虎林盆地重力全梯度张量展布特征

虎林盆地重力全梯度张量展布特征

虎林盆地位于黑龙江省东部。它是在大师岭隆起带东缘与宝清过渡带之间形成和发展起来的中、现代沉积物盆地。虎林盆地地理坐标为东经132°30′~133°45′,北纬45°10′~46°10′,断陷面积约6500km重力梯度张量一方面能够反映场源体的细节,即具有比重力本身更高的分辨率;另一方面,重力梯度张量中多个信息的综合应用能够加强应用重力数据做出的地质解释并提高地质特征的定量模拟质量。因此,重力梯度张量一直受到各国学者的广泛关注(Belletal.,1997;Mikhailovetal.,2007)。近10多年来,随着航空和海洋三维重力梯度测量的发展,重力梯度张量数据得到了一定的应用,并显示出了良好的效果(Pawlowski,1998;Zhdanovetal.,2004;Fediaetal.,2005)。1975年Gunn提出利用FFT技术在波数域中由重力异常计算重力垂向和水平一阶导数(Gunn,1975),之后Mickus将这一技术应用到重力全梯度张量的计算中(MickusandHinojosa,2001)。本文在前人研究的基础上,利用FFT计算虎林盆地的重力全梯度张量,分析不同张量分量特征以研究虎林盆地的断裂构造格局。1重力异常数据分析实现由重力异常计算梯度张量的计算方法可分为在空间域和频率域内进行两大类。频域大多采用Fourier变换,利用谱分析原理来实现。与空间域相比,其理论较为完善,运算比较简单,在数据区的边部不会损失计算结果并具有快速算法等优点。如果是一个位函数,在卡迪尔坐标系中,x轴沿测线方向,y轴垂直测线,z轴垂直向下,则重力梯度张量Γ可用下式表示:从式(1)可以看出,重力梯度张量是对称的,即V式中F(3)式中i为虚数单位。由此可以看出,在只有垂向重力异常数据的情况下,通过快速傅里叶变换可以很容易地得到其梯度张量。此外,通过离散傅里叶的正、反变换则可以实现其数值计算。2盆地重力异常区地质特征虎林盆地因盆地中部的虎林市得名。从地理位置上看,该盆地位于黑龙江省东部,东临俄罗斯锡霍特山脉,南至兴凯湖,西至密山、宝清一带,北接完达山(图1),其内部次级构造发育,是大庆油田外围东带油气勘探的重点地区之一,研究区广泛被第四纪覆盖(曹成润等,2001)。根据虎林盆地的基底结构、断裂特征、构造面貌等综合分析,虎林盆地大致可以划分为南北两个沉积区,总体上表现为NE向条带状三隆两凹的构造格局,在北东方向上的剖面形态以双断垒堑式断陷样式为主。从北向南包括迎春隆起、虎林河凹陷、虎林中央隆起、东林子凹陷和兴凯湖隆起,5个一级构造单元(曹成润等,2001;张凤旭等,2004)。图2为1∶20万的虎林盆地重力资料,图中清楚地看到,异常的南北差异明显。南部地区,布格重力异常梯度带及异常区总体上呈东西向分布,其中可明显的分出火石山重力高带和穆棱河重力低带,由于该异常区相对整个测区异常较高,故统称为虎林中央重力高带。其中火石山重力异常圈闭面积最大,在虎林、火石山等附近出露有元古代地层及花岗岩,异常区总面积约1800km北部地区,布格重力异常场的特征主要表现为由北东和北东东二组梯度带所围定的异常,异常带排列紧密、高低相间,接触带多为梯度带,而局部异常多为重力低值区。可划分出迎春重力高带和虎林河重力低二个重力异常带。上述场的特征明显与南部地区相异,反映基底构造与断裂以北东向和北东东向为主,基底结构受断块的差异性升降所控制,呈北东向断凸和断凹相间的补偿型构造。3基底断裂与地质构造分区特征按前文所述的梯度张量计算方法获得虎林盆地的重力梯度张量(图3)。分析可见,重力梯度张量不同分量表现出的主要异常特征分别反映了虎林盆地的基底断裂与地质构造分界特征。VV不同于VVV由此可见,虎林盆地布格重力异常主要给出了区域的构造趋势以及密度分布情况,而重力梯度异常则反映了地下密度突变引起的重力异常的变化,突出场源体的细节,相对来说,具有比重力异常本身更高的分辨率。因此,综合利用各梯度张量分量信息能够提高地质解释的准确性。4虎林盆地的破裂和构造划分4.1虎林盆地构造格局根据虎林盆地布格重力异常以及其全梯度张量所表现出的特征,编制了虎林盆地断裂构造系统图(图4),将虎林盆地划分为北东向、北东东向、东西向和南北向21条断裂,其中包括5条深大断裂(林则付等,2004;张凤旭等,2004)。F4.2虎林盆地构造格局根据研究区布格异常、重力全梯度张量场分布以及断裂构造的特征并结合相关地质资料(大庆石油地质志编写组,1993;王伟涛等,2007),可见虎林盆地内部构造格架呈“凸”型,中间为虎林古老结晶基底出露隆起,两侧为中新生代断陷带。其构造线方向以NE—NEE方向为主,局部有NW和EW向。迎春隆起位于测区北端,走向NE—NNE,平均深度为1000m,最浅埋深为600m,面积约450km虎林河凹陷北以郭密断裂(F虎林中央隆起位于虎林河凹陷南侧,兴凯大断裂(F东林子凹陷侧为东林子断裂(F兴凯湖隆起北至兴凯湖断裂(F5地质构造边界1)利用重力梯度张量各分量有效地反映了密度横向变化及不同方向的构造特征,改进了重力解释的结果。通过布格重力及重力梯度张量各分量的综合分析,更加准确地确定了地质构造边界,并追索主要断裂。2)根据重力及其梯度张量所表现的构造特征,推断