综合物探方法在松辽盆地外围三维地质调查中的应用

丁秋红，赵维俊，李晓海，高 铁，贾立国，王 杰，姚玉来，李文博

中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳110034

综合物探方法在松辽盆地外围三维地质调查中的应用

丁秋红，赵维俊，李晓海，高 铁，贾立国，王 杰，姚玉来，李文博

中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳110034

在松辽盆地外围三维地质调查中，通过采用重、磁、电剖面探测方法对火山岩覆盖区的扎鲁特盆地进行了深部探测，获得高精度测量数据.结合地质、地震、钻探及岩石物性测试结果，对研究区深部地质体进行了综合解释.围绕油气资源调查目的层二叠系林西组，开展了密度、磁性、电性特征研究，对二叠系林西组界面起伏进行半定量、定量描述，有效刻画了目的层的空间展布，为油气资源勘查评价提供了必要的基础资料.

三维地质调查；综合物探；扎鲁特盆地；林西组

0 引言

内蒙古扎鲁特旗地区作为含油气盆地三维地质调查的试点地区之一，也是松辽盆地外围上古生界油气新区、新层系重点调查研究的地区［1-4］.本区地质条件具有其特殊性，在大地构造位置上属于盆山结合部位，为火山岩覆盖区.通过采用重、磁、电、地震剖面探测方法获得高精度测量数据，结合地质、钻探及岩石物性测试结果进行综合解释，对查明目标地质体界面的埋深、分布范围和厚度，断裂的平面展布状况和深部发育情况，隐伏岩体的分布状况等具有较好效果.在该地区围绕油气资源调查目的层林西组［5-6］，开展了密度、磁性、电性特征研究，对二叠系界面起伏进行半定量、定量描述，有效刻画了林西组的空间展布，为油气资源勘查评价提供了重要的基础资料.

1 地质背景

工作区古生代地层属华北地层大区内蒙古草原地层区锡林浩特－磐石地层分区，晚古生代总体处于亚洲洋残余海盆构造演化区域，北部毗邻西伯利亚古板块增生带南缘，南侧位于华北板块面向古亚洲洋增生带的北缘；中、新生代地层属滨太平洋地层区大兴安岭－燕山地层分区乌兰浩特－赤峰地层小区，中生代位于松辽盆地与天山－兴蒙造山带的交接部位.工作区内地层较为发育，从石炭系至第四系均有分布.区内火山岩浆作用强烈，火山岩分布广泛.古生代火山岩以海相溢流相安山岩为主.中生代陆相火山岩浆活动强烈，形成了颇具特色的陆相火山岩建造.从空间上看，古生代火山岩受不同的岩石地层单元出露的影响，分布不连续.中生代火山岩受北东向断裂构造控制，呈条带状展布.侵入岩以燕山期花岗岩为主.构造主要发育有褶皱构造和断裂构造，褶皱构造主要发育在晚古生代构造层中，而脆性断裂构造主要发育在中生代构造层中，一些区域性大的断裂构造大多具有多期活动的特征，NE和NW向构造是研究区构造格架的主体（图1）.

图1 研究区地质构造略图及物探测线位置图Fig．1 Geological and structural map of the study area with location of geophysical survey lines1—第四系（Quaternary）；2—梅勒图组（Mailetu fm．）；3—白音高老组（Baiyingaolao fm．）；4—玛尼吐组（Manitu fm．）；5—满克头鄂博组（Maketouebo fm．）；6—新民组（Xinmin fm．）；7—红旗组（Hongqi fm．）；8—林西组（Linxi fm．）；9—哲斯组（Zesi fm．）；10—大石寨组（Dashizai fm．）；11—寿山沟组（Shoushangou fm．）；12—本巴图组（Benbatu fm．）13—花岗斑岩（granite porphyry）；14—断层及推测断层（fault and inferred fault）；15—城镇（town）；16—物探测线位置及编号（geophysical survey line and code）

区内岩石地层发育特征：上泥盆统—下石炭统以陆相碎屑岩建造为主，局部夹火山岩碎屑岩.上石炭统以海相碳酸盐岩建造为主，局部夹火山岩碎屑岩.二叠系早期为一套海相、滨海相碎屑岩；中期主要为海相火山岩和火山碎屑岩；晚期多为陆相碎屑岩，发育巨厚的砂泥质建造.侏罗系早期为河湖相含煤陆源碎屑岩建造；中晚期为中酸性火山岩建造，构成大兴安岭火山岩建造的主体.白垩系为陆相中基性、中酸性火山岩及碎屑岩建造.其中，上二叠统林西组为河湖相陆源碎屑岩建造，含有巨厚的暗色泥岩，是本次探测与研究的目标层.

