盆地两侧都发育有大磨拐河组，就现今地质出露情况，盆地两侧应该是断陷盆地.这种现状在额尔古纳地块上其他中生代火山岩盆地也有体现，如上护林盆地，该盆地基底起伏不平，根据原核工业东北地勘局244大队的电测深、重力、交变天然电场等物探方法测量成果，纵向上可分为2个隆起带和3个坳陷带，横向上通过中心有一条东西向隆起带，盆地的基底也存在隆起(核工业208大队内部资料).

结合已有资料发现，额尔古纳地块上的中生代火山岩盆地通常从中侏罗世开始发育，而且主要以断陷盆地为主，到早白垩世盆地总体演化进入坳陷阶段，晚白垩世时期遭受NW-SE向挤压，对盆地开始收缩反转，例如海拉尔盆地(图 12)、拉布达林盆地(图 13)、根河盆地等，这些盆地的共同特点是受控于边界主断裂，一般在早期断陷期边界断裂通常为高角度正断层，但是到后期挤压阶段正断层发生构造反转，由原来的正断层变为逆断层.这种模式对于额尔古纳地区的中生代火山岩盆地具有普遍性.

图  12  海拉尔盆地红旗凹陷地震剖面图

据大庆油田勘探研究院

Fig.  12.  The seismic cross-sectionof the Hongqi Sag in the Hailar Basin

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图  13  拉布达林盆地58线地震剖面图

高少峰等(2013)

Fig.  13.  The 58 line seismic cross-sectionof the Labudalin Basin

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7.   额尔古纳地块中生代火山岩盆地基底构造特征

灵泉地区基底埋深平均为1 500 m，最深达4 500 m，地表主要分布上侏罗统满克头鄂博组、玛尼吐组和白音高老组中酸性火山熔岩、凝灰岩、流纹岩和粗面岩等，其厚度较大；拉布达林盆地基底埋深在1 400~4 790 m之间，基底主要由石炭系构成(王世辉等，2001)，而北侧上护林盆地埋深多在250~750 m之间，基底岩性以海西期中粗粒块状、伟晶状黑云母花岗岩及燕山期细晶状花岗岩为主(核工业208大队内部资料).盆地基底存在一定的规律性(图 14)，北部的地层剥蚀程度要比南部地层剥蚀程度大，大部分古老基底岩石被剥露到地表，而南部发育有巨厚的中生代盖层，基底埋藏深度大，但是，中部地区基底埋藏深度相对较浅，基底埋深总体上具有“南深北浅”的特点.

图  14  内蒙古东部前中生代基底与主要盆地分布简图

据1:500 000地质图

Fig.  14.  Thegeological map of the pre-Mesozoic basement and the main basins in the eastern Inner Mongolia

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8.   结论

(1) 灵泉盆地深部地质体顶面具有“东、西深，中间浅”分布特征.中部局部重力高主要反映基底隆起，东部和西部局部重力低主要反映侏罗-白垩系断陷分布，其中西部断陷规模较大；东部规模较小.

(2) 灵泉盆地基底断裂早期以北东向为主，晚期发育北西向断裂，区内还有早期近南北向和东西向断裂存在.

(3) 灵泉盆地构造单元可划分为西部断陷区、中部隆起区和东部断陷区.西部侏罗系底面最大埋深约4 500 m，平均约2 000 m左右；中部为基底隆起区，中生代火山岩厚度在500 m左右；东部断陷区，主要分布上侏罗统火山岩，其厚度较小，约1 000 m左右.

(4) 额尔古纳地块中生代火山岩盆地均发生过构造反转，受控于边界主断裂，一般在早期断陷期边界断裂通常为高角度正断层，但是到后期挤压阶段正断层发生构造反转变为逆断层.

(5) 额尔古纳地块中生代火山岩盆地基底总体上具有“南深北浅”的特点.