綜合物探方法在松遼盆地外圍三維地質調查中的應用

丁秋紅，趙維俊，李曉海，高 鐵，賈立國，王 杰，姚玉來，李文博

中國地質調查局沈陽地質調查中心（沈陽地質礦產研究所），遼寧沈陽110034

綜合物探方法在松遼盆地外圍三維地質調查中的應用

丁秋紅，趙維俊，李曉海，高 鐵，賈立國，王 杰，姚玉來，李文博

中國地質調查局沈陽地質調查中心（沈陽地質礦產研究所），遼寧沈陽110034

在松遼盆地外圍三維地質調查中，通過采用重、磁、電剖面探測方法對火山巖覆蓋區的扎魯特盆地進行了深部探測，獲得高精度測量數據.結合地質、地震、鉆探及巖石物性測試結果，對研究區深部地質體進行了綜合解釋.圍繞油氣資源調查目的層二疊系林西組，開展了密度、磁性、電性特征研究，對二疊系林西組界面起伏進行半定量、定量描述，有效刻畫了目的層的空間展布，為油氣資源勘查評價提供了必要的基礎資料.

三維地質調查；綜合物探；扎魯特盆地；林西組

0 引言

內蒙古扎魯特旗地區作為含油氣盆地三維地質調查的試點地區之一，也是松遼盆地外圍上古生界油氣新區、新層系重點調查研究的地區［1-4］.本區地質條件具有其特殊性，在大地構造位置上屬于盆山結合部位，為火山巖覆蓋區.通過采用重、磁、電、地震剖面探測方法獲得高精度測量數據，結合地質、鉆探及巖石物性測試結果進行綜合解釋，對查明目標地質體界面的埋深、分布范圍和厚度，斷裂的平面展布狀況和深部發育情況，隱伏巖體的分布狀況等具有較好效果.在該地區圍繞油氣資源調查目的層林西組［5-6］，開展了密度、磁性、電性特征研究，對二疊系界面起伏進行半定量、定量描述，有效刻畫了林西組的空間展布，為油氣資源勘查評價提供了重要的基礎資料.

1 地質背景

工作區古生代地層屬華北地層大區內蒙古草原地層區錫林浩特－磐石地層分區，晚古生代總體處于亞洲洋殘余海盆構造演化區域，北部毗鄰西伯利亞古板塊增生帶南緣，南側位于華北板塊面向古亞洲洋增生帶的北緣；中、新生代地層屬濱太平洋地層區大興安嶺－燕山地層分區烏蘭浩特－赤峰地層小區，中生代位于松遼盆地與天山－興蒙造山帶的交接部位.工作區內地層較為發育，從石炭系至第四系均有分布.區內火山巖漿作用強烈，火山巖分布廣泛.古生代火山巖以海相溢流相安山巖為主.中生代陸相火山巖漿活動強烈，形成了頗具特色的陸相火山巖建造.從空間上看，古生代火山巖受不同的巖石地層單元出露的影響，分布不連續.中生代火山巖受北東向斷裂構造控制，呈條帶狀展布.侵入巖以燕山期花崗巖為主.構造主要發育有褶皺構造和斷裂構造，褶皺構造主要發育在晚古生代構造層中，而脆性斷裂構造主要發育在中生代構造層中，一些區域性大的斷裂構造大多具有多期活動的特征，NE和NW向構造是研究區構造格架的主體（圖1）.

圖1 研究區地質構造略圖及物探測線位置圖Fig．1 Geological and structural map of the study area with location of geophysical survey lines1—第四系（Quaternary）；2—梅勒圖組（Mailetu fm．）；3—白音高老組（Baiyingaolao fm．）；4—瑪尼吐組（Manitu fm．）；5—滿克頭鄂博組（Maketouebo fm．）；6—新民組（Xinmin fm．）；7—紅旗組（Hongqi fm．）；8—林西組（Linxi fm．）；9—哲斯組（Zesi fm．）；10—大石寨組（Dashizai fm．）；11—壽山溝組（Shoushangou fm．）；12—本巴圖組（Benbatu fm．）13—花崗斑巖（granite porphyry）；14—斷層及推測斷層（fault and inferred fault）；15—城鎮（town）；16—物探測線位置及編號（geophysical survey line and code）

區內巖石地層發育特征：上泥盆統—下石炭統以陸相碎屑巖建造為主，局部夾火山巖碎屑巖.上石炭統以海相碳酸鹽巖建造為主，局部夾火山巖碎屑巖.二疊系早期為一套海相、濱海相碎屑巖；中期主要為海相火山巖和火山碎屑巖；晚期多為陸相碎屑巖，發育巨厚的砂泥質建造.侏羅系早期為河湖相含煤陸源碎屑巖建造；中晚期為中酸性火山巖建造，構成大興安嶺火山巖建造的主體.白堊系為陸相中基性、中酸性火山巖及碎屑巖建造.其中，上二疊統林西組為河湖相陸源碎屑巖建造，含有巨厚的暗色泥巖，是本次探測與研究的目標層.

