固原硝口岩盐矿区及其周缘断裂体系与特征

虎新军，陈晓晶，曹园园，陈涛涛，卜进兵，倪 萍>

(宁夏回族自治区地球物理地球化学勘查院，宁夏 银川 750001)

1 引 言

随着硝口岩盐矿开采程度的日益加深，针对岩盐矿成矿地质条件的研究也越来越深入，诸多研究成果表明[1-3]，构造对岩盐矿沉积、成岩、改造、再富集的演化过程中，起着极其重要的作用，矿体的赋存与断裂的发育特征具有紧密的依存关系。因此，在区域地质构造认识的指导下，厘定本区构造体系，尤其是硝口岩盐矿区的断裂展布性状与局部构造展布形态尤为重要。然而，受青藏高原隆升而产生的北东向挤压应力持续作用，在东部稳定的“南北古脊梁”阻挡下，形成右旋走滑应力分量，双重的应力作用将本区置于复杂的构造应力环境中[3-9]，断裂构造与局部构造单元的原始面貌均有不同程度的改变，尤其是在黄土覆盖区，厘定难度更大。

近年来，运用地球物理边界识别技术对隐伏断裂的解译越来越成熟[10]。已有的研究成果[11-14]探讨出了能够针对厚新生界覆盖的断陷盆地内，由拉张应力形成的各级别断裂有较好识别效果的一整套技术方法组合。本次在前人研究的成熟技术思路指导下进行了优化，以1∶5万区域重力资料为基础，运用小波多尺度分解技术对构造进行由浅至深动态式“扫描”，选取能够反映本区断裂展布特征的重力场，求取归一化标准差与斜导数，精准定位断裂位置，厘定断裂体系，并结合钻孔资料与CSAMT剖面资料对硝口岩盐矿区构造特征进行了精细分析。

2 地质构造概况

根据宁夏最新的动态构造区划方案“侏罗纪—第四纪构造单元划分”[15]，硝口凹陷及周缘地区横跨祁连早古生代造山带(Ⅲ2)与阿拉善微陆块(Ⅲ4)两个构造单元，隶属于西华山—六盘山冲断带(Ⅲ21-1-2)与烟筒山—窑山冲断带(Ⅲ41-1-4)。新生代以来喜山运动强烈的挤压，造成本区域内断裂构造十分发育。至今新构造运动仍十分强烈，对现代地貌形态影响较大(图1)。

1-灵武组；2-洪积层；3-彰恩堡组；4-清水营组；5-寺口子组；6-乃家河组；7-马东山组；8-李洼峡组；9-活动正断层；10-隐伏断层；11-逆断层图1 固原地区地质构造略图Fig.1 Geological structure map of Guyuan area

3 硝口周缘断裂体系

3.1 断裂特征解译

运用归一化标准差对重力1阶、2阶、3阶小波剩余场进行处理，运用斜导数对重力1阶、2阶、3阶小波区域场进行处理，结合二者处理结果，综合推断硝口周缘地区断裂展布，效果良好。

3.1.1 归一化标准差

3阶小波剩余场归一化标准差处理结果(图2c)主要体现出北北西向展布的断裂，尤其是沿李俊乡—沙沟乡—叶家河乡—硝口镇一线分布的月亮山北麓断裂行迹最为清晰；2阶小波剩余场归一化标准差处理结果(图2b)中月亮山北麓断裂的极大值条带分布匀称，断裂东侧的北北西向断裂的线性特征清晰，具弧形特征，北北东向断裂特征显现，与北北西向断裂形成“X”型交切关系；1阶小波剩余场归一化标准差处理结果(图2a)将浅部断裂特征刻画得异常清晰，北西西向与北东向两组断裂的相互交切现象凸显，月亮山北麓断裂被北东向小规模断裂逐次左阶错断形成5个亚段。

