綜合物探方法在松遼盆地外圍三維地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

丁秋紅，趙維俊，李曉海，高 鐵，賈立國(guó)，王 杰，姚玉來(lái)，李文博

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽(yáng)110034

綜合物探方法在松遼盆地外圍三維地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

丁秋紅，趙維俊，李曉海，高 鐵，賈立國(guó)，王 杰，姚玉來(lái)，李文博

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽(yáng)110034

在松遼盆地外圍三維地質(zhì)調(diào)查中，通過(guò)采用重、磁、電剖面探測(cè)方法對(duì)火山巖覆蓋區(qū)的扎魯特盆地進(jìn)行了深部探測(cè)，獲得高精度測(cè)量數(shù)據(jù).結(jié)合地質(zhì)、地震、鉆探及巖石物性測(cè)試結(jié)果，對(duì)研究區(qū)深部地質(zhì)體進(jìn)行了綜合解釋.圍繞油氣資源調(diào)查目的層二疊系林西組，開(kāi)展了密度、磁性、電性特征研究，對(duì)二疊系林西組界面起伏進(jìn)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(píng)價(jià)提供了必要的基礎(chǔ)資料.

三維地質(zhì)調(diào)查；綜合物探；扎魯特盆地；林西組

0 引言

內(nèi)蒙古扎魯特旗地區(qū)作為含油氣盆地三維地質(zhì)調(diào)查的試點(diǎn)地區(qū)之一，也是松遼盆地外圍上古生界油氣新區(qū)、新層系重點(diǎn)調(diào)查研究的地區(qū)［1-4］.本區(qū)地質(zhì)條件具有其特殊性，在大地構(gòu)造位置上屬于盆山結(jié)合部位，為火山巖覆蓋區(qū).通過(guò)采用重、磁、電、地震剖面探測(cè)方法獲得高精度測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)、鉆探及巖石物性測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合解釋，對(duì)查明目標(biāo)地質(zhì)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(fā)育情況，隱伏巖體的分布狀況等具有較好效果.在該地區(qū)圍繞油氣資源調(diào)查目的層林西組［5-6］，開(kāi)展了密度、磁性、電性特征研究，對(duì)二疊系界面起伏進(jìn)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(píng)價(jià)提供了重要的基礎(chǔ)資料.

1 地質(zhì)背景

工作區(qū)古生代地層屬華北地層大區(qū)內(nèi)蒙古草原地層區(qū)錫林浩特－磐石地層分區(qū)，晚古生代總體處于亞洲洋殘余海盆構(gòu)造演化區(qū)域，北部毗鄰西伯利亞古板塊增生帶南緣，南側(cè)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(qū)大興安嶺－燕山地層分區(qū)烏蘭浩特－赤峰地層小區(qū)，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(qū)內(nèi)地層較為發(fā)育，從石炭系至第四系均有分布.區(qū)內(nèi)火山巖漿作用強(qiáng)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(dòng)強(qiáng)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(xù).中生代火山巖受北東向斷裂構(gòu)造控制，呈條帶狀展布.侵入巖以燕山期花崗巖為主.構(gòu)造主要發(fā)育有褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造，褶皺構(gòu)造主要發(fā)育在晚古生代構(gòu)造層中，而脆性斷裂構(gòu)造主要發(fā)育在中生代構(gòu)造層中，一些區(qū)域性大的斷裂構(gòu)造大多具有多期活動(dòng)的特征，NE和NW向構(gòu)造是研究區(qū)構(gòu)造格架的主體（圖1）.

圖1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造略圖及物探測(cè)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?qǐng)D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(cè)斷層（fault and inferred fault）；15—城鎮(zhèn)（town）；16—物探測(cè)線位置及編號(hào)（geophysical survey line and code）

區(qū)內(nèi)巖石地層發(fā)育特征：上泥盆統(tǒng)—下石炭統(tǒng)以陸相碎屑巖建造為主，局部夾火山巖碎屑巖.上石炭統(tǒng)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(fā)育巨厚的砂泥質(zhì)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(gòu)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(tǒng)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(cè)與研究的目標(biāo)層.