2 地球物理特征

2．1 測線部署

為了調查研究區深部地質體分布情況，在重要的構造部位和重要的地質體單元出露部位，布設NW和NE向兩個方向的地質－綜合物探剖面，剖面線間距10～20 km不等.在NW向剖面上，部署了重、磁、大地電磁測深綜合地球物理測量，重磁測量點距為500 m，大地電磁測深點距1000 m，重磁電剖面布置在同一測線上，在W4線布置了二維人工反射地震60 km（圖1）.

根據巖石物性測試結果（表1、2），綜合前人資料對比分析［7］，總結出不同地質體的物性特征.

2．2 電阻率特征

中生界：以火山巖為主，局部含陸相火山碎屑巖和碎屑巖，在古生界出露的隆起區普遍缺失，為中阻電性層，平均電阻率為1 440 Ωm.在侏羅系底部紅旗組、萬寶組因夾有煤系地層呈低阻特征，電阻率為338～920 Ωm，因而紅旗組、萬寶組中的煤系地層可作為該測區電性標志層.

古生界上二疊統林西組：砂巖、粉砂巖、泥巖，中等電性層，除砂巖外，電阻率在200 Ωm左右，砂巖電阻率在1 900 Ωm左右.

古生界中、下二疊統：砂巖、粉砂巖夾泥巖，局部含海相火山巖和火山碎屑巖，次高阻層，電阻率為600～4 100 Ωm.

古生界石炭系：灰巖為主，高阻層，電阻率6400 Ωm.

侵入巖：石英斑巖高阻體，電阻率大于4 900 Ωm；花崗閃長巖、閃長巖等低阻體，電阻率500～600 Ωm.

古生界地層以中、高阻為特征，存在局部的低阻異常，如二疊系林西組的泥巖呈低阻特征，如果賦存條件合適，可作為本區的一個電性標志層［8］.從巖石電阻率測試結果來看，一般沉積地層電阻率都較低，灰巖類和侵入巖類電阻率值較高.

2．3 密度特征

白堊系地層算術平均密度為2．586 g/cm3.侏羅系地層算術平均密度達2．554 g/cm3.古生界地層平均密度為2．700 g/cm3，與上覆侏羅系地層密度相差0．146 g/cm3，構成盆地內一個密度界面.碳酸鹽巖的密度較高，一般為2．72 g/cm3.花崗巖類密度一般為2．55～2．58 g/cm3.閃長花崗巖類一般為2．68 g/cm3，石英閃長巖一般為2．75 g/cm3.從分析中可以看出，重力低一般與中生界地層、酸性侵入巖的分布有關.

2．4 磁性特征

白堊系安山巖、流紋巖、酸性多斑熔巖具有高磁化率和高剩磁強度.侏羅系地層為一套火山巖地層，安山巖、安山玢巖、流紋巖等磁性較強，并具有較強的剩磁特征，其次為凝灰巖，呈中等磁性.古生界二疊系的安山巖的磁化率和剩磁都不高.

大多數沉積地層為無磁性或弱磁性.閃長斑巖、石英斑巖、花崗斑巖、花崗閃長巖磁性較強，與侏羅系地層的安山巖、流紋巖構成盆地內的主要磁源體.而花崗巖呈弱磁性.

3 重磁電震資料綜合解釋

本次研究是將重、磁、電、震物探資料以及地質資料和鉆孔資料有機地結合在一起，進行綜合推斷解釋［9-13］.總體上，垂向分層以MT二維反演資料為主，參考重力剖面和磁異常分布趨勢.斷裂及構造的推斷，主要依據重、磁和MT剖面異常的特征進行綜合分析，同時根據地質及物性差異劃分出巖體分布范圍.地球物理綜合解釋的思路如下.

（1）地層厚度及埋深的推測：根據地表出露情況及重、磁、電、震解釋推測地層厚度，并通過與地震剖面解釋比較，相互驗證，加強MT縱向分辨能力.

（2）火山機構、巖體的推測：根據地表出露情況，結合通過重磁異常特征，判斷地下大塊高阻體是火山巖還是侵入巖.根據周圍及附近出露的地質體情況推斷隱伏巖體巖性.

（3）斷裂的推斷：根據重、磁、電異常變化，結合地表地質體分布特征，推斷斷裂.

