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推荐文章｜基于重磁联合反演及三维可视化技术的玲珑复式岩体深部形态研究及其地质意义

推荐文章｜基于重磁联合反演及三维可视化技术的玲珑复式岩体深部形态研究及其地质意义 外贸人Amber
2024-12-25
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导 读
玲珑复式岩体位于胶东西北部，是一个多期次形成的复式岩体，具有呈近NE向展布的S型特征，包括区内分布最广、规模最大的侏罗纪玲珑岩体以及侵入其中的早白垩世郭家岭、伟德山、崂山和雨山等岩体，其形成时期为燕山期，与胶东地区大规模金成矿关系非常密切。胶东金矿集区88%的金资源量赋存在晚侏罗世玲珑岩体中，另有7%的金资源量赋存在早白垩世早期郭家岭岩体中，而伟德山岩体和崂山岩体中金资源量仅占0.1%。
随着胶东浅部金矿资源开采殆尽，迫切需要对深部金矿资源进行进一步的勘查评价。为此，研究人员在区内开展了大量的深部矿产资源勘查和地球物理深部探测工作。这些工作不仅揭示了胶西北地区的深部地质结构，而且为精确厘定玲珑复式岩体的发育厚度和空间形态提供了可能。在深部地质结构研究中，重磁异常反演解释扮演着重要角色，对于深入理解区域深部地质结构和构造、金矿成矿机理及成矿模式等方面起到了推动作用。
玲珑复式岩体是中国东部地区最重要的侵入岩之一，其深部形态的研究对于揭示区域地质构造和指导地质找矿和资源开发具有重要意义。为此，山东省物化探勘查院贺春艳正高级工程师及团队通过对区域地球物理数据进行分析和反演解释，获取玲珑复式岩体的深部形态特征，以期为研究岩体形成和演化以及与区内大规模金富集的关系提供线索，从而推动地质研究领域实现理论创新。
1 区域地质背景
胶东金矿集区是山东省乃至我国最重要的金矿分布区和集中产区。该区域分布有数百个金矿床（点），已探明金资源储量6 000余吨，区内金矿床主要分布在胶西北、栖蓬福和牟乳3个成矿小区。胶东金矿集区主要由前寒武纪和中生代地质体组成，含少量古近—新近纪火山岩和碎屑沉积及第四纪松散沉积，经历了中太古代以来漫长的地质构造演化历史，不同阶段的构造变形相互叠加，构成了一幅中深层近EW走向韧性变形构造与浅表层NE走向脆性断裂交切的构造变形图像。
胶东西北部地区是胶东金矿最为集中的区域，焦家、三山岛和招平这三大控矿断裂带上分布着焦家、寺庄、纱岭、三山岛、仓上、大尹格庄和水旺庄等大型—超大型金矿床，是本文的重点研究区域（图1中蓝色实线框），面积约为7 539.2 km2，由老地质体和新地质体2个部分组成。老地质体包括前寒武纪变质侵入岩和变质地层，其中前寒武纪变质侵入岩主要包括中十八盘片麻岩套、栖霞片麻岩套、谭格庄片麻岩套和基性—超基性侵入岩，是胶北地体的主要组成物质，由英云闪长质、奥长花岗质和花岗闪长质片麻岩（TTG）组成；变质地层主要包括新太古代唐家庄岩群、胶东岩群以及古元古代荆山群和粉子山群。新地质体主要为中生代各类侵入岩、白垩纪陆相火山沉积地层以及少量新生代陆相沉积地层和火山岩，其中中生代侵入岩类主要有侏罗纪花岗岩类（包括玲珑、文登和垛崮山序列花岗闪长岩）、早白垩世花岗岩类（包括郭家岭序列花岗闪长岩、柳林庄序列闪长岩、伟德山序列花岗岩、崂山序列花岗岩和雨山序列花岗斑岩）和大量中基性—酸性脉岩。区内构造系统复杂，以断裂为主，且断裂以NE-NNE向展布为主，自西向东主要有龙（口）—莱（州）断裂带、招（远）—平（度）断裂带、三山岛断裂带、丰仪断裂、玲珑断裂和金华山断裂。

图1   胶东区域地质简图Fig.1   Regional geological map of Jiaodong area

1.中生代沉积盖层；2.新元古代盖层；3.古元古代盖层；4.白垩纪伟德山—崂山型岩体；5.白垩纪郭家岭型岩体；6.侏罗纪玲珑型花岗岩；7.三叠纪侵入岩；8.荣成超高压地体；9.古元古代侵入岩；10.太古宙变质基底；11.潜火山岩；12.铲式断层；13.走滑断层；14.地球物理剖面；15.建模范围

