四川江油马角坝地区飞仙关组磁异常地质因素讨论.pdf
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1、为查明四川江油马角坝地区出露的古生界中生界海相碳酸盐岩和陆相碎屑岩区域磁异常的地质因素,对研究区典型地质剖面进行了地面高精度磁法测量,通过测区岩层物性测试和基于犔范数约束的磁测数据共轭梯度聚焦反演,获得了研究区多套地层的磁性特征和深部磁性成像结构;研究结果表明地面观测的下三叠统飞仙关组高达近 的磁异常,并非完全由其含铁质泥页岩地层所引起,最高可达近的磁化强度成像异常揭示深部可能存在侵入的基性岩或超基性岩体。这一岩体可能与发生在扬子西缘的二叠纪末大规模岩浆事件持续活动密切相关,其岩浆活动在川西北的龙门山北段作用时间可能至少持续到了早三叠世的飞仙关期。结合区域重磁异常分布规律,认为这一岩浆事件可能
2、在整个川西北地区并非个例存在。关键词龙门山;飞仙关组;磁异常;辉绿岩 分类号 文献标志码犇 犻 狊 犮 狌 狊 狊 犻 狅 狀狅 狀犵 犲 狅 犾 狅 犵 犻 犮 犪 犾 犳 犪 犮 狋 狅 狉 狊狅 犳犿 犪 犵 狀 犲 狋 犻 犮犪 狀 狅 犿 犪 犾 狔狅 犳狋 犺 犲犔 狅 狑 犲 狉犜 狉 犻 犪 狊 狊 犻 犮犉 犲 犻 狓 犻 犪 狀 犵 狌 犪 狀犉 狅 狉 犿 犪 狋 犻 狅 狀 犻 狀犕 犪 犼 犻 犪 狅 犫 犪犪 狉 犲 犪,犑 犻 犪 狀 犵 狔 狅 狌,犛 犻 犮 犺 狌 犪 狀,犆 犺 犻 狀 犪 ,犆 狅 犾 犾 犲 犵 犲 狅 犳犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 犻
3、 犮 狊,犆 犺 犲 狀 犵 犱 狌犝 狀 犻 狏 犲 狉 狊 犻 狋 狔狅 犳犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔,犆 犺 犲 狀 犵 犱 狌 ,犆 犺 犻 狀 犪;犓 犲 狔犔 犪 犫 狅 狉 犪 狋 狅 狉 狔狅 犳犈 犪 狉 狋 犺犈 狓 狆 犾 狅 狉 犪 狋 犻 狅 狀牔犐 狀 犳 狅 狉 犿 犪 狋 犻 狅 狀犜 犲 犮 犺 狀 犻 狇 狌 犲 狊狅 犳狋 犺 犲犕 犻 狀 犻 狊 狋 狉 狔狅 犳犈 犱 狌 犮 犪 狋 犻 狅 狀,犆 犺 犲 狀 犵 犱 狌犝 狀 犻 狏 犲 狉 狊 犻 狋 狔狅 犳犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔,犆 犺 犲 狀 犵 犱 狌 ,犆 犺
4、 犻 狀 犪犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋:,犔 ,犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊:;马角坝地区位于龙门山中北段前山带的边缘,志留系、泥盆系在该地区大面积存在,并且石炭系、二叠系、三叠系也分布广泛,其岩性以碳酸盐岩为主。其中志留系以大套泥页岩为主,上三叠统须家河组出露大套碎屑岩系,而下三叠统飞仙关组则主要由海相紫红、暗紫色页岩、泥岩以及砂岩所组成。此外,川西北地区的飞仙关组与下伏的上二叠统大隆组整合接触,可以分为上、下两段。其中下段为灰色及浅灰色中厚层粉细晶灰岩,夹圆柱状灰岩、鲕粒灰岩、砾屑灰岩、生屑灰岩及少量泥质灰岩;上段为大套紫红色、暗红色钙质粉砂质泥页岩夹薄层生屑灰岩。冯增昭等提出台地盆地
5、环境包含了四川盆地以及中国南方的早三叠世飞仙关期。也有学者提出,飞仙关期有着与长兴期的台槽相间基本相似的沉积格局,并指出早期在飞仙关期发生海退,且渐渐充填晚二叠世的深水海槽区,到飞仙关中后期则形成了浅水碳 酸 盐 沉 积 区,并 一 直 表 现 出 稳 定 的 沉积相。自 世纪 年代开始在川北地区飞仙关组进行油气勘探,并且取得了比较好的成果,其中近年的普光气田更是在飞仙关组显示出巨大的油气勘探潜力。丰富的油气资源也在不断促进对飞仙关组的深入研究,尤其在川东北部飞仙关组中的白云岩形成原因以及分布的研究更为详细,并且二叠系、三叠系的沉积环境、沉积相以及大区域的构造、古生物的研究等均有长足进展。众所