3.1.2 斜导数

3阶小波区域场斜导数处理结果(图2f)仅对月亮山北麓断裂叶家河以南段有一定的迹象；2阶小波区域场斜导数处理结果(图2e)对月亮山北麓断裂全段得以清晰的刻画，东部断裂逐渐显现，平面延伸均不长，线性特征较弱；1阶小波区域场斜导数处理结果(图2d)细致地反映了断裂的细节特征，马东山背斜东翼断裂表现出一簇向北东凸出的弧形断裂，北东向断裂对北北西向断裂的错断现象更加清楚。

图2 重力异常处理及其推断断裂结果Fig.2 Gravity anomaly processing and inferred fracture results

3.1.3 断裂综合划定

对比可以发现，归一化标准差与斜导数处理结果共同刻画了硝口岩盐矿周缘地区断裂展布形态及相互关系，但二者之间具有较明显的差异性，归一化标准差处理结果(图2(a)～图2(c))对月亮山北麓断裂(FⅠ2)细节刻画更清楚，对马东山凸起内部的小规模断裂也具有较强的识别与划定作用，斜导数处理结果(图2(d)～图2(f))则主要反映了月亮山北麓断裂、马东山东麓断裂及其他北西向断裂整体分布格架及断裂之间的相互交切关系。本次硝口岩盐矿周缘地区断裂整体形态的划定以斜导数处理结果断裂整体特征为基础，综合了归一化标准差处理结果对断裂细节刻画的特点。

以区域断裂分级方案，将归一化标准差与斜导数综合推断断裂分为Ⅰ级、Ⅳ级、Ⅴ级，其中Ⅰ级断裂1条，为月亮山北麓—六盘山东麓断裂(FⅠ2)，Ⅳ级1条，为马东山东麓断裂(FⅣ1)，其余24条为局部构造单元内部小规模断裂(图3)。

3.2 断裂体系厘定

根据断裂性质、断裂发育特征及相互交切关系，将划定的26条断裂归为两个体系：北西向断裂系与北东向断裂系。

3.2.1 北西向断裂系

北西向断裂系以月亮山北麓断裂为典型代表，是本区主要发育的断裂类型。断裂多呈北东向微凸的“弧形”展布特征，延伸长度大。因受挤压应力作用，多展布于挤压变形带的中前缘，，如FⅣ1、FⅤ8、FⅤ15等；在两组逆冲带的转换部位，差异化挤压造成局部的拉张应力作用，在硝口、上店子等区域形成了一系列小规模正断层，多为局部次级凹陷的边界断裂或内部分带断裂，如：FⅤ2、FⅤ3、FⅤ10等；特殊的月亮山北麓断裂为“中深部逆冲、浅部正断”的复合断裂带特征，推断月亮山持续隆升、硝口—上店子—沙沟一线持续下降进而产生大规模逆冲前缘推覆体，在重力势能作用下，在前期逆冲断层的基础上，上盘整体滑落，形成浅部正断层。

3.2.2 北东向断裂系

北东向断裂系多具局部发育、平面延伸距离较小的特征。来自西南向的挤压应力产生明显的推覆构造体系，持续挤压作用使得于不同构造部位，产生差异化的变形效应，这种应力调节作用是北东向断裂形成的主要力学机制。北东向断裂均具明显的走滑特征，本区基本以左行走滑为主，如：FⅤ1、FⅤ9、FⅤ12，个别断裂为右行走滑性质(FⅤ4)。

1.地质实测断裂；Ⅰ级推断断裂；Ⅳ级推断断裂；Ⅴ级推断断裂图3 固原地区断裂展布Fig.3 Layout of faults in Guyuan area

4 硝口岩盐矿区断裂特征

受青藏块体北北东向推覆作用，硝口岩盐矿区及其周缘整体处于挤压应力环境，但硝口岩盐矿北侧的马东山背斜南部倾末端直接与月亮山冲断带相接，南侧的开城以南处于祁连早古生代造山带与鄂尔多斯西缘挤压缝合区，在受同一挤压应力过程中，岩盐矿南北两侧隆起的基底较为稳固，变形位移量小；硝口岩盐矿区域基底埋深大，上覆的六盘山群地层塑性强，变形位移量大。差异性的变形使得硝口地区形成了局部拉张应力环境，内部发育的均为正断层，南北边界断裂则为走滑断层。