著名的玲珑复式岩体即位于胶东西北部地区，出露面积约为3 100 km2，包括区内分布最广、规模最大的侏罗纪玲珑岩体以及侵入其中的早白垩世郭家岭、伟德山、崂山和雨山等岩体，行政区划隶属山东省烟台市—青岛市管辖。其中，最核心的部分即侏罗纪玲珑型花岗岩，岩体位于烟台招远—青岛平度一带，包括玲珑、郭家店、栾家河和毕郭等岩体，主要岩性为不同结构、构造或特征矿物的二长花岗岩类，不同岩体之间可能存在接触关系、侵入关系或渐变关系，这些关系对于理解玲珑复式岩体的形成和演化过程具有重要意义。出露规模次之的是白垩纪郭家岭型岩体，规模较大的有三山岛、上庄、北截和郭家岭等岩体，岩性由二长闪长岩、石英二长岩、花岗闪长岩和二长花岗岩组成，常具似斑状结构，普遍含有幔源的微粒闪长岩包体。形成时代最晚的伟德山岩体以研究区西北部艾山岩体为代表，在玲珑型岩体腹部也有零星出露，在其周边常发育有崂山和雨山等岩体，三者的岩浆来源于幔源和壳源不同程度的混合作用。岩性多样性反映了岩体在形成过程中经历了不同的地质环境和岩浆活动。岩体形态表现为岩基、岩株和岩脉等形式，呈不规则环状、椭圆状和不规则圆状等，反映三者具有不同的侵位方式和构造背景。
2 重磁联合反演及建模
大区域三维地质建模工作需要2.5D重磁反演技术作为支撑。这是由于大区域三维地质建模工作通常研究范围广，相应的研究深度也大，已知且较系统的基础数据以地面资料为主，能够反映深部地质结构的信息相对匮乏，且往往集中在大型成矿带的局部地区。利用地球物理反演解释工作的最终目标是基于少量已知地质资料和钻探资料模拟再现地下三维实体模型，在此基础上进行相关研究。
本研究基于胶东西北部1/5万重磁测量数据，分析了区域重磁场与主要地质体空间分布的耦合关系，垂直区内NE、NNE向为主的构造线方向，设计并开展重磁联合反演剖面47条，方位为130°，线距为2.5 km，控制剖面长度为2 983 km。以区内地壳速度结构、深反射地震剖面、MT测量剖面和超深科研钻孔等资料作为约束，对47条剖面进行深部地质结构的精细解释，以这些剖面的解释结果作为基础支撑，建立了包括玲珑复式岩体在内的胶东西北部三维地质模型。

2.1 模型预设

模型预设工作主要包括：确定建模区域边界和建模方法；确定构建模型所需的基础数据类型及来源，并将所需数据按照预设的格式和坐标系统等整理到同一框架；确定模型包含的基本地质单元和构造体系，该项工作将涉及到参考面区域地质图及钻孔数据按照何种规则进行简化或合并，以及重磁联合反演解释的物性剖面以何种标准进行地质属性转化，形成3D模型构建所需的2.5D地质剖面模型组（陈建平等，2014，2017）。简化结果如图2所示。

图2   胶东西北部地质简图Fig.2   Geological map of northwest Jiaodong

F1-三山岛断裂；F2-龙口—莱州断裂；F3-招远—平度断裂；F4-玲珑断裂；F5-丰仪断裂；F6-平度断裂；1.第四系；2.白垩纪沉积盖层；3.青白口纪—震旦纪蓬莱群；4.古元古代粉子山群；5.古元古代荆山群；6.白垩纪崂山型花岗岩；7.白垩纪伟德山型花岗岩；8.白垩纪郭家岭型花岗岩；9.侏罗纪玲珑型花岗岩；10.古元古代双顶片麻岩套；11.古元古代莱州组合；12.新太古代栖霞序列；13.潜火山岩；14.地质界线；15.平行不整合界线；16.实测断层；17.推断断层；18.建模范围

