海拉爾盆地中-上地殼電性結(jié)構(gòu)特征研究

劉志龍， 葉高峰， 魏文博， 金勝

1 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球物理與信息技術(shù)學(xué)院， 北京 1000832 地下信息探測技術(shù)與儀器教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 1000833 地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 1000834 天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院， 天津 300250

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海拉爾盆地中-上地殼電性結(jié)構(gòu)特征研究

劉志龍1,4， 葉高峰1,2,3*， 魏文博1,2,3， 金勝1,2,3

1 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球物理與信息技術(shù)學(xué)院， 北京 1000832 地下信息探測技術(shù)與儀器教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 1000833 地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 1000834 天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院， 天津 300250

本文通過對橫穿海拉爾盆地的一條長約222 km的北西—南東向大地電磁測深剖面數(shù)據(jù)的定性分析及二維定量反演解釋，首次獲得了海拉爾盆地高精度大范圍的電性結(jié)構(gòu)圖.海拉爾盆地中-上地殼電性結(jié)構(gòu)縱向上具有典型的分層特性，總體可分為四層，即低阻層-高阻層-低阻層-高阻層，而橫向上又具有分塊特點(diǎn).海拉爾盆地邊緣及內(nèi)部分布的眾多斷裂將盆地劃分為隆起與坳陷相間的格局，并發(fā)現(xiàn)盆地內(nèi)部坳陷區(qū)也存在有小規(guī)模凸起，每一構(gòu)造單元內(nèi)部電性結(jié)構(gòu)各具特點(diǎn).海拉爾盆地中-上地殼低阻層底面最深達(dá)28 km，通常在6～16 km之間，但厚度變化不大，在4～10 km之間，且隆起區(qū)與坳陷區(qū)底面埋深差別較大.據(jù)電性結(jié)構(gòu)模型推測出兩條新斷裂F8和F9，且斷裂F9規(guī)模較大，為基底斷裂.中-上地殼的低阻層可能在一定程度上控制著海拉爾盆地內(nèi)油氣田的分布格局.

海拉爾盆地； 大地電磁測深； 電性結(jié)構(gòu)； 殼內(nèi)低阻層

1 引言

海拉爾盆地位于華北板塊和西伯利亞板塊之間所夾持的中亞造山帶內(nèi)額爾古納地塊上（陳均亮等，2007），為中新生代斷陷型盆地.由于其獨(dú)特、復(fù)雜的構(gòu)造特征，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛興趣，近年來已發(fā)表了許多關(guān)于盆地的形成機(jī)制、構(gòu)造演化、構(gòu)造樣式、地溫分布等相關(guān)文章（金旭和楊寶俊，1994；陳守田等，2002；王建民等，2006；陳均亮等，2007；崔軍平等，2007；葛肖虹和馬文璞，2007；張紹臣，2009；張景廉等，2010）.海拉爾盆地作為一斷陷盆地，油氣資源較豐富，為配合油氣資源勘查，開展了不少地震勘探工作，但是目前的研究多以烏爾遜及貝爾凹陷為主，盆地的探明度仍然很低，資源潛力巨大.從物探方法上看，除了區(qū)域重磁資料、地震資料外，深部電性結(jié)構(gòu)方面的研究不多.而大地電磁測深法在盆地深部構(gòu)造特征的研究中有著不可或缺的地位，國內(nèi)外關(guān)于這方面的成果也較多（魏文博等，2006a；Kaplun,2009；趙國澤等，2010）.

為了研究海拉爾盆地中-上地殼電性結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征，討論海拉爾盆地成礦地質(zhì)構(gòu)造背景特征和成礦環(huán)境，本文選取“中蒙邊境東段綜合地球物理調(diào)查”項(xiàng)目2011年所采集的大地電磁測深剖面4號線在海拉爾盆地地區(qū)的66個大地電磁測深測點(diǎn)進(jìn)行研究.大地電磁測深法通過研究天然電磁場在地球內(nèi)部的傳播特征，探測地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)造.利用大地電磁測深法可以獲得巖石圈尺度電導(dǎo)率模型，從電性角度為深部地質(zhì)構(gòu)造研究提供物理依據(jù)（魏文博，2002）.

