Research and application of detection methods for urban underground space resources
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摘要:
地下空间资源探测是科学合理开发利用地下空间资源的基本前提，国内各大城市相继开展了地下空间资源调查评价工作，但对地下空间资源探测方法尚未开展系统梳理。在北京城市地下空间资源调查评价工作的基础上，对地下空间资源开发利用2个阶段，即建成区和待建区地下空间资源探测对象和探测方法分别做了阐述，指出建成区的探测对象是已开发利用的地下空间资源，可以采用遥感技术解译建筑物高度，利用建筑物竖向影响深度推算已利用开发地下空间，利用物探手段（电法、磁法、重力、地震）较精确地圈定已开发利用空间；对于待建区，调查对象主要是影响地下空间资源开发利用的地质条件，可以通过相应的地质工作开展调查。最后列举了应用实例，以期为城市地下空间资源探测工作起到借鉴作用。
Abstract:The pre-exploration is the basic premise of scientific exploitation and utilization of underground space resources. Although significant investigation and evaluation have been carried out in many large cities in China, there is no published systematic summarization of exploration. On the basis of investigation and evaluation of urban underground space in Beijing, this paper describes both detection objects and methods for underground space resources in built-up areas and places to be built respectively, which represent two key steps of underground space utilization. In built-up areas in Beijing, underground space is calculated by affected depth of buildings in the vertical direction with the application of various geophysical prospecting methods, including electrical method, magnetic method, gravity detection and seismic techniques, which can define exploited underground space accurately. On the other hand, geological conditions which are likely to have impact on underground space development become the major research objects in areas to be built. In addition, a practical example is summarized to explain the concrete operation, with the expectation of providing references for related work of urban underground space resources.
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央格力雅山位于大兴安岭中北段，区域上处于天山-兴蒙造山系大兴安岭弧盆系扎兰屯-多宝山岛弧构造带内。大兴安岭由西向东构造单元依次划分为额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块和佳木斯地块[1]（图 1-a），其构造位置对于探讨兴蒙造山带东段的演化十分重要。在中国诸多造山带中，兴蒙造山带可能是目前已知发展历史最长且构造岩浆活动最复杂的一条巨型造山带[2]。该区古生代主要处于西伯利亚板块与中朝板块俯冲、碰撞及弧后裂解构造环境中, 华力西中期发生大面积花岗岩类侵位。中生代以来, 大兴安岭中北段受到滨西太平洋和蒙古-鄂霍茨克洋的强烈影响, 于侏罗纪、白垩纪形成了宏伟的北北东向大兴安岭火山-侵入岩带[3]。朱伟等[4]认为，兴蒙造山带发育于中元古代，经历了大陆裂解阶段、洋盆扩张阶段、洋壳俯冲消减阶段、强烈对接碰撞造山作用，最终西伯利亚板块南缘和华北板块北缘对接碰撞，但是两大板块没有直接发生对接，而是两活动大陆边缘之间的陆-弧-弧-陆发生“软碰撞”，晚侏罗世以后，兴蒙造山带进入后造山阶段。近年来诸多学者对大兴安岭地区花岗岩进行了研究[5-8]，认为这些花岗岩主体形成于中生代，少数形成于新元古代和古生代，且以I型和A型花岗岩为主。对于大兴安岭地区中生代岩浆岩形成的构造背景主要有4种观点：与古太平洋板块的俯冲作用有关[9]；与蒙古-鄂霍茨克洋的闭合有关[10-12]；与地幔柱有关[13]；与蒙古-鄂霍茨克洋闭合和古太平洋俯冲的共同作用有关[14-15]。目前对于大兴安岭中北段花岗岩的成因及构造演化研究相对薄弱，有碍对兴安地块的认识。因此本次在1:5万区域矿产地质调查和前人研究的基础上，通过对央格力雅山中酸性岩年代学及地球化学特征的研究，明确岩体形成时代，厘定其岩石类型，并对其成岩构造环境和动力学意义进行讨论。