对于沉积盖层，确定参与本次重磁联合反演和三维可视化的地层依次为古元古代荆山群、粉子山群和蓬莱群，白垩纪沉积盖层、古近系和第四系。其中，白垩纪沉积盖层中莱阳群、青山群和王氏群由于密度相近，重磁联合反演解释难以界定三者的分界面，因此将其作为一个整体进行研究，3个古元古代地层单元同理也不再进行细致划分，建模级别到群级为止。
对于岩浆岩，确定参与本次工作的依次为新太古代栖霞序列、古元古代莱州组合、侏罗纪玲珑型花岗岩、白垩纪郭家岭型花岗岩、白垩纪伟德山型花岗岩和白垩纪崂山型花岗岩。由于侵入岩与区内金矿的形成关系密切，因此在本次工作中将对上述侵入岩进行精细刻画，其中伟德山序列和崂山序列在物性上难以区分，空间上又相伴而生，因此在重磁联合反演及三维地质建模过程中将二者作为一个整体处理。
对于断裂构造体系，由于本次的研究目的为玲珑复式岩体，因此对参与建模的断裂构造体系也进行了筛选，重点选择断裂构造序列高、规模大或与金矿成矿密切相关的断裂构造进行三维成体。根据这个原则，最终确定参与此次三维地质建模的断裂有三山岛—仓上断裂、龙（口）—莱（州）断裂（焦家断裂）、招（远）—平（度）断裂、丰仪断裂、玲珑断裂和平度断裂。

2.2 工作区地球物理特征

（1）物性特征
岩石物性信息（主要指密度和磁化率等）是重磁联合反演的基础数据，在完成2.5D反演建立初始2D模型后立即将该信息赋予各个地质体，才能开展重磁场的拟合工作。研究人员曾在胶东地区开展过系统的区域岩石物性工作，测定了大量标本的物性参数，为本次联合反演提供了较为完整的岩石物性基础资料。
在密度方面，前寒武纪结晶基底中的变质地层具有高密度特征，如荆山群和粉子山群等，密度值为2.75×103~2.81×103 kg/m3；原岩为中酸性岩浆岩的基底岩系，具有中等密度特征，如新太古代栖霞序列，主要岩性为中—细粒含角闪黑云英云闪长质片麻岩和条带状细粒含角闪黑云英云闪长质片麻岩，是胶北地体TTG岩系的主体，栖霞序列内部发育较多早期超基性、中—基性包体。笔者实测了胶北地体新太古代栖霞片麻岩套的物性参数，将其密度统计结果与岩套中超基性、中—基性包体进行加权平均后得到的密度为2.7（±0.03）×103 kg/m3（贺春艳等，2022）。中生代侵入岩中，玲珑花岗岩和郭家岭花岗闪长岩的密度为2.60~2.63 kg/m3，与前寒武纪结晶基底岩系之间存在一个密度界面。很显然，当花岗岩侵入前寒武纪变质基底岩系时，会形成显著的梯级带异常，利用该异常可以圈定出前寒武纪结晶基底与花岗岩类的界线。沉积地层中，第四系和新近系密度最低，密度平均值分别为1.79×103 kg/m3和2.35×103 kg/m3，白垩纪地层系密度平均值为2.60×103~2.63×103 kg/m3，系密度加权平均值为2.62×103 kg/m3，与前寒武纪结晶基底岩系之间也具有明显的密度差异。
在磁性方面，沉积岩中，第四系和新近系为无磁性或弱磁性；白垩纪地层中，王氏群和莱阳群磁性微弱，青山群是火山喷发形成的一套火山岩系，其中八亩地组和方戈庄组原岩为中基性火山岩，具有高磁性特征，其中安山岩和流纹岩平均磁化率分别为464×10-6 4πSI和715×10-6 4πSI，平均剩磁分别为462×10-3A/m和283×10-3A/m，在胶莱盆地广泛发育，整体磁性变化范围较大，表现为高—低跳跃磁异常特征。侵入岩中，基性、超基性和中性侵入岩的磁性均较高，如古元古代莱州组合岩性主要为细粒辉长岩和变辉石角闪石岩等，平均磁化率和剩磁分别为836×10-6 4πSI和387×10-3A/m。中酸性侵入岩的磁性中等，其中侏罗纪玲珑型花岗岩类磁性相对较低，磁化率平均值一般为150×10-6~250×10-6 4πSI，变化范围从微弱至500×10-6 4πSI，在磁场上一般表现为平稳的低缓磁场特征。白垩纪郭家岭花岗闪长岩类磁性变化较大，磁化率一般为200×10-6~350×10-6 4πSI，剩余磁化强度也较强，一般为50×10-6~150×10-3A/m，在研究区区域磁异常场中表现为低缓正磁场和局部串珠状高磁异常等多种异常特征。伟德山型花岗岩和崂山型花岗岩具有较强的磁性，其中，伟德山型花岗岩的平均磁化率在578×10-6~670×10-6 4πSI之间，崂山型花岗岩的平均磁化率为200×10-6 4πSI±，同时二者磁性变化范围较大，与各单元时空演化特征有关，因此在区域磁异常场中可同时表现为弱磁性和强磁性特征，但整体以强磁性为主。新太古代栖霞序列属中—低磁性，磁化率平均值为222×10-6 4πSI，平均剩余磁化强度为35×10-3A/m±，在磁场上一般表现为弱的波动正磁场特征。
前寒武纪变质地层中，唐家庄岩群原岩以中基性、中酸性火山岩为主，夹硅铁建造，因此磁性很强，该岩群呈零星包体状残存于新太古代栖霞片麻岩套中，在区域磁异常中表现为低缓磁异常中的局部高磁异常特征；胶东岩群主要岩性为黑云变粒岩和斜长角闪岩，各种岩性中所含铁磁性矿物及其结构构造存在很大差异，导致磁性极不均匀。粉子山群与荆山群磁性特征相似，二者均包括一种磁性很强的岩石类型——斜长角闪岩，同时含有大量的沉积变质式和热液式磁铁矿，可以引起几千纳特的局部磁异常，而赋存其中的其他类型变质岩（如片麻岩、片岩和大理岩）磁性很弱，上述高磁性物质和弱磁性物质又以互层形式分布，致使二者磁场极其复杂，在区域磁场上表现为杂乱的中—高磁异常集中分布区，特征明显。
在断裂构造带中，由于受到岩石破碎和蚀变作用的影响，原岩磁性遭到破坏，导致断裂构造带磁性明显比原岩低，磁化率一般在10×10-6 4πSI以下，在磁场上表现为条带状低负磁场，但当断裂形成过程中有磁性岩脉侵入时，也会形成带状或串珠状高磁异常（伊飞等，2024）。
本文中参与建模和重磁联合反演的主要地质体密度及磁化率参数如表1所示，这些参数是模型赋值和反演计算的主要依据。

