基于MT和重力資料的渭河盆地西部地區基底屬性

朱曉剛，袁炳強，馮旭亮，谷開拓，張春灌，李玉宏，王亮，王海萍，鄭鵬飛，李祖鑫

(1.西安石油大學 地球科學與工程學院，陜西 西安 710065； 2.陜西省地質調查院，陜西 西安 710014； 3.中國地質調查局 西安地質調查中心，陜西 西安 710054； 4.西北工業大學 軟件學院，陜西 西安 710072)

0 引言

渭河盆地西部地區南臨秦嶺褶皺系，東北緣與鄂爾多斯盆地西南緣相接，西北緣與祁連褶皺系東南緣相接，該區內有多條斷裂構造帶[1]。諸多學者根據渭河盆地早期的地熱孔，結合有限的物化探資料，認為渭河盆地西部的寶雞凹陷為元古界基底分布區[2-6]。王斌等[7]研究了渭河盆地新生代地層與沉積演化，認為渭河盆地西南部為元古界變質巖基底分布區。李玉宏[8]研究了渭河盆地氦氣、天然氣地球化學特征，認為渭河盆地西部為元古界基底分布區。劉林[9]研究了渭河盆地邊部鉆穿新生界的渭4、R4、XR85井等鉆孔資料，并結合小比例物探資料對比認為寶雞凹陷的新生界之下為前寒武紀薊縣系?？梢?，目前對于渭河盆地西部地區基底屬性認識存在較大差異。

為確定渭河盆地西部地區基底屬性，筆者在前人研究的基礎上，利用寶雞地區新實施的4條MT測深剖面結合研究區重力資料對研究區的基底屬性進行推斷。研究表明，渭河盆地西部地區地表為第四系覆蓋區，沉積有較厚的新生界，西南部重力低是由花崗巖引起。研究區內的寶雞凹陷基底為古生界和元古界，千陽凸起基底為中生界、古生界和元古界，鳳翔凹陷基底為中生界。通過對研究區地球物理資料的處理與解釋，為該區基礎地質、構造地質研究提供一定的地球物理依據。

1 地質背景

渭河盆地位于陜西省中部，地理坐標為東經107°00′～110°30′，北緯34°00′～35°00′。東西長約350 km，南北方向西部寬約20 km，東部寬約70 km，整體呈“月牙”形橫亙于陜西中部，盆地面積約2×104km2。渭河盆地是一新生代地塹盆地，北接鄂爾多斯地塊，南依秦嶺褶皺帶，東為山西隆起帶，西與六盤山弧形斷裂帶南段相接[10]，地質歷史上屬于秦嶺造山帶與鄂爾多斯地塊的銜接部位。

渭河盆地斷裂構造縱橫交錯?？刂婆璧匦纬芍饕獢嗔延斜鄙缴角皵嗔?、關山斷裂、秦嶺北麓山前斷裂、長安—臨潼斷裂和驪山北側山前斷裂[11-12]。根據研究區地表地質圖(圖1)可以看出，出露地層從老到新依次有寒武系、奧陶系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、白堊系及新生界。其中，寒武系主要分布在岐山—乾縣一帶，巖性為灰巖和白云巖類；奧陶系主要分布在隴縣—千陽以西和岐山—禮泉以北，巖性為灰巖、頁巖，局部含礫巖等，與寒武系呈平行不整合接觸；二疊系分布于寶雞—眉縣以南和鳳翔—永壽一帶，下部巖性為含煤巖系，上部為泥巖、頁巖，與石炭系為整合接觸；三疊系局部出露于鳳翔—麟游一帶，巖性為砂巖及頁巖等，與二疊系呈平行不整合接觸；白堊系主要出露于隴縣—千陽以東，麟游以北巖性為礫巖、砂巖、頁巖，局部夾有泥灰巖及含煤巖系；古近系和新近系出露于隴縣—千陽一帶，其上被第四系所覆蓋；第四系在全區都有分布，包括更新統和全新統，巖性以黃土和砂礫石為主，成因復雜，以風積、沖洪積、湖積為主，另有坡積、塌陷堆積，第四系與下伏新近系接觸關系復雜，其沉積厚度變化較大，由西北向東南增厚[13]。

圖1 渭河盆地西部地區地質(據陜西省地質調查院1∶50萬地質圖修改)Fig.1 Geological map of western Weihe Basin(According to the 1∶500000 geological map revised by Shaanxi Geological Survey Institute)