2 區(qū)域地質(zhì)背景及地球物理場特征

2.1 區(qū)域地質(zhì)背景

海拉爾盆地位于中亞造山帶東段得爾布干斷裂東側(cè)，東以大興安嶺為界；北部與布拉達(dá)林盆地相連；東南部以巴音寶力格隆起為界，與二連盆地遙遙相對；南接蒙古國的塔木察格盆地.海拉爾地區(qū)在晚古生代進(jìn)入瀕太平洋構(gòu)造域的演化階段，盆地的形成及演化受控于太平洋板塊與歐亞板塊的俯沖機(jī)制（田在藝和韓屏，1993；劉德來等，1996），其構(gòu)造演化過程可分為快速斷陷期、穩(wěn)定斷陷期和坳陷期三個階段（張紹臣，2009）.海拉爾盆地基底巖性以古生界變質(zhì)巖為主，并廣泛發(fā)育海西期花崗巖體.海拉爾地區(qū)斷裂組系多，以北東、北北東向?yàn)橹?，北西、東西向次之（陳均亮等，2007；張紹臣，2009；郭燦燦，2012），本區(qū)構(gòu)造展布與斷裂格局一致（張吉光，1992）.一般認(rèn)為海拉爾盆地可劃分為5個北東—南西展布的一級構(gòu)造單元，即扎賚諾爾坳陷、嵯崗隆起、貝爾湖坳陷、巴彥山隆起和呼和湖坳陷，以及20個亞一級構(gòu)造單元（張紹臣，2009；郭燦燦，2012）.

2.2 地球物理場特征

海拉爾盆地布格重力異常特征比較復(fù)雜，異常值總體體現(xiàn)為西低東高，最大值約為-30 mGal，最小值約為-120 mGal，變化幅度為90 mGal.磁場特征表現(xiàn)為正負(fù)磁異常間隔交錯分布，分為西部負(fù)異常區(qū)、中部正異常區(qū)、中部負(fù)異常區(qū)及東部正異常區(qū)4個異常區(qū).異常區(qū)內(nèi)的梯級帶及異常圈閉主體呈NE走向,在寶格德蘇木—西烏珠爾蘇木一線附近存在一條明顯的條帶狀高值異常（郭燦燦，2012），位置與嵯崗隆起基本對應(yīng).海拉爾盆地現(xiàn)今地溫梯度較低，在2.5 ℃/100 m至4.0 ℃/100 m之間變化，平均地溫梯度為3.0 ℃/100 m（任戰(zhàn)利，1999；任戰(zhàn)利等，2001；崔軍平等，2007）.盆地現(xiàn)今地溫梯度具有南高北低的特點(diǎn)，且盆地不同構(gòu)造單元地溫梯度有一定的差異性，具體在每一凹陷內(nèi)，凹陷邊緣地溫梯度低，凹陷中心部位地溫梯度高（任戰(zhàn)利，1999；任戰(zhàn)利等，2001；陳守田等，2004；崔軍平等，2007），這可能會在一定程度上反映地下介質(zhì)的電阻率值.

3 大地電磁資料采集及處理

本論文所選66個測點(diǎn)野外數(shù)據(jù)采集時間為2011年夏，MT野外觀測采用張量測量方法，觀測電磁場的4個水平分量（Ex,Ey,Hx,Hy）和一個垂直分量（Hz）.測線總長度約220 km，平均點(diǎn)距約3.3 km （圖1）.野外觀測坐標(biāo)系取磁南北方向?yàn)閤軸，垂直磁南北方向?yàn)閥軸；電極距一般為100 m，用皮尺量取距離.采集儀器為4套鳳凰公司的MTU-5型寬頻大地電磁儀，該儀器為目前國際上先進(jìn)的大地電磁測深系統(tǒng)，可采集320～10000 Hz的大地電磁場信號.此次采集觀測時間均為20 h以上.

獲得MT時間序列以后，需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終給出地質(zhì)成果.MT數(shù)據(jù)處理流程一般可分為四步：數(shù)據(jù)預(yù)處理、資料處理、定性分析、定量解釋（柳建新等，2012）.按照對資料處理的一般流程對所測66個MT測深點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，首先對所有測點(diǎn)的測深曲線質(zhì)量進(jìn)行評級，結(jié)果顯示所有測點(diǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量均達(dá)到優(yōu)秀，表明此次MT測量工作原始數(shù)據(jù)質(zhì)量沒有任何問題，再通過快速傅里葉變換將原始時間序列從時間域轉(zhuǎn)化到頻率域，之后運(yùn)用Robust估計（Egbert and Booker,1986）、遠(yuǎn)參考處理（Gamble et al.,1979）、功率譜篩選等去噪處理技術(shù)來去除噪音影響，運(yùn)用阻抗張量分解（Groom and Bailey,1989；McNeice and Jones,2001）技術(shù)來獲得研究區(qū)域構(gòu)造阻抗和走向等參數(shù).經(jīng)處理后得到的視電阻率與相位曲線質(zhì)量普遍較好，可用頻點(diǎn)的最長周期普遍可達(dá)2000 s以上.