表1   胶东主要地质体密度及磁化率参数统计Table 1   Statistics of density and magnetic susceptibility parameters of main geological bodies in Jiaodong

注：表中数据据陈运环等（1992）、贺春艳等（2021）和陈磊等（2023）修编

（2）重磁场特征
胶东西北部布格重力异常场整体特征为“中心低、四周高”，如图3所示。由南部平度向招远东北方向发育的重力低异常极为醒目，该异常整体走向由NNE向过渡为NE向，为区内中生代玲珑复式岩体的标志；异常东南部、西部和西北部均为中—高重力异常场分布区，指示玲珑复式岩体周边广泛发育前寒武纪变质基底。

图3   胶东西北部重磁异常分区图Fig.3   Regional map of gravity and magnetic anomaly in the northwest of Jiaotong

1.重点研究区范围；2.异常区边界

在磁异常方面，工作区东南部莱西、莱阳地区以及西南部莱州沙河一带均为高低跳跃变化磁场区，指示前寒武纪变质基底的抬升，以粉子山群和荆山群为代表，主要岩石类型内部磁性极不均匀，是造成该区磁异常高低跳跃的主要原因；工作区中北部整体为低缓异常平稳变化区，指示该区为玲珑复式岩体和新生代断陷盆地的分布区域，该区局部发育有带状和串珠状高磁异常，与白垩纪郭家岭岩体和伟德山岩体密切相关，低缓磁场区与区内重力低值区相对应，杂乱跃变磁场区与重力高值区相对应，重磁场区吻合较好。
根据上述分析，将该区划分为“三高两低”5个不同特征的重力异常区：（Ⅰ）平度—大辛店呈NNE向低重力，块状和条带状正负磁场区，为玲珑复式岩体分布区；（Ⅱ）莱西—莱阳呈NNE向高重力，块状和条带状波动正负磁场区，为烟台—莱州断块凸起的主要块体；（Ⅲ）莱州西—龙口南整体呈NNE走向的块状、条带状高重力，正负磁场跳跃、低缓磁场区，为前寒武纪变质基底凸起区；（Ⅳ）北马—龙口呈NEE向重力中低区，块状低磁场区，为龙口断陷盆地分布区，区内西北侧重力场逐渐升高推断为变质基底抬升引起；（Ⅴ）平度呈EW向低重力、低磁力区，为白垩纪沉积盆地分布区。

