利用重磁電綜合應用技術對靜?！S驊地區基巖構造調查研究

李建超 雷清

研究區位于天津市南部平原區和河北省交界處。行政區劃屬天津市靜海區、濱海新區的大港區、西青區，部分隸屬河北省滄區、青縣和黃驊市。研究區主要為洪積沖積平原和海積沖積堆積平原2類二級地貌單元。區內地勢平緩，自西向東稍有傾斜，地面坡降0.2‰~0.3‰。為研究靜海地區的地層、斷裂構造、隱伏巖體特征，完成了重力測量和大地電磁（MT）測試等。研究區已具有豐富的地層和巖石電性、密度、磁性參數等研究成果，從而為大地電磁反演提供了較精準的約束條件。通過重、電、磁綜合應用技術，優化地質－地球物理模型，有效分析、查明靜?！S驊地區基巖構造斷裂、地層分層、基底起伏等地質問題，提高基底和構造特征解譯精度[1-7]，取得較好的地質效果。

1 區域地質背景

1.1 工作布置

研究區布置P01~P03 共3 條剖面，剖面方向與主要構造單元走向垂直，剖面西起天津市靜海區大邱莊鎮上碼頭村，東至南大港濕地，北起天津市團泊洼四分場，南至黃驊市齊家務鄉王御史莊村。

1.2 區域地質概況

研究區屬于華北地層大區晉冀魯豫地層區的燕遼地層分區和華北平原地層分區，缺失上元古界震旦系，以及古生界志留系與泥盆系。由老至新發育有太古界結晶基底、中新元古界、古生界寒武系-中奧陶統、上石炭統-早三疊統、中生界中侏羅統-下白堊統和新生界。南部平原區地表均為第四系，基巖地層被不同的新生代地層覆蓋（本區將新生界以下的地層統稱為基巖，基巖之上的新生界為蓋層），平原區廣泛發育第四系和巨厚的新近系和古近系。研究區地層結構較為復雜。在測區內的不同區段，地層結構差異較大。沉積地層分布不連續，不同地區厚度變化較大，古近系、中生界只分布于研究區的凹陷區及圍斜區段。

1.3 研究區內構造發育情況

研究區大地構造位于華北斷坳內，橫跨滄縣隆起和黃驊坳陷2個Ⅲ級構造單元，其中：滄縣隆起構造單元中涉及到雙窯凸起（Ⅳ5）、白塘口凹陷（Ⅳ6）和小韓莊凸起（Ⅳ7）等3個Ⅳ級構造單元；黃驊凹陷之板橋凹陷（Ⅳ14），港西凸起（Ⅳ15），歧口凹陷（Ⅳ16）?；椎貙酉菩甭∑疠^為劇烈，厚度變化大，斷裂構造較發育，以北東向、東西向、北西向正斷層為主，在斷裂較為發育地段，斷距較大的一些斷層造成地層大幅抬升或陷落[8－13]。研究區構造背景較復雜、穩定性較差。如圖1所示。

圖1 工作布置及區域地質概況

2 區域地球物理特征

2.1 深部地球物理場特征

研究區包括沉積巖殼、花崗巖殼和玄武巖殼：沉積巖殼自西—西北部山區向平原區厚度略有增加，一般厚度為8~10 ㎞，巖石密度ρ=2.10~2.60 g/cm3?；◢弾r殼介于沉積巖殼-康氏界面之間，厚度自西北部山區向平原區變?。ㄈ鐖D2所示），底界面(康氏界面)山區為21~23 km，平原區為16~19 km，巖石密度ρ=2.70 g/cm3。玄武巖殼自康氏面至莫霍面為玄武巖殼，厚度自山區到平原區漸薄，底界(莫氏面)深度山區為41~44 km，平原區為31~37 km，巖石密度ρ=3.10 g/cm3。

