張曉明，石帥

（河北省地礦局第五地質(zhì)大隊(duì)，河北唐山063000）

銀川盆地形成的主要地質(zhì)背景是自新生代以來(lái)，銀川地區(qū)受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的影響，區(qū)域上受拉張應(yīng)力作用、深部受巖漿上侵作用。導(dǎo)致該區(qū)地殼持續(xù)減薄、斷陷下沉接受沉積，形成了典型的地塹式沉積盆地。活躍的深部構(gòu)造、巨厚的新生界沉積地層造就了銀川盆地良好的地?zé)崽锇l(fā)育條件。在當(dāng)?shù)乜辈楹烷_(kāi)發(fā)地?zé)豳Y源有很好的前景。

1 測(cè)量區(qū)概況

1.1 地質(zhì)概況

區(qū)域地質(zhì)研究表明，銀川位于中國(guó)東、西兩大構(gòu)造帶的樞紐部位。在大地構(gòu)造上，屬于中朝準(zhǔn)地臺(tái)鄂爾多斯西緣坳陷帶的賀蘭山臺(tái)陷和銀川地塹，為賀蘭山褶皺帶與鄂爾多斯地臺(tái)間的山前坳陷區(qū)。銀川地塹總體走向北北東向，北起石嘴山，南至青銅峽，長(zhǎng)約160km，最寬為55km。地塹東西兩側(cè)分別受黃河斷裂和賀蘭山東麓斷裂控制，地塹內(nèi)還有兩條規(guī)模較大的斷裂，即蘆花臺(tái)斷裂和銀川—平羅斷裂。這4條斷裂（見(jiàn)圖1）共同控制著銀川地塹的形成和發(fā)展。一系列傾向相同的北北東向正斷層，斷層面向盆地中心陡傾，致使盆地呈“階梯”狀斷陷，使地層逐級(jí)由兩側(cè)向中心錯(cuò)落，形成階梯狀地層結(jié)構(gòu)。

新生代以來(lái)受青藏高原抬升的影響，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)為NW-SE向拉張應(yīng)力場(chǎng)，在“古賀蘭山”基礎(chǔ)上沿先形成的NNE向斷裂破裂分化，盆地古生界和前古生界地層組成的基底下沉、深部上地幔物質(zhì)上涌、地殼減薄，加劇了盆地的拉張斷陷作用，堆積了相當(dāng)厚的新生界沉積物。據(jù)鉆孔資料顯示銀川盆地新生界沉積地層厚度約7000余米，其中第四系最大沉積厚度達(dá)1600m以上，沉積物以沖積、沖湖積、洪積為主，另外還有沖洪積物、風(fēng)積物、湖沼沉積物。

1.2 地電介質(zhì)概況

測(cè)區(qū)地處銀川盆地腹地，沉積了巨厚的新生界地層。據(jù)相關(guān)鉆孔資料顯示該區(qū)地表至深2100多米的地層情況為第四系到晚第三系的過(guò)渡，第四系厚400~500m，含水性強(qiáng)；晚第三系的巖性以泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖為主（呈互層狀沉積特征），見(jiàn)薄層礫巖，總體看巖石質(zhì)地較為松散，成巖度不高（隨著深度的增加成巖度增強(qiáng)），此類(lèi)地電介質(zhì)的電阻率常會(huì)表現(xiàn)為低阻特征，電阻率經(jīng)驗(yàn)值參見(jiàn)表1。

