南充市石梁鄉(xiāng)境內(nèi)嘉陵江古河道結(jié)構(gòu)探測(cè)及沉積演化初探

謝小國(guó)，魏良帥，王緒本，陶俊利，舒勤峰，田銀川，羅 兵

南充市石梁鄉(xiāng)境內(nèi)嘉陵江古河道結(jié)構(gòu)探測(cè)及沉積演化初探

謝小國(guó)1，3，魏良帥2，王緒本4，陶俊利1，3，舒勤峰2，田銀川1，3，羅 兵1，3

（1.四川省華地建設(shè)工程有限責(zé)任公司，成都 610081；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，成都 611734；3.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)中心，成都 610081；4.成都理工大學(xué)，成都 610059）

為研究嘉陵江古河道結(jié)構(gòu)特征及沉積演化，首次采用半航空瞬變電磁法（semi-airborne TEM，SATEM），對(duì)南充市石梁鄉(xiāng)境內(nèi)的嘉陵江古河道進(jìn)行探測(cè)，快速獲取了第四系松散堆積層“低-高”模式二元電性結(jié)構(gòu)以及三維空間結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查、鉆探、測(cè)井等資料對(duì)電性剖面進(jìn)行標(biāo)定分析，推斷出古河道地層結(jié)構(gòu)主要有W型、U型兩種形態(tài)，河道中間松散堆積層厚度平均為20m，兩端變薄，平均為5m，與實(shí)際吻合。結(jié)合等值反磁通瞬變電磁法（opposing coils TEM, OCTEM）、鉆孔、自然伽馬測(cè)井、測(cè)年等資料綜合分析，研究區(qū)古河道沉積旋回明顯，各階地堆積層具有典型曲流河相的二元結(jié)構(gòu)特征，河道演化始于早更新世，于中更新世截彎，并伴隨地殼抬升，逐漸形成現(xiàn)今古河道。綜合運(yùn)用地球物理勘探、地質(zhì)調(diào)查、鉆探、測(cè)試等手段，有助于古河道結(jié)構(gòu)及沉積演化研究。

古河道；半航空瞬變電磁法；地層結(jié)構(gòu)；沉積演化；嘉陵江

圖1 研究區(qū)地質(zhì)概況及地球物理測(cè)線布設(shè)圖

（a）實(shí)際材料圖；（b）正攝影像圖；（c）I-II級(jí)階地堆積物；（d）III-IV級(jí)階地堆積物；（e）V-VI級(jí)階地堆積物；（f）蓬萊鎮(zhèn)組砂泥巖互層

開(kāi)展古河道結(jié)構(gòu)探測(cè)研究，對(duì)研究河流發(fā)育情況、水系分布特征、古地理與沉積環(huán)境變遷，以及合理開(kāi)發(fā)利用國(guó)土資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于南充市蓬安縣石梁鄉(xiāng)前壩、后壩，嘉陵江中游上段（圖1），屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)內(nèi)I1構(gòu)造單元的川中臺(tái)拱。印支運(yùn)動(dòng)以來(lái)四川盆地周邊地殼不斷抬升，古湖泊中形成了巨厚的侏羅系紅色砂泥巖層，白堊系時(shí)期，古湖水外流，湖底出露。其后，步入第四紀(jì)（320萬(wàn)年前），河流兩岸逐漸形成第四紀(jì)更新統(tǒng)、全新統(tǒng)4～5級(jí)階地。石梁鄉(xiāng)古河道長(zhǎng)5.85km，曲流頸長(zhǎng)度0.66km，曲折率8.86，封閉率為0.9，河曲軸長(zhǎng)2.42，屬典型Ω型河曲，為嘉陵江為截彎取直的結(jié)果（江華軍，2013）。

表1 地層巖（土）性與測(cè)井響應(yīng)特征統(tǒng)計(jì)表（）

2 古河道結(jié)構(gòu)探測(cè)

2.1 探測(cè)方法簡(jiǎn)述

石梁鄉(xiāng)境內(nèi)嘉陵江古河道中第四系砂礫、粘土以及侏羅系砂泥巖，其物理性質(zhì)和含水性不同，物性差異較大，為地球物理勘探提供了重要基礎(chǔ)。綜合考慮研究區(qū)工作范圍、目的任務(wù)及探測(cè)精度，結(jié)合地質(zhì)鉆探、綜合測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，選擇半航空瞬變電磁法對(duì)古河道結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)（圖1（a））。