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图 1 央格力雅山大地构造背景图（a）和研究区地质简图（b）1—第四系冲积层；2—白音高老组；3—玛尼吐组；4—满克头鄂博组；5—卧都河组；6—早白垩世闪长岩；7—早白垩世花岗闪长岩；8—早白垩世正长花岗岩；9—中二叠世正长花岗岩；10—中二叠世花岗闪长岩；11—中二叠世黑云母花岗闪长岩；12—中二叠世闪长岩；13—中二叠世二长花岗岩；14—晚石炭世正长花岗岩；15—早寒武世二长花岗岩；16—花岗斑岩脉；17—安山玢岩脉；18—二长斑岩脉；19—实测断层；20—火山断裂；21—火山口或火山通道；22—采样位置Figure 1. Structural sketch geological map of the Yanggeliya Mountain (a) and geological map of the study area (b)1. 区域地质背景
研究区地处大兴安岭中北段，构造上位于塔源-喜桂图断裂南部，兴安地块中部（图 1-a）。兴安地块为一稳定的微陆块，存在新元古代甚至太古宙的结晶基底[16]。中生代以来，受到北部鄂霍茨克洋和太平洋活动陆缘两大构造域的影响，构造-岩浆活动十分强烈[17]。研究区内出露地层主要为古生界上志留统卧都河组（S3w），中生界上侏罗统满克头鄂博组（J3mk）、玛尼吐组（J3mn）、白音高老组（J3b）及全新统现代河谷冲洪积层（Qhal）。区内构造主要发育在西部，东部地区构造不发育，断裂构造除一条北东向断裂外，主要为火山机构的环状或放射状断裂。岩浆活动强烈，分布广泛，岩性主要为白垩纪闪长岩、花岗闪长岩、正长花岗岩和二长花岗岩，二叠纪二长花岗岩、正长花岗岩、花岗闪长岩和闪长岩，早寒武世二长花岗岩出露较少，此外还有极少的石英二长斑岩。区内岩脉较发育，主要为花岗斑岩脉、安山玢岩脉及二长斑岩脉（图 1-b）。本文研究对象为图区南东角白垩纪侵入的中酸性岩。
2. 样品采集和测试方法
2.1 采样位置及样品描述
在内蒙古自治区鄂伦春自治旗央格力雅山等地区开展1:5万区域矿产地质调查的过程中，进行了详细的路线地质调查和剖面测制。央格力雅山中酸性岩体分布于工作区东部，出露总面积约125.7km2。本文岩体样品和LA-ICP-MS锆石UPb测年样品采自央格力雅山图幅路线地质调查过程中，采样点地理坐标为北纬49°39′08″、东经123° 17′30″。正长花岗岩（图版Ⅰ-d、h）侵入二叠纪花岗闪长岩中，其后被白垩纪花岗闪长岩及闪长岩侵入，具花岗结构，块状构造。岩石由斜长石（约25%）、钾长石（约40%）、黑云母（约5%）、石英（约29%）及副矿物（约1%）。二长花岗岩（图版Ⅰ-b、c、f、g）侵入体主要呈小岩基展布，数量较少，具中细粒粒状结构，块状构造。岩石由钾长石（约30%）、斜长石（约30%）、石英（约25%）、黑云母（约5%）及副矿物（约1%）组成。英云闪长岩小岩株（图版Ⅰ-a、e）侵入二叠纪或白垩纪早期的岩体中，岩石具半自形结构，灰绿色块状构造。岩石由斜长石（约75%）、角闪石（约20%）、石英（约3%）、副矿物（约2%）组成。
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图版Ⅰa、e.英云闪长岩野外照片和镜下照片；b、c、f、g.二长花岗岩野外照片及镜下照片；d、h.正长花岗岩野外照片和镜下照片An—钙长石；Bit—黑云母；Kp—钾长石；Pl—斜长石；Qtz—石英；Hb—角闪石图版Ⅰ.2.2 样品测试
4件样品的全岩主量、微量元素测试在呼伦贝尔市原野测试有限责任公司进行。对采集的样品去除风化表皮，碎样，研磨成200目以下的岩石粉末。采用粉末样品压片制样，主量元素用X射线荧光光谱仪（XRF）直接测量；稀土和微量元素采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）和等离子体发射光谱仪（ICP-AES）测试。测试结果见表 1。
表 1 央格力雅山中酸性岩全岩主量、微量和稀土元素测试结果Table 1. Whole-rock major, trace and rare earth elements data of Yanggeliya Mountain intermediate-acid rocks样品编号 TW2 TW3 TW4 TW6 样品编号 TW2 TW3 TW4 TW6 岩性 正长花岗岩 英云闪长岩 二长花岗岩 二长花岗岩 岩性 正长花岗岩 英云闪长岩 二长花岗岩 二长花岗岩 SiO2 73.8 60.2 74.4 69.1 Gd 1.34 3.87 0.8 3.09 TiO2 0.18 0.65 0.12 0.4 Tb 0.18 0.61 0.11 0.42 Al2O3 13.8 16.9 14.2 15.7 Dy 0.92 3.45 0.55 2.13 Fe2O3 1.99 5.86 1.83 3.29 Ho 0.15 0.64 0.09 0.32 FeO 0.25 1.83 0.18 0.93 Er 0.5 1.94 0.29 1.02 MnO 0.03 0.12 0.03 0.05 Tm 0.07 0.29 0.04 0.13 MgO 0.28 1.88 0.16 0.68 Yb 0.54 2 0.32 0.88 CaO 1.17 4.3 1.56 2.18 Lu 0.09 0.33 0.05 0.14 Na2O 3.76 4.26 4.24 4.62 ΣREE 62.2 133 37.2 134 K2O 4.19 2.34 3.28 3.02 LREE 58.4 120.5 34.9 126.4 P2O5 0.04 0.26 0.02 0.13 HREE 3.79 13.1 2.25 8.14 烧失量 0.18 2.24 0.02 0.21 LREE/HREE 15.4 9.18 15.5 15.5 总计 99.6 100 100 100 (La/Yb)N 18.8 9.41 21.6 24.7 Mg# 19.7 32.1 13.5 23.8 δEu 1.53 1.03 1.61 1.19 R1 2536 1737 2627 2137 δCe 1.05 1.01 0.92 1 R2 408 884 454 574 Rb 125 57 110 79.1 A/NK 1.28 1.77 1.35 1.44 Ba 593 889 558 1083 A/CNK 