表1 常見(jiàn)沉積物（巖）電阻率值統(tǒng)計(jì)表（單位：Ω·m）

1.3 地?zé)岣艣r

銀川盆地處我國(guó)東、西部?jī)纱蟛煌再|(zhì)構(gòu)造單元的銜接和過(guò)渡帶，屬我國(guó)南北地震帶和地?zé)釒П倍危嵌鯛柖嗨怪芫壔顒?dòng)斷裂系的一部分。向南與青藏地塊東北緣寧南弧形構(gòu)造帶近直角相交，向北呈楔形夾于鄂爾多斯地塊與阿拉善地塊之間，是斷塊之間現(xiàn)今仍在強(qiáng)烈活動(dòng)的“大陸裂谷帶”。中新生代的地質(zhì)構(gòu)造分異，是銀川盆地新生代以來(lái)地質(zhì)發(fā)展歷史上最重要的一次構(gòu)造熱事件，對(duì)盆地地?zé)峄顒?dòng)的影響是深遠(yuǎn)的。特殊的大地構(gòu)造位置，強(qiáng)烈的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)盛的深部熱水活動(dòng)，造就了銀川盆地具備地?zé)豳Y源形成的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景，使之成為我國(guó)中低溫地?zé)豳Y源遠(yuǎn)景區(qū)。

據(jù)有關(guān)資料介紹，采用綜合方法圈定出銀川盆地?zé)醿?chǔ)面積2514.86km2，按地層將盆地3000m深度內(nèi)劃分出上第三系上新統(tǒng)（N2）、中新統(tǒng)（N1）、下第三系漸新統(tǒng)（E3）和奧陶系中統(tǒng)（O2）四個(gè)熱儲(chǔ)層。

已知地?zé)峋矫?，測(cè)區(qū)西部約25km處有Y3井（1999年鉆），西部約15km處有Y1井（1999年鉆），西南方向約3km處亦有一地?zé)醃K1井（2014年鉆）。這三眼井（位置參見(jiàn)圖1）的出水量和水溫的表現(xiàn)都相當(dāng)?shù)暮?，已?jīng)得到了有效的開(kāi)發(fā)利用，創(chuàng)造了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 CSAMT測(cè)量工作

2.1 CSAMT工作方法原理

可控源音頻大地電磁測(cè)深法(簡(jiǎn)稱(chēng)CSAMT)是以有限長(zhǎng)接地電偶極子為場(chǎng)源，在距偶極中心一定距離處同時(shí)觀測(cè)電、磁場(chǎng)參數(shù)的一種電磁測(cè)深方法（見(jiàn)圖2）。本次勘查采用赤道偶極裝置進(jìn)行標(biāo)量測(cè)量。同時(shí)觀測(cè)與場(chǎng)源平行的電場(chǎng)水平分量Ex和與場(chǎng)源正交的磁場(chǎng)水平分量Hy。然后利用電場(chǎng)振幅Ex和磁場(chǎng)振幅Hy計(jì)算阻抗電阻率ρs。觀測(cè)電場(chǎng)相位Ep和磁場(chǎng)Hp，用以計(jì)算阻抗相位φ。用阻抗電阻率和阻抗相位聯(lián)合反演計(jì)算可控源反演電阻率參數(shù)，最后利用可控源勘探反演的電阻率進(jìn)行地質(zhì)推斷解釋。

圖2 可控源方法測(cè)量裝置布置示意圖

可控源音頻大地電磁測(cè)深法標(biāo)量測(cè)量方式是用電偶極源供電，觀測(cè)點(diǎn)位于電偶源中垂線(xiàn)兩側(cè)各30°角組成的扇形區(qū)域內(nèi)。當(dāng)接收點(diǎn)距發(fā)射偶極源足夠遠(yuǎn)時(shí)（r＞3δ），測(cè)點(diǎn)處電磁場(chǎng)可近似于平面波，由于電磁波在地下傳播時(shí)，其能量隨傳播距離的增加逐漸被吸收，當(dāng)電磁波振幅減小到地表振幅的1/e時(shí)，其傳播的距離稱(chēng)為趨膚深度（δ），即電磁法理論勘探深度。實(shí)際工作中，探測(cè)深度（d）和趨膚深度存在一定差距，這是因?yàn)樘綔y(cè)深度是指某種測(cè)深方法的體積平均探測(cè)深度，其經(jīng)驗(yàn)公式為：

由此可見(jiàn)探測(cè)深度與頻率成反比，我們可以通過(guò)改變發(fā)射頻率來(lái)達(dá)到測(cè)深的目的。

2.2 CSAMT野外工作

本次測(cè)量工作目標(biāo)深度最深要到2500~3000m，收發(fā)距控制在14~16km。發(fā)射端AB極距2031m，接地電阻處理到了16Ω，最大發(fā)射電流采用18A，各個(gè)頻點(diǎn)的發(fā)射電流及發(fā)射時(shí)間情況見(jiàn)表2。