半航空瞬變電磁探測(cè)供電線源長(zhǎng)2000m，探測(cè)線6條（L1~L6），測(cè)線長(zhǎng)2000～2300m，測(cè)線方向94°，發(fā)射系統(tǒng)為加拿大鳳凰地球物理公司生產(chǎn)的V8多功能電法儀TXU-30，發(fā)射基頻25Hz，發(fā)射功率20KW，發(fā)射電流最大40A，工作方式為電性源；接收機(jī)為成都理工大學(xué)研發(fā)的半航空瞬變電磁接收機(jī)，采樣率4ksps、32ksps、192ksps，諧振頻率44kHz；飛行平臺(tái)為八旋翼電動(dòng)無(wú)人機(jī)，續(xù)航時(shí)間最大30min。綜合測(cè)井利用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的JGS-1B智能工程測(cè)井系統(tǒng)對(duì)L4測(cè)線上的ZK1、ZK2號(hào)鉆孔進(jìn)行測(cè)試，測(cè)井參數(shù)包括視電阻率、自然伽馬、井溫、井液電阻率等參數(shù)，測(cè)井深度分別為70m、90m。

2.2 方法有效性檢驗(yàn)

表1和圖2（c）表明，ZK1、ZK2兩個(gè)鉆孔砂泥巖地層自然伽馬（GR）與電阻率（NR）呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，自然伽馬越低、電阻率越高，砂質(zhì)含量越高；自然伽馬越高、電阻率越低，泥質(zhì)含量越高。這一規(guī)律，可為電磁法推斷古河道第四系下覆基巖結(jié)構(gòu)特征提供依據(jù)。

圖2 古河道結(jié)構(gòu)探測(cè)綜合推斷成果圖

（a）古河道電性結(jié)構(gòu)特征；（b）古河道地層結(jié)構(gòu)特征；（c）鉆孔及測(cè)井信息

以半航空瞬變電磁法L4測(cè)線為例，視電阻率剖面表現(xiàn)為“低-高”模式的二元電性結(jié)構(gòu)特征（圖2（a）：

（1）低阻結(jié)構(gòu)段：里程150～1010m、1050～2300m段上部為低阻，視電阻率一般低于20Ω·m，第四系厚度大，約23m，向兩側(cè)高地變薄、消失。結(jié)合L4測(cè)線里程1252m、1864m對(duì)應(yīng)的ZK2、ZK1號(hào)鉆孔分析，半航空瞬變電磁法低阻段與鉆孔第四系地層吻合，低阻區(qū)域推斷為第四系粘土、砂礫層。

（2）高阻結(jié)構(gòu)段：里程1010～1050m段高地及第四系以下地層表現(xiàn)為高阻，電阻率大于20Ω·m，一般為200～300Ω·m，并隨著埋深增大，地層電阻率升高。相應(yīng)層段的半航空瞬變電磁法視電阻率與鉆孔電阻率基本一致，推斷為侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組砂泥巖地層。

綜上分析，半航空瞬變電磁法視電阻率與測(cè)井自然伽馬、電阻率具有良好的相關(guān)關(guān)系，并與鉆孔、測(cè)井劃分的第四系、侏羅系地層結(jié)構(gòu)基本吻合，有助于古河道結(jié)構(gòu)特征研究。

表2 古河道地層結(jié)構(gòu)劃分表

2.3 古河道結(jié)構(gòu)特征分析

區(qū)域地質(zhì)、調(diào)查及鉆孔揭露表明，廟兒壩附近高地分布第四系中更新統(tǒng)（Q2）V-VI級(jí)階地堆積物，高程358～367m，厚1～8m，堆積物向兩側(cè)斜坡變薄，進(jìn)而過(guò)渡為第四系上更新統(tǒng)（Q3）III-IV級(jí)階地堆積物，高程330～358m，厚1～5m；前壩、后壩谷地為第四系全新統(tǒng)（Q4（1+2））I-II級(jí)階地堆積物，地勢(shì)寬緩，平均海拔315m，厚8～20m；第四系下伏侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組砂泥巖。結(jié)合以上認(rèn)識(shí)，從研究區(qū)古河道半航空瞬變電磁法三維電性結(jié)構(gòu)可以看出（表2、圖2（a）、圖2（b）），研究區(qū)河道結(jié)構(gòu)斷面與地形具有較強(qiáng)的相似性，具體表現(xiàn)為兩種形態(tài)：

