基于MT和重力資料的渭河盆地西部地區(qū)基底屬性

朱曉剛，袁炳強(qiáng)，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(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065； 2.陜西省地質(zhì)調(diào)查院，陜西 西安 710014； 3.中國地質(zhì)調(diào)查局 西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054； 4.西北工業(yè)大學(xué) 軟件學(xué)院，陜西 西安 710072)

0 引言

渭河盆地西部地區(qū)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(qū)內(nèi)有多條斷裂構(gòu)造帶[1]。諸多學(xué)者根據(jù)渭河盆地早期的地?zé)峥祝Y(jié)合有限的物化探資料，認(rèn)為渭河盆地西部的寶雞凹陷為元古界基底分布區(qū)[2-6]。王斌等[7]研究了渭河盆地新生代地層與沉積演化，認(rèn)為渭河盆地西南部為元古界變質(zhì)巖基底分布區(qū)。李玉宏[8]研究了渭河盆地氦氣、天然氣地球化學(xué)特征，認(rèn)為渭河盆地西部為元古界基底分布區(qū)。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(jié)合小比例物探資料對比認(rèn)為寶雞凹陷的新生界之下為前寒武紀(jì)薊縣系?？梢姡壳皩τ谖己优璧匚鞑康貐^(qū)基底屬性認(rèn)識存在較大差異。

為確定渭河盆地西部地區(qū)基底屬性，筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，利用寶雞地區(qū)新實(shí)施的4條MT測深剖面結(jié)合研究區(qū)重力資料對研究區(qū)的基底屬性進(jìn)行推斷。研究表明，渭河盆地西部地區(qū)地表為第四系覆蓋區(qū)，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(qū)內(nèi)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(qū)地球物理資料的處理與解釋，為該區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)、構(gòu)造地質(zhì)研究提供一定的地球物理依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

渭河盆地位于陜西省中部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)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(zhì)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?cái)嗔褬?gòu)造縱橫交錯。控制盆地形成主要斷裂有北山山前斷裂、關(guān)山斷裂、秦嶺北麓山前斷裂、長安—臨潼斷裂和驪山北側(cè)山前斷裂[11-12]。根據(jù)研究區(qū)地表地質(zhì)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?guī)r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?guī)r、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?guī)r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(qū)都有分布，包括更新統(tǒng)和全新統(tǒng)，巖性以黃土和砂礫石為主，成因復(fù)雜，以風(fēng)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(guān)系復(fù)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(qū)地質(zhì)(據(jù)陜西省地質(zhì)調(diào)查院1∶50萬地質(zhì)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(jù)陜西地質(zhì)調(diào)查院《西安及鄰區(qū)深部構(gòu)造與地震關(guān)系研究》項(xiàng)目相關(guān)資料，經(jīng)對全區(qū)不同剖面上同一地層單元的物性測定數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行加權(quán)平均，求取各時代地層的密度值。研究區(qū)內(nèi)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(jù)陜西地質(zhì)調(diào)查院《西安及鄰區(qū)深部構(gòu)造與地震關(guān)系研究》項(xiàng)目所完成的跨渭河盆地的兩條大地電磁測深TE-TM聯(lián)合反演結(jié)果顯示：研究區(qū)域內(nèi)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(qū)1∶10萬重力資料，繪制了研究區(qū)布格重力異常圖(圖2)。渭河盆地西部地區(qū)重力場分區(qū)性明顯，該區(qū)寶雞—陳倉以南有一明顯低重力值區(qū)，異常值在(-220～-200)×10-5m/s2之間。千陽一帶為凸起區(qū)，重力值比周圍較高，該區(qū)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(tǒng)計(jì)Table 1 Statistical table of physical characteristics of Weihe Basin

研究區(qū)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(gòu)造，布格重力異常等值線密集的重力梯級帶反映斷裂構(gòu)造。根據(jù)重力場值由WS向EN呈由低到高的特征分析認(rèn)為研究區(qū)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(fā)育密集梯級帶推斷研究區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，大的斷裂控制研究區(qū)地層發(fā)育及基底隆坳格局。研究區(qū)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(qū)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(qū)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(qū)1∶20萬航空磁力資料，繪制了渭河盆地西部地區(qū)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(qū)明顯，反應(yīng)為中間低、南北高。寶雞—陳倉地區(qū)由凹陷引起磁力低，最低處磁異常值可達(dá)-170 nT。寶雞—眉縣以南為高磁異常值區(qū)域，在齊鎮(zhèn)附近最高磁異常值可達(dá)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(qū)。

圖3 渭河盆地西部地區(qū)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(zhì)調(diào)查院2017年實(shí)測的3條NNE向的剖面以及2018年實(shí)測的1條近EW向剖面。剖面是根據(jù)電法資料和重力資料綜合解釋，從地質(zhì)圖結(jié)合剖面解釋看，剖面經(jīng)過的地表被第四系覆蓋。

圖4 MT測深剖面平面位置分布(據(jù)陜西省地調(diào)院1∶50萬地質(zhì)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(gòu)造單元西部隆起區(qū)內(nèi)，總長度約40 km。由實(shí)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(xiàn)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(wù)鄉(xiāng)重力異常值變化幅度最大，兩側(cè)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(qū)，該低電阻率異常區(qū)邊界的電阻率變化幅度大。由尹家務(wù)鄉(xiāng)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(jié)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(dá)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(dǎo)致該區(qū)段重力異常曲線增加幅度大。尹家務(wù)鄉(xiāng)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(wù)鄉(xiāng)往東北方向電阻率升高，底層密度較大，認(rèn)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(dǎo)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(gòu)造單元西部隆起區(qū)內(nèi)，總長度約28 km，其南起寶雞凹陷，經(jīng)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(xiàn)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(xiàn)高電阻率異常。

由剖面擬合結(jié)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(jié)合渭4井資料，認(rèn)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(rèn)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(xiāng)處，有一電阻率較高值區(qū)。

由剖面擬合結(jié)果可以看出：由剖面南端至常興鎮(zhèn)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(zhèn)偏北處重力異常曲線有一個較小的降低。16～33 km區(qū)段重力異常值持續(xù)增大，結(jié)合渭5井相關(guān)資料認(rèn)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(zhèn)下部呈低電阻率值高重力值特征，認(rèn)為基底為Pt，上覆底層為第四系和新近系。36～44 km區(qū)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(rèn)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(gòu)造單元鳳翔淺凹內(nèi)，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(xiàn)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(xiàn)高—低—高電阻率趨勢，在蔡家坡到彪角鎮(zhèn)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(jié)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(qū)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(jīng)歷了多期構(gòu)造活動，斷裂發(fā)育，基底巖性變化大。根據(jù)新實(shí)施的4條MT測深剖面，結(jié)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(nèi)，局部地區(qū)出露有白堊系碎屑巖，認(rèn)為該區(qū)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(nèi)，本區(qū)一直處于隆起狀態(tài)，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(fù)雜，有寒武系、奧陶系、三疊系、白堊系、侏羅系出露，認(rèn)為其基底為中生界—古生界—元古界。岐山以南、扶風(fēng)以西一帶，基底為元古界變質(zhì)巖， 該區(qū)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(qū)，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(qū)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(qū)為花崗巖分布區(qū)，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(dá)約1 km。新近系和古近系厚度為300～500 m左右。

6 結(jié)論

1) 渭河盆地西部地區(qū)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(dá)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(fā)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(fēng)一帶及鄰近地區(qū)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(qū)基底屬性復(fù)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(fēng)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(qū)。