大地電磁阻抗張量實(shí)施分解的目的，是從觀測的大地電磁響應(yīng)中消除局部畸變影響，獲得區(qū)域構(gòu)造阻抗和走向等參數(shù)（柳建新等，2012），阻抗張量分解方法有多種，主要有Swift分解（Swift,1967）、Bahr分解（Bahr,1991）、相位張量分解（Caldwell et al.,2004；Moorkamp,2007）和Groon-Bailey分解（Groom and Bailey,1989）等，Swift分解和Bahr分解主要用來判別區(qū)域構(gòu)造的維數(shù)，相位張量分解的結(jié)果可以反映區(qū)域構(gòu)造的維性及電性主軸方向，而G-B分解可將區(qū)域構(gòu)造阻抗與局部電場畸變效應(yīng)從觀測的阻抗張量中分離開來，并得到反映區(qū)域構(gòu)造的主軸方位角.

本文利用Swift和Bahr分解法分別對所有MT測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，圖2給出了所有66個測點(diǎn)的Swift與Bahr分解結(jié)果，二維偏離度越小，大地電磁測深數(shù)據(jù)也越接近二維情況.通常認(rèn)為二維偏離度小于0.3時，可以近似視為二維情況（張樂天等，2012）.可以看出，沿測線范圍內(nèi)基本滿足二維性假設(shè)（藍(lán)色區(qū)域），但淺部二維偏離度明顯比深部小，說明淺部構(gòu)造結(jié)構(gòu)相對簡單，深部構(gòu)造結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜.

在對數(shù)據(jù)進(jìn)行維性分析后，又對所有測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了構(gòu)造走向分析，用到的方法有相位張量分解法和G-B分解法.相位張量具有不受局部電場畸變影響的優(yōu)點(diǎn)，因此在MT數(shù)據(jù)維性分析及區(qū)域構(gòu)造走向判斷方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn).相位張量橢圓越接近圓，表面構(gòu)造的一維性越好，而相位張量的長軸方向則指示電性主軸方向，此外每個相位張量橢圓還對應(yīng)一個二維偏離角度值β，β值越小，表明MT數(shù)據(jù)的二維性越好，其大小用不同的顏色來表示.圖3為海拉爾盆地所有測點(diǎn)10 Hz和0.01 Hz的相位張量圖，可以看出盆地淺部（高頻部分，10 Hz）絕大部分測點(diǎn)的二維偏離度值β均小于2°，表面剖面數(shù)據(jù)二維性較好；而盆地深部區(qū)域（低頻部分，0.01 Hz）測點(diǎn)的二維偏離度都增大，但多數(shù)仍小于5°，且相位張量橢圓的長軸方向性明顯，指向均為北東-南西向，這說明盆地深部的地質(zhì)構(gòu)造走向?yàn)楸睎|-南西向，且存在一定的三維效應(yīng).

G-B分解方法假設(shè)三維局部異常體覆蓋在區(qū)域二維（三維、二維地質(zhì)構(gòu)造）之上，將觀測阻抗張量分解為畸變張量和區(qū)域二維阻抗張量，從而恢復(fù)未畸變的區(qū)域二維阻抗張量，是目前應(yīng)用最廣泛的一種張量分解法（柳建新等，2012）.在此對剖面上所有測點(diǎn)的MT測深數(shù)據(jù)進(jìn)行了多點(diǎn)、多頻段的G-B分解，并將各個頻段的統(tǒng)計數(shù)據(jù)以玫瑰圖的形式示于圖5中.當(dāng)?shù)叵碌碾娦詷?gòu)造可看做是二維結(jié)構(gòu)的時候，一般可認(rèn)為兩個互相垂直的電性主軸方向分別與地質(zhì)體構(gòu)造走向和傾向大體一致.從圖4可以看出，在剖面經(jīng)過位置地下介質(zhì)的電性主軸在淺部（高頻部分）即表現(xiàn)出很好的構(gòu)造方向性，而從0.1 Hz開始到更低頻時，電性主軸大致為北東-南西向，表明深部構(gòu)造走向?yàn)楸睎|-南西向（與相位張量分解結(jié)果吻合），結(jié)合研究區(qū)內(nèi)的地表地質(zhì)構(gòu)造并考慮到幾條主要的區(qū)域性斷裂的走向分布情況，因此構(gòu)建剖面后，把所有測點(diǎn)都投影到剖面上后旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系45°，再進(jìn)行二維反演.