2 地球物理特征

2．1 測(cè)線部署

為了調(diào)查研究區(qū)深部地質(zhì)體分布情況，在重要的構(gòu)造部位和重要的地質(zhì)體單元出露部位，布設(shè)NW和NE向兩個(gè)方向的地質(zhì)－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(cè)深綜合地球物理測(cè)量，重磁測(cè)量點(diǎn)距為500 m，大地電磁測(cè)深點(diǎn)距1000 m，重磁電剖面布置在同一測(cè)線上，在W4線布置了二維人工反射地震60 km（圖1）.

根據(jù)巖石物性測(cè)試結(jié)果（表1、2），綜合前人資料對(duì)比分析［7］，總結(jié)出不同地質(zhì)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(qū)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(wàn)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(wàn)寶組中的煤系地層可作為該測(cè)區(qū)電性標(biāo)志層.

古生界上二疊統(tǒng)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(tǒng)：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?guī)r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(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)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(qū)的一個(gè)電性標(biāo)志層［8］.從巖石電阻率測(cè)試結(jié)果來(lái)看，一般沉積地層電阻率都較低，灰?guī)r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(shù)平均密度為2．586 g/cm3.侏羅系地層算術(shù)平均密度達(dá)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(gòu)成盆地內(nèi)一個(gè)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(zhǎng)花崗巖類一般為2．68 g/cm3，石英閃長(zhǎng)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(guān).

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(qiáng)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(qiáng)，并具有較強(qiáng)的剩磁特征，其次為凝灰?guī)r，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(shù)沉積地層為無(wú)磁性或弱磁性.閃長(zhǎng)斑巖、石英斑巖、花崗斑巖、花崗閃長(zhǎng)巖磁性較強(qiáng)，與侏羅系地層的安山巖、流紋巖構(gòu)成盆地內(nèi)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(zhì)資料和鉆孔資料有機(jī)地結(jié)合在一起，進(jìn)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(shì).斷裂及構(gòu)造的推斷，主要依據(jù)重、磁和MT剖面異常的特征進(jìn)行綜合分析，同時(shí)根據(jù)地質(zhì)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(cè)：根據(jù)地表出露情況及重、磁、電、震解釋推測(cè)地層厚度，并通過(guò)與地震剖面解釋比較，相互驗(yàn)證，加強(qiáng)MT縱向分辨能力.

（2）火山機(jī)構(gòu)、巖體的推測(cè)：根據(jù)地表出露情況，結(jié)合通過(guò)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(jù)周圍及附近出露的地質(zhì)體情況推斷隱伏巖體巖性.

（3）斷裂的推斷：根據(jù)重、磁、電異常變化，結(jié)合地表地質(zhì)體分布特征，推斷斷裂.

表1 扎魯特旗地區(qū)巖石地層物性統(tǒng)計(jì)表Table 1 Physical properties of rocks and strata in Jarud Qi area

表2 扎魯特旗地區(qū)侵入巖物性統(tǒng)計(jì)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(qū)5條重力剖面經(jīng)過(guò)各項(xiàng)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(shì)，在線性增大的背景下出現(xiàn)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(qū)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(guān).局部重力高大多與老地層出露有關(guān).

3．2 剖面磁法異常特征

扎魯特旗地區(qū)5條磁法剖面經(jīng)各項(xiàng)改正后的地磁場(chǎng)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(xiàn)為西北高、東南低，在穩(wěn)定規(guī)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(wú)規(guī)律、鋸齒狀，同時(shí)西北端相應(yīng)的地表見(jiàn)侏羅系上統(tǒng)的火山巖和侵入巖出露，推測(cè)西北端為淺層火山巖與淺層強(qiáng)磁性的侵入巖的綜合反映.而在5條剖面的負(fù)異常段出現(xiàn)比正異常段更多的高頻成分的磁異常，推測(cè)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(fù)值場(chǎng)區(qū)，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(fù)值場(chǎng)區(qū)表明沉積地層薄.5條測(cè)線突然出現(xiàn)高負(fù)值點(diǎn)或段，認(rèn)為存在構(gòu)造影響（圖3）.

圖2 扎魯特旗地區(qū)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(jié)合重力資料分析，高重低磁相關(guān)性好的推測(cè)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(guān)性好的推測(cè)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(guān)性好的推測(cè)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(guān)性好的推測(cè)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(qū)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(qū)，本次工作實(shí)測(cè)電法剖面10條，收集到的前人資料3條，共計(jì)13條大地電磁測(cè)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(qū)MT二維反演后電阻率斷面（圖4、5），在橫向上其電性趨勢(shì)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(jié)構(gòu)表現(xiàn)為淺部低阻層、中部中阻層和深部高阻層構(gòu)成的三元結(jié)構(gòu).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(xù)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(cè)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(cè)層薄，東側(cè)層厚，東西兩側(cè)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(cè)埋深小于2 km，東側(cè)埋深最深達(dá)4 km.推測(cè)為古生界電性層.