1.07 0.97 1.06 1.05 K 33720 20359 28901 25467 AR -1.41 -7 -1.58 -2.02 Th 10.9 4.76 7.66 9.29 DI 89.5 63.7 88.2 81.1 U 4.1 1.04 1.23 1.18 TFeO 2.05 7.2 1.83 3.89 Nb 4.37 9.9 4.14 8.43 TFe2O3 2.28 8 2.03 4.32 Sr 387 500 552 500 La 14.2 26.2 9.7 30.2 Ta 0.34 0.55 0.32 0.6 Ce 28.7 55.7 16.4 59.9 p 207 839 119 598 Pr 2.89 6.64 1.66 6.56 Ti 1037 4999 845 2586 Nd 10.1 25.7 5.81 24.3 Rb/Sr 0.32 0.11 0.2 0.16 Sm 1.66 4.8 0.94 4.01 Rb/Nb 28.7 5.76 26.6 9.38 Eu 0.77 1.51 0.47 1.42 La/Nb 3.24 2.65 2.33 3.58 注：分异指数(DI) =Qz+Or+Ab+Ne+Lc+Kp；固结指数(SI)=MgO×100/(MgO+FeO+F2O3+Na2O+K2O)；碱度率(AR) =[Al2O3+ CaO+(Na2O+K2O)]/[Al2O3+CaO-(Na2O+K2O)]；R1=4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti)；R2=6Ca+2Mg+Al; 镁指数(Mg#)=100×(MgO/ 40.3044)/(MgO/40.3044+FeOT/71.844);A/NK=Al2O3/(Na2O+K2O), A/CNK=Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) 锆石U-Pb同位素测试在中国冶金地质总局山东局测试中心用LA-ICP-MS完成。将准备好的锆石样品、Plešovice、美国国家标准技术研究院研制的NIST硅酸盐玻璃标准(NIST610、NIST612)分别粘在载玻片上的双面胶上，聚氯乙烯(PVC)环用凡士林涂匀后放在其上，然后将环氧树脂和固化剂按照一定比例混合均匀后注入PVC环中放置12h充分固化，将样品从载玻片上剥离，3000目抛光直至露出样品，然后分别用5000目、7000目砂纸抛至光洁，测量前用酒精轻轻擦拭样品表面，避免受到污染。对靶样中锆石进行透射光、反射光和阴极发光(CL)照相。采用Thermo X2电感耦合等离子体质谱仪对锆石进行测试，采用氦为剥蚀物质的载气，用人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器条件最佳化，使仪器信号的灵敏度达到最高（238U＞400000cps），氧化物产率最低（ThO+/Th+＜0.1%）。数据采集选用跳峰模式，数据采集过程110s，其中背景空白25s、数据采集55s、残留吹洗30s。采用NIST SRM610作外标，29Si作内标校正元素的含量，用ICPMSDATACAL程序进行数据处理[18]。加权平均计算采用Ludwig博士[19]的Isoplot程序进行处理，测试结果见表 2。在样品测量过程中，部分数据点偏离谐和线，原因可能为样品中的207Pb信号太低，使接收信号波动性大，导致测量结果的标准偏差较大。
表 2 央格力雅山中酸性岩锆石U-Th-Pb同位素数据Table 2. Zircon U-Th-Pb isotope data of the Yanggeliya Mountain intermediate-acid rocks测点号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Pb Th U 207Pb/206Pb 1σ/10-2 207Pb/235U 1σ/10-2 206Pb/238U 1σ/10-2 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ TW2-1 10.53 220 402 0.55 0.0513 0.20 0.1462 0.56 0.0207 0.03 254 91 139 5 132 2 TW2-2 16.52 480 578 0.83 0.0469 0.16 0.1345 0.45 0.0209 0.03 42 82 128 4 133 2 TW2-3 15.12 480 558 0.86 0.0526 0.19 0.1437 0.45 0.0202 0.03 309 77 136 4 129 2 TW2-4 12.04 287 468 0.61 0.0485 0.18 0.1346 0.51 0.0202 0.03 124 89 128 5 129 2 TW2-5 18.14 563 673 0.84 0.0523 0.19 0.1413 0.52 0.0197 0.03 300 81 134 5 125 2 TW2-6 7.07 135 284 0.47 0.0537 0.35 0.1486 0.93 0.0202 0.05 367 146 141 8 129 3 TW2-7 25.11 789 945 0.83 0.0501 0.17 0.1397 0.49 0.0203 0.03 211 78 133 4 129 2 TW2-8 21.43 626 804 0.78 0.0511 0.18 0.1434 0.56 0.0203 0.03 256 83 136 5 129 2 TW2-9 15.15 375 567 0.66 0.0492 0.18 0.1416 0.53 0.0208 0.03 167 85 134 5 133 2 TW2-10 13.88 402 545 0.74 0.0521 0.22 0.1407 0.57 0.0200 0.03 298 98 134 5 128 2 TW2-11 14.14 265 575 0.46 0.0495 0.20 0.1386 0.55 0.0205 0.03 169 94 132 5 131 