利用重磁電研究寧鎮山脈與句容盆地結合部地質結構

韓紅慶，阮娟，殷梅，崔健，岑超

（1.江蘇華東八一四地球物理勘查有限公司， 江蘇南京 210007； 2.江蘇省地質局， 江蘇南京 210007）

江蘇南京、鎮江、句容一帶，以湯山-東昌街隱伏深大斷裂為界，北為寧鎮斷凸形成的寧鎮山脈，南為句容凹陷組成的句容盆地［1-2］。本文研究區位于寧鎮斷凸與句容凹陷的盆山結合部，地質構造復雜，前人根據地質資料和鉆井資料推測湯山-東昌街斷裂為南傾正斷層，但未實施專題物探工作探測其深部展布，且對斷裂兩側的深部地質信息認識不甚清楚。為解決上述地質問題，在研究區實施了2條音頻大地電磁法（AMT）測線，基于AMT反演視電阻率深度剖面，并結合重力、磁力資料，研究了寧鎮地區盆山結合部地層、構造、巖漿巖展布，揭示了深部地質信息。

1 地質背景

寧鎮山脈大地構造背景復雜，中生代印支期以強烈的擠壓褶皺和斷裂活動為主，于沉積蓋層中形成了一系列近東西向平行的復式褶皺，組成“三背兩向”的基本格架；燕山期以近南北向擠壓作用下的斷裂-斷塊活動為主，繼承、加劇了原有的構造變動［1-2］。本文研究區北側為“三背兩向”褶皺構造中最南側的青龍山-湯山復式背斜（圖1）。

句容沖斷凹陷印支面構造面貌清楚，總體為“兩凹夾一隆”，呈南北向展布，北部大卓湖熟凹陷和南部春城后白墅凹陷，夾中部句容葛村凸起［3-4］。句容盆地的油氣勘探工作主要集中在句容葛村凸起帶上［3-4］，位于本文研究區南側的大卓湖熟凹陷因白堊系蓋層厚度巨大（圖1），對其深部地質資料的了解甚少。

圖1 研究區地質圖

寧鎮山脈與句容盆地的邊界斷裂湯山-東昌街深大斷裂為正斷層，走向NE-SW至EW向，傾向朝南，斷距大，前人推測深部應存在上盤中生代地層與下盤古生代地層接觸的現象［1-2］。

2 方法原理及數據采集處理

2.1 AMT方法原理

音頻大地電磁（AMT）法，是在傳統的大地電磁（MT）法理論的基礎上發展起來的，通過在地面布設觀測臺站接收天然電磁場信號經過地下地質體耦合后的電、磁場信息，并研究原始時間序列的變化，反演得到地下電性結構。AMT方法的場源是以天然雷電所產生的電磁波為主，當電磁波垂直入射到地下，并以平面波形式向外傳播的過程中，會與地下介質發生電磁感應，根據趨膚效應，高頻的電磁波在介質中的穿透深度較淺，低頻的電磁波穿透深度較深。由于AMT方法使用的是天然場源，具有不受高電阻層屏蔽影響的特點，并且工作簡單、設備輕便，目前在地質勘查領域應用非常廣泛［5-8］。

2.2 數據采集處理

本文基于江蘇省頁巖氣資源調查與評價項目開展頁巖氣參數井井位論證時在該地區實施的音頻大地電磁法（AMT）測線2條，測點102個。AMT數據野外采集使用的儀器是加拿大鳳凰地球物理公司生產研制的MTU-5A型大地電磁儀，測點點距約200m，采集2個電場分量（Ex、Ey）和2個磁場分量（Hx、Hy），電極布設方式為“十”字型（圖2），采集時長均超過1.5小時，觀測過程中采用儀器自帶的GPS進行同步，電道不極化罐由RTK定位，保證了極距的準確性。

圖2 AMT野外采集裝置示意圖

對獲得的AMT原始時間序列采用V5-2000系統自帶的SSMT2000軟件進行快速傅里葉變換得到頻率域阻抗數據，并通過Robust估計、人工挑選功率譜等處理手段，獲得了質量較高的數據。測點的頻率范圍為0.35HZ～320HZ，視電阻率和阻抗相位曲線可以很好的反映地下介質的電性分布特征，如構造特征、電性分層等（圖3）。

圖3 AMT不同測線不同測點XY和YX支視電阻率和相位曲線

在數據反演過程中，首先進行了維度分析，確定了選擇二維反演方法，之后開展了構造走向分析，確定了電性主軸的方向，并將XY、YX方向的視電阻率和相位旋轉到TE、TM方向，最終采用GMES3DI軟件反演得到深度-視電阻率剖面，反演模式選擇TE和TM聯合反演，迭代次數設置為12次，最終迭代收斂時的RMS分別為3.72和4.69，說明此次反演結果可靠性較高。