2 巖石物性特征

2.1 密度特征

根據陜西地質調查院《西安及鄰區深部構造與地震關系研究》項目相關資料，經對全區不同剖面上同一地層單元的物性測定數據統一進行加權平均，求取各時代地層的密度值。研究區內出露地層密度由新到老呈增大趨勢，第四系土壤層密度變化范圍為(1.52～1.72)×103kg/m3，平均值為1.62×103kg/m3；新近系—古近系砂巖層密度變化范圍為(2.04～2.66)×103kg/m3，平均值為2.40×103kg/m3；中生界密度變化值范圍為(2.3～2.67)×103kg/m3，平均值為2.52×103kg/m3；古生界除二疊系平均密度偏低外，其余各界地層平均密度均在(2.70～2.79)×103kg/m3之間，平均密度值為2.72×103kg/m3；元古界平均密度值為2.73×103kg/m3；太古界平均密度為2.69×103kg/m3[14]。

2.2 電場特征

根據陜西地質調查院《西安及鄰區深部構造與地震關系研究》項目所完成的跨渭河盆地的兩條大地電磁測深TE-TM聯合反演結果顯示：研究區域內電性自地表向下深度0～2 km的第四系，電阻率一般在8 Ω·m以上；深度2～5 km的古近系與新近系，電阻率為1～8 Ω·m；深度5～10 km的前中生界，電阻率一般為十幾Ω·m[14]。

3 重磁場特征

3.1 重力場特征

收集并整理了渭河盆地西部地區1∶10萬重力資料，繪制了研究區布格重力異常圖(圖2)。渭河盆地西部地區重力場分區性明顯，該區寶雞—陳倉以南有一明顯低重力值區，異常值在(-220～-200)×10-5m/s2之間。千陽一帶為凸起區，重力值比周圍較高，該區域異常值在(-170～-160)×10-5m/s2。鳳翔—岐山以南及太白—眉縣一帶，重力值在(-190～-170)×10-5m/s2之間，異常幅值為20×10-5m/s2左右。

表1 渭河盆地物性特征統計Table 1 Statistical table of physical characteristics of Weihe Basin

研究區布格重力異常平面等值線在鳳翔—眉縣之間宏觀呈近NW向。一般而言，布格重力異常場值的大小反映了基底的起伏特征，重力場值大則反映高密度的基底埋深相對較淺；重力場值小，反映基底埋深相對較淺，覆蓋層較厚。布格重力異常等值線圈閉的重力高、重力低反映局部隆起與凹陷構造，布格重力異常等值線密集的重力梯級帶反映斷裂構造。根據重力場值由WS向EN呈由低到高的特征分析認為研究區基底亦由WS向EN呈凹、隆相間分布；由重力高與重力低之間發育密集梯級帶推斷研究區構造復雜，斷裂發育，大的斷裂控制研究區地層發育及基底隆坳格局。研究區西南部低重力異常值由花崗巖基底引起，東北部高重力異常值區出露寒武系、奧陶系、二疊系和三疊系，北部出露白堊系。

圖2 渭河盆地西部地區布格重力異常Fig.2 Map of Bouguer gravity anomaly in western Weihe Basin

3.2 磁場特征

收集并整理了渭河盆地西部地區1∶20萬航空磁力資料，繪制了渭河盆地西部地區航磁ΔT化極剩余異常平面等值線圖(圖3)。航磁ΔT剩余異常場的場值大小分區明顯，反應為中間低、南北高。寶雞—陳倉地區由凹陷引起磁力低，最低處磁異常值可達-170 nT。寶雞—眉縣以南為高磁異常值區域，在齊鎮附近最高磁異常值可達180 nT，推斷由花崗巖引起高磁異常值。鳳翔一帶是近東西向的較高磁異常值區。

圖3 渭河盆地西部地區航磁ΔT化極剩余異常Fig.3 Map of aeromagnetic anomaly reduced to the pole in western Weihe Basin

4 電法剖面解釋

電法剖面位置如圖4所示，共包括了陜西地質調查院2017年實測的3條NNE向的剖面以及2018年實測的1條近EW向剖面。剖面是根據電法資料和重力資料綜合解釋，從地質圖結合剖面解釋看，剖面經過的地表被第四系覆蓋。

圖4 MT測深剖面平面位置分布(據陜西省地調院1∶50萬地質圖修改)Fig.4 Plane position distribution map of MT sounding profile(According to the 1∶500 000 geological map revised by Shaanxi Geological Survey Institute)