表1 扎魯特旗地區巖石地層物性統計表Table 1 Physical properties of rocks and strata in Jarud Qi area

表2 扎魯特旗地區侵入巖物性統計表Table 2 Physical properties of intrusive rocks in Jarud Qi area

3．1 剖面重力特征

扎魯特旗地區5條重力剖面經過各項改正后得到的布格重力異常曲線如圖2，剖面右端指向SE.縱觀從北向南排列的5條重力剖面，從西北向南東方向重力異?；旧铣示€性增大趨勢，在線性增大的背景下出現局部重力低和局部重力高.

重力異常不同幅度和范圍的起伏，是不同尺度和深度密度體異常的反映.而不同梯度的重力突變帶則可能是由斷裂或巖體的邊界引起的.扎魯特旗地區重力局部低大多與酸性巖體、第四系覆蓋層厚度和中生界地層厚度有關.局部重力高大多與老地層出露有關.

3．2 剖面磁法異常特征

扎魯特旗地區5條磁法剖面經各項改正后的地磁場ΔT剖面曲線如圖3，剖面右端指向SE，與重磁剖面線相同.5條剖面呈NW向布置，與重力剖面重合.5條剖面磁異?？傮w特征表現為西北高、東南低，在穩定規律的磁異常背景上疊加有高頻成分的磁異常，高頻異常呈無規律、鋸齒狀，同時西北端相應的地表見侏羅系上統的火山巖和侵入巖出露，推測西北端為淺層火山巖與淺層強磁性的侵入巖的綜合反映.而在5條剖面的負異常段出現比正異常段更多的高頻成分的磁異常，推測該段在第四系、白堊系沉積地層的下方存在侵入巖體.綜上所述，按線排列由北向南的前4條剖面，在東南端均存在負值場區，表明由北西向東南第四系、白堊系沉積地層由薄變厚，W1線位于西南角為負值場區表明沉積地層薄.5條測線突然出現高負值點或段，認為存在構造影響（圖3）.

圖2 扎魯特旗地區5條NW向布格重力剖面圖Fig．2 Bouger gravity anomalies on the NW-trending sections in Jarud Qi area

結合重力資料分析，高重低磁相關性好的推測為酸性、中酸性或中性巖體所引起，這些巖體埋藏淺.低重高磁相關性好的推測為侏羅系火山巖所引起，其上局部異常則為火山巖的局部增厚引起.低重低磁相關性好的推測為斷陷或凹陷的反映，局部異常則為火山巖引起.高重高磁相關性好的推測為古生界隆起的反映，局部異常則為中酸性侵入巖引起.

圖3 扎魯特旗地區5條NW向地磁異常剖面圖Fig．3 Geomagnetic anomaly sections in Jarud Qi area

3．3 剖面電法異常特征

在扎魯特旗地區，本次工作實測電法剖面10條，收集到的前人資料3條，共計13條大地電磁測深剖面MT二維反演斷面圖（圖4、5）.其中5條剖面呈NW向布置，與重磁剖面重合.

扎魯特旗地區MT二維反演后電阻率斷面（圖4、5），在橫向上其電性趨勢大致可分為兩大塊：西部淺層低阻異常特征明顯，深部電阻率高且厚，局部被高阻或低阻異常所間斷；東部總體以低阻異常為特征，局部被高阻、低阻異常所間斷.

在縱向上總體結構表現為淺部低阻層、中部中阻層和深部高阻層構成的三元結構.總體可分三大電性層.

（1）淺部低阻層：淺層電阻率低且薄，橫向上具一定的連續變化，平面上有一定的范圍，平均電阻率為1 440 Ωm，局部低阻電阻率為338～920 Ωm，埋深小于1．5 km，推測為中生界K－J電性層.

（2）中部中阻層：電阻率呈中阻特征，西側層薄，東側層厚，東西兩側層厚差異較大.電阻率為1 900～4 100 Ωm，局部存在低阻200～600 Ωm.西側埋深小于2 km，東側埋深最深達4 km.推測為古生界電性層.

（3）深部高阻層：集中分布在西側，電阻率高且厚，局部被高阻或低阻異常所間斷，電阻率為6 400 Ωm，推測為古生界C電性層.從高阻頂界面看，剖面西段有一相對斷陷存在，推測為渾尼吐斷陷.剖面中段嘎達蘇斷陷也有明顯的反映.剖面東段低阻電性層發育，正是松遼盆地中新生界低阻電性發育較厚的反映.

3．4 二維地震剖面

二維地震剖面長63．2 km，與W4線部分重合.二維地震剖面采用可控震源，道間距20 m，偏移距40 m，炮點距40 m，160道接收，最低40次覆蓋.二維地震綜合解釋（圖6）如下.

白堊系底界面（T1反射層）：構造形態基本反映了白堊系底界的構造形態，呈中部隆起的構造形態.整個測線西北部埋深相對較淺，向中西部逐漸尖滅；東南部相對較深，最深處達2．2 km左右，向東隨著斷層逐級抬起直至中部尖滅.整個測線中西部有一段缺失白堊系（約14 km）.