2 TW2-12 10.87 233 450 0.52 0.0466 0.19 0.1293 0.56 0.0202 0.04 32 96 123 5 129 2 TW2-13 18.00 477 656 0.73 0.0521 0.18 0.1514 0.51 0.0212 0.03 300 80 143 4 135 2 TW2-14 8.46 202 331 0.61 0.0482 0.23 0.1345 0.65 0.0204 0.04 109 107 128 6 130 2 TW2-15 9.47 185 385 0.48 0.0522 0.25 0.1459 0.66 0.0206 0.03 295 139 138 6 132 2 TW2-16 19.70 563 747 0.75 0.0519 0.19 0.1491 0.56 0.0209 0.03 280 83 141 5 133 2 TW2-17 12.43 386 492 0.78 0.0533 0.23 0.1448 0.65 0.0197 0.03 339 98 137 6 126 2 TW2-18 14.03 360 552 0.65 0.0502 0.19 0.1419 0.54 0.0205 0.03 206 92 135 5 131 2 TW2-19 12.04 266 470 0.57 0.0527 0.21 0.1509 0.58 0.0210 0.03 322 93 143 5 134 2 TW2-20 13.40 381 525 0.73 0.0504 0.19 0.1365 0.49 0.0199 0.03 213 85 130 4 127 2 TW2-21 10.46 236 414 0.57 0.0482 0.19 0.1367 0.56 0.0206 0.03 109 99 130 5 132 2 TW2-22 14.03 402 538 0.75 0.0486 0.18 0.1343 0.50 0.0201 0.03 128 89 128 4 128 2 TW2-23 14.35 330 547 0.60 0.0482 0.19 0.1373 0.51 0.0208 0.03 106 94 131 5 133 2 TW2-24 14.09 337 539 0.63 0.0499 0.19 0.1407 0.55 0.0203 0.03 191 89 134 5 129 2 TW2-25 14.86 349 582 0.60 0.0479 0.19 0.1340 0.51 0.0202 0.03 95 89 128 5 129 2 TW3-1 2.49 64.5 103 0.62 0.0549 0.32 0.1420 0.79 0.0195 0.04 406 130 135 7 124 3 TW3-2 4.48 200 159 1.26 0.0467 0.29 0.1197 0.68 0.0189 0.04 35 141 115 6 121 2 TW3-4 1.98 49.6 84.8 0.59 0.0518 0.44 0.1307 0.0104 0.0190 0.05 276 192 125 9 121 3 TW3-6 2.64 72.6 99.9 0.73 0.0518 0.45 0.1378 0.98 0.0207 0.07 276 198 131 9 132 4 TW3-8 6.01 231 235 0.98 0.0466 0.24 0.1229 0.65 0.0195 0.04 27.9 119 118 6 125 3 TW3-9 5.41 97.9 226 0.43 0.0473 0.27 0.1345 0.82 0.0208 0.04 65 130 128 7 132 2 TW3-10 8.67 294 333 0.88 0.0493 0.24 0.1321 0.66 0.0198 0.04 161 117 126 6 127 2 TW3-14 8.18 169 329 0.51 0.0529 0.21 0.1411 0.52 0.0198 0.03 328 91 134 5 127 2 TW3-19 14.42 372 540 0.69 0.0505 0.16 0.1406 0.43 0.0203 0.03 217 79 134 4 130 2 TW4-1 9.16 187 361 0.52 0.0482 0.20 0.1362 0.54 0.0206 0.03 109 101 130 5 131 2 TW4-2 13.74 306 530 0.58 0.0483 0.15 0.1381 0.43 0.0208 0.03 122 76 131 4 133 2 TW4-3 18.59 571 714 0.80 0.0548 0.17 0.1508 0.51 0.0200 0.03 467 70 143 5 127 2 TW4-5 16.43 448 642 0.70 0.0463 0.15 0.1298 0.41 0.0204 0.03 13 74 124 4 130 2 TW4-6 11.84 256 471 0.54 0.0487 0.16 0.1366 0.43 0.0204 0.03 200 76 130 4 130 2 TW4-7 7.48 139 299 0.47 0.0486 0.19 0.1380 0.51 0.0208 0.03 132 91 131 5 133 2 TW4-8 14.15 416 545 0.76 0.0481 0.17 0.1331 0.49 0.0201 0.03 102 85 127 4 128 2 TW4-9 23.12 653 848 0.77 0.0469 0.13 0.1346 0.37 0.0207 0.02 42.7 63 128 3 132 2 TW4-10 16.78 395 652 0.60 0.0484 0.15 0.1391 0.45 0.0208 0.03 120 69 132 4 133 2 TW4-11 18.62 514 735 0.70 0.0472 0.16 0.1352 0.50 0.0207 0.03 58 143 129 4 