（1）W型河道特征

半航空瞬變電磁法L2～L6測(cè)線所在地形形態(tài)為W型，其中部及兩端為高地，分布第四系上更新統(tǒng)（Q3）III-IV級(jí)階地、中更新統(tǒng)（Q2）V-VI級(jí)階地堆積物，厚0～10m，以及侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組下段（J31）砂泥巖；河谷區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)寬緩的積水洼地，為第四系全新統(tǒng)（Q41+2al）I-II級(jí)階地堆積物，厚8～30m。從電性特征看，高地形段電阻率相對(duì)較高，低洼段電阻率低，也表現(xiàn)為W型，與地形起伏一致。同時(shí)中部地向低洼段過(guò)渡相對(duì)平緩，電阻率逐漸升高，表明第四系由薄變厚；兩端高地與低洼段地形及電阻率斷面變化均較陡直，反映古河流對(duì)東西側(cè)侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組的切割作用較強(qiáng)。

（2）U型河道特征

半航空瞬變電磁法L1測(cè)線兩端地形相對(duì)較高，中部為相對(duì)寬緩的河道，地形呈U型。電阻率剖面呈現(xiàn)二元結(jié)構(gòu)特征，即電阻率自上而下升高，地層由第四系粘土、富水砂礫層，過(guò)渡為侏羅系砂泥巖地層，電性特征為U型，厚5～28m，與典型的古河道沉積學(xué)結(jié)構(gòu)特征吻合（郭龍鳳等，2018）。

區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與物探推斷的古河道地層結(jié)構(gòu)特征基本一致，但也存在一定的差異，主要原因?yàn)閮煞N工作方法的勘探深度、范圍和精度不同所致。

3 古河道沉積類型及演化

3.1 古河道沉積類型

等值反磁通瞬變電磁法對(duì)于淺表地層探測(cè)具有良好的分辨率（席振銖等，2016），可用于古河道沉積地層研究。研究區(qū)等值反磁通瞬變電磁法測(cè)線與半航空瞬變電磁法L4測(cè)線1100～2100段重疊，測(cè)線長(zhǎng)1000m，點(diǎn)距5m，測(cè)試頻率為2.5Hz，疊加次數(shù)200次，重復(fù)次數(shù)2次，探測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3。等值反磁通瞬變電磁法視電阻率剖面表現(xiàn)為四元電性結(jié)構(gòu)特征，即“低-中-低-高”模式。結(jié)合地質(zhì)調(diào)查、鉆孔及測(cè)井資料，縱向上分析，第一層為地表以下5～13m，電阻率小于30Ω·m，推斷為第四系粘土、亞粘土層；第二層厚3～15m，電阻率中等，一般為200Ω·m，推斷為第四系砂礫層。橫向上分析，受階地堆積物物性影響，第一層、第二層電阻率存在一定差異，這與河流沉積作用具有重要聯(lián)系（圖3（b））。第三層、第四層為侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組砂泥巖地層，電阻率差異主要受巖性和含水性影響。

利用超低本底液體閃爍能譜儀（Quantulus 1220）測(cè)定ZK1號(hào)鉆孔15m砂礫石土年代為18880±140a，與區(qū)域地質(zhì)調(diào)查測(cè)年基本吻合。全新統(tǒng)（Q41+2al）和上更新統(tǒng)（Q3）的自然伽馬曲線自下而上逐漸增大，呈齒化形態(tài)，為間歇性沉積的疊積，屬正粒序模型。結(jié)合自然伽馬測(cè)井響應(yīng)特征、巖性變化特征、測(cè)年等資料分析，研究區(qū)粘土、砂礫層交替發(fā)育，旋回性明顯，第四系中更新統(tǒng)-上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)地層均表現(xiàn)為三個(gè)下粗上細(xì)的河流沉積正韻律，邊灘、天然堤、河道沉積微相中每個(gè)韻律層均具有曲流河典型的二元結(jié)構(gòu)特征。