表2 CSAMT測(cè)量工作頻率表

接收端采用赤道偶極（TM）測(cè)量裝置，測(cè)量電極距MN=40m，電道布設(shè)方向沿剖面方位（105°），磁探頭擺設(shè)方位195°，低通濾波選用2頻段，電道增益×4，磁道增益×4，接收電極為CuSO4質(zhì)不極化電極。

CSAMT測(cè)量裝置采用沿測(cè)線(xiàn)9電道1磁道同時(shí)測(cè)量（9電道共用一個(gè)磁道），測(cè)量次數(shù)為多次觀測(cè)，每個(gè)頻率至少觀測(cè)60s且至少觀測(cè)90次。測(cè)量過(guò)程中始終監(jiān)視數(shù)據(jù)質(zhì)量和接地電阻情況，若有問(wèn)題出現(xiàn)需要在野外第一時(shí)間處理。

水平磁探頭的方位使用羅盤(pán)定位，保持與測(cè)線(xiàn)垂直誤差小于1°。CSAMT測(cè)量中電流盡量保持穩(wěn)定。電極連線(xiàn)、磁探頭連線(xiàn)沿地壓實(shí)，防止晃動(dòng)干擾，嚴(yán)禁在測(cè)量過(guò)程中有電磁干擾的物體接近磁探頭、接收極罐和接收線(xiàn)。

每天及時(shí)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和驗(yàn)收，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)于采集時(shí)間不夠的、受干擾影響強(qiáng)烈的、其他原因?qū)е聹y(cè)量失敗的排列或者道次及時(shí)地安排補(bǔ)測(cè)工作。

2.3 數(shù)據(jù)處理與圖件編繪

對(duì)于野外采集的原始數(shù)據(jù)及時(shí)傳入計(jì)算機(jī)內(nèi)，并復(fù)制備份。CSAMT資料處理流程為：首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔野值、去干擾、近場(chǎng)校正、極化識(shí)別、靜態(tài)校正、空間濾波等方法進(jìn)行處理，然后對(duì)處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行一維或二維反演（包括Bostick、Occam等反演方法），最后整理成圖。其中資料預(yù)處理使用V8系統(tǒng)自帶的“CMTPRO”處理軟件進(jìn)行，數(shù)據(jù)處理及反演工作使用成都理工大學(xué)的“MTSoft2D”資料解釋軟件進(jìn)行處理，得出成果數(shù)據(jù)后用“Surfer”軟件繪制成最終的成果圖。成果圖如圖3所示。

圖3 CSAMT測(cè)量剖面卡尼亞視電阻率等值線(xiàn)圖

3 測(cè)量成果圖的解釋與推斷

依據(jù)本次工作所得成果圖（圖3），參考相關(guān)地質(zhì)資料做出推斷解釋如下：

本次工作所得成果數(shù)據(jù)卡尼亞視電阻率值大部分在1~100Ω·m之間，與該區(qū)地電介質(zhì)的低阻特征相當(dāng)吻合。

3.1 縱向分析

分析四個(gè)測(cè)量剖面結(jié)果生成的CSAMT卡尼亞視電阻率等值線(xiàn)圖（圖3）得出，四個(gè)剖面總體上講縱向上從地表向下，卡尼亞視電阻率呈現(xiàn)“高—低—高—低”的變化趨勢(shì)。

“地表到500m標(biāo)高”的視電阻率高低變化基本反映了第四系沉積物，推測(cè)此深度段內(nèi)淺部沉積物砂質(zhì)相對(duì)泥質(zhì)多一些，結(jié)構(gòu)松散，以至視電阻率相對(duì)高一些，在101~102Ω·m；深部泥質(zhì)相對(duì)砂質(zhì)多一些，結(jié)構(gòu)相對(duì)致密一些，以至視電阻率相對(duì)低一些，在100.4~101Ω·m。