圖4 扎魯特旗地區NW向8條MT二維反演電阻率斷面圖Fig．4 Two-dimensional invention resistivity on the NW-trending MT sections in Jarud Qi area從上到下分別代表MT剖面W3、W2、T、W6、U、W4、I、W1，剖面右端指向SE

圖5 扎魯特旗地區NE向5條MT二維反演后電阻率斷面圖Fig．5 Two-dimensional invention resistivity on the NE-trending MT sections in Jarud Qi area從上到下分別代表MT剖面E3、E5、E1、E2、E4，剖面右端指向NE

侏羅系底界面（T2反射層）：構造形態基本反映了侏羅系底界的構造形態，宏觀構造也是測線中部隆起的形態.最深處位于測線東部，深度4．8 km左右，整個測線中東部一段約10 km缺失侏羅系.

圖6 地震地質剖面Fig．6 Two-dimensional seismic interpretation section

二疊系底界面（T3反射層）：構造形態基本反映了二疊系底界的構造形態.整個測線東南部埋深相對最深，最深處超過6 km，中西部逐漸隆起，到西北部又逐漸下降.由于斷層較多，使其構造形態受到一定程度破壞，但總體構造形態不變.

MT二維反演電阻率斷面與二維地震解釋斷面疊加圖（圖7）上可以看出，地震在沉積區劃分很多地層，而MT的電阻率在地震反射層位沒有明顯的變化.而且地震勘探在沉積區（例如570到670 MT測站）能識別出斷層，而MT不能識別.然而MT方法在火山巖或侵入巖附近（例如460測站附近）的斷層識別基本與地震方法的識別一致.但是地震方法在MT測站750～802區間，沒有識別深部的地質結構，而電阻率能確定.地震道間距20 m明顯比MT點距1 km分辨率在橫向上高很多.

4 結論

（1）本次在工作區進行的物探方法是以MT方法為主，重力、磁力、地震勘探方法為輔.使用MT方法，主要是縱向分層及識別斷裂構造，特別是識別林西組低阻巨厚泥巖層發揮了重要作用.重力勘探輔助MT方法，劃分盆地的邊界，識別斷裂構造，判斷隱伏侵入巖體.磁力勘探輔助MT方法，幫助識別斷裂構造、火山巖和侵入體等.地震勘探不僅輔助MT方法對縱向分層和斷裂構造的識別，更主要的是從縱向上更準確、量化地層厚度.

（2）火山巖覆蓋地區的三維地質結構調查，應在充分利用已有的地球物理勘查資料的基礎上，進行多方法的分析研究、綜合解釋.重、磁、電綜合物探方法是火山巖覆蓋地區三維地質調查的重要工作手段，也是經濟有效的工作方法.本次重、磁、電綜合方法的運用，解決了一些關鍵性的地質問題，取得了較好的效果.

圖7 MT二維反演電阻率斷面與二維地震解釋斷面疊加圖Fig．7 Stacking of two-dimensional invention resistivity MT section and seismic interpretation section

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APPLICATION OF INTEGRATIVE GEOPHYSICS IN THE THREE-DIMENSIONAL GEOLOGICAL SURVEY IN THE PERIPHERY OF SONGLIAO BASIN

DING Qiu-hong，ZHAO Wei-jun，LI Xiao-hai，GAO Tie，JIA Li-guo，WANG Jie，YAO Yu-lai，LI Wen-bo

Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources，CGS，Shenyang 110034，China

In the 3D deep geological survey in the periphery of Songliao Basin，the magnetic，gravity，magnetotelluric and seismic methods are employed to explore the Jarud Basin with igneous cover．With integration of geological and drilling data and physical properties of rocks，the subsurface geology is inferred comprehensively．The density，magnetic and electrical features are studied for the Permian Linxi Formation，which is the target formation of hydrocarbon resources survey．The surfing interfaces and distributions of the formation are characterized half-quantitatively or quantitatively，which provides essential fundamental data for the evaluation of hydrocarbon resources．

three-dimensional geological survey；integrative geophysics；Jarud Basin；Linxi Formation

2016－03－10；

2016－04－15．編輯：李蘭英．

中國地質調查局項目“內蒙古1∶25萬扎魯特旗幅（L51C004001）區調修”（編號1212011120670）和“松遼盆地外圍三維地質調查”（編號1212011220242）.

丁秋紅（1964—），女，博士，研究員，現從事中生代地層古生物研究及油氣基礎地質調查工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區黃河北大街280號，E-mail//1109251593@qq.com

1671-1947（2016）06-0575-05

P631；P314.1

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