2.3 重磁联合反演

（1）数据来源及剖面数据截取
本文所用重力和磁法数据均为21世纪以来在胶东金矿集区实施的1/5万标准图幅高精度重力和高精度磁法测量数据，采用新疆金维信息有限公司的GeoIPASV4.0物探版按照方位为130°、线距为2.5 km、点距为100 m的技术参数进行截取，共获得47条剖面的重磁数据，以备重磁联合反演使用。
（2）约束信息的处理
重磁2.5D联合反演所使用的约束信息包括已知和推断的地质剖面、钻孔、测井、电性测深剖面（CSAMT/AMT/MT/电测深）以及地震剖面等。
本文重磁联合反演利用的主要约束信息为标高-1 500 m以浅的地质推断剖面组。制作过程如下：首先，将编制好的1/25万地质图与地形数据叠加，按照设计线距为2.5 km、方位为130°的技术参数依次进行截取，取表面地质信息（包括地形、地层、岩体和构造等信息），形成剖面雏形；然后，由从事过该地区区域地质调查工作的专业地质技术人员，根据地质图中地质体的产状、形态、断层和背向斜等，大致推断浅部地质界线，对各要素进行圈连；最后，形成标高-1 500 m以浅的地质剖面图。
此外，虽然本次收集和实测的岩石物性信息及钻孔信息相对于整个区域的三维地质建模工作来说，信息量仍然相对较少，但却是必不可少的。钻孔信息主要用于校正某个区域主要地质体之间的接触界面，如胶莱盆地荆山群的顶面埋深，虽然该深度在区内波动较大，但可以根据收集的钻孔资料对该界面进行校正，调整各个地质体的模型参数，从而达到对其影响区域同时校正的目的。
在2.5D反演过程中将以上约束信息应用其中，一方面可减少利用重磁参数进行反演解释的多解性，另一方面也可解决地震和MT等方法数据覆盖率低，以及已施工剖面无法支撑大区域建模需求的问题。
（3）重磁联合反演及推断解释
本次重磁联合反演在GeoIPAS重磁联合反演模块上进行。解释过程如下：①依次导入截取好的重力、磁法和高程数据，在构建初始地质模型之前，加载约束数据，包括前期处理的标高-1 500 m以浅的地质剖面、前人实测的相邻区域地震时间剖面或速度结构剖面解释成果（潘素珍等，2015）以及MT测量剖面（陈大磊等，2022），以先验数据为约束，在模型区构建初始地质模型；②分析拟建模地质体的密度特征，在GeoIPAS平台中，依次将厘定的各个时期地质体密度数据赋予初始模型，正演模拟计算对应此时模型的理论重力场；③对比实测重力异常和理论重力异常的曲线特征，在误差较大的地段，通过检查相邻剖面的空间联系、可延续性与实际地质资料的吻合程度，重新调整模型边界、角点坐标，之后再次计算模型理论值，并与实测值进行误差校正，直至二者曲线基本拟合，认为此时对应的地质模型即为本次反演的最终模型。
图4所示为31线重磁联合反演解释综合剖面图，通过重磁联合反演解释得到标高-15 km以浅的地质剖面。在反演过程中，主要利用该剖面中生代侵入岩与前寒武纪变质杂岩的密度差，结合该剖面MT测量获得的电性成像结果，推断了玲珑复式岩体与早前寒武纪变质基底的界线。图4中可见重力低异常的核部对应玲珑复式岩体的中心区域，最大厚度约为13 km，岩体向东部发育范围截止于招平断裂，向西侧则呈似层状展布，磁性差异主要用于解释局部高磁性地质体，主要是残留在不同期次侵入岩中的基性和超基性包体，对异常解释具有一定的辅助作用。在重磁联合反演过程中，需要对整个胶东金矿集区的大地构造背景、区域大断裂和重大地质体等有较为清晰的认识，也需要对局部地区地表复杂地质关系的深部特征进行合理推断解释，因此需要物探人员与地质人员紧密合作。

图4   31线重磁联合反演解释综合剖面图Fig.4   Comprehensive profile of gravity and magnetic joint inversion interpretation of line 31

σ△g-重力异常反演拟合均方差；σ△T-磁异常反演拟合均方差；1.白垩纪沉积盖层；2.古元古代荆山群；3.侏罗纪玲珑型花岗岩；4.白垩纪伟德山型和崂山型花岗岩；5.早前寒武纪变质杂岩；6.基性俘虏体；7.地质界线；8.磁性体界线；9.断层

基于重磁联合反演技术解释玲珑复式岩体深部结构形态时，由于方法本身的局限性、深部地质地球物理性质的复杂性以及约束数据的准确性、有效性等限制，解释结果的不确定性较高。首先该项技术高度依赖于输入数据的品质和数量，因此可能会受到地形复杂度、地表覆盖物、观测条件和数据处理手段等因素的影响，数据不完整或误差较大。其次，该项技术本身具有多解性，尤其是解释深度达到近20 km时，多解性情况更加严重。为此，本文首先使用深反射地震解释的地壳速度结构对反演模型进行初步约束，然后利用MT测量所得的电性成像、深反射地震时间剖面对邻近剖面结构模型进行约束反演，最后由线及面推广至全区剖面，保证实际观测数据与模拟数据的拟合误差控制在一定范围内，同时充分分析误差来源，并进行交叉验证和模型优化。

