广域电磁法在扬子板块南部垭紫罗裂陷槽深部构造研究中的应用

詹少全， 杨 伟， 苑 坤， 李爱勇， 王导丽，王 慧， 林 拓， 王 超

(1.江苏省有色金属华东地质勘查局八一四队，江苏 镇江 212005；2.中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100083；3.中国地质大学(北京)，北京 100083)

垭紫罗裂陷槽是扬子板块南部重要的北西向构造带，长约400 km、宽为10～80 km，分隔了两侧的黔西北坳陷、黔中隆起、黔南坳陷与滇东北冲断褶皱区、黔西南坳陷、南盘江坳陷等(图1)。该裂陷槽为一个从泥盆系开始发育的狭长海槽，自北西向南东延，裂陷槽中心台盆相沉积区发育石炭系打屋坝组富有机质页岩，具有页岩沉积厚度大、有机质丰度高、热演化成熟度适中等特点，有较大的页岩气勘探潜力(汪新伟等，2013；李治等，2017)。前人对垭紫罗裂陷槽的构造展布和页岩的地球化学指标进行了初步研究，并通过钻井证实下石炭统打屋坝组存在海相页岩气(陈相霖等，2021；王尚彦等，2006；苑坤等，2017，2018)。但由于受勘探程度的限制，前人研究成果主要是基于地表露头或少量地球物理及钻孔资料的认识，缺乏系统工程的控制。笔者在收集本区已有重、磁、电、地震和钻井资料的基础上，通过广域电磁法勘探(图2)，系统研究垭紫罗裂陷槽的深部结构、断裂系统及构造格局等。

图1 研究区构造位置图Fig.1 Structural location map of the study area1.深断层;2.一般断层;3.走滑断层;4.背斜;5.基底岩性；6.地名;7.研究区范围

图2 垭紫罗裂陷槽广域电磁法部署图Fig.2 Deployment diagram of wide field electromagnetic method in Yaziluo rift trough1.第四系;2.新田沟组;3.自流井组;4.二桥组;5.边阳组；6.百逢组;7.嘉陵江组;8.领好组;9.南丹-四大寨组;10.大埔组;11.黄龙-马平组;12.南丹组;13.望城坡-尧梭组;14.牛蹄塘组;15.娄山关组;16.澄江组;17.灯影组;18.二叠纪辉绿岩;19.志留纪偏碱性超基性岩;20.电法测线;21.钻井

1 地质概况

1.1 地层

垭紫罗裂陷槽地层由新至老主要有第四系、三叠系、二叠系、石炭系、泥盆系、寒武系等。其中页岩气目的层为石炭系打屋坝组，厚度约1 200 m。岩性主要为黑色泥岩、灰黑色页岩、深灰色泥灰岩等，TOC含量为 0.23%～3.67%，平均为1.02%；成熟度适中，其值为1.75%～2.20%，平均值为2.06%。该地层中高含气层为17套，厚度为1～5 m(陈相霖等，2021)。

1.2 构造

研究区构造位置处于扬子准地台，南邻华南褶皱系。扬子准地台基底形成于青白口纪末期晋宁运动，由上太古界-下元古界深变质的结晶岩系与中上元古界浅变质岩系构成。晋宁运动之后，华夏板块与扬子板块的结合部发生走滑拉张运动，发育早古生代冒地槽沉积，泥质岩发育，具复理石建造。垭紫罗裂陷槽主要为断陷性质，兼具有坳陷性质的地堑式裂陷槽，裂陷槽两侧地层的发育逐渐变薄。垭紫罗裂陷槽的构造演化、构造特征及分布范围，对泥岩的分布有直接的控制作用。其西北段控制了志留纪沉积范围，西北段至中段限定了泥盆纪向黔中隆起超覆的边界及石炭纪深水槽盆的分布范围；东南段则为二叠纪的槽盆相深水沉积带，其两侧为槽台相浅水沉积。垭紫罗裂陷槽的构造演化经历了泥盆纪初始伸展期、石炭纪伸展断陷期、二叠纪裂谷期、三叠纪构造反转期和燕山期以来的陆内收缩期等5个阶段。

2 广域电磁法简介

广域电磁法为伪随机信号，抗干扰能力强，发射AB距(发射源AB两点之间的距离)一般为1～3 km，适合复杂地形施工(詹少全等，2020a)，突破高阻屏蔽，对低阻反应敏感，分辨率高，适合深部勘探(陈春峰，2020；杨强等，2021；刘益中等，2012)。广域电磁法，继承了CSAMT法使用人工源克服场源的随机性，同时继承了磁偶源频率测深(MELOS)方法非远区测量的优势，扩大了观测范围，摒弃了MELOS方法的校正，保留高次项，提出了全域公式计算电阻率，拓展了人工源电磁法范围，提高了观测速度、精度和采集效率(李金铭，2005；何继善，2010)。