圖3 研究區(qū)第四系綜合分析圖

（a）OCTEM視電阻率剖面；（b）OCTEM推斷解釋剖面

3.2 古河道沉積演化

古河道演化表現(xiàn)為：早更新世形成V-VI級(jí)階地盆地期，于0.4Ma BP左右發(fā)生截彎事件，古河道在0.36±0.03Ma～0.38±0.04Ma BP之間形成（江華軍等，2013a，2014）；受印支運(yùn)動(dòng)以來(lái)緩慢構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，剝蝕丘陵頂面不斷抬升，繼而逐漸形成現(xiàn)今古河道地貌。

4 結(jié)論

（1）首次采用半航空瞬變電磁法，對(duì)南充市石梁鄉(xiāng)嘉陵江古河道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了空間探測(cè)，研究了古河道的沉積演化特征。

（2）半航空瞬變電磁法探測(cè)表明，研究區(qū)古河道屬典型河流相沉積，有W型和U型兩種結(jié)構(gòu)。

（3）古河道各時(shí)期表現(xiàn)為下粗上細(xì)河流沉積正韻律模式。

陳正新，曹雪晴，黃海燕，等．2009．青島近海古河道斷面特征與古地理變遷關(guān)系研究[J]．沉積學(xué)報(bào)，27（1）:104-110．

苗巧銀，張平，潘明寶，等．2019．江蘇省新近紀(jì)沉積環(huán)境演化特征與長(zhǎng)江古河道變遷探討[J]．上海國(guó)土資源，40（3）：59-66．

王海峰，楊劍萍，龐效林，等．2016．魯北平原晚第四紀(jì)地層結(jié)構(gòu)及沉積演化[J]．沉積學(xué)報(bào)，34（1）：90-101．

周青碩，張緒教，葉培盛，等．2017．河套地區(qū)全新世黃河古河道的分布及期次劃分[J]．地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，23（3）：339-347．

郭龍鳳，黃少文，李亮亮，等．2018．綜合物探方法在古河道型地下水庫(kù)工程建設(shè)中的應(yīng)用研究[J]．地球物理學(xué)進(jìn)展，33（3）：1205-1212．

李平，李培英，杜軍．2013．基于淺地層剖面探測(cè)的近代黃河尾閭流路變遷研究初探[J]．地球物理學(xué)進(jìn)展，28（6）：3293-3298．

張賡，庹先國(guó)，葛寶，等．2011．地震映像法在古河道探測(cè)中的應(yīng)用[J]．成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），38（1）：38-41．

杜成亮，甘伏平，張遠(yuǎn)海，等．2018．地球物理方法探索隱伏巖溶古河道：以湖南郴州萬(wàn)華巖為例[J]．中國(guó)巖溶，37（4）：624-631．

張斌，艾南山，黃正文，等．2007．中國(guó)嘉陵江河曲的形態(tài)與成因[J]．科學(xué)通報(bào)，52（22），2671-2682．

江華軍，李長(zhǎng)安，張玉芬，等．2013．嘉陵江古河河曲特征[J]．地球科學(xué)—中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，38（2）：417-422．

江華軍，李長(zhǎng)安，張玉芬，等．2013．嘉陵江古河曲發(fā)育的古地理環(huán)境重建[J]．中國(guó)地質(zhì)，40（2）：460-467．

王緒本，張塞民，高嵩，等．2019．無(wú)人機(jī)半航空瞬變電磁探測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用[R]．2019年中國(guó)地球科學(xué)聯(lián)合學(xué)術(shù)年會(huì)，1546-1548．

張瑩瑩，李貅．2017．地空瞬變電磁法研究進(jìn)展[J]．地球物理學(xué)進(jìn)展，32(4):1735-1741．

李論，王緒本，涂君．2017．基于RobustM估計(jì)算法的半航空瞬變電磁信號(hào)疊加方法研究[R]．2017年中國(guó)地球科學(xué)聯(lián)合學(xué)術(shù)年會(huì)，1139-1141．

Ito H, Kaieda H, Mogi T, et al. 2014． Grounded electrical-source airborne transient electromagnetics (GREATEM) survey of Aso Volcano, Japan [J]. Exploration Geophysics, 45(1): 43–48.