（3）深部高阻層：集中分布在西側(cè)，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(cè)為古生界C電性層.從高阻頂界面看，剖面西段有一相對(duì)斷陷存在，推測(cè)為渾尼吐斷陷.剖面中段嘎達(dá)蘇斷陷也有明顯的反映.剖面東段低阻電性層發(fā)育，正是松遼盆地中新生界低阻電性發(fā)育較厚的反映.

3．4 二維地震剖面

二維地震剖面長(zhǎng)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(diǎn)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(gòu)造形態(tài)基本反映了白堊系底界的構(gòu)造形態(tài)，呈中部隆起的構(gòu)造形態(tài).整個(gè)測(cè)線西北部埋深相對(duì)較淺，向中西部逐漸尖滅；東南部相對(duì)較深，最深處達(dá)2．2 km左右，向東隨著斷層逐級(jí)抬起直至中部尖滅.整個(gè)測(cè)線中西部有一段缺失白堊系（約14 km）.

圖4 扎魯特旗地區(qū)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(qū)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(gòu)造形態(tài)基本反映了侏羅系底界的構(gòu)造形態(tài)，宏觀構(gòu)造也是測(cè)線中部隆起的形態(tài).最深處位于測(cè)線東部，深度4．8 km左右，整個(gè)測(cè)線中東部一段約10 km缺失侏羅系.

圖6 地震地質(zhì)剖面Fig．6 Two-dimensional seismic interpretation section

二疊系底界面（T3反射層）：構(gòu)造形態(tài)基本反映了二疊系底界的構(gòu)造形態(tài).整個(gè)測(cè)線東南部埋深相對(duì)最深，最深處超過(guò)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(gòu)造形態(tài)受到一定程度破壞，但總體構(gòu)造形態(tài)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(qū)劃分很多地層，而MT的電阻率在地震反射層位沒(méi)有明顯的變化.而且地震勘探在沉積區(qū)（例如570到670 MT測(cè)站）能識(shí)別出斷層，而MT不能識(shí)別.然而MT方法在火山巖或侵入巖附近（例如460測(cè)站附近）的斷層識(shí)別基本與地震方法的識(shí)別一致.但是地震方法在MT測(cè)站750～802區(qū)間，沒(méi)有識(shí)別深部的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，而電阻率能確定.地震道間距20 m明顯比MT點(diǎn)距1 km分辨率在橫向上高很多.

4 結(jié)論

（1）本次在工作區(qū)進(jìn)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(shí)別斷裂構(gòu)造，特別是識(shí)別林西組低阻巨厚泥巖層發(fā)揮了重要作用.重力勘探輔助MT方法，劃分盆地的邊界，識(shí)別斷裂構(gòu)造，判斷隱伏侵入巖體.磁力勘探輔助MT方法，幫助識(shí)別斷裂構(gòu)造、火山巖和侵入體等.地震勘探不僅輔助MT方法對(duì)縱向分層和斷裂構(gòu)造的識(shí)別，更主要的是從縱向上更準(zhǔn)確、量化地層厚度.

（2）火山巖覆蓋地區(qū)的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查，應(yīng)在充分利用已有的地球物理勘查資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)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(qū)三維地質(zhì)調(diào)查的重要工作手段，也是經(jīng)濟(jì)有效的工作方法.本次重、磁、電綜合方法的運(yùn)用，解決了一些關(guān)鍵性的地質(zhì)問(wèn)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(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“內(nèi)蒙古1∶25萬(wàn)扎魯特旗幅（L51C004001）區(qū)調(diào)修”（編號(hào)1212011120670）和“松遼盆地外圍三維地質(zhì)調(diào)查”（編號(hào)1212011220242）.

丁秋紅（1964—），女，博士，研究員，現(xiàn)從事中生代地層古生物研究及油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查工作，通信地址遼寧省沈陽(yáng)市皇姑區(qū)黃河北大街280號(hào)，E-mail//1109251593@qq.com

1671-1947（2016）06-0575-05

P631；P314.1

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