132 2 TW4-12 13.50 357 527 0.68 0.0503 0.16 0.1387 0.45 0.0201 0.03 209 76 132 4 128 2 TW4-13 13.28 346 524 0.66 0.0468 0.18 0.1307 0.53 0.0202 0.03 39 93 125 5 129 2 TW4-14 8.44 189 321 0.59 0.0508 0.21 0.1455 0.61 0.0207 0.03 232 96 138 5 132 2 TW4-15 12.74 320 498 0.64 0.0516 0.19 0.1414 0.48 0.0019 0.03 265 79 134 4 128 2 TW4-16 16.89 482 634 0.76 0.0481 0.14 0.1352 0.40 0.0014 0.03 106 72 129 4 131 2 TW4-18 14.20 315 560 0.56 0.0460 0.16 0.1300 0.45 0.0016 0.03 - - 124 4 131 2 TW4-19 8.50 183 336 0.55 0.0496 0.18 0.1400 0.53 0.0018 0.03 176 87 133 5 131 2 TW4-20 18.25 438 692 0.63 0.0522 0.16 0.1514 0.48 0.0016 0.03 295 72 143 4 134 2 TW4-21 13.81 291 546 0.53 0.0458 0.16 0.1319 0.45 0.0016 0.03 - - 126 4 134 2 TW4-22 20.99 610 751 0.81 0.0489 0.14 0.1454 0.42 0.0014 0.03 143 69 138 4 138 2 TW4-23 11.34 250 434 0.58 0.0514 0.20 0.1512 0.62 0.0020 0.03 261 91 143 5 136 2 TW4-24 16.46 393 624 0.63 0.0518 0.19 0.1507 0.58 0.0019 0.03 280 85 143 5 134 2 TW4-25 15.07 310 593 0.52 0.0467 0.15 0.1369 0.45 0.0015 0.03 35 74 130 4 135 2 TW6-1 9.21 137 264 0.52 0.0554 0.42 0.1623 0.0125 0.0042 0.06 428 168 153 11 137 4 TW6-2 13.3 246 343 0.72 0.0502 0.27 0.1368 0.74 0.0027 0.04 206 126 130 7 127 2 TW6-3 14.3 257 414 0.62 0.0501 0.25 0.1405 0.71 0.0025 0.04 211 119 134 6 129 2 TW6-4 26.7 629 537 1.17 0.0528 0.23 0.1443 0.62 0.0023 0.03 317 98 137 6 127 2 TW6-5 19.9 399 481 0.83 0.0471 0.24 0.1306 0.65 0.0024 0.04 54 114 125 6 128 2 TW6-6 34.2 702 835 0.84 0.0497 0.17 0.1384 0.47 0.0017 0.03 183 80 132 4 128 2 TW6-7 17.9 330 496 0.67 0.0471 0.25 0.1312 0.68 0.0025 0.04 54 118 125 6 129 2 TW6-8 20.7 435 476 0.91 0.0473 0.25 0.1288 0.64 0.0025 0.04 64.9 122 123 6 130 3 TW6-9 15.3 267 419 0.64 0.0478 0.25 0.1328 0.67 0.0025 0.04 87 119 127 6 131 3 TW6-11 16.2 319 438 0.73 0.0478 0.24 0.1293 0.65 0.0024 0.04 100 109 123 6 125 2 TW6-12 12.6 246 321 0.77 0.0515 0.28 0.1470 0.81 0.0028 0.04 261 94 139 7 131 2 TW6-13 14.7 240 393 0.61 0.0476 0.21 0.1397 0.60 0.0021 0.04 80 109 133 5 136 2 TW6-14 13.6 223 368 0.61 0.0504 0.25 0.1494 0.75 0.0025 0.04 213 114 141 7 138 3 TW6-15 13.5 255 368 0.69 0.0495 0.30 0.1412 0.77 0.0030 0.04 169 143 134 7 135 3 TW6-16 15.6 277 405 0.68 0.0477 0.22 0.1395 0.65 0.0022 0.03 87 107 133 6 134 2 TW6-17 22.6 480 522 0.92 0.0488 0.21 0.1417 0.62 0.0211 0.04 200 102 135 5 134 3 TW6-18 11.9 199 335 0.59 0.0498 0.29 0.1361 0.77 0.0201 0.04 187 137 130 7 128 3 TW6-19 21.0 468 497 0.94 0.0487 0.23 0.1406 0.69 0.0208 0.04 132 111 134 6 132 3 TW6-20 21.1 430 517 0.83 0.0547 0.30 0.1462 0.73 0.0198 0.04 398 94 139 6 126 2 TW6-21 12.0 209 336 0.62 0.0509 0.27 0.1463 0.77 0.0210 0.04 235 124 139 7 134 3 TW6-22 16.8 336 462 0.73 0.0499 0.24 0.1352 0.62 0.0200 0.04 191 111 129 6 128 3 TW6-23 29.0 646 614 1.05 0.0474 0.20 0.1352 0.54 0.0208 0.04 78 87 129 5 132 2 TW6-24 12.7 214 361 0.59 0.0486 0.26 0.1394 0.76 0.0209 0.04 128 122 132 7 133 3 TW6-25 19.7 372 492 0.76 0.0507 0.30 0.1409 0.76 0.0204 0.04 228 140 134 7 130 2 3. 测试结果