圖2 地殼結構模型示意圖

本次研究深度全部在康氏界面以上，地殼結構模型示意圖如圖2所示。

2.2 磁力場特征

分析圖3航磁ΔT異常平面圖可知，研究區航磁ΔT異?？傮w呈北西高、南東低的特征，磁力場值ΔT=-110~150 nT。北西部高磁異常表明磁性基底的埋深較淺，符合隆起區的磁場特征，系滄縣隆起的反映；南東基底地層的磁性較弱，即蓋層厚度較大，系黃驊坳陷空間的展布特征。此外，收集了本區及鄰區的磁性標本測量成果，結果表明，磁性基底下元古界片麻巖類，具有較強磁性，磁化率（SI）一般為1 000×10-5~3 000×10-5，而中、新元古界及上覆沉積地層為弱磁性或無磁性。

圖3 研究區航磁ΔT異常平面圖

2.3 重力場特征

分析圖4布格異常平面圖可知，布格重力場值由北西向至南東向呈逐漸變低趨勢，與滄縣隆起、黃驊坳陷兩大構造單元及其內部次級單元的構造特征基本吻合。北西大面積布格高重力場值區布格值為（0~12）×10-5m/s2，對應了滄縣隆起；南東進入布格重力低值區，布格值為（-25~0）×10-5m/s2，對應黃驊凹陷內部的板橋凹陷區，該區布格重力高、低起伏則是港西凸起和岐口凹陷的反映。

圖4 研究區布格異常平面圖

此外，表1按密度差異劃分為4個密度層，即新生界第四系和新近系、新生界古近系、中生界、古生界。

表1 研究區地層電性資料統計成果表

2.4 電性特征

分析表1地層電性統計成果可知，研究區松散的新生界、凹陷區的中生界呈低電阻率特征、電阻率多小于15 Ω·m，古生界和元古界呈中高電阻率—高電阻率的特征、電阻率多大于40 Ω·m。

3 反演成果解譯

以P02剖面為例。該剖面方位角為129°，剖面長54 km，布設在滄縣隆起、黃驊坳陷兩大構造單元之上。綜合應用技術成果如圖5所示。

圖5 P02剖面重磁電綜合應用技術綜合地質解釋成果

3.1 斷裂及構造

圖5（a）重力布格曲線，揭示重力布格值存在顯著的高、低變化，這是深部構造分區特征的反映；圖5（b）重磁一階方向導數曲線，揭示航磁ΔT異常呈北西向高東南向低的磁異常特征，反映了磁性基底起伏的變化。

圖5（c）大地電磁二維反演電阻率等值線圖，揭示可按二元電性結構分析，即中新生界蓋層與前古生界之上下構成二元電性結構；4 000 m以上的橫向電性分區明顯，由北西向南東為高阻區—低阻區—相對高阻區—低阻區—相對高阻區共5個電性特征區，反映了區內坳隆相間分布的整體構造格架；以里程18 km 為界，可將電阻率等值剖面劃分為高、低阻2個單元，與重磁曲線的拐點一致，斷裂傾向南東，切割深度較大，系斷層F2的反應，即北東走向的區域主控斷裂—滄東斷裂的反映，是Ⅱ級構造單元滄縣隆起、黃驊坳陷發育的證據。

圖5（a）重力布格曲線、圖5（c）大地電磁二維反演電阻率等值線圖大致在4 km相應參數有小幅梯度變化，推斷為滄縣隆起內部次級構造控制斷裂，系F1 斷裂帶的反映，該斷裂傾向北西，視傾角約55°，斷裂規模較小，控制了Ⅲ級單元天津東凸起的西邊界。沿剖面類比，依次可推測F3、F4、F5、F6 四條斷裂帶，均為次級斷裂。向南東依次控制“低阻區—相對高阻區—低阻區—相對高阻區”4個電性特征區，對照區域地質資料，位置上對應板橋凹陷、港西凸起和岐口凹陷3個Ⅲ級單元及岐口凹陷受埕寧隆起影響而產生的Ⅳ級單元中央隆起帶。分析推斷成果如圖6所示。