4.1 断裂平面特征

以1∶5万区域重力小波1阶细节场为基础，通过求取垂向二阶导数，划定了硝口地区断裂平面展布形态(图4)。

重力小波1阶细节场反映了硝口岩盐矿区断裂发育概貌，4条北西走向的断裂迹象清晰，为北西向重力高、低异常条带的分界。最西侧为月亮山北麓断裂(FⅠ2)，走向北西西305°，控制了次凹的西侧边界，与其相邻的为小规模断裂FⅤ2-1，呈北东向微凸的弧形展布，与断裂FⅠ2共同控制了西侧断块条带；断裂FⅤ2-2与FⅤ2-1平面展布特征类似，二者夹持形成了中部断块条带；断裂FⅤ3为矿区东边界。北边界断裂FⅤ4为北东走向的右行走滑断裂，南边界断裂FⅤ1为北东向左行走滑断裂。

1-未见矿钻孔；2-见矿钻孔；3-行政单位；4-联井剖面；5-实测断裂；6-推断断裂图4 固原硝口岩盐矿区重力异常推断断裂分布Fig.4 Distribution map of gravity anomaly inferred faults of Xiaokou rock salt deposit in Guyuan

4.2 断裂剖面特征

以8口钻孔资料为基础，结合CSAMT资料，构建了2条二维联井剖面(位置见图4)，对断裂平面特征进行校正，分析了断裂剖面倾向特征(图5)。

根据断裂展布形态及其钻遇地层(矿层)分析：月亮山北麓断裂FⅠ2为正断性质，倾向北北东35°，倾角约60°，根据ZK206与ZK103钻遇的K1m、K1n厚度及埋深推算断裂断距大于1 800 m；FⅤ2-1断裂为西倾正断层，与FⅠ2断裂组成反“Y”字结构，倾向南南西228°，倾角约65°，断距由北向南逐渐变小，在ZK301—ZK201一线，断距约300 m；FⅤ2-2断裂为东倾正断层，北东倾向50°，倾角约63°，断距南北变化不大，约140 m；FⅤ3断裂东倾正断层，北东倾向52°，倾角约65°，断距比较大，断裂两侧的钻孔推断断距约1 200 m。

1-第四系；2-清水营组；3-乃家河组(岩盐矿层)；4-马东山组；5-马东山组—三桥组；6-矿区断裂图5 硝口岩盐矿区电性剖面与地质推断剖面Fig.4 Electric slope and inverted geological profile of combined wells in Xiaokou rock salt mine

5 结 论

1)断裂性质、断裂发育特征及相互交切关系表明，硝口岩盐矿区及周缘发育的断裂划归为北西向断裂系与北东向断裂系两个体系。北西向断裂系以月亮山北麓断裂为典型代表，多呈北东向微凸的“弧形”展布特征，延伸长度大，为典型的逆冲推覆断层；北东向断裂系局部发育、平面延伸距离较小，具明显的走滑特征，本区基本以左行走滑为主，个别断裂为右行走滑性质。

2)硝口岩盐矿区及其周缘整体处于挤压应力环境，在受同一挤压应力过程中，岩盐矿区南北两侧隆起的基底较为稳固，变形位移量小；上覆的六盘山群地层塑性强，变形位移量大。差异性的变形使硝口地区形成了局部拉张应力环境。

3)硝口岩盐矿区发育4条北西走向断裂正断层，月亮山北麓断裂(FⅠ2)控制了岩盐矿西侧边界，FⅤ2-1断裂与FⅠ2控制了西部堑块带，FⅤ2-2断裂与FⅤ2-1断裂夹持形成了中部垒块带，断裂FⅤ3为岩盐矿区东边界，与FⅤ2-2断裂构成了东部堑块带的边界。北边界FⅤ4断裂具有右行走滑特征，南边界FⅤ1断裂为左行走滑性质。