仵 陽(yáng), 李寧生, 虎新軍, 楊 斌, 陳曉晶, 陳濤濤, 趙福元

(寧夏回族自治區(qū)地球物理地球化學(xué)勘查院，銀川 750001)

0 引言

2.5D人機(jī)交互反演是目前在重磁資料解釋中較為常用的方法，它利用計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)，在資料反演解釋過(guò)程中將實(shí)測(cè)重磁異常曲線在計(jì)算機(jī)上始終以圖形或圖像形式顯示，解釋人員可以直接設(shè)定地質(zhì)模型，實(shí)時(shí)地計(jì)算修改地質(zhì)模型并將產(chǎn)生的重磁異常值與實(shí)際觀測(cè)值進(jìn)行比較，通過(guò)對(duì)地質(zhì)模型不斷調(diào)整，使重磁異常正演計(jì)算值與實(shí)際觀測(cè)值的差值逐漸縮小以達(dá)到反演的目的[1-3]，最終利用重、磁場(chǎng)解釋結(jié)果來(lái)研究深部地層結(jié)構(gòu)、礦產(chǎn)等。

靈武地區(qū)位于寧夏北部，區(qū)域大地構(gòu)造位置屬鄂爾多斯西緣中元古代—早古生代裂陷帶構(gòu)造單元，以黃河斷裂為界，以西為銀川斷陷盆地，以東為陶樂(lè)-彭陽(yáng)沖斷帶[4]。前人的研究多集中于銀川盆地內(nèi)部及邊緣構(gòu)造體系劃分、深淺部構(gòu)造關(guān)系分析、地質(zhì)構(gòu)造演化等方面[5-8]，這些研究成果基本厘清了銀川盆地深部地層的結(jié)構(gòu)特征及基底起伏形態(tài)，但涉及到陶樂(lè)—彭陽(yáng)沖斷帶的淺部地層結(jié)構(gòu)研究較少，且已有成果資料多為小比例尺的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料和煤礦區(qū)地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，存在著水平方向上分布不均，垂直方向上控制過(guò)淺的問(wèn)題。筆者利用2.5D人機(jī)交互約束反演技術(shù)大致查明了工作區(qū)深度2 km內(nèi)地層結(jié)構(gòu)，并查明主要斷裂的位置及賦存特征。

1 地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)出露地層自老而新有三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系(圖1)，從區(qū)域石油鉆孔揭露地層看，本區(qū)泥盆、志留系地層缺失。黃河斷裂展布于靈武東山西麓一帶的山地與第四紀(jì)洪積扇之間，為北北東向或近南北向的斷面西傾的正斷層。斷層?xùn)|盤(pán)為白堊系，西盤(pán)為古近紀(jì)—新近紀(jì)地層。深反射地震結(jié)果顯示,黃河斷裂為銀川斷陷盆地和鄂爾多斯臺(tái)地的分界斷裂，也是一條切穿Moho界面的深大斷裂，其活動(dòng)時(shí)代為晚更新世末期到全新世初期[9]。除黃河斷裂外，區(qū)內(nèi)前第四紀(jì)構(gòu)造形跡大多隱于地下，地表所能直接觀察到的露頭極少，故很大程度上只能利用鉆探、物探等手段所獲得深部資料。

本次工作共布設(shè)了2條可控源音頻大地電磁測(cè)深(簡(jiǎn)稱(chēng)CSAMT)剖面，全長(zhǎng)為95 km，點(diǎn)距為500 m(圖1)。

2 地球物理背景

2.1 物性特征

據(jù)區(qū)域巖石密度測(cè)定結(jié)果(表1)，整體上地層密度值隨年代由老至新相應(yīng)地由大變小，密度最大為古生界奧陶系，均值為2.67 g/cm3，密度最小為新近系，均值為1.73 g/cm3；從地層分布上看，銀川盆地內(nèi)新生界不整合于奧陶系于之上，具有0.6 g/cm3～0.9 g/cm3密度差，陶樂(lè)—彭陽(yáng)沖斷帶內(nèi)新生界不整合于中生界或更老地層之上，具有0.4 g/cm3以上的密度差。另外，第四系密度變化較大，主要受物源沉積層影響較大，表現(xiàn)為近物源沉積層密度大于遠(yuǎn)物源沉積層，即洪積層>沖積層≥風(fēng)積層>湖積層。

圖1 工作區(qū)地質(zhì)概況Fig.1 Geological overview of the work area

表1 區(qū)域地層密度統(tǒng)計(jì)