“500~0m標(biāo)高”視電阻率呈現(xiàn)逐漸增高的變化，在100.4~101.4Ω·m?；旧戏从沉艘惶壮蓭r度不高的晚第三系沉積巖（N2）（泥巖、粉砂巖及細(xì)砂巖）由與第四系的過(guò)渡帶到成巖度高的方向變化。

“0~-1200m標(biāo)高”（下底面不平緩，局部深度變化很大）視電阻率呈現(xiàn)出一套相對(duì)的高阻層的變化現(xiàn)象，在101.2~102.8Ω·m。分析原因：隨著深度的增加，沉積年代的加長(zhǎng)，該區(qū)上新統(tǒng)沉積巖（N2）成巖度逐漸增加，形成了一套結(jié)構(gòu)較為完整的沉積巖（ZK1鉆孔資料顯示以粉砂巖、泥巖為主）。這一套沉積巖的視電阻率相對(duì)于它上面的第四系和松散的成巖度低的泥砂質(zhì)沉積巖和它下面的中新統(tǒng)褐色泥巖（N1）都要高一些。

“-1200m標(biāo)高以下”顯示低阻特征，在100.4~101.2Ω·m。參考ZK1鉆孔資料，推測(cè)進(jìn)入了中新統(tǒng)沉積地層。

3.2 橫向分析

沿著各個(gè)測(cè)量剖面的CSAMT卡尼亞視電阻率等值線(xiàn)圖（圖3）的橫向分析，我們不難看出淺部（500m標(biāo)高以上）的視電阻率橫向延伸較為穩(wěn)定，代表著該區(qū)新興沉積物（巖）的橫向均一性較好。但是隨著深度增加，橫向的均一性變差，尤其在-500m標(biāo)高以下出現(xiàn)了四個(gè)明顯的突變帶，亦是本次測(cè)量工作所得出的異常帶。

①號(hào)異常帶，由L1線(xiàn)的200~500點(diǎn)測(cè)量段向北東向延伸到L4線(xiàn)的1500~1800點(diǎn)測(cè)量段。異常走向35°。

②號(hào)異常帶，由L1線(xiàn)的1700~1800點(diǎn)測(cè)量段向北東向延伸到L2線(xiàn)的3000~3100點(diǎn)測(cè)量段。異常走向43°。

③號(hào)異常帶，由L1線(xiàn)的2600~2800點(diǎn)測(cè)量段向北東向延伸到L2線(xiàn)的4000~4200點(diǎn)測(cè)量段。異常走向51°。

④號(hào)異常帶，由L1線(xiàn)的3700~3800點(diǎn)測(cè)量段向北東向延伸到L2線(xiàn)的4900~5000點(diǎn)測(cè)量段。異常走向34°。

這四個(gè)異常帶均表現(xiàn)為相同卡尼亞視電阻率等值線(xiàn)由水平延伸轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛳峦蛔儯窍嗤姶判越橘|(zhì)層的上頂面卻沒(méi)有發(fā)生突變，只是略向西傾，推測(cè)出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因應(yīng)該是沉積過(guò)程中受到了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，下伏的西傾正斷層上盤(pán)斷裂下沉，使得異常帶上的沉積物“突然加厚”。這樣的沉積部位有利于儲(chǔ)水地質(zhì)體（砂巖、礫巖）的形成。

4 測(cè)量區(qū)沉積環(huán)境分析

沉積物（巖）的存在形態(tài)決定于沉積環(huán)境。該區(qū)的沉積環(huán)境是非穩(wěn)定下沉的，由于喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的影響，在內(nèi)力地質(zhì)作用的影響下，下伏基底發(fā)生彎曲、斷裂等構(gòu)造變化。相應(yīng)的沉積形成的地層也會(huì)隨著基底的變化而變化，即為“動(dòng)態(tài)沉積”。沉積越久的（埋藏越深的）受基底變化影響越大，沉積時(shí)間越短的（埋藏越淺的）受基底變化影響越小。測(cè)量區(qū)的沉積物（巖）形態(tài)變化方式有三種，直接變化、過(guò)度變化和間接變化。