6、周知,四川盆地中西部存在大规模形态规则、连续性好且具有明显北东走向的航磁异常。一般认为该异常反映了前震旦纪结晶基底分布和基底下伏的基性岩体;但是,关于该大规模磁异常的地质起源及动力机制尚不明确。四川盆地覆盖数千米至十余千米的水平沉积盖层,除飞仙关组泥页岩外,几乎不具有磁性。比较共性的观点是,在新元古代,全球 超级大陆及华南板块区域的伸展背景下,四川盆地西缘发育大陆裂谷伸展构造,在四川盆地西南缘出露有大量的岩浆岩,包括中酸性侵入体、基性侵入岩和喷出的玄武岩及相应火山岩地层 。但这一伸展构造是否影响到盆地内部,在震旦纪之前盆地是否发育伸展构造,以及这一伸展构造对后期盆地西缘的构造演化和岩浆事件的继
7、承影响作用,仍是值得探索的问题。特别是晚二叠世大火成岩省的岩浆事件在盆地的磁异常的形成、改造和对盖层的热演化作用,其研究结果对于四川盆地超深层天然气成藏理论具有重要指导意义。最近几年,在四川盆地的东北部飞仙关组中发现天然气资源,并且通过研究表明该天然气中有较高含量的及,这可以作为证明发育热化学硫酸盐还原作用()存在的重要依据。但由于地表主要覆盖巨厚的中新生代地层,少见火成岩和对应的岩浆事件及热源证据,导致上述两种介质对于碳酸盐溶解的机制依旧存在争议。近年来我们在成都理工大学的马角坝实习基地指导学生高精度磁法实习中,测量发现有较强的磁异常出现在勘探地质路线中,经分析圈定区域为飞仙关组的紫红色泥岩
8、区。赵亚博等 根据航磁结果认为,在地表所出现的很厚的飞仙关组可能与四川北部的江油地区所显示的北东向正磁异常相对应。但我们通过磁异常特征分析和物性测试发现,马角坝地质剖面的实测磁异常并不能与飞仙关组红色泥页岩相匹配。那么这一磁异常是否可能对应了某个阶段的岩浆热事件呢?本文试图利用改进的犔范数约束反演算法,对在马角坝区域实测的平面磁测数据和两条高精度磁剖面数据进行磁性参数的聚焦反演,结合现成都理工大学学报(自然科学版)第 卷有地质认识和区域地球物理特征,尝试解析该区强磁异常的可能地质事件和地质因素,为进一步深化实习地质路线的深部地质认识和盆地区域油气构造赋存规律提供新的认识。地质地球物理背景研究区
9、地处四川盆地西北缘,紧邻米仓山推覆体前缘以及龙门山造山带、松潘甘孜褶皱带(图),保存了印支期华北板块与华南板块相碰撞拼合的构造演化证据 。四川盆地在震旦纪三叠纪末,其整体都处在被动大陆的边缘环境中,碳酸盐岩夹碎屑岩为其主要沉积,并且在西北造山带的作用下全区褶皱上升为陆地。研究区作为松潘甘孜褶皱带和扬子地台之间的过渡带,在印支运动期表现十分强烈,其古生界和三叠系发生了强烈变形。区内地层中的众多北东向断裂和褶皱构造都是在西北向东南推挤作用下形成的,呈叠瓦状(图 )。在松潘甘孜褶皱带向扬子地台过渡的龙门山构造带中北段前缘的马角坝地区,其区域重力异常表现为过渡区带北东向的梯级特征(图),表明了龙门山构
10、造带东西两侧的岩石圈结构差异。西侧负重力异常反映了其巨厚的中生代沉积和莫霍面的拗陷;东侧四川盆地高重力异常,主要为坚硬的古陆核和相对较浅的莫霍面的响应。航磁异常整体与重力异常分布相似,呈北东走向,正负异常相间呈现(图 )。龙门山构造带西侧的弱正磁异常为中生代弱变质基底响应,东侧四图马角坝地区地质构造简图犉 犻 犵 田家祠堂老鹰咀磁测剖面;陈家卡子水库包磁测剖面第期李 军,等:四川江油马角坝地区飞仙关组磁异常地质因素讨论图马角坝地区区域重磁异常图犉 犻 犵 ()区域重力异常;()区域磁异常川盆地腹地的南充一线为较强北东向正异常,主要为该带结晶基底的响应。介于龙门山构造带和南充强磁异常之间的川西拗