圖2 工作區(qū)剩余布格重力異常Fig.2 Residual bouguer gravity anomaly in the working area

表2 鄂爾多斯西緣地層電性特征

表3 工作區(qū)出露地層電性測(cè)定

圖3 LW1線二維地震時(shí)間剖面Fig.3 2D seismic time section of LW1 line

區(qū)域上寒武紀(jì)-第四紀(jì)時(shí)期地層電阻率值存在一定的電性差異(表2)，新生界、侏羅系-三疊系為兩套低阻層，中間夾有白堊系高阻層，石炭-二疊系及以下蓋層的電阻率逐漸增高[10]，尤其是奧陶系電阻率最高，它是這一時(shí)期地層電阻率標(biāo)志層。除收集到的電性資料，本次工作針對(duì)工作區(qū)出露的地層巖性采集到了部分露頭的電性資料，從測(cè)定結(jié)果來(lái)看(表3)，新生界電阻率值相對(duì)較低，白堊系和三疊系電阻率值相對(duì)較高，侏羅系電阻率值居中。

2.2 重力場(chǎng)特征

本區(qū)剩余重力異常(圖2)大致呈南北向或北東向展布。靈武東側(cè)有一條南北走向的重力梯級(jí)帶，該梯級(jí)帶對(duì)應(yīng)著黃河斷裂，帶兩側(cè)等值線分布較勻稱(chēng)，由西向東表現(xiàn)為重力負(fù)異常到正異常的變化，重力負(fù)異常明顯為銀川斷陷盆地南部新生界蓋層引起的，重力極值點(diǎn)處附近為銀川盆地內(nèi)局部的沉積中心，重力正異常為下古生界上隆引起的。陶樂(lè)-彭陽(yáng)沖斷帶內(nèi)剩余重力異常表現(xiàn)為明顯的疊加異常特征，異常幅值大小主要受新生界的沉積厚度及中生界、古生界隆起等因素綜合影響。

圖4 Ⅰ線綜合解釋斷面Fig.4 Comprehensive interpretation section of line I(a)I線地質(zhì)簡(jiǎn)圖;(b)I線二維NLCG反演斷面;(c)I線剩余布格重力異常剖面;(d)I線綜合地質(zhì)解釋斷面

圖5 Ⅱ線綜合解釋斷面Fig.5 Comprehensive interpretation section of line Ⅱ(a)Ⅱ線地質(zhì)簡(jiǎn)圖;(b)Ⅱ線二維NLCG反演斷面;(c)Ⅱ線剩余布格重力異常剖面;(d)Ⅱ線綜合地質(zhì)解釋斷面

3 2.5D人機(jī)交互反演處理過(guò)程

本次重力2.5D人機(jī)交互約束反演，采用Geo-IPAS V3.2軟件的二度半重磁剖面聯(lián)合正反演程序模塊，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及反演處理過(guò)程如下：

1)采用成都理工大學(xué)研發(fā)的MTSoft2D V2.3版本軟件，對(duì)CSAMT原始數(shù)據(jù)依次進(jìn)行剔除壞點(diǎn)、圓滑、近場(chǎng)校正、靜態(tài)校正處理后，進(jìn)行帶地形非線性共軛梯度二維反演(NLCG)，以此得到的反演結(jié)果作為約束條件之一。

2)依據(jù)寧夏區(qū)域地質(zhì)志劃分的陶樂(lè)-橫山堡區(qū)域單元構(gòu)造格架，并結(jié)合已有二維地震LW1線解釋結(jié)果(圖3)、CSAMT電性剖面(圖4(b)、圖5(b))作為約束條件建立較為合理的初始地層結(jié)構(gòu)模型。

3)利用多邊形截面棱柱體重磁正演公式，預(yù)先假設(shè)背景場(chǎng)的密度設(shè)為地殼平均密度為2.67 g/cm3，通過(guò)給初始模型賦密度參數(shù)，正演計(jì)算出剩余重力異常理論曲線，然后與實(shí)測(cè)異常曲線進(jìn)行對(duì)比，不斷修改模型、密度值，使理論曲線與實(shí)測(cè)曲線擬合，從而達(dá)到解釋重力異常的目的[11-12]。