3.1 锆石U-Pb年龄
锆石U-Pb测定结果见表 2和图 2。CL图像显示，样品锆石大多呈长柱状、椭圆状，具较好的自形晶，粒度在50~150μm之间，长宽比介于1:1~2.3:1之间，CL图像可见明显的振荡环带，显示典型的中酸性岩锆石特征。此外，232Th/238U值大于0.4，显示典型的岩浆成因的锆石特征[20]。
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图 2 央格力雅山中酸性岩部分阴极发光图像和U-Pb谐和图（年龄单位为Ma）Figure 2. Selected cathodoluminescence (CL) images and U-Pb concordia diagrams of zircons for intermediate-acid rocks in Yanggeliya Mountain本次对样品TW2选取的25颗锆石进行了UPb同位素测试，全为有效测点。锆石206Pb/238U年龄集中在125~135Ma之间，年龄加权平均值为130.4±1.1Ma（MSWD=1.7）。对样品TW3选取20颗锆石进行U-Pb同位素测试，获取9个有效测点，锆石206Pb/238U年龄集中在121~132Ma之间，年龄加权平均值为126.6±3.0Ma（MSWD=2.6）。样品TW4选取的25颗锆石中有23个有效测点，锆石206Pb/238U年龄集中在127~136Ma之间，年龄加权平均值为131.6±1.1Ma（MSWD=2.1）。样品TW6选取的25颗锆石中共获得24个有效测点，锆石206Pb/238U年龄集中在125~138Ma之间，年龄加权平均值为130.7±1.5Ma（MSWD=2.1）。这些点相对集中分布于谐和线上及其附近，其年龄可代表岩体的侵位结晶年龄[21]。因此，央格力雅山中酸性岩体侵位时间为早白垩世。
3.2 岩体地球化学特征
3.2.1 主量元素
在R1-R2图解[22]中，央格力雅山中酸性岩样品分别落在英云闪长岩、二长花岗岩和正长花岗岩区域（图 3-a）。
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二长花岗岩SiO2含量为74.4%和69.12%，正长花岗岩SiO2含量为73.78%，英云闪长岩SiO2含量为60.24%；4件岩石均富铝（13.75% ~16.88%）、钠（3.76%~4.62%）、钙（.56%~4.3%）和贫镁（0.16%~1.88%）。全碱Na2O+K2O值为6.6%~7.95%，K2O/ Na2O值为0.55~1.11，在SiO2-K2O图解[23]中均落入高钾钙碱性系列区域（图 3-b）；分异指数DI值除英云闪长岩外均较高，平均值为80.63，说明岩体具有高分异的特征。铝饱和指数A/CNK值[24]介于0.97~1.07之间，为准铝质-过铝质（图 3-c），因此央格力雅山中酸性岩属于准铝质-过铝质高钾钙碱性岩石。
如图 4所示，TiO2、Al2O3、Fe2O3、MnO、MgO、CaO、P2O5的含量随SiO2的增加而减少，Na2O的含量随SiO2含量增加先增后减，K2O的含量随SiO2含量增加而增高。明显的线性关系说明，4个岩石样品的初始岩浆可能来源一致。K2O、Na2O和Al2O3随SiO2的增加而减少，可能与斜长石的结晶分离作用有关，Fe2O3、MgO与SiO2的负相关性指示富镁铁矿物的分离结晶作用，P2O5、TiO2随SiO2降低，说明演化过程中有磷灰石、榍石等矿物的分离结晶。
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图 4 央格力雅山中酸性岩哈克图解Figure 4. Harker diagrams of Yanggeliya Mountain intermediate-acid rocks3.2.2 稀土及微量元素
4件样品的稀土元素配分模式均为轻稀土元素（LREE）富集、重稀土元素（HREE）亏损的右倾型（图 5-a），稀土元素总量（∑REE（不含Y））介于37.17×10-6~134.57×10-6之间，变化范围较大，平均值为91.90 × 10-6，轻稀土元素分馏明显（(La/Nb)N值在9.14~24.86之间，平均值为18.61），LREE/HREE值为9.18~15.53，平均值为13.90。Ce异常不显著（δCe=0.92~1.05，平均值为0.99），具有较明显的正Eu异常（δEu=1.03~1.61，平均值为1.34）（表 1），表明源区岩浆石榴子石或普通角闪石的分离结晶作用导致了残余熔体中的Eu富集。
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图 5 央格力雅山中酸性岩体球粒陨石标准化稀土元素模式图（a）和原始地幔标准化微量元素蛛网图（b）（标准化值据参考文献[25]）Figure 5. Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace elements spidegrams (b) for Yanggeliya Mountain intermediate-acid rocks微量元素Ba含量变化较大，介于558×10-6~1083 × 10-6之间，平均值为781 × 10-6；Rb含量为57.0×10-6~126×10-6，平均值为93.0×10-6；Sr含量为387×10-6~552×10-6，平均值为485×10-6；Rb/Sr值较小，且变化不大（0.11~0.32）。微量元素原始地幔配分模式图(图 5-b)总体表现为右倾的锯齿状，其中K、La、Sr、Gd等元素富集明显，Nb、Pr、P、Ti等元素则显示明显的负异常。大离子亲石元素相对高场强元素富集。P、Ti的亏损表明磷灰石和钛铁矿可能发生明显的分离结晶或源区存在寄主矿物的残留[26]。Sr、Eu正异常及部分样品的Ba正异常暗示熔体形成的深度较大[27]。