所謂直接變化就是基底怎么變沉積地層就怎么變，基底斷它斷、基底彎它彎，變形量和變形特征和下伏基底大致一致。對(duì)應(yīng)沉積年代遠(yuǎn)、埋藏深度大、貼近或靠近基底、成巖度高的沉積地層，該區(qū)大致對(duì)應(yīng)E1、E2、E3。該種變化是顯變的。

過(guò)度變化，沉積巖層自下往上分析，隨著巖石年齡變小，成巖度變低、巖石強(qiáng)度變?nèi)酢⒛芨尚宰儾?，“直接的斷裂”?huì)逐漸地過(guò)渡到變寬的“裂隙帶”或“韌性剪切變形帶”；基底和底層沉積巖中那種顯著的彎曲形變也會(huì)逐漸地變得滯后和變緩；劈理域會(huì)變得稀疏。變化形式由顯變逐漸過(guò)渡到漸變。此類(lèi)地層在該區(qū)大致對(duì)應(yīng)E3、N1、N2。

間接變化，我們知道沉積物沉積成巖是需要一定時(shí)間的，該區(qū)這樣的沉積條件形成一套完整成熟的沉積巖少需3Ma~5Ma,多則會(huì)超過(guò)10Ma。在漫長(zhǎng)的成巖過(guò)程中若伴隨著構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，巖層本身則會(huì)受到影響而發(fā)生一些特殊的變化，隨著下伏巖層的錯(cuò)斷或彎曲，地表下沉地區(qū)沉積厚度會(huì)逐漸變大，沉積環(huán)境會(huì)發(fā)生短時(shí)的明顯變化，沉積物質(zhì)易發(fā)生明顯改變。此種變化發(fā)生在沉積巖固結(jié)成巖之前，是隨時(shí)間漸變的。該區(qū)第四系（Q）和上新統(tǒng)（N2）上段膠結(jié)程度低、重結(jié)晶弱、未固結(jié)或弱固結(jié)的巖層對(duì)應(yīng)此類(lèi)變化。

5 測(cè)量區(qū)地?zé)豳Y源分析

地下熱水的形成，顧名思義需要兩個(gè)條件，一是要有水，二是要有熱。

通過(guò)對(duì)四個(gè)異常帶的綜合分析，推測(cè)異常帶中存在富水地層的可能性相當(dāng)大，具備水的儲(chǔ)存條件，因此水量會(huì)有保障。再者，異常帶深部（-1500m標(biāo)高以下）存在深大斷裂的可能性也相當(dāng)?shù)拇?，異常帶深部?500m標(biāo)高以下）本身有良好的熱導(dǎo)條件，喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的大背景下，該區(qū)地殼在逐漸減薄，深部巖漿活躍，有源源不斷的熱量沿?cái)嗔褬?gòu)造向上擴(kuò)散，然而近地表的2000~3000m沉積地層又不利于地下熱量的向上釋放，因此該區(qū)基底以上沉積地層的地?zé)嵩鰷芈孰S著深度加深會(huì)有所變高，具備了水的覆蓋條件，因此水溫會(huì)有保障。

6 結(jié)論

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）在銀川盆地這樣的地質(zhì)條件下可取得良好的測(cè)量效果，方法可靠值得推廣。

銀川盆地地區(qū)新生界沉積地層的沉積環(huán)境受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)影響，在沉積過(guò)程中表現(xiàn)出一種“動(dòng)態(tài)沉積”的特點(diǎn)。

測(cè)量區(qū)的地質(zhì)條件對(duì)于地下熱水資源來(lái)講有良好的熱量來(lái)源和儲(chǔ)蓋條件，可以開(kāi)展地?zé)岬纳畈框?yàn)證和開(kāi)發(fā)工作。同時(shí)，該種勘探方法和分析成果可推廣應(yīng)用到銀川盆地的其它地段和其它類(lèi)似的沉積盆地地區(qū)，為地下熱水資源的勘探與開(kāi)發(fā)提供有力幫助。