2 地球物理特征

2．1 测线部署

为了调查研究区深部地质体分布情况，在重要的构造部位和重要的地质体单元出露部位，布设NW和NE向两个方向的地质－综合物探剖面，剖面线间距10～20 km不等.在NW向剖面上，部署了重、磁、大地电磁测深综合地球物理测量，重磁测量点距为500 m，大地电磁测深点距1000 m，重磁电剖面布置在同一测线上，在W4线布置了二维人工反射地震60 km（图1）.

根据岩石物性测试结果（表1、2），综合前人资料对比分析［7］，总结出不同地质体的物性特征.

2．2 电阻率特征

中生界：以火山岩为主，局部含陆相火山碎屑岩和碎屑岩，在古生界出露的隆起区普遍缺失，为中阻电性层，平均电阻率为1 440 Ωm.在侏罗系底部红旗组、万宝组因夹有煤系地层呈低阻特征，电阻率为338～920 Ωm，因而红旗组、万宝组中的煤系地层可作为该测区电性标志层.

古生界上二叠统林西组：砂岩、粉砂岩、泥岩，中等电性层，除砂岩外，电阻率在200 Ωm左右，砂岩电阻率在1 900 Ωm左右.

古生界中、下二叠统：砂岩、粉砂岩夹泥岩，局部含海相火山岩和火山碎屑岩，次高阻层，电阻率为600～4 100 Ωm.

古生界石炭系：灰岩为主，高阻层，电阻率6400 Ωm.

侵入岩：石英斑岩高阻体，电阻率大于4 900 Ωm；花岗闪长岩、闪长岩等低阻体，电阻率500～600 Ωm.

古生界地层以中、高阻为特征，存在局部的低阻异常，如二叠系林西组的泥岩呈低阻特征，如果赋存条件合适，可作为本区的一个电性标志层［8］.从岩石电阻率测试结果来看，一般沉积地层电阻率都较低，灰岩类和侵入岩类电阻率值较高.

2．3 密度特征

白垩系地层算术平均密度为2．586 g/cm3.侏罗系地层算术平均密度达2．554 g/cm3.古生界地层平均密度为2．700 g/cm3，与上覆侏罗系地层密度相差0．146 g/cm3，构成盆地内一个密度界面.碳酸盐岩的密度较高，一般为2．72 g/cm3.花岗岩类密度一般为2．55～2．58 g/cm3.闪长花岗岩类一般为2．68 g/cm3，石英闪长岩一般为2．75 g/cm3.从分析中可以看出，重力低一般与中生界地层、酸性侵入岩的分布有关.

2．4 磁性特征

白垩系安山岩、流纹岩、酸性多斑熔岩具有高磁化率和高剩磁强度.侏罗系地层为一套火山岩地层，安山岩、安山玢岩、流纹岩等磁性较强，并具有较强的剩磁特征，其次为凝灰岩，呈中等磁性.古生界二叠系的安山岩的磁化率和剩磁都不高.

大多数沉积地层为无磁性或弱磁性.闪长斑岩、石英斑岩、花岗斑岩、花岗闪长岩磁性较强，与侏罗系地层的安山岩、流纹岩构成盆地内的主要磁源体.而花岗岩呈弱磁性.

3 重磁电震资料综合解释

本次研究是将重、磁、电、震物探资料以及地质资料和钻孔资料有机地结合在一起，进行综合推断解释［9-13］.总体上，垂向分层以MT二维反演资料为主，参考重力剖面和磁异常分布趋势.断裂及构造的推断，主要依据重、磁和MT剖面异常的特征进行综合分析，同时根据地质及物性差异划分出岩体分布范围.地球物理综合解释的思路如下.

（1）地层厚度及埋深的推测：根据地表出露情况及重、磁、电、震解释推测地层厚度，并通过与地震剖面解释比较，相互验证，加强MT纵向分辨能力.