圖1 海拉爾盆地大地電磁測深點(diǎn)位圖（構(gòu)造信息引自文獻(xiàn)（張紹臣，2009）），黑色圓點(diǎn)為MT測點(diǎn)（右上為line 4線所有測點(diǎn)位置圖）

圖2 Bahr二維偏離度（a）與Swift二維偏離度（b）分析結(jié)果

圖5為經(jīng)過阻抗張量旋轉(zhuǎn)后各構(gòu)造單元內(nèi)典型測點(diǎn)的視電阻率與相位曲線，測點(diǎn)位置于圖1中給出.其中 4440號測點(diǎn)（圖5a）位于扎來諾爾坳陷的次級構(gòu)造單元巴彥呼舒凹陷內(nèi)，4396號測點(diǎn)（圖5b）位于嵯崗隆起內(nèi)，4373號測點(diǎn)（圖5c）位于貝爾湖坳陷的次級構(gòu)造單元烏爾遜凹陷內(nèi)，4320號測點(diǎn)（圖5d）位于巴彥山隆起內(nèi)，4250號測點(diǎn)（圖5e）位于呼和湖坳陷次級構(gòu)造單元錫林貝爾凸起內(nèi).由5個典型測點(diǎn)的視電阻率與相位曲線可以看出，各構(gòu)造單元內(nèi)部電性結(jié)構(gòu)特征各不相同.扎來諾爾坳陷（4440號測點(diǎn)）的電性結(jié)構(gòu)由淺部到深部表現(xiàn)為低阻-高阻-低阻的特征；嵯崗隆起（4396號測點(diǎn)）由淺部到深部電性結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為高阻-低阻-高阻-低阻特征，但淺部的高阻-低阻（大于10-1s）理論上影響深度不大；貝爾湖坳陷（4373號測點(diǎn)）也表現(xiàn)出成層性的電性結(jié)構(gòu)特征，TE（圖中XY）模式表現(xiàn)為低阻-高阻特征，TM（圖中YX）模式則表現(xiàn)為低阻-高阻-低阻特征，顯示了坳陷內(nèi)電性結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性；巴彥山隆起（4320號測點(diǎn)）內(nèi)的電性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為明顯的低阻-高阻-低阻特征，TE模式與TM模式在大于102s頻率范圍內(nèi)基本重合，說明隆起區(qū)內(nèi)電性結(jié)構(gòu)的一維性較強(qiáng)；呼和湖坳陷（4250號測點(diǎn)）內(nèi)電性結(jié)構(gòu)特征由淺部到深部整體表現(xiàn)為高阻到低阻的變化趨勢.

圖3 10 Hz和0.01 Hz的相位張量分布圖

圖4 所有測點(diǎn)各頻段電性主軸分析結(jié)果玫瑰圖

圖5 海拉爾盆地各構(gòu)造單元內(nèi)部典型測點(diǎn)的視電阻率與相位曲線

為了定性分析研究區(qū)域的電性結(jié)構(gòu)，作了視電阻率-頻率擬斷面圖和阻抗相位-頻率擬斷面圖（圖6），圖中高阻區(qū)域?qū)?yīng)低相位區(qū)域，低阻區(qū)域?qū)?yīng)高相位區(qū)域.從圖中可知，沿測線范圍內(nèi)地下電性結(jié)構(gòu)大體可分為三層：上部低阻層、中部高阻層和下部低阻層.這在TM模式擬斷面圖上顯示比TE模式擬斷面圖上明顯，相位擬斷面圖比電阻率擬斷面圖上明顯.圖中各層位橫向上連續(xù)性并沒有非常好，中間斷續(xù)部分可能是盆地內(nèi)部隆起與凹陷的邊界斷裂顯示.

根據(jù)阻抗張量分解的結(jié)果及區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征的分析，對所選取的66個大地電磁測深響應(yīng)資料進(jìn)行了二維反演.反演采用基于非線性共軛梯度算法（Rodi and Mackie,2001）的winglink軟件，反演過程中使用了TE+TM、TM、TE等多種反演模式，考慮到TE模式數(shù)據(jù)對三維畸變效應(yīng)的影響比較嚴(yán)重，因此把TE模式視電阻率與相位誤差設(shè)置的比TM模式大一些，以減小TE模式數(shù)據(jù)對整體反演結(jié)果的影響.

如圖7所示即是MT二維反演獲得的海拉爾盆地中、上地殼范圍二維導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)模型.該模型設(shè)置參數(shù)為： 100 Ωm的均勻半空間； TE+TM模式；網(wǎng)格101×265；頻率范圍0.001～320 Hz；正則化因子τ=7； Error Floor（TE Rho=20%，TE Phase=10%，TM Rho=10%，TM Phase=5%）.最終反演擬合差為1.91.

圖6 大地電磁實(shí)測數(shù)據(jù)擬斷面圖（上圖為TE模式視電阻率及相位擬斷面，下圖為TM模式）

4 電性結(jié)構(gòu)模型分析

從反演得到的電性結(jié)構(gòu)模型（圖7）不難看出，海拉爾盆地中-上地殼30 km以上電性結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)出縱向分層、橫向分塊的特征.一般認(rèn)為在斷裂帶發(fā)育的地方，巖石結(jié)構(gòu)比較松散、破碎，巖石含水性增強(qiáng)，易形成低阻異常.根據(jù)其他地質(zhì)、地球物理資料，結(jié)合本次反演獲得的電性結(jié)構(gòu)模型，可將海拉爾盆地內(nèi)部劃分成5個主要構(gòu)造單元，即扎賚諾爾坳陷、嵯崗隆起、貝爾湖坳陷、巴彥山隆起和呼和湖坳陷，各構(gòu)造單元被斷裂帶所分隔.