4. 讨论
4.1 岩石成因类型
目前，普遍接受的花岗岩成因类型划分为I型、S型、M型、A型，真正由地幔岩浆衍生的M型花岗岩极少，因此主要为I型、S型、A型[28-29]。关于如何区分各类花岗岩，前人做了大量研究[30-37]，主要依据岩石学特征、矿物组成、地球化学图解来判别。
央格力雅山中酸性岩主量元素SiO2含量在60.24% ~74.4%之间，具有高碱（K2O=2.34% ~4.19%，Na2O=3.76% ~4.62%）、高铝饱和指数（A/CNK=0.97~1.1）的特征，同时低磷（P2O5=0.02%~0.26%）、低镁（MgO=0.16%~1.88%），低钛（TiO2=0.18%~0.65%）。微量元素显示较明显的正Eu异常（δEu=1.03~1.61），富集K、Sr等，相对亏损P、Ti等。这些特征既显示了A型花岗岩富硅富钾贫磷的特征，又具有I型花岗岩富钠的特征，同时还与高硅、过铝质的S型花岗岩类似。因此，央格力雅山花岗岩的成因类型是一个值得讨论的问题。
A型花岗岩通常含标志性碱性暗色矿物，如钠闪石-钠铁闪石、霓石-霓辉石、铁橄榄石等[34]，而本文央格力雅山中酸性岩在手标本和薄片中并未观察到典型的A型花岗岩矿物，同时央格力雅山中酸性岩体中不具有典型S型花岗岩所含的特征性富铝矿物，如堇青石、石榴子石、原生白云母等[38]，并且其A/CNK＜1.1，有别于典型的S型花岗岩[39]。从地球化学角度看，本文岩体的TFeO含量较高，为1.82%~7.20%，平均值为3.74%，大于1.00%，δEu值为1.03~1.61，平均值为1.34%，在稀土元素图（图 5-a）上具有明显的Eu峰，这些特征与S型花岗岩有显著区别。同时，本文中的∑REE含量（37.17×10-6~134.57×10-6，变化范围较大，平均值为91.90×10-6）符合典型I型花岗岩∑REE含量较低（∑REE＜114.71×10-6）的特征。陶继华等[40]认为，SiO2-P2O5可以作为判断初始岩浆是否为I型花岗岩的重要指标，SiO2-P2O5图解[41]中央格力雅山4件样品明显沿I型花岗岩演化趋势分布（图 4）。岩体的氧化物Al2O3、TFeO、MgO、CaO、TiO2和P2O5均与SiO2表现出良好的负相关趋势（图 4），总体显示出I型花岗岩的特征，其负相关性可能是由岩浆混合作用产生的[42]。同时，样品在SiO2-Ce图解（图 6）中全部投入I型花岗岩区。综上分析，央格力雅山岩体属于I型花岗岩。
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图 6 央格力雅山中酸性岩SiO2-Ce(a, 底图据参考文献[41])和La-La/Nb判别图解(b)Figure 6. Discrimination diagrams of SiO2 versus Ce (a) and La versus La/Nb (b) of Yanggeliya Mountain intermediate-acid rocks4.2 岩浆源区
I型花岗岩被认为是壳幔混源，而非全部来自下地壳物质熔融，因此许多学者称其为同熔型花岗岩或壳幔混源花岗岩[43]。对于壳幔混源I型花岗岩的成岩过程，多数学者认为是由幔源岩浆侵入到地壳基底岩石形成初生地壳，在后期热事件影响下，既有初生地壳又有古老基底地壳构成的混合地壳物质发生部分熔融而形成[44]。岩体具有明显的Eu、Ba和Sr正异常，暗示熔体形成的深度较大。根据Taylor等[45]的资料计算，陆壳的Rb/Sr平均值为0.24，本文岩体Rb/Sr值在0.11~0.32之间，平均值为0.20，与陆壳的平均值相近，因此岩体可能主要来源于地壳。Nb/Ta值在12.75~18.11之间，平均值为14.47，介于地壳值（11）与地幔值（17.8）之间[46]。Nd/Th比值在0.92~5.39之间，平均值为2.42，远低于幔源（大于15）的值，接近壳源的平均值（≈3）[47]。Th/U值在2.66~7.9之间，平均值为5.35，接近下地壳的Th/U值（≈6）[48]。根据上述特征判断，4个岩体的岩浆来源主要为下地壳物质，并有少量地幔物质混染。4件样品的分异指数平均值为80.63，除英云闪长岩较低（63.73）外，其他都大于80，说明岩体大多经历了较强的分异作用。此外，在La-Nb/La图解（图 6-b）中，样品也显示出部分熔融的分布规律。由此说明，央格力雅山地区中酸性岩体可能主要来源于下地壳物质，并遭受少量地幔物质的混染，混合的物质发生部分熔融，经过后期结晶分异而形成。
4.3 构造环境
Pearce等[49]利用不同构造环境花岗岩的微量元素组成特征，将花岗岩分为同碰撞型花岗岩、板内花岗岩、火山弧花岗岩和洋脊花岗岩4个类型。在（Nb+Ta）-Rb图解中，样品点全部落在火山弧花岗岩区域（图 7），说明其形成与大陆边缘环境有关。在SiO2-lg[CaO/(Na2O+K2O)]图解[50]中，样品点落入钙碱性-碱性拉张区域（图 7），说明研究区中酸性岩可能形成于伸展环境，同时Roberts等[51]也认为高钾钙碱性I型花岗岩可能形成于伸展环境，而且这种伸展环境是地幔上涌导致基性岩浆底侵下地壳造成的。蒙古-鄂霍茨克洋自西向东呈剪刀式闭合，兴安地块上其闭合时间可能为早白垩世（约120Ma）[52]，在时间上与本区岩浆岩侵位时间不符。大兴安岭地区早白垩世岩浆岩的展布方向呈北东东向[53]，与古太平洋板块俯冲边缘基本一致，说明该区早白垩世岩浆岩主要受太平洋板块俯冲影响，而与蒙古-鄂霍茨克洋闭合的关系不大。晚侏罗世—早白垩世早期，太平洋板块俯冲作用正处于强烈时期[54]，受俯冲作用影响，由于古太平洋板块向欧亚板块产生北西向的挤压俯冲，地幔物质在边缘盆地地区的上隆且向相反方向的流动导致地壳拉张，形成北东向断裂构造。拉张环境引起岩石圈应力释放，导致岩石圈下地壳的局部熔融，这些熔融岩浆沿北东向断裂带上升并在深部侵位，冷凝结晶形成北东向展布的岩浆岩带。因此，央格力雅山早白垩世中酸性岩体是古太平洋板块在俯冲作用下，区域背景由挤压环境变为伸展环境，地幔物质上涌发生底侵作用，导致地壳部分熔融，在早白垩世岩浆侵位形成（图 8）。