3 广域电磁法对深部构造的响应

3.1 垭紫罗裂陷槽物性特征

对垭紫罗裂陷槽岩石样品的电阻率、井旁测深反演电阻率、测井电阻率和首支电阻率进行了分类统计，这4类电阻率具有相同的变化规律。垭紫罗裂陷槽沉积地层中的各类岩石电性差异较为明显(图3)。各类岩石电阻率由高到低顺序为：白云岩>玄武岩>灰岩>泥灰岩>硅质岩>石英砂岩>砂岩>粉砂岩>页岩>泥岩。

图3 垭紫罗裂陷槽岩石电性特征图Fig.3 Histogram of rock resistivity changes in Yaziluo rift trough

垭紫罗裂陷槽由于沉积环境不同，所以形成的岩石岩性不同，导致地层电性有较明显的差异。同期地层，台地相电性明显高于盆地相。纵向上，地层由新至老，其电性特征整体呈“低-高-低-高”变化(图4)。中新生界侏罗系-第四系为陆相沉积地层，为极低阻层；三叠系以碎屑岩为主，总体属中阻层，当地层碳酸盐岩发育时，表现为局部高阻层；石炭系-二叠系以碳酸盐岩为主，整体表现为高阻层。其中，上二叠统碎屑岩较发育，电阻率相对低，石炭系下统碎屑岩较发育，局部电阻率较低；泥盆系总体属中低阻，泥盆系上统以碳酸盐岩为主，电阻较高；基底(泥盆系以下层系)，呈高低阻变化，总体属中阻层。

图4 垭紫罗裂陷槽综合电阻率柱状图Fig.4 Comprehensive resistivity histogram of Yaziluo rift trough

3.2 骨架剖面认识

为了研究垭紫罗裂陷槽深部构造，分别以位于六盘水市、普定县和紫云县，垂直垭紫罗裂陷槽的C1、C3和C4线剖面为例进行分析。这3条反演电阻率剖面(图5)以高阻为主表明垭紫罗裂陷槽碳酸盐岩较为发育，深部存在至少两套低阻层，反映深部发育了至少两套泥页岩；高阻体或低阻体横向起伏较多较大，电阻率曲线扭曲、连续性较差，反映了垭紫罗裂陷槽的断裂较发育(苗安中等，2019)、深部构造较复杂。C3和C4线低阻分布明显较多，深部低阻较深，最深构造标高可达到-9 000 m，反映了垭紫罗裂陷槽深中部和东南部泥页岩分布较广、规模较大，泥页岩较为发育。

物性参数表明，三叠系为中高阻层，石炭系-二叠系以中高阻为主，泥盆系为中低阻层，其下部往往形成低阻异常，盆地相沉积为明显的低阻特征。由物性资料可知引起低阻的地层及构造层分别为：①三叠系中、上统；②龙潭组-飞仙关组；③二叠系梁山组；④石炭系下统打屋坝组；⑤寒武系-中泥盆统。地层垂向上的电性参数变化与电法剖面电性层结构具较好的“地-电”对应关系，对剖面分层起桥梁和标定作用。区内三叠系覆盖较广，在地表凸起构造部位有泥盆系、石炭系、二叠系出露，局部出露寒武系。地表地层露头可以对剖面地电分层进行直接分层标定。依据地电对应关系和电性层沿剖面的横向变化趋势进行追索，可以较好地确定浅部分层界线(詹少全等，2017，2020b)。在剖面综合地质解释过程中可使用“地质戴帽法”。

C1线垭紫罗断裂带主断裂位于威水背斜两翼，剖面上褶皱构造发育，从西南至北东方向主要分布有布坑底背斜、格目底向斜、威水背斜、大河边向斜和威冲向斜构造，以上断裂和褶皱构造对地层的空间展布和沉积特征起控制作用。地层剖面整体呈现出“南低-高-低-高-北低”的构造特征，泥盆系底面标高最深可达-6 000 m(图5a)。

C3线垭紫罗断裂带主断裂位于六枝向斜北翼，剖面上褶皱构造发育，从西南至北东方向主要分布有法郎向斜、丁头山背斜、郎岱向斜、堕却背斜、六枝向斜和补郎向斜构造，以上断裂和褶皱构造对地层的空间展布和沉积特征起控制作用。从地层沉积来看，该地层剖面整体呈现出“两翼浅，中部深”的构造特征，构造最低部位为丁头山背斜北翼、郎岱向斜的核部及南翼部位，泥盆系底面标高最深可达-9 000 m(图5b)。