11、陷负磁异常带,反映了其巨厚的沉积盖层。值得一提的是沿龙门山构造带存在局部圈闭的重磁异常正异常,过去一般认为是龙门山推覆上来的康定杂岩体;但随着深部地球物理研究的深入,发现这些圈闭异常可能为深数千米的残留基性块体或侵入岩体引起 。近年来在马角坝西北部唐王寨仰天窝发现了长达数百米至几千米的与峨眉地幔柱有关的北东向辉绿岩脉,从区域重磁异常特征来看,该辉绿岩脉可能有沿龙门山断裂带向北延伸的趋势。磁异常犔约束聚焦反演方法在磁异常三维物性反演中,为获得有效稳定的解,对目标函数进行约束和改进,其反演效果与所加入的约束项和改进方式密切相关,不同的约束算法都有着不同的约束效果,例如犔范数、犔范数和犔范 数对 反
12、演 约 束 效 果 就 不 尽 相 同。等 研究了犔狆范数(狆)约束物性反演方法,研究表明当狆值从降到时,该方法可以得到边界更为清晰并且密度值更加接近真实值的密度模型。为了获得测线高分辨率高精度的磁性参数分布,本文利用 等 提出的犔范数的模型约束条件,研究了一种基于改进的犔范数约束的磁性聚焦反演方法。基于改进的犔约束的聚焦算法原理位场数据的逆问题通常是不适定的,解非唯一且不稳定,本文通过 正则约束来实现其稳定解,其目标函数为犘(犿)(犿)犔(犿)()式中:为正则化参数;犔(犿)为模型目标函数;(犿)为失配函数,用以评估实测和预测磁幅数据之间的差异,表达式为(犿)犠(犱 犱 )()式中:犱 为观
13、测磁异常数据;犱 为预测磁异常数据,通过线性计算求得犱 犌犿()式中:犌为正演核向量;犿为求解模型向量。数据加权函数(犠)表达式为犠 (犌犌)()对模型目标函数犔(犿),本文选择犔范数作为其最小支撑稳定函数。但实际上犔范数在向量犿犻为时不可导,在计算中则采用以下形式近似代替犿犕犻犿犻犿犻()式中:为聚焦因子。以基于犔范数的模型目标函数形式重新对模型目标函数犔(犿)表达犔(犿)犠犠犿()式中:犠为模型加权函数;犠为对角矩阵,其表达式为犠(犿)()模型加权函数犠表达式为犠 (犌犌)()为方便计算,将 目标函数写在加权模型参数空间中犘(犿)犌犿犱犿()式中:犿、犌、犱为加权模型参数,可分别表达为犿犠
14、犠犿()犌犠犌犠犠()犱犠犱 ()采用迭代正则化共轭梯度()方法计算最优解,以找到反问题的结果,梯度方向则需要计算目标函数犘(犿)对加权密度犿的一阶导数成都理工大学学报(自然科学版)第 卷书书书犉犘(犿)犿犿犿犘(犿)犿(犌)犌犠犐犿(犌)犱犠()本文推导过程充分考虑了参数变量犿的存在,因此结果合理。求解模型向量犿犠犠犿()聚集因子为趋近于的极小值,若有物性参数犿犻也趋近于,则对角矩阵犠(犿)中的分母趋近于,从而导致该点反演结果发散。为得到稳定、聚焦的反演结果,本文加入一个不为的背景磁化强度狊。此时异常体的磁化强度由犿变为犿狊,解决了在计算中出现分母趋近于的情况,也就不会存在发散的反演结果。在
15、反演中其上下限参数需在原基础上加上背景磁化强度,将最终的反演结果减去背景磁化强度则得到真实的异常地质体剩余磁化强度。模型试验为证实上述算法的可行性,本文设计了一个“”形岩脉模型,设计磁化强度为,左右分别向下延伸至 、,模型顶部深度为(图 ),计算区域为 ,计算节点数为 ,节点距为,获得计算的磁场数据(图 )。为了使合成模型能够更好地检验方法的实用性,我们在所建模型中加入的噪声污染(图 ),以期模型数据接近实际测量的情况。将地面观测的每个数据对应放置于地下剖分网格上表面的中心位置,在反演时加入的 计算区域背景磁场强度(犎)为,以克服图模型正反演结果图犉 犻 犵 ()三维模型示意图;()磁模型正演
16、结果;()磁模型加噪后正演结果;()磁模型反演结果三维图;()磁模型反演截面;()磁模型反演狓 狕剖面;()磁模型反演狔 狕剖面第期李 军,等:四川江油马角坝地区飞仙关组磁异常地质因素讨论聚焦因子选择敏感和当某一块体物性参数趋于而导致反演结果发散的问题,最后通过共轭梯度计算得到反演结果(图 )。从反演得到的水平切片(狕 ;图 )和垂直切片(狔 ,狓 ;图 、)结果来看,合成的多源异常在地表以下不同深度的重建是可以接受的,反演切片与模型的真实位置和磁性参数均比较接近。实测数据分析与反演 磁测异常特征成都理工大学马角坝实习基地的实测地质剖面自北西向东南横跨志留系侏罗系沉积岩。实习区无岩浆岩、变质岩
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