4 綜合解釋推斷

銀川斷陷盆地是在喜馬拉雅期盆地東、西兩側(cè)北北東向斷裂右行走滑拉分作用下形成的，至今仍有構(gòu)造活動(dòng)[4]。區(qū)內(nèi)地表第四系廣布，巨厚新生界不整合于奧陶系之上，第四系、新近系、古近系連續(xù)沉積。二維地震時(shí)間剖面(圖3)縱向上分層特征明顯，清晰地顯示了盆地內(nèi)新生界內(nèi)有兩組反射波，上部為第四系底部反射波，第四系與下伏新近系呈平行整合接觸，下部為古近系頂部反射波，新近系與下伏古近系呈角度不整合接觸，這兩組反射波能量相對(duì)較強(qiáng)，大部可連續(xù)追蹤。綜合剖面上(圖4、圖5)新生界明顯呈相對(duì)低阻、低剩余重力特征，上覆第四系電阻率值高于下伏新近-古近系，通過(guò)重力剖面正演計(jì)算，新生界厚度可達(dá)2 000 m以上。盆地基底為奧陶系，具高阻特征，電阻率值大于100 Ω·m。

黃河斷裂(F4)為銀川盆地與陶樂(lè)-彭陽(yáng)沖斷帶的分界斷裂，區(qū)內(nèi)(圖1)為一條近南北向展布斷面西傾的正斷層。二維地震時(shí)間剖面(圖3)上黃河斷裂由3條同向發(fā)育的正斷層(F4-1、F4-2、F4-3)組成，斷層兩側(cè)反射波同相軸出現(xiàn)了明顯的錯(cuò)斷。綜合剖面上(圖4、圖5)，F(xiàn)4斷層表現(xiàn)為由低阻向中高阻、重力低向重力高變化的過(guò)渡帶特征。XF1、XF2、XF3、XF11斷層為銀川斷陷盆地內(nèi)發(fā)育的一系列隱伏正斷層，在電性剖面上表現(xiàn)為電阻率等值線收縮，以XF11、XF1、F4斷層為界，盆地內(nèi)部形成了局部的小的地塹構(gòu)造。

陶樂(lè)-彭陽(yáng)沖斷帶是在 “白堊紀(jì)前陸盆地”受到東西向強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓而整體抬升下，在盆地西緣形成的褶皺帶[4]。對(duì)比銀川斷陷盆地，陶樂(lè)-彭陽(yáng)沖斷帶內(nèi)剩余重力異常明顯增大，反映出該區(qū)下古生界上隆，褶皺構(gòu)造發(fā)育的地質(zhì)背景。綜合剖面上XF7斷層具有明顯的電性、重力梯度帶特征。區(qū)域鉆孔資料揭示XF7斷層以西地下缺失侏羅系、三疊系，新生界直接不整合于二疊系之上。綜合分析認(rèn)為，以XF7斷層為界可以劃分兩種地層結(jié)構(gòu)。

XF7斷層以西，地層結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為兩層特征：上覆白堊系或更新地層直接不整合于下伏古生界地層之上。白堊系呈中阻電性特征，新生界為中低阻電性特征，下古生界具中高阻電性特征。該區(qū)域主要分布著任家莊等石炭-二疊紀(jì)煤礦。

XF7斷層以東，地層結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為三層特征：上覆第四系不整合于下伏中生界，中生界不整合于下伏古生界。上部第四系呈中高阻電性特征，中生界呈中低阻電性特征，下部古生界呈中高阻電性特征。該區(qū)域內(nèi)發(fā)育諸多小型斷層(XF8～XF17)，在電性剖面上或表現(xiàn)為電阻率過(guò)渡帶特征，或表現(xiàn)為電阻率等值線收縮，斷層性質(zhì)為正斷層、逆斷層兼有，下切深度相對(duì)較淺。區(qū)內(nèi)主要分布著靈新-羊場(chǎng)灣等侏羅紀(jì)煤礦。

5 結(jié)論

1)銀川斷陷盆地內(nèi)地層結(jié)構(gòu)相對(duì)單一。新生界直接不整合于古生界地層之上，明顯呈相對(duì)低阻、低剩余重力特征，局部沉積厚度可達(dá)2 000 m以上，盆地基底具高阻特征。

2)黃河斷裂(F4)南段為銀川斷陷盆地與陶樂(lè)-彭陽(yáng)沖斷帶的分界斷裂，在剖面上具有典型的重、電梯度帶特征，受黃河斷裂活動(dòng)影響，盆地內(nèi)形成了小的地塹構(gòu)造。

3)陶樂(lè)-彭陽(yáng)沖斷帶地層引起的重力異常具有明顯的疊加異常特征，利用CSAMT資料作為約束條件能夠在一定程度上降低2.5D人機(jī)交互反演的多解性。

4)構(gòu)造活動(dòng)影響著區(qū)內(nèi)中生代-早古生代地層的分布，研究這些小型斷層對(duì)今后工作區(qū)沉積礦產(chǎn)勘查有一定指導(dǎo)意義。