Allah S A, Mogi T, Ito H, et al. 2013．Three-dimensional resistivity characterization of a coastal area: Application of Grounded Electrical-Source Airborne Transient Electromagnetic (GREATEM) survey data from Kujukuri Beach, Japan [J]. Journal of Applied Geophysics, 99: 1-11.

毛立峰，王緒本，李文杰．2011. 飛行高度同時(shí)反演的固定翼航空瞬變電磁一維反演[J]．地球物理學(xué)報(bào)，54(8):2136-2147．

王仕興，易國(guó)財(cái)，王緒本，等．2021. 基于分段二分搜索算法的半航空瞬變電磁電導(dǎo)率深度快速成像方法研究[J]．地球物理學(xué)進(jìn)展，36(03)：1317-1324．

謝小國(guó)，魏良帥，王緒本，等．2021．半航空瞬變電磁法在古河道結(jié)構(gòu)探測(cè)中的應(yīng)用[J]．地球物理學(xué)進(jìn)展，36(04)：1734-1742．

席振銖，龍霞，周勝，等．2016．基于等值反磁通原理的淺層瞬變電磁法[J]．地球物理學(xué)報(bào)，59(09)：3428-3435．

江華軍，李長(zhǎng)安，張玉芬，等．2014．嘉陵江曲流型疊置河谷成因?qū)^(qū)域地質(zhì)環(huán)境的響應(yīng)[J]． 地球科學(xué)—中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，39(11)：1566-1564．

Structure Exploration and Sedimentary Evolution of the Jialing River’s Old Channelsin ShiliangVillage, Nanchong City

XIE Xiao-guo1,3WEI Liang-shuai2WANG Xu-ben4TAO Jun-li1,3SHU Qing-feng2TIAN Ying- chuan1,3LUO Bing1,3

(1-Sichuan Hua Di Building Engineering Co. Ltd,Chengdu,610081; 2-Institute of exploration technology, Chinese Academy of Geological Sciences, Chengdu, 611734；3-Chengdu center of hydrogeology and engineering geology of Sichuan provincial geology and mineral resources bureau,Chengdu, 610081;4-Chengdu University of Technology, Chengdu, 610059)

In order to study the structural characteristics and sedimentary evolution of the Jialing River’s old channels, the semi-airborne transient electromagnetic method was used for the first time to probe the Jialing River’s old channels in ShiliangVillage in Nanchong city, and quickly obtained the Quaternary loose accumulation layer "low-high" mode two elementary electrical structure and three-dimensional spatial structure model. Combined with geological survey, drilling, logging and other data to calibrate and analyze the electrical profileshowthat the ancient channel stratigraphic structure mainly has W-shaped and U-shaped forms, and the loose accumulation layer in the middle of the channel. The average thickness is 20m, and both ends become thinner to an average of 5m, which is consistent with reality. Combined with the comprehensive analysis of equivalent inverse magnetic flux transient electromagnetic method, drilling, natural gamma logging, dating, etc., the ancient channel sedimentary cycle in the study area is obvious, and the accumulation layers of each terrace have the binarystructure characteristics of typical meandering river facies. The evolution of the channel began in the Early Pleistocene, was bent in the Middle Pleistocene, and with the uplift of the crust, the current ancient channel was gradually formed. Comprehensive use of geophysical prospecting, geological survey, drilling, testing and other methods is helpful to the study of ancient channel structure and sedimentary evolution.

old channels;semi-airborne TEM;stratigraphic structure;sedimentary evolution;Jialing river

P631

A

1006-0995（2022）03-0677-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.026

2021-10-29

四川省科學(xué)技術(shù)廳2020年省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2020ZHCG0023），中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局嘉陵江流域水文地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：DD20190325）聯(lián)合資助

謝小國(guó)（1992— ），男，四川成都人，工程碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事地球物理勘探與地質(zhì)結(jié)合及相關(guān)研究工作

魏良帥（1979— ），男，滿族，四川成都人，高級(jí)工程師，主要從事工程地質(zhì)勘查、水文地質(zhì)調(diào)查及研究工作