CSAMT和重力方法在禹州工作区油气基础地质调查中的应用

司法祯，马振波，张 平，李志勋

（1.河南省地质调查院，河南 郑州 450001；2. 河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，河南 郑州 450001；3.河南省地质科学研究所，河南 郑州 450001）

油气资源是关系我国现代化建设全局和国家安全的重要战略资源，直接影响到国民经济的发展水平。2015年中国地质调查局实施了“河南洛阳－济源地区油气基础地质调查”项目，开展了重力和可控源音频大地电磁（CSAMT）测量，厘清了地层展布特征和盆地构造形态。

本文主要介绍在禹州重点工作区采用CSAMT为主，重力为辅的联合探测、综合解释的模式，查明了工作区的构造格架，确定了工作区新生界厚度，圈定了油气有利区。

重力异常是地下由浅到深各类地质体

的物性差异在地面综合叠加的效应，其中包括界面起伏、岩性不均匀、地壳与壳下物质的厚度变化等诸多地质因素在内。实测的重力异常值经过固体潮改正、零点漂移改正、布格改正、正常场改正之后，得到改正后的重力异常值。CSAMT是一种频率域的电磁测深勘探方法，具有勘探深度大，分辨率高，效率高的特点。在探测盆地基底、查明地层结构、划分盆地构造格架等具有较好的效果[1]。由于CSAMT本身具有静态效应、场源效应等因素[2]，造成成果解释的多解性。重力和CSAMT测量相互验证，避免了成果的多解性，达到优势互补的效果。

1 工作区地质及地球物理特征

1.1 工作区地质

工作区位于豫东平原分区濮阳-开封地层小区，主要为第四系和新近系覆盖区。区内钻井较少且钻深一般小于3000m，鲜有地质深钻，工作程度较低，但据目前资料综合分析，区域上主要发育太古界、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系，缺失志留系、泥盆地和下石炭统。

1.2 地球物理特征

工作区地层密度具有从新至老逐渐增大的特征，存在五个密度差异较大的密度层，它们依次为第四系—第三系密度层，其密度为2.25×103kg/m3；中生界—上古生界密度层，其平均密度为2.43×103kg/m3；下古生界密度层，其平均密度为2.65×103kg/m3；震旦系—汝阳群密度层，其平均密度为2.55×103kg/m3；熊耳群—太古界密度层，其平均密度为2.65×103kg/m3，它们之间的密度差分别是0.18×103kg/m3、0.22×103kg/m3、－0.10×103kg/m3、0.10×103kg/m3。

工作区地层电阻率具有从新至老逐渐增大的特征，下古生界的奥陶系和寒武系为高阻层，其值可达数千，新生界电阻率较低。岩矿石电阻率以古生界灰岩、白云岩最高，其值可达数万Ω·m，其次为中生界砂岩、页岩，有数百至上千Ω·m，新生界黄土、砂岩最低一般为几十至数百Ω·m。

以上密度和电阻率特征为重力异常和CSAMT的推断解释提供了地球物理依据。

2 CSAMT工作原理

2.1 CSAMT工作原理

可控源音频大地电磁法（CSAMT）是一种利用接地水平电偶源为信号源的一种频率域电磁测深法。以电磁波在均匀半空间介质中的传播理论和麦克斯韦方程组为基础，通过观测发射源在远区中的波区的水平电场分量Ex和垂直磁场分量Hy的比值来计算卡尼亚电阻率（视电阻率）。其公式如下：

式（1）中：ƒ—电磁波频率，Ex—水平电场分量，Hy—垂直磁场分量，ρs—卡尼亚电阻率。

根据电磁波的趋肤效应理论，电磁波在均匀介质和非均匀介质的有效探测深度可表示为：

式（2）中：H—有效探测深度，ρ—地表电阻率，ƒ—电磁波频率。

当地表电阻率一定时，可以看出有效探测深度与供电频率成反比，高频时，探测深度越浅；低频时，探测深度深。通过改变不同的供电频率，就可以探测到地下不同深度范围内电性体的分布特征[3]。

2.2 重力测量原理

相对重力测量是通过测量两点间的重力差值，逐点由起算点推求联测点重力值的方法和技术。计算公式可以表示为：

式（3）中：GA为重力控制点的重力值，k为起算点至联测点之间的段差数，Δg为起算点至联测点之间的段差值[4]。

相对重力测量时，还受到重力以外其它因素的影响，因此计算时必须进行相应的改正。主要改正以下四项：固体潮改正、零点漂移改正、布格改正、正常场改正，改正后求取重力异常值。