整體而言海拉爾盆地電性結(jié)構(gòu)模型縱向上可劃分為四個電性層：第一層為低阻層，電阻率值在5～20 Ωm之間，從剖面左側(cè)到右側(cè)基本連續(xù)，測點(diǎn)4410至4416、4356至4363、4280至4290之下厚度最大，可達(dá)1.5 km左右.而在測點(diǎn)4426至4440、4390至4406、4293至4356之下該低阻層埋深很淺.第二電性層為高阻層，電阻率值大于1000 Ωm，橫向上基本連續(xù)但厚度變化較大，在測點(diǎn)4390至4406之下厚度最大，底面深度在15 km左右，其他地方底面深度在6～10 km之間.該高阻層橫向上被眾多條帶狀低阻分割為一個個小單元，呈塊狀結(jié)構(gòu).第三電性層為低阻層，即通常所說的殼內(nèi)低速低阻層，電阻率值在3～20 Ωm之間，橫向連續(xù)性很好.在測點(diǎn)4390至4406之下底面深度最大，約有28 km，其他測點(diǎn)之下該電性層深度在6～16 km之間，但該電性層厚度變化并不大，基本在4～10 km之間.在測點(diǎn)4273～4293之下該電性層與更深處電性結(jié)構(gòu)具有連續(xù)性.第四電性層為高阻層，電阻率值為幾百Ωm，沿剖面方向其頂?shù)酌媛裆钭兓^大.厚度上剖面兩側(cè)較大，剖面中部較小.

4.1 扎賚諾爾坳陷

扎賚諾爾坳陷夾持于扎賚諾爾斷裂（F1）與阿爾公斷裂（F2）之間，整體走向?yàn)楸睎|向.扎賚諾爾斷裂是得爾布干斷裂帶的南延部分，剖面上位于測點(diǎn)4406至4450之間，該構(gòu)造單元電性結(jié)構(gòu)特征具有典型的縱向分層特征，表現(xiàn)出低阻-高阻-低阻-高阻的現(xiàn)象，每一層的分界面均非常清晰.上部高阻層與剖面左右兩側(cè)高阻層之間被相對低阻帶填充.值得注意的是橫向上該構(gòu)造單元內(nèi)電性結(jié)構(gòu)又表現(xiàn)出一定的差異性，以測點(diǎn)4436和4440之間的新巴爾虎右旗和測點(diǎn)4426為界，可將扎賚諾爾坳陷分為三個次級構(gòu)造單元：左側(cè)和右側(cè)第一低阻層埋深較深，達(dá)2 km以上，第一高阻層電阻率值較小，約幾百Ωm，并在左右邊界處發(fā)現(xiàn)中-上地殼低阻層上隆現(xiàn)象；中部區(qū)域表層低阻層較薄，最大不超過幾百米，下部高阻層無論是厚度還是電阻率值均較兩側(cè)的大.結(jié)合地質(zhì)資料，推測在新巴爾虎右旗處和測點(diǎn)4426處有區(qū)域性斷裂F6和F7，把扎賚諾爾坳陷分為三個次級構(gòu)造單元：巴彥呼舒凹陷、罕烏拉凸起和呼倫湖凹陷，斷裂F6和F7控制著扎賚諾爾坳陷內(nèi)部的構(gòu)造樣式和構(gòu)造演化.

4.2 嵯崗隆起

嵯崗隆起位于阿爾公斷裂（F2）和皇德—扎根呼熱斷裂（F3）控制區(qū)域之間，整體走向?yàn)楸睎|向.嵯崗隆起布格重力異常和磁異常顯示較高密度和磁化率（郭燦燦，2012），其基底是興華渡口群混合巖化黑云角閃變粒巖（陳均亮等，2007）.剖面上位于測點(diǎn)4390至4406之間，15 km以上表現(xiàn)為巨大塊狀高阻體，左右兩側(cè)及底部被低阻包圍，上部未見低阻層.嵯崗隆起上地殼范圍的高阻體或是高密度、高磁化率變質(zhì)基底的反映.