（2）火山机构、岩体的推测：根据地表出露情况，结合通过重磁异常特征，判断地下大块高阻体是火山岩还是侵入岩.根据周围及附近出露的地质体情况推断隐伏岩体岩性.

（3）断裂的推断：根据重、磁、电异常变化，结合地表地质体分布特征，推断断裂.

表1 扎鲁特旗地区岩石地层物性统计表Table 1 Physical properties of rocks and strata in Jarud Qi area

表2 扎鲁特旗地区侵入岩物性统计表Table 2 Physical properties of intrusive rocks in Jarud Qi area

3．1 剖面重力特征

扎鲁特旗地区5条重力剖面经过各项改正后得到的布格重力异常曲线如图2，剖面右端指向SE.纵观从北向南排列的5条重力剖面，从西北向南东方向重力异常基本上呈线性增大趋势，在线性增大的背景下出现局部重力低和局部重力高.

重力异常不同幅度和范围的起伏，是不同尺度和深度密度体异常的反映.而不同梯度的重力突变带则可能是由断裂或岩体的边界引起的.扎鲁特旗地区重力局部低大多与酸性岩体、第四系覆盖层厚度和中生界地层厚度有关.局部重力高大多与老地层出露有关.

3．2 剖面磁法异常特征

扎鲁特旗地区5条磁法剖面经各项改正后的地磁场ΔT剖面曲线如图3，剖面右端指向SE，与重磁剖面线相同.5条剖面呈NW向布置，与重力剖面重合.5条剖面磁异常总体特征表现为西北高、东南低，在稳定规律的磁异常背景上叠加有高频成分的磁异常，高频异常呈无规律、锯齿状，同时西北端相应的地表见侏罗系上统的火山岩和侵入岩出露，推测西北端为浅层火山岩与浅层强磁性的侵入岩的综合反映.而在5条剖面的负异常段出现比正异常段更多的高频成分的磁异常，推测该段在第四系、白垩系沉积地层的下方存在侵入岩体.综上所述，按线排列由北向南的前4条剖面，在东南端均存在负值场区，表明由北西向东南第四系、白垩系沉积地层由薄变厚，W1线位于西南角为负值场区表明沉积地层薄.5条测线突然出现高负值点或段，认为存在构造影响（图3）.

图2 扎鲁特旗地区5条NW向布格重力剖面图Fig．2 Bouger gravity anomalies on the NW-trending sections in Jarud Qi area

结合重力资料分析，高重低磁相关性好的推测为酸性、中酸性或中性岩体所引起，这些岩体埋藏浅.低重高磁相关性好的推测为侏罗系火山岩所引起，其上局部异常则为火山岩的局部增厚引起.低重低磁相关性好的推测为断陷或凹陷的反映，局部异常则为火山岩引起.高重高磁相关性好的推测为古生界隆起的反映，局部异常则为中酸性侵入岩引起.

图3 扎鲁特旗地区5条NW向地磁异常剖面图Fig．3 Geomagnetic anomaly sections in Jarud Qi area

3．3 剖面电法异常特征

在扎鲁特旗地区，本次工作实测电法剖面10条，收集到的前人资料3条，共计13条大地电磁测深剖面MT二维反演断面图（图4、5）.其中5条剖面呈NW向布置，与重磁剖面重合.

扎鲁特旗地区MT二维反演后电阻率断面（图4、5），在横向上其电性趋势大致可分为两大块：西部浅层低阻异常特征明显，深部电阻率高且厚，局部被高阻或低阻异常所间断；东部总体以低阻异常为特征，局部被高阻、低阻异常所间断.

在纵向上总体结构表现为浅部低阻层、中部中阻层和深部高阻层构成的三元结构.总体可分三大电性层.

（1）浅部低阻层：浅层电阻率低且薄，横向上具一定的连续变化，平面上有一定的范围，平均电阻率为1 440 Ωm，局部低阻电阻率为338～920 Ωm，埋深小于1．5 km，推测为中生界K－J电性层.

（2）中部中阻层：电阻率呈中阻特征，西侧层薄，东侧层厚，东西两侧层厚差异较大.电阻率为1 900～4 100 Ωm，局部存在低阻200～600 Ωm.西侧埋深小于2 km，东侧埋深最深达4 km.推测为古生界电性层.