C4垭紫罗断裂带主断裂位于火烘背斜北翼，毛栗坡背斜南翼，剖面上褶皱构造发育，从西南至北东方向主要分布有多德向斜、顶红背斜、火烘背斜和毛栗坡背斜构造，以上断裂和褶皱构造对地层的空间展布和沉积特征起控制作用。剖面横向上电性差异明显，整体表现出“两端深、中部浅”的隆坳格局，泥盆系底面标高最深可达-6 500 m(图5c)。

图5 C1线(a)，C3线(b)和C4线(c)二维反演及综合解释剖面图Fig.5 2D resistivity inversion and comprehensive interpretation profile of C1 line(a),C3 line(b) and C4 line(c)1.侏罗系;2.三叠系;3.二叠系;4.石炭系;5.泥盆系；6.前石炭系;7.前泥盆系；8.断层

3.3 泥盆系构造认识

在早古生代褶皱基底上，从早泥盆世开始沿垭紫-都安断裂、南盘江断裂、右江断裂等主干断裂产生拉张下陷，一直持续到中三叠世，形成南盘江地区海西-印支期坳陷盆地，接受上古生界与三叠系海相沉积，地层发育全，分布广。中三叠世末期印支运动使本区基本结束海相沉积，盆区沉积层受挤压揉褶成山，沿主干断裂形成线形冲断褶皱。燕山及喜山期的挤压作用，对前期的构造进行继承与改造，在滇东隆起及黔西南西部泥盆系、石炭系、二叠系出露于构造隆起区，地层遭受不同程度的剥蚀，在外围的凸起构造核部见寒武系和奥陶系出露。经历了多期次的构造运动改造，使本区的原型盆地已发生改变。

地表地质和电法剖面显示(赵福海等，2018)，泥盆系在垭紫罗裂陷槽广泛分布，从泥盆系底面深度图(图6)中可以看出，泥盆系底面构造整体呈西部浅、中部深、东部浅的变化特征。构造高区域和构造低区域平面分布上呈现出以断裂为界限的“断块”状分区格局。构造东西大致以盘县断裂为界，该断裂以西为构造高区域，以南为构造低区域。构造高区又被次级构造所分隔的特征，反映了背斜、向斜相间的构造格局。构造线展布方向因地而异：北部构造线走向自西向东，由NNW向渐转为NNE向为主；南部和东部自西向东构造线方向由NNW向渐转为NNE向，规模较大的主干断裂(垭紫-都安断裂、南盘江断裂、师宗-弥勒断裂、盘县断裂、贞丰断裂)对构造展布起明显的控制作用。

图6 垭紫罗裂陷槽泥盆系底面深度图Fig.6 Depth map of the Devonian bottom surface in the Yaziluo rift trough

泥盆系底面构造较深区域三叠系出露较为常见，主要在六枝特区-关岭-晴隆-贞丰一线，最深标高可达-9 000 m。泥盆系底面标高较浅地区主要分布在西部和东北部，受后期构造运动的影响，褶皱和断裂较为发育，石炭系、二叠系出露较为常见，局部构造低部位又能见到侏罗系，泥盆系构造差异较大，局部背斜部位泥盆系一般标高在-500 m以浅，最浅泥盆系标高在1 000 m左右。

4 结论

通过广域电磁法基本查明了垭紫罗裂陷槽的深部构造，取得了以下认识：

(1)广域电磁法勘探深度大，分辨率高，较清晰地呈现了垭紫罗裂陷槽的地球物理特征。断裂在广域电磁反演剖面上表现为明显的低阻带、电阻率梯度带或电阻率曲线扭曲等特征，查明了垭紫罗裂陷槽的断裂体系，特别是控制裂陷槽的边界断裂及主要控制构造断裂。广域电磁法能突破碳酸盐岩的高阻层覆盖，有效地识别了高阻层之下隐伏的低阻层，深部存在几套明显的低阻异常带，但连续性不佳，反映垭紫罗裂陷槽的岩性横向差异大。

(2)二维反演电阻率剖面呈现出高低阻异常相间，表明垭紫罗裂陷槽构造复杂，褶皱和断裂均较发育，对地层的空间展布和沉积特征起控制作用。

(3)反演剖面深部低阻连续存在并有一定的规模，反映了槽内中泥盆统、下石炭统连续分布，局部厚度较大。深部的泥盆系在垭紫罗裂陷槽内广泛分布，底面构造整体呈西部浅、中部深、东部浅的变化规律，底面构造较深区域主要沿六枝特区-关岭-晴隆-贞丰一线展布，底面构造较浅地区主要分布在西部和东北部。