2.4 反演结果可视化及解释

反演结果可视化是指将胶东西北部抽象的重磁场数据通过复杂的反演解释技术，转变为直观的三维地质结构图形和图像，从而更好地理解和解释深部地质体的形态和结构，清晰地显示出玲珑复式岩体的形态特征和空间分布变化。本次可视化平台应用Creatar-XModeling和GeoModeller这2款软件进行，基于重磁反演模拟的一系列2.5D地质模型组，构建了重点研究区三维实体模型。建模过程包括数据处理和模型构建。
（1）数据处理
数据处理包括数据输入、约束线提取和编辑3个方面。建模初始需要进行数据输入，即输入重磁联合解译构建的47条2D地质剖面模型（MapGIS.WP文件）。在构建初期与地质专家图切的1 500 m以浅地质推断剖面进行交互检查，输入平台的数据是经过专业技术人员反复修改后较为成熟的数据。图5所示为粉子山群变质地层、断层系统以及侵入岩栖霞序列和玲珑序列的约束线提取过程。当数据量少以至无法满足建模需求，或依据现有数据建立的模型质量达不到要求时，需要继续添加约束信息，提供数据量支持，直到满足建模质量需求为止。

图5   Creatar-XModeling软件中数据输入及提取Fig.5   Data entry and extraction in Creatar-XModeling software
（2）模型构建及可视化
采取自顶向下、以剖面为主要数据来源的复杂交互建模技术，依次建立各地质体的三维实体模型。基本工作流程如下：首先确定建模边界，用以约束整个模型的范围；其次构建模型区断层系统，将提取出的断层信息按照倾向和走向依次添加到模型区各个断层属性库中，之后生成区内断层面模型；断层面模型生成后，按照自上而下的空间顺序依次建立区内的各个地质体三维模型。地质体成体的顺序如下：首先进行局部包裹体成体，如莱州组合等；其次对沉积地层进行三维成体，自顶向下依次为古近系，白垩纪王氏群、青山群和莱阳群，新元古代蓬莱群，古元古代粉子山群和荆山群等；最后生成区内的岩浆岩系统，也是区内的基底岩系，包括白垩纪郭家岭序列、侏罗纪玲珑序列和新太古代栖霞序列等。
模型构建及可视化过程往往需要反复修改。在三维成体过程中，如果约束数据错误或数据量不足往往会导致成体失败或成体质量差，需要对约束数据进行反复整理和编辑，通过反复修改直至模型质量和形态达到技术人员和专家的认可，如图6 所示。

图6   胶东西北部三维地质模型示意图Fig.6   Schematic map of 3D geological model in northwest Jiaodong

1.新生代地层；2.白垩纪—古近纪王氏群；3.白垩纪青山群；4.白垩纪莱阳群；5.新元古代蓬莱群；6.古元古代粉子山群；7.古元古代荆山群；8.白垩纪伟德山序列和崂山序列；9.白垩纪郭家岭序列；10.侏罗纪玲珑序列；11.新太古代栖霞序列和古元古代双顶序列；12.新太古代马连庄序列；13.古元古代莱州序列

3 讨论

3.1 玲珑复式岩体深部三维结构形态

重磁联合反演和三维可视化结果显示，玲珑复式岩体整体呈厚层状，形态类似一个不规则的蘑菇云，岩体中心位于莱州北部郭家店附近，南北延伸较长，东西两侧形状各异，深部形态较为复杂。规模较大的玲珑、郭家岭、伟德山和崂山序列特征分别如下：
玲珑序列花岗岩自南向北贯穿整个模型区，总体上呈NNE走向的“S”型展布，如图7和图8所示。玲珑岩体与东侧栖霞序列呈断层接触关系，该断层即为胶东西北部三大控矿构造带之一，即招（远）—平（度）断裂带，其断裂面倾向SE，在毕郭以北，玲珑岩体侵入突破了断层面的限制，毕郭岩体由此形成。玲珑岩体与西侧栖霞序列和沉积盆地的接触关系受断层控制不明显，与上部地质体的接触面呈波状起伏特征。在朱桥附近，玲珑岩体向西北方向侵入，与三山岛断裂下盘的岩体连为一体，超覆于新太古代栖霞序列之上。在黄山馆以北，玲珑岩体的展布受控于黄县—大辛店断裂，总体走向由NNE转向NE。