（3）深部高阻层：集中分布在西侧，电阻率高且厚，局部被高阻或低阻异常所间断，电阻率为6 400 Ωm，推测为古生界C电性层.从高阻顶界面看，剖面西段有一相对断陷存在，推测为浑尼吐断陷.剖面中段嘎达苏断陷也有明显的反映.剖面东段低阻电性层发育，正是松辽盆地中新生界低阻电性发育较厚的反映.

3．4 二维地震剖面

二维地震剖面长63．2 km，与W4线部分重合.二维地震剖面采用可控震源，道间距20 m，偏移距40 m，炮点距40 m，160道接收，最低40次覆盖.二维地震综合解释（图6）如下.

白垩系底界面（T1反射层）：构造形态基本反映了白垩系底界的构造形态，呈中部隆起的构造形态.整个测线西北部埋深相对较浅，向中西部逐渐尖灭；东南部相对较深，最深处达2．2 km左右，向东随着断层逐级抬起直至中部尖灭.整个测线中西部有一段缺失白垩系（约14 km）.

图4 扎鲁特旗地区NW向8条MT二维反演电阻率断面图Fig．4 Two-dimensional invention resistivity on the NW-trending MT sections in Jarud Qi area从上到下分别代表MT剖面W3、W2、T、W6、U、W4、I、W1，剖面右端指向SE

图5 扎鲁特旗地区NE向5条MT二维反演后电阻率断面图Fig．5 Two-dimensional invention resistivity on the NE-trending MT sections in Jarud Qi area从上到下分别代表MT剖面E3、E5、E1、E2、E4，剖面右端指向NE

侏罗系底界面（T2反射层）：构造形态基本反映了侏罗系底界的构造形态，宏观构造也是测线中部隆起的形态.最深处位于测线东部，深度4．8 km左右，整个测线中东部一段约10 km缺失侏罗系.

图6 地震地质剖面Fig．6 Two-dimensional seismic interpretation section

二叠系底界面（T3反射层）：构造形态基本反映了二叠系底界的构造形态.整个测线东南部埋深相对最深，最深处超过6 km，中西部逐渐隆起，到西北部又逐渐下降.由于断层较多，使其构造形态受到一定程度破坏，但总体构造形态不变.

MT二维反演电阻率断面与二维地震解释断面叠加图（图7）上可以看出，地震在沉积区划分很多地层，而MT的电阻率在地震反射层位没有明显的变化.而且地震勘探在沉积区（例如570到670 MT测站）能识别出断层，而MT不能识别.然而MT方法在火山岩或侵入岩附近（例如460测站附近）的断层识别基本与地震方法的识别一致.但是地震方法在MT测站750～802区间，没有识别深部的地质结构，而电阻率能确定.地震道间距20 m明显比MT点距1 km分辨率在横向上高很多.

4 结论

（1）本次在工作区进行的物探方法是以MT方法为主，重力、磁力、地震勘探方法为辅.使用MT方法，主要是纵向分层及识别断裂构造，特别是识别林西组低阻巨厚泥岩层发挥了重要作用.重力勘探辅助MT方法，划分盆地的边界，识别断裂构造，判断隐伏侵入岩体.磁力勘探辅助MT方法，帮助识别断裂构造、火山岩和侵入体等.地震勘探不仅辅助MT方法对纵向分层和断裂构造的识别，更主要的是从纵向上更准确、量化地层厚度.

（2）火山岩覆盖地区的三维地质结构调查，应在充分利用已有的地球物理勘查资料的基础上，进行多方法的分析研究、综合解释.重、磁、电综合物探方法是火山岩覆盖地区三维地质调查的重要工作手段，也是经济有效的工作方法.本次重、磁、电综合方法的运用，解决了一些关键性的地质问题，取得了较好的效果.

图7 MT二维反演电阻率断面与二维地震解释断面叠加图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．编辑：李兰英．

中国地质调查局项目“内蒙古1∶25万扎鲁特旗幅（L51C004001）区调修”（编号1212011120670）和“松辽盆地外围三维地质调查”（编号1212011220242）.

丁秋红（1964—），女，博士，研究员，现从事中生代地层古生物研究及油气基础地质调查工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区黄河北大街280号，E-mail//1109251593@qq.com

1671-1947（2016）06-0575-05

P631；P314.1

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