4.1 DD2017-1剖面解釋

DD2017-1剖面位于渭河盆地次級構造單元西部隆起區內，總長度約40 km。由實測重力值看，該測線西南到東北方向布格重力異常宏觀表現為由低到高的特征，最低值為-210×10-5m/s2，向東北方向重力場值升高，極大值為-170×10-5m/s2，上升幅度為40×10-5m/s2，隨后有小幅度降低，最后有小幅度升高。其中，從小韓村至尹家務鄉重力異常值變化幅度最大，兩側重力場值變化幅度平緩。電法剖面顯示由寶雞市至王家崖水庫段呈高電阻率—低電阻率異常區，該低電阻率異常區邊界的電阻率變化幅度大。由尹家務鄉至鳳翔縣電阻率升高，鳳翔縣以北電阻率逐漸降低。

由剖面擬合結果可以看出：剖面整體被第四系和新近系覆蓋，由寶雞市向小韓村方向覆蓋厚度逐漸增厚，小韓村覆蓋厚度可達約1 000 m，小韓村向王家崖水庫覆蓋厚度逐漸減薄，王家崖水庫向鳳翔縣方向覆蓋厚度逐漸增厚，在鳳翔縣覆蓋厚度約800 m，鳳翔縣向東北覆蓋厚度逐漸減薄。剖面西南部至小韓村基底為花崗巖，其布格重力異常值低，電阻率異常值大。小韓村往東北方向的基底為Pz+Pt，相對于花崗巖其密度增大，導致該區段重力異常曲線增加幅度大。尹家務鄉下部基底電阻率驟降且密度較大，可能為元古界基底。尹家務鄉往東北方向電阻率升高，底層密度較大，認為基底為Pz+Pt。太尉村往東北方向布格重力異常逐漸降低，且降低幅度較小，電阻率呈減小趨勢，可能由中生界和古生界凹陷導致(圖5)。

圖5 渭河盆地DD2017-1剖面綜合解釋Fig.5 Comprehensive interpretation map of DD2017-1 profile in Weihe Basin

4.2 DD2017-2剖面解釋

DD2017-2剖面位于渭河盆地次級構造單元西部隆起區內，總長度約28 km，其南起寶雞凹陷，經過千陽凸起，北接鳳翔淺凹。剖面中的渭4井深667 m(Q)，見震旦系(Z)。布格重力異常從剖面的西南到東北宏觀表現為由低到高的特征，最低值約為-190×10-5m/s2，向東北方向重力場值升高，極高值為-158×10-5m/s2，上升幅度為32×10-5m/s2，在岐山以北有緩慢降低，最后升高。其中，蜀倉到蔡家坡段重力異常值變化幅度最大。電法剖面顯示由剖面起始位置至12 km處呈高電阻率異常，隨后電阻率異常值驟降，在20～28 km處呈現高電阻率異常。

由剖面擬合結果可以看出：該剖面整體被第四系和新近系覆蓋，剖面起始至蜀倉呈高電阻率異常，重力異常值低，下部基底為花崗巖。從蜀倉至蔡家坡，電阻率異常值逐漸增大，重力異常值急劇增大，結合渭4井資料，認為下部基底為Pz+Pt。12～20 km處電阻率呈低值，基底密度較高，認為基底為Pt。20 km處以北電阻率增大，重力異常值緩慢降低至-164×10-5m/s2，在27 km處受“隴縣—岐山—啞柏”斷裂影響重力異常值明顯升高至-152×10-5m/s2(圖6)。

圖6 渭河盆地DD2017-2剖面綜合解釋Fig.6 Comprehensive interpretation map of DD2017-2 profile in Weihe Basin

4.3 DD2017-3剖面解釋

DD2017-3剖面南起寶雞凹陷，北至鳳翔淺凹，總長度約44 km。剖面的布格重力異常從南到北宏觀上呈逐漸升高趨勢，最低值為-183×10-5m/s2，最高值為-133×10-5m/s2。電法剖面顯示剖面由南向北電阻率值整體呈降低趨勢，低電阻率地層厚度從南向北由地表向下逐漸變厚。在剖面北段黃堆鄉處，有一電阻率較高值區。