4.3 貝爾湖坳陷

貝爾湖坳陷位于皇德—扎根呼熱斷裂（F3）和完工—銅缽廟斷裂（F4）之間，走向北東.烏爾遜凹陷和貝爾凹陷是貝爾湖坳陷內(nèi)兩個最主要的構(gòu)造單元，含有豐富的油氣資源，也是目前海拉爾盆地地區(qū)研究程度最高的地區(qū).剖面橫穿貝爾湖坳陷的烏爾遜凹陷，位于測點(diǎn)4360至4390之間，電性結(jié)構(gòu)模型縱向上可分為低阻-高阻-低阻-高阻四層.第一低阻層左右兩側(cè)差別較大，左側(cè)埋深較右側(cè)淺，分界線大致在測點(diǎn)4373右側(cè).而第一高阻層的電阻率值在測點(diǎn)4373左側(cè)大于1000 Ωm，右側(cè)為幾百Ωm，深度從幾百米到幾千米.第二低阻層則相反，左側(cè)電阻率值低于右側(cè).推測測點(diǎn)4373處存有斷裂F8，將烏爾遜凹陷分為東西兩個次級構(gòu)造單元.

4.4 巴彥山隆起

巴彥山隆起受完工—銅缽廟斷裂（F4）和巴彥山斷裂（F5）所控制，剖面上位于測點(diǎn)4290至4360之間.橫向上各電性層非常連續(xù)，但在測點(diǎn)4293位置處第一高阻層被切斷，左側(cè)高阻層底面埋深大概有5 km，右側(cè)則陡增到10 km以上，中-上地殼低阻層在該處有上隆現(xiàn)象，推測測點(diǎn)4293下方有一切割深度較大的基底斷裂F9；縱向上電性結(jié)構(gòu)分層明顯，第一高阻層在測點(diǎn)4293處被低阻體切斷，切斷處右側(cè)高阻層底部埋深比左側(cè)大，較前幾個構(gòu)造單元不同，巴彥山隆起20 km以下表現(xiàn)出低阻特征，且低阻范圍巨大，橫向上延伸超過60 km，縱向上也一直向下延伸，未見底部邊界.

4.5 呼和湖坳陷

呼和湖坳陷位于海拉爾盆地最東側(cè)，以巴彥山斷裂（F5）為界與西側(cè)的巴彥山隆起相接,剖面上位于測點(diǎn)4236至測點(diǎn)4290之間.從電性結(jié)構(gòu)模型來看其縱向分層明顯且橫向分塊，橫向上測點(diǎn)4260至4266之間電阻率較其他地方差異較大，第一高阻層在此處的電阻率值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于左右兩側(cè)，深部的第二高阻層頂面埋深較淺，范圍較大.測點(diǎn)4270至4286之下的第二低阻層頂面埋深較淺，只有6 km左右，且向剖面左下方延伸，與巴彥山隆起的深部低阻層相連.測點(diǎn)4260以東電性結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為第一低阻層電阻率值相比其他測點(diǎn)同一層位處大，而第一高阻層電阻率值較測點(diǎn)4260至4266下的第一高阻層小.以斷裂F10和F11為界，從西向東可把呼和湖坳陷分為三個次級構(gòu)造單元，分別為呼和湖凹陷、錫林貝爾凸起和舊橋凹陷.目前僅呼和湖凹陷內(nèi)部發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣流.

5 中-上地殼低速高導(dǎo)層與油氣聚集關(guān)系討論

從各國所完成的大量大地電磁測深工作來看，絕大部分地區(qū)地殼上地幔中都存有高導(dǎo)層（Wei et al.,2001；Unsworth et al.,2005；魏文博等，2006b；金勝等，2009）.本次大地電磁測深剖面所獲得的電性結(jié)構(gòu)模型很好地圈定了海拉爾盆地中-上地殼高導(dǎo)層（低速）的埋深、展布及形態(tài).而金旭等通過滿洲里—綏芬河地學(xué)斷面研究早就發(fā)現(xiàn)了該地區(qū)殼內(nèi)低速高導(dǎo)層的存在，他們認(rèn)為該層位在海拉爾地區(qū)約有30 km深（金旭和楊寶俊，1994）.葛肖虹和馬文璞（2007）等對滿洲里—綏芬河地學(xué)斷面的進(jìn)一步分析研究認(rèn)為，在侏羅紀(jì)-早第三紀(jì)期間，海拉爾盆地在30 km深處有一低速層，而在晚第三紀(jì)—第四紀(jì)期間，這個低速層因構(gòu)造演化深度變?yōu)?0～20 km.張紹臣（2009）的研究成果也發(fā)現(xiàn)了海拉爾盆地中-上地殼的低速高導(dǎo)層的存在，并認(rèn)為其深度在9～14 km之間，電阻率只有10～15 Ωm，他將該層位解釋為滑脫層，認(rèn)為邊界斷裂都向下延至該帶，形成盆地深部拆離帶，推測海拉爾盆地就是沿該帶伸展拆離的.無疑，以上論述可以確定海拉爾盆地中-上地殼低速高導(dǎo)層的存在，但對于該層位的深度及電阻率值變化范圍認(rèn)識存有差異.