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5. 结论
（1）内蒙古东部央格力雅山中酸性岩体岩性为正长花岗岩、二长花岗岩和英云闪长岩，其LAICP-MS锆石U- Pb年龄分别为130.4 ± 1.1Ma、126.6±3.0Ma、131.6±1.1Ma和130.7±1.5Ma，显示岩体属燕山晚期早白垩世岩浆活动的产物。
（2）岩石相对富硅、富碱、富钾，属准铝质-过铝质高钾钙碱性系列岩石。∑ REE较低（37.17 ×10-6~134.57×10-6，平均91.90×10-6），轻、重稀土元素分馏明显，且为轻稀土元素富集的右倾型，具有较明显的正Eu异常。微量元素K、La、Sr、Gd等富集明显，Nb、Pr、P、Ti等则显示明显的负异常。大离子亲石元素相对高场强元素富集。
（3）央格力雅山中酸性岩体属于高钾钙碱性I型花岗岩，岩浆主要来源于下地壳物质的部分熔融，形成于伸展环境，其形成与古太平洋板块俯冲作用密切相关。
致谢: 在地下空间资源探测方法研究中，北京市地质矿产勘查开发局蔡向民教授级高级工程师提出了有益的工作思路和方向，审稿专家对文章提出了中肯建议，在此表示衷心的感谢。 -
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图 1 建筑物基础对人防工程影响区域分布图
Figure 1. The influence of building foundation on civil air defence project
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图 6 高精度微重力探测成果图（红色代表重力高，蓝色代表重力低）
Figure 6. Interpretation diagram of high-precision micro-gravity exploration
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图 7 研究区地下空间各开发层次地层分布情况
Figure 7. Stratigraphic distribution in underground space in build-up district of the research area
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图 8 研究区已开发利用地下空间现状
Figure 8. Present situation of developed underground space in build-up district of the research area
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图 9 北京某待建区活动断裂空间分布示意图
Figure 9. Spacial distribution of active faults in building district of Beijing
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图 10 北京某待建区三维模型（地下0~100m）
Figure 10. Three-dimensional model (100m underground) of building district of Beijing
表 1 地面建筑高度与影响深度关系
Table 1 Relationship between ground building height and its influenced depth
建筑类型 建筑层数 建筑高度/m 桩基影响深度/m 其他地基类型影响深度/m 低层 2层 5 小于5 多层 2~6层 5~15 5~20 5~20 6~10层 15~30 20~30 25~35 高层 10~20层 30~60 30~40 35~55 20~30层 60~90 40~50 55~65 超高层 30层以上 大于90 大于60 大于80 
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表 2 地下空间探测的物探方法
Table 2 Geophysical prospecting methods for underground space exploration
物探方法 探测对象 探测深度 平面位置圈定的有效性 探地雷达 地下管线 地下2~5m 能准确圈定平面位置 高密度电法 地层的划分具有一定的效果浅层小型异常体及构造体都有较好显示 地下50m以内深度 由于体积效应能大体圈定平面位置 浅层地震 对地质分层有一定效果、对断裂等较大型的构造能较精准的定位，地下空间异常体 地下50~100m深度 能准确圈定平面位置 重力探测 地下室(尤其是私自开挖地下室, 可以不用入户凋查, 在周边布置测线) 能准确圈定平面位置和描述形态特征
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表 3 北京地下空间资源数量
Table 3 The amount of underground space resources in build-up district of Beijing
104m3 类型 0~10m 10~30m 30~50m 已利用 87670 60140 840 可充分利用 80750 287720 402880 局部可开发利用 63110 115160 59340 不可利用 3910 7820 7820
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