由剖面擬合結果可以看出：由剖面南端至常興鎮附近處，重力異常值低，電阻率值較大，基底為花崗巖，上覆地層為第四系、新近系和古近系。受渭河斷裂影響，常興鎮偏北處重力異常曲線有一個較小的降低。16～33 km區段重力異常值持續增大，結合渭5井相關資料認為下部基底為Pz+Pt，上覆地層為第四系、新近系和古近系。法門鎮下部呈低電阻率值高重力值特征，認為基底為Pt，上覆底層為第四系和新近系。36～44 km區段從地表向下電阻率值呈逐漸降低趨勢，從南向北重力異常值逐漸增大，認為基底為Pz+Pt，上覆地層為第四系和新近系(圖7)。

4.4 DD2018-1剖面解釋

DD2018-1剖面位于渭河盆地次級構造單元鳳翔淺凹內，為一條近NW向剖面，總長度約60 km。剖面的布格重力異常宏觀表現為低—高—低—高的特征，最低值約-187×10-5m/s2，在眉縣至渭河處重力異常值升高幅度大，極大值為-173×10-5m/s2。渭河向鳳翔方向重力異常值逐漸降低，極小值為-178×10-5m/s2。鳳翔至董家河重力異常值逐漸增大，最大為-172×10-5m/s2。電法剖面顯示從金渠到董家河整體呈現高—低—高電阻率趨勢，在蔡家坡到彪角鎮附近呈低電阻率，鳳翔深部約5 km處呈低電阻率。金渠到蔡家坡段淺層電阻率較低，深部電阻率值較大。

由剖面擬合結果可以看出： 金渠到蔡家坡段重力異常值低，淺層電阻率較小，深部電阻率大，基底為花崗巖，上覆地層為第四系、新近系和古近系。蔡家坡至飚角附近為低電阻率區域，重力異常明顯增大，基底為Pt，上覆底層為第四系和新近系。飚角至董家河段電阻率較高，重力異常值緩慢降低后增大，其基底為Pz+Pt，40～60 km處由下古生界、上古生界和中生界沉積，上覆地層為第四系和新近系(圖8)。

圖7 渭河盆地DD2017-3剖面綜合解釋Fig.7 Comprehensive interpretation map of DD2017-3 profile in Weihe Basin

5 基底特征

渭河盆地經歷了多期構造活動，斷裂發育，基底巖性變化大。根據新實施的4條MT測深剖面，結合重力資料以及前人研究成果，將盆地基底劃分如下：

隴縣—鳳翔一帶新生界較薄，基底埋深較淺，多在千米之內，局部地區出露有白堊系碎屑巖，認為該區基底以中生界為主。千陽一帶南部基底為元古界，新生界較薄，基底埋深淺，多在千米之內，本區一直處于隆起狀態，上新世開始接受沉積，鉆井解釋厚度為300～540 m，不整合于基巖之上，地表出露地層復雜，有寒武系、奧陶系、三疊系、白堊系、侏羅系出露，認為其基底為中生界—古生界—元古界。岐山以南、扶風以西一帶，基底為元古界變質巖， 該區上新世開始接受沉積，其上為新近系和第四系，地表被第四系黃土覆蓋。寶雞—眉縣一帶為古生界—元古界分布區，南部基底為元古界片麻巖及燕山期黑云母二長巖類，北部局部有白堊系出露，該區上新世開始接受沉積，形成一套沖積相地層，其上為第四系，地表被第四系黃土覆蓋，厚度約為300 m左右，基底相對西安凹陷埋深較淺，多在千米左右。寶雞—眉縣以南地區為花崗巖分布區，眉縣以西上覆地層為新近系和第四系，眉縣以東上覆地層為古近系、新近系和第四系。古近系厚度最厚處可達約1 km。新近系和古近系厚度為300～500 m左右。

6 結論

1) 渭河盆地西部地區整體被第四系和新近系覆蓋，第四系和新近系從西向東呈增厚趨勢。第四系最厚處可達約500 m，新近系最厚處約1 000 m。鳳翔縣一帶基底為中生界，中生界和古生界發生凹陷。中生界最厚處約2500 m，上古生界最厚處約 1 300 m，下古生界最厚處約2 800 m。眉縣—扶風一帶及鄰近地區新近系之下有古近系，最厚處約1 700 m。

2) 渭河盆地西部地區基底屬性復雜，中生界主要分布于隴縣—鳳翔一帶，中生界—古生界—元古界主要位于千陽一帶，元古界主要分布于岐山以南扶風以西一帶，古生界—元古界主要位于寶雞—眉縣一帶，花崗巖主要分布于寶雞—眉縣以南地區。