關(guān)于地殼低速高導(dǎo)層的性質(zhì)，國內(nèi)學(xué)者有諸多不同認(rèn)識，張景廉和于均民（2004）曾做過系統(tǒng)評述.但國內(nèi)學(xué)者基本認(rèn)同該低速高導(dǎo)層是塑性層，具有流變性質(zhì)，松遼盆地油氣的無機(jī)成因可能與此層有關(guān)（郭占謙和王先彬，1994；付曉飛和宋巖，2005；付曉飛等，2005；衛(wèi)平生等，2008）.張景廉等（2010）根據(jù)沃利沃夫斯基、薩爾基索夫的觀點(diǎn)，結(jié)合杜樂天（1996）地幔烴堿流體的觀點(diǎn)，認(rèn)為在中地殼合適的溫壓環(huán)境下CO2、CO與H2可進(jìn)行費(fèi)托合成烴的反應(yīng).費(fèi)托合成烴向上運(yùn)移，如果有合適的儲層，便可形成油氣藏.

低速高導(dǎo)層的成因，一種觀點(diǎn)認(rèn)為是地幔流體通過殼幔韌性剪切帶侵入到達(dá)中地殼而形成（郭占謙和王先彬，1994；張景廉和于均民，2004；付曉飛和宋巖，2005；衛(wèi)平生等，2008；張景廉等，2010），而中地殼的流體又可以通過地殼表層斷裂帶向上運(yùn)移到達(dá)地表或近地表，根據(jù)張景廉等（2010）的預(yù)測，如果中地殼向上的斷裂帶到達(dá)膏巖層而中止，那么在膏巖層之下則可能形成大油氣田，并根據(jù)這一生油模式預(yù)測了眾多大型油氣田.楊文采等（2007）針對中國大陸第一口科學(xué)鉆在2310～3280m井段片麻巖中發(fā)現(xiàn)甲烷氣異常段的事實(shí)，推測氣源來自于地殼深部，并指出中地殼溫壓條件下的水處于臨界狀態(tài)，導(dǎo)致硅的水溶速度激增，使巖石孔隙度提高，推測中地殼頂部可能聚集有天然氣（楊文采等，2008）.

海拉爾盆地含油氣巖系主要為侏羅系和侏羅-白堊系（張景廉等，2010）.眾所周知，溫度是制約有機(jī)質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化的基本因素，地溫梯度對油氣生成具有重要作用，處于熱演化程度較高區(qū)域的地方是盆地內(nèi)部主要找油區(qū).一般認(rèn)為地溫場的分布要受到地殼厚度、基底結(jié)構(gòu)及埋深、地下水及盆地構(gòu)造等因素控制.從崔軍平等（崔軍平等，2007；崔軍平和任戰(zhàn)利，2011；崔軍平等，2011）關(guān)于海拉爾盆地地溫分布的研究成果看出，貝爾湖坳陷和呼和湖坳陷內(nèi)部地溫梯度是海拉爾盆地內(nèi)地溫梯度最大的區(qū)域，對比發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域正是中-上地殼殼內(nèi)低速高導(dǎo)層上隆部位.另外，陳守田等（2002，2004）將海拉爾盆地含油氣系統(tǒng)進(jìn)行了區(qū)分，并認(rèn)為貝爾湖坳陷中部，呼和湖坳陷西部是有利的油氣富集帶.

可以看出，海拉爾盆地中-上地殼高導(dǎo)層的存在對該地區(qū)油氣田的生成具有重大影響.目前海拉爾地區(qū)僅呼和湖坳陷內(nèi)的烏爾遜凹陷和貝爾凹陷發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣田較多，另外呼和湖坳陷也發(fā)現(xiàn)有工業(yè)油氣流.這些地區(qū)都是中-上地殼低速高導(dǎo)層的上隆區(qū)域，可以預(yù)見海拉爾盆地下一步找油氣的有利區(qū)域應(yīng)對應(yīng)中-上地殼低速高導(dǎo)層上隆區(qū)域.因此扎賚諾爾盆地東西兩側(cè)、貝爾湖坳陷西部和呼和湖坳陷西部可能是油氣勘探的重要區(qū)域.

6 結(jié)論

（1） 海拉爾盆地大地電磁測深探測結(jié)果表明，該區(qū)域電性結(jié)構(gòu)具橫向分塊、縱向分層特征，中-上地殼普遍存在低阻層.電性結(jié)構(gòu)的分布特征與區(qū)域構(gòu)造密切相關(guān)，各主要構(gòu)造單元之間均以斷裂相隔，單元邊界在電性結(jié)構(gòu)模型中表現(xiàn)為電性梯度帶或低阻異常帶.電性結(jié)構(gòu)的橫向分區(qū)與區(qū)域構(gòu)造分區(qū)具有高度一致性，各構(gòu)造單元電性結(jié)構(gòu)各具特點(diǎn).上地殼范圍隆起區(qū)主要對應(yīng)高阻，坳陷區(qū)內(nèi)部的凸起對應(yīng)高阻，坳陷區(qū)內(nèi)部的凹陷對應(yīng)低阻.