图7   胶东西北部玲珑复式岩体三维空间特征Fig.7   3D spatial characteristics of Linglong composite rock mass in the northwest Jiaodong

1.玲珑型花岗岩；2.郭家岭型花岗岩；3.文登型花岗岩；4.伟德山型及崂山型花岗岩

图8   胶东西北部中生代主要侵入岩三维结构图Fig.8   3D structural diagram of Mesozoic main intrusive rocks in the northwestern Jiaodong
三维模型显示玲珑序列岩体厚度较大，最厚大部位底界面已超过前期建模深度（标高-10 km），为了完整展现玲珑岩体的深部空间形态，将重磁联合反演和三维可视化的模型框架调整至标高-20 km，结果显示其最大厚度位于莱州市西南郭家店一带，发育最深处标高约为-15 km。该复式岩体厚度自郭家店一带向北、向南逐渐变小，在招远东北部，地表出露的玲珑岩体为超覆特征，其厚度自东向西逐渐变小，最小厚度不足1 km。
郭家岭序列主要位于建模区北部，地表有3处规模较大的出露区。其中，第1处也是发育规模最大处，位于招远市以北、黄县—大辛店断层以南的区域，深部自东南方向向地表西北方向展布；第2处出露点位于招远七甲、丰仪一带，规模略小；第3处出露点位于招远蚕庄东北处，规模也较小，表现为向东南方向倾覆的特征。基于GeoModeller位场插值建模的结果如图8（b）和图8（d）所示，地表不连续出露的郭家岭序列花岗闪长岩在深部是连通的，与玲珑序列花岗岩接触面较为陡立，受建模范围限制，本次模型未能反映出其向东侧延伸的全貌。
伟德山和崂山序列主要分布在建模区南部，在区域重磁场上表现为重力低、磁性高的特点，与玲珑岩体具有明显的物性差异，因此可通过重磁2.5D反演进行模拟推断。2个序列在地表零星出露且不连续，仅分布于平度市大顶山、大泽山一带以及莱州市关门顶一带，重磁联合反演及三维建模成果显示，这些零星出露的小岩体在深部是连通的（图7和图8），且其展布规模和发育深度较大，呈岩基状侵入玲珑型花岗岩内部。
对玲珑复式岩体深部形态的研究有助于进一步深化对胶东中生代岩浆活动与金大规模成矿关系的理解。近年来，诸多研究结果指示早白垩世岩浆活动对金矿的形成起到“引擎”作用，它既为流体活化提供热源，又是形成伸展拆离构造的动力源之一。以往认为胶东西北部早白垩世花岗岩多分布在招远以北，在莱州等地区仅有零星出露。本文通过重磁联合反演推测地表零星出露的早白垩世花岗岩在深部不仅连通，且具有较大的展布规模，与顶部侏罗世玲珑型花岗岩叠加后整体呈厚层状，在胶西北矿集区中心形成花岗岩穹隆—伸展构造，为金的大规模富集提供了良好的通道和赋矿空间。运用地球物理反演技术，实现了对玲珑复式岩体内部结构的解析，获得岩体的形态变化特征，如弯曲、隆起或凹陷，这些行迹特征为研究地壳运动和岩浆活动提供了证据，也为预测区内金矿资源提供了重要的线索。