3 AMT綜合地質解釋

3.1 AMT1線

AMT1線綜合地質解釋成果（圖4）顯示，約126點處往深部為明顯高低阻梯度帶，且重力梯度為極值點，為湯山-東昌街斷裂的反映。AMT1剖面顯示湯山-東昌街斷裂淺部傾角約65°，深部傾角增大至約70°，傾向南。

圖4 AMT1線綜合解釋剖面圖

湯山-東昌街斷裂北側為寧鎮山脈（寧鎮斷凸）南部的青龍山-湯山復式背斜局部，可分為三個局部構造單元：①北為石英閃長斑巖巖體，對應極高電阻和明顯的高磁力化極異常；②中部為寒武-奧陶系碳酸鹽巖對應的高阻與志留系砂泥巖對應的低阻組成的雙層結構；③南部為寒武系-奧陶系高阻與白堊系砂泥巖低阻組成的雙層結構。中部與南部以F1南傾正斷層分界，F1斷層對應漏斗狀電性異常及重力梯度極值。

湯山-東昌街斷裂南側為句容盆地（句容凹陷）北部的大卓湖熟凹陷局部，白堊系低阻與二疊-三疊系碳酸鹽巖對應的高阻電性結構清晰，地層傾向北，靠近湯山-東昌街斷裂處的白堊系厚度推測超過3000m，南側白堊系厚度約1000m，下伏二疊-三疊系?？拷鼫?東昌街斷裂的斷層上盤為凹陷中心，對應重力上演5km剩余的極小值。

3.2 AMT2線

AMT2線綜合地質解釋成果（圖5）顯示，約136點處往深部為高低阻梯度帶，同時重力梯度為明顯的極大值，為湯山-東昌街斷裂的反映。AMT2剖面顯示湯山-東昌街斷裂傾角約55°，傾向南。

圖5 AMT2線綜合解釋剖面圖

湯山-東昌街斷裂北側為寧鎮山脈（寧鎮斷凸）南部的青龍山-湯山復式背斜局部，分為兩個局部構造單元：①北部低阻對應志留系砂泥巖；②南部約139點東側約1km處前人實施ZK1井（圖1），井深1500m，鉆遇K1y、K1s、O1h，與AMT2電性結構吻合，結合物探資料與鉆孔資料推測南部為奧陶系紅花園組（O1h）碳酸鹽巖對應的高阻與推測含水的白堊系楊沖組（K1y）、上黨組（K1s）流紋巖、集塊巖、安山巖等對應的中低阻組成的雙層結構，沿F3斷層逆沖于北部志留系砂泥巖之上。

湯山-東昌街斷裂南側為句容盆地（句容凹陷）北部的大卓湖熟凹陷局部，推測地層傾向北，自淺至深分別為白堊系浦口組（K2p）砂礫巖（低阻）；赤山組（K2c）火山-沉積巖系（低阻）；白堊系楊沖組（K1y）、上黨組（K1s）流紋巖、安山巖等（中低阻）；侏羅系碎屑巖、安山巖等（中高阻）、二疊-三疊系碳酸鹽巖（高阻）?？拷鼫?東昌街斷裂處的白堊系厚度超過4000m，為盆地最深位置，對應重力上演5km剩余極小值，南部白堊系底界埋深約1000m，剖面最南端高低阻梯度帶推測對應正斷層F2。剖面南側約700m處前人實施GZ1井（圖1），井深3000m，鉆遇K、J、T、P地層，GZ1井鉆遇地層與AMT剖面推測的地層吻合。

5 結論

（1）湯山-東昌街斷裂為寧鎮山脈與句容盆地的邊界斷層，為隱伏正斷層，地表為白堊系地層覆蓋，其南側上盤為句容盆地，北側下盤為寧鎮山脈。音頻大地電磁法（AMT）成果顯示其平面位置位于AMT1線約126點和AMT2線約136點處，傾向南，傾角55°～65°，斷層上下盤白堊系與古生界直接接觸，斷距超過2500m。

（2）AMT成果清晰地揭示了寧鎮山脈（寧鎮斷凸）南部的青龍山-湯山復式背斜局部，與句容盆地（句容凹陷）北部的大卓湖熟凹陷局部的深部構造格局，說明AMT結合重磁資料對識別盆山結合部深部地質結構具有較好的效果。

（3）句容盆地北側靠近湯山-東昌街斷裂處，白堊系厚度超過3000m，不適宜開展油氣勘探工作，應選擇離湯山-東昌街斷裂有一定距離的大卓湖熟凹陷中的局部隆起上開展工作。