3 数据采集

3.1 测线布置

依据1∶5万区域重力解译成果，在推断的禹州盆地由西向东布置测线6条30°方向的CSAMT与重力测线ZC05～ZC10。测线布置情况见图1。

图1 测线布置图

3.2 工作参数设置

CSAMT采用V8多功能电法工作站，发射极距为1～2km，收发距R在10km～15km左右，供电电流一般3～10A，测量装置为赤道电偶极装置，采用可控源音频大地电磁测深的标量测量方式。

重力工作采用CG-5型相对重力仪，测点读数时间不少于40秒，基点联测时不少于60秒。基、测点观测时，CG-5重力仪两个读数相差不得超过0.005×10-5m/s2。

4 资料解释

本文以盆地中部的ZC07测线为例，进行详细解释。

4.1 ZC07测线CSAMT解译

ZC07测线共测量108个测深点，点距100m，剖面长度10.8km。剖面方向30°。从图2中能观测到电阻率随深度变化的规律，并且能根据各地层电性差异定性地给出高阻层二叠系界面的起伏状况，圈定二叠系界面凹陷区，较准确地给出二叠顶界面起伏沿测线在水平方向上的深度变化情况。

该测线整体反映一个盆地构造，盆地南部边缘为测点14～15北边缘为测点106～108。第四系埋深最大约1500m，在测线31～35点之间位置，地表全部由第四系覆盖。在（测点10～5、106）有两条断裂带存在。受断裂带的影响，本剖面二叠系岩层界面起伏比较大，埋深距地表最浅小于100m，最大可达到1500m。断面图上，依然将28 Ω·m视电阻率线为第四系与下覆二叠系的分界线视电阻率线为；以电阻率突变分析得二叠系与下覆石炭系、寒武系分界线的视电阻率为125Ω·m。依据以上电性参数分析得：第四系厚度100～500m；盆地厚度一般在800～1500m之间；深部寒武系厚度未完全探出。

4.2 ZC07测线重力解译

从ZC07测线重力剖面定量正演计算曲线拟合图（图3）分析，下伏地层主要是二叠－石炭系、寒武－奥陶系、太古界；由图中可以看出，重力低值段主要是太古界相对凹陷，新生界覆盖较厚所致，而重力高值段主要是太古界相对隆起，新生界覆盖较薄引起。由剖面总体可见：距剖面0点（南端）1.5～12km区段内为禹州盆地构造，1.5～12km区段为盆地构造中心。

具体分段分析如下：拟合剖面显示在距剖面0点（南端）0～2.5km区段内，新生界厚度从0m增大到300m，该区段二叠系地层缺失，寒武-奥陶系隆起；从2.5～12km区段内，太古界凹陷，新生界厚度较大，埋深约最深区域可达1500m；从12km～至剖面末尾区段内，太古界逐次级隆起起，新生界厚度逐渐变薄。

4.3 ZC07线CSAMT与重力综合解译

由图2、图3，综合分析下伏地层主要是二叠－石炭系、寒武－奥陶系、震旦系、太古界；由图中可以看出，重力低值段、对应电阻率低主要是太古界相对凹陷，新生界覆盖较厚所致，而重力高值段、对应电阻率高主要是太古界隆起引起，重磁电剖面反映地层情况基本相一致。综合剖面显示显示：在距剖面0点（南端）0～2.5km区段及距离剖面11.5～12.3km区段内，新生界相对较薄，震旦系隆起，引起重力高异常。从2.5～11.5km区段内，为禹州盆地主要盆地区域，太古界凹陷，新生界厚度较大，二叠系、奥陶-寒武系相对下陷，所引起重力异常值低、电阻率值低。综合分析重电反映地层基本一致。

5 结论

（1）CSAMT和重力方法在油气基础地质调查中的应用，结合地质资料，较好地揭示了工作区的盆地构造的展布和覆盖层厚度，依据重力低、电阻率低、新生界覆盖较厚，推断为太古界相对凹陷，圈定出了油气有利区。

（2）CSAMT和重力方法在油气基础地质调查中的作用，表明该方法组合在平原厚覆盖区油气基础地质调查中，具有效果突出、简单快捷的优点。

图2 ZC07测线反演视电阻率断面及解译成果图

图3 ZC07线重力剖面定量正演计算曲线拟合图