圖6 推斷構造發育成果

3.2 地層分布

結合重磁電成果對剖面穿越地區的地層進行推斷。第四系密度界面完整，表明第四系普遍發育，地層表現出明顯的分區特點。

3.2.1 滄縣隆起單元（天津東凸起）

單元內剖面表現為淺部低阻，深部高阻的二元結構特征，淺部低阻是中新生界蓋層的反映，深部高阻是前古生界基底的反映。從磁性特征上分析，下元古界片麻巖類具有較強磁性，中、新元古界及上覆沉積地層為弱磁性或無磁性，因此高磁異常表明磁性基底的埋深較淺。結合重力剖面推斷成果單元內的重力梯度變化較快，表明了深淺地層密度差異較大，從密度特征上分析，中生界與上古生界密度差異不明顯，而古近系與二者存在明顯的密度差，故重力梯度變化表明該單元內中生界應缺失，古近系直接覆蓋在上古生界上，上古生界頂面埋深約1 000 m。

3.2.2 黃驊坳陷單元

單元內剖面整體仍表現為淺部低阻，深部相對高阻的二元結構特征，淺部巨厚的低阻層和深部相對高阻層形態完整、層狀特征明顯。結合重力剖面推斷重力較低較平緩，可推斷坳陷內的中新生界蓋層厚度較大，局部超過3 500 m。

（1）板橋凹陷內部由淺至深電阻率呈均勻變化趨勢，均勻變化的電阻率反映了凹陷內地層保存較完整，從第四系至下古生界地層厚度不一；重力布格值低且平緩，推斷坳陷內的中新生界蓋層厚度較大。綜合推測新近系厚度1 500~2 000 m，古近系埋深約2 500 m，厚度超過1 000 m，中生界及上古生界厚度較小，分別約為500 m和700 m，下古生界埋深約4 200 m。

（2）港西凸起內部大部缺失中生界，僅在單元東段局部保存少量中生界。同時結合港西凸起由北東向南西寬度逐步變小、深度加大的規律，新近系底界埋深約1 500 m，古近系厚度約1 000 m，缺失中生界及上古生界，上古生界基底埋深約4 000 m。

（3）岐口凹陷內新近系厚度1 500~2 000 m，古近系埋深約2 500 m，厚度超過1 000 m，中生界及上古生界厚度較小，分別約為500、700 m，下古生界埋深約4 200 m。岐口凹陷內部受埕寧隆起作用形成的中央隆起帶隆起上缺失中生界，古近系直接覆蓋于下古生界上，此外下古生界的頂界埋深由4 000 m減小至約3 500 m。

綜合成果顯示，天津東凸起上缺失中生界及上古生界，港西凸起缺失中生界，岐口凹陷局部缺失中生界，其他構造單元內地層保存基本完整。

4 結 語

綜合區內物性、鉆孔資料，利用重、磁、電聯合解譯的方法進行了地質解譯。按介質物性差異劃分了第四系(Q)、新近系(N)、古近系(E)、中生界(Mz)、上古生界(Pz2)及下古生界(Pz1)共6套地層的埋深、厚度及缺失情況，劃分了F2（滄東斷裂）、F3、F4(港西凸起的兩側邊界控制斷裂)等8條隱伏斷裂，斷裂構造格架以北東向為主，南北向為輔，它控制了研究區域構造單元的基本格架。其中F2滄東斷裂具有斷裂帶特征，切割深度超過10 km。

本次綜合應用技術取得的地質成果提高了研究區內各構造單元、地層及斷裂研究程度，推斷的地層厚度、斷裂走向及規模為國土資源功能區劃、地質環境保護及城鄉規劃等提供基礎資料。通過本次勘測的實施，表明深部勘測利用重磁電綜合應用技術來研究深部物性結構，結合其他地質情況、物性參數及鉆探資料進行地層、斷裂構造的劃分及基底特征的研究，是一種經濟、快捷、有效的工作方法。