（2） 斷裂帶兩側(cè)電性結(jié)構(gòu)模型差別較大，據(jù)此推斷出兩條斷裂F8和F9，且斷裂F9規(guī)模較大，推測為基底斷裂.

（3） 海拉爾盆地中-上地殼高導(dǎo)層具有連續(xù)性，底面最大埋深在28 km，一般底面埋深在6～16 km之間，厚度在4～10 km之間，電阻率值小于20 Ωm.海拉爾盆地中-上地殼高導(dǎo)層的存在與該區(qū)油氣生成、聚集有密切關(guān)系，推測高導(dǎo)層上隆區(qū)是油氣勘查的有利區(qū)域.

致謝 各位評審專家在論文評審過程中提出了諸多可貴意見，在此表示誠摯的謝意.此外，論文寫作過程中張樂天師兄、董浩師兄及組內(nèi)師兄弟也提出了許多寶貴意見，并協(xié)助完成，在此一并致謝.

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（本文編輯 胡素芳）

Study of the central-upper crust electrical structure of Hailar Basin

LIU Zhi-Long1,4， YE Gao-Feng1,2,3*， WEI Wen-Bo1,2,3， JIN Sheng1,2,3

1SchoolofGeophysicsandInformationTechnology,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China2KeyLaboratoryofGeo-detectionofMinistryofEducation,Beijing100083,China3StateKeyLaboratoryofGeologicalProcessesandMineralResources,Beijing100083,China4TianjinGeothermalExplorationandDevelopment-DesigningInstitute，Tianjin300250,China

In order to study the central-upper crust electrical structure and tectonic features of Hailar Basin, and discuss metallogenic geological srtucture background characteristics and metallogenic environments of Hailar Basin,this paper selected 66 magnetotelluric sounding points in Hailar Basin which is acquired in 2011 of “Comprehensive geophysical survey in the eastern part of China-Mongolia border region” project for line 4 to treatment and research. The magnetotelluric sounding methord via studying the propagation characteristics of natural electromagnetic field in the earth to detect the underground geological structure. The model of lithosphere scale electrical conductivity can be obtained by magnetotelluric sounding methord, and provides a physical basis for the study of deep geological structure.Through analysis and interpretation of 2D inversion results based on magentotelluric sounding profile, knowing that the deep geological structure of the study area is NE-SW trending, and large scale electrical resistivity structures were revealed for the first time. The electrical structure of the middle-upper crust of Hailar Basin is clearly stratified and can generally be divided into four layers, namely the high conductivity layer—high resistivity layer—high conductive layer—high resistivity layer, while the transverse could also be divided into several blocks horizontally. The numerous distributed faults in Hailar Basin′s edge and interior divide the Basin itself into alternating structures of uplifts and depressions. It′s also found that there are small scale bulges in depression parts, and the electrical structure of each tectonic unit is of distinct features. The lower boundary of high conductivity layer in middle-upper crust of Hailar Basin is generally between 6 and 16 km, which can reach 28 km at the deepest part with little change in thickness, which is about 4～10 km. The lower boundary in uplift and depression areas are largely different. According to the electrical structure model, two new faults of F8 and F9 are inferred, and the fault F9 is of larger scale that cut the basement. The high conductivity layer in middle-upper crust may to some extent control the distribution of oil and gas deposits within the Hailar Basin. It is speculated that the high conductivity layer uplifts is a favorable area for oil and gas exploration.

Hailar Basin； Magnetotelluric； Electrical structure； Crustal conductivity layer

中蒙邊境東段綜合地球物理調(diào)查（資[2010]礦評01-2101）資助.

劉志龍，男，1989年生，地質(zhì)工程專業(yè)在讀碩士生，主要研究方向?yàn)楣腆w礦地球物理勘探.E-mail：237701767@qq.com

*通訊作者 葉高峰，男，1977年生，副教授，長期從事地球物理學(xué)的教學(xué)與研究.E-mail：ygf1999@cugb.edu.cn

10.6038/cjg20151208.

10.6038/cjg20151208

P313, P631

2014-12-30，2015-09-28收修定稿

劉志龍， 葉高峰， 魏文博等. 2015. 海拉爾盆地中-上地殼電性結(jié)構(gòu)特征研究.地球物理學(xué)報，58（12）:4425-4435,

Liu Z L, Ye G F, Wei W B, et al. 2015. Study of the central-upper crust electrical structure of Hailar Basin.ChineseJ.Geophys. （in Chinese）,58（12）:4425-4435,doi:10.6038/cjg20151208.