3.2 玲珑复式岩体的形成和演化

花岗质岩浆的起源、迁移和就位是研究大陆岩石圈流变学特性的重要方面。中生代花岗质岩浆与胶东巨量金的形成密切相关，因此对胶东金矿集区中生代花岗质岩浆产生、迁移和就位的一系列研究具有重要意义。一方面有助于间接提高区内金矿资源的勘探和开发效率；另一方面有助于深入了解华北地台胶东隆起的形成和演化过程。
关于玲珑花岗岩的成因机制研究中，Yang et al.（2017）认为玲珑花岗岩形成于侏罗纪晚期，受古太平洋板块急剧变陡和快速回滚引起的软流圈上升流的推动，前期陆内板块碰撞形成的加厚下地壳产生部分熔融，在深部形成并逐渐上升至浅部。张华峰等（2006）通过分析地壳强烈隆升剥蚀事件的时限和幅度，认为胶东地壳厚度在早白垩世之前大于40 km，通过综合研究认为侏罗纪玲珑花岗岩的侵位深度普遍为10~15 km，而早白垩世伟德山型和崂山型花岗岩的侵位深度普遍小于3.5 km。王建平等（2009）利用矿物温压计研究岩体侵位深度，从而定量探讨岩体剥蚀程度，由于所有样品均采自地表，因此可以用成岩深度近似代表成岩后的剥蚀深度，计算得到各岩体的平均剥蚀深度分别为：玲珑复式花岗岩杂岩为5.32 km，玲珑型花岗岩为5.86 km，滦家河岩体为6.83 km，郭家岭岩体为4.52 km，艾山岩体为2.37 km。关于剥蚀速率的研究成果显示：在150~115 Ma期间，胶东地区发生了区域大幅快速隆升。上述研究（王建平等，2009）与潘素珍等（2015）对海陆联合探测项目中跨越胶东半岛的一条NW向宽角反射/折射探测剖面计算处理结果反映的地壳精细结构相吻合，该剖面获取了测线方位的地壳精细结构，显示胶东地区地壳厚度在31~34 km之间，显然，该区发生了地壳隆升和减薄作用，较侏罗纪地壳厚度减薄约10 km。
本次重磁联合反演推断解释的玲珑复式岩体的最大厚度约为15 km，与中国地质科学院深地探测中心在该区实施的一条MT测量剖面的电性成像结果高度吻合，该剖面中胶北隆起区深度15 km以浅的高阻体被认为是中生代侵入岩的反映。结合上述岩体剥蚀研究结果，认为玲珑复式岩体的总体剥蚀量为5.32 km，推测玲珑复式岩体在大规模隆升后的垂向厚度约为20 km，此外地壳变薄等变形主要发生脆韧性转换带以下的中下地壳。如不考虑胶东地壳快速隆升减薄时的变形因素，结合张华峰等（2006）计算得到的玲珑花岗岩的侵位深度范围（10~15 km）推测，玲珑复式岩体在侏罗纪的形成深度（最深处）为30~35 km，与张华峰等（2006）推断的玲珑花岗岩的形成深度不大于40 km的结论一致。地壳大规模隆升剥蚀通常是重大地质事件的响应，胶东半岛整体快速隆升和剥蚀事件与中国东部岩石圈减薄的峰期时限耦合，应是岩石圈减薄的深部动力学过程的浅部响应，诱发了胶东半岛强烈而广泛的岩浆活动和爆发式成矿作用，其动力学背景可能与太平洋板块的俯冲有关（豆敬兆，2016）。
4 结论
基于重磁联合反演及三维可视化技术对玲珑岩体深部形态进行研究，揭示了其三维形态特征、组成和结构特征以及演化过程。
（1）重磁联合反演及三维可视化以前期完成的区域重磁资料和少量地质和钻孔资料为依托，大幅节约了建模成本、缩短了建模周期，效果显著，在大区域三维地质建模中具有不可替代的作用，具有广泛的应用前景。
（2）三维可视化将地质—地球物理学家基于大量调查、研究和理论计算形成的基本认知在3D平台进行直观展示，对长期以来悬而未决的地质问题进行了深入探讨。研究认为胶东西北部玲珑复式岩体大致呈似层状产出，岩体中心位于莱州市郭家店一带，最大发育深度约为15 km，厚度最小处位于招远市西北部，超覆于前寒武纪变质基底之上，厚度不足1 km；莱州市以北的伟德山型和崂山型地表小岩体在深部连通，具有较大的展布规模和深度。
（3）在今后研究中，建议进一步深化地球物理正反演技术在地质研究中的应用，特别是在复杂地质条件下，如何提高正反演的准确性和可靠性，需要通过更多的实际案例和数据来验证并不断完善。
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引用本文：贺春艳，王润生，魏印涛，等.基于重磁联合反演及三维可视化技术的玲珑复式岩体深部形态研究及其地质意义［J］.黄金科学技术，2024，32（6）：949-964.
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作者简介：贺春艳（1982-），女，陕西黄龙人，正高级工程师，从事地质—地球物理勘查及找矿方法研究工作。94423937@qq.com

基金项目：国家自然科学基金项目NSFC-山东联合基金项目“胶东深部金矿断裂控矿机理”（编号：U2006201）、2024年部省协议地质勘查项目“胶东金矿深部协同三维精细探测技术研究及找矿预测”（编号：鲁勘字（2024）68号）、山东省科学技术厅重大创新工程项目“深部探测综合地球物理技术”（编号：2018CXGC1601）、山东省地矿局科技创新及攻关项目“胶东深部金矿断裂综合地球物理特征研究” （编号：KY202112）和“胶西北矿集区招平断裂带深部电性结构研究”（编号：KY202226）联合资助



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