李建超 雷清

研究區(qū)位于天津市南部平原區(qū)和河北省交界處。行政區(qū)劃屬天津市靜海區(qū)、濱海新區(qū)的大港區(qū)、西青區(qū)，部分隸屬河北省滄區(qū)、青縣和黃驊市。研究區(qū)主要為洪積沖積平原和海積沖積堆積平原2類二級地貌單元。區(qū)內(nèi)地勢平緩，自西向東稍有傾斜，地面坡降0.2‰~0.3‰。為研究靜海地區(qū)的地層、斷裂構(gòu)造、隱伏巖體特征，完成了重力測量和大地電磁（MT）測試等。研究區(qū)已具有豐富的地層和巖石電性、密度、磁性參數(shù)等研究成果，從而為大地電磁反演提供了較精準(zhǔn)的約束條件。通過重、電、磁綜合應(yīng)用技術(shù)，優(yōu)化地質(zhì)－地球物理模型，有效分析、查明靜?！S驊地區(qū)基巖構(gòu)造斷裂、地層分層、基底起伏等地質(zhì)問題，提高基底和構(gòu)造特征解譯精度[1-7]，取得較好的地質(zhì)效果。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 工作布置

研究區(qū)布置P01~P03 共3 條剖面，剖面方向與主要構(gòu)造單元走向垂直，剖面西起天津市靜海區(qū)大邱莊鎮(zhèn)上碼頭村，東至南大港濕地，北起天津市團(tuán)泊洼四分場，南至黃驊市齊家務(wù)鄉(xiāng)王御史莊村。

1.2 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)屬于華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層區(qū)的燕遼地層分區(qū)和華北平原地層分區(qū)，缺失上元古界震旦系，以及古生界志留系與泥盆系。由老至新發(fā)育有太古界結(jié)晶基底、中新元古界、古生界寒武系-中奧陶統(tǒng)、上石炭統(tǒng)-早三疊統(tǒng)、中生界中侏羅統(tǒng)-下白堊統(tǒng)和新生界。南部平原區(qū)地表均為第四系，基巖地層被不同的新生代地層覆蓋（本區(qū)將新生界以下的地層統(tǒng)稱為基巖，基巖之上的新生界為蓋層），平原區(qū)廣泛發(fā)育第四系和巨厚的新近系和古近系。研究區(qū)地層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。在測區(qū)內(nèi)的不同區(qū)段，地層結(jié)構(gòu)差異較大。沉積地層分布不連續(xù)，不同地區(qū)厚度變化較大，古近系、中生界只分布于研究區(qū)的凹陷區(qū)及圍斜區(qū)段。

1.3 研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育情況

研究區(qū)大地構(gòu)造位于華北斷坳內(nèi)，橫跨滄縣隆起和黃驊坳陷2個(gè)Ⅲ級構(gòu)造單元，其中：滄縣隆起構(gòu)造單元中涉及到雙窯凸起（Ⅳ5）、白塘口凹陷（Ⅳ6）和小韓莊凸起（Ⅳ7）等3個(gè)Ⅳ級構(gòu)造單元；黃驊凹陷之板橋凹陷（Ⅳ14），港西凸起（Ⅳ15），歧口凹陷（Ⅳ16）?；椎貙酉菩甭∑疠^為劇烈，厚度變化大，斷裂構(gòu)造較發(fā)育，以北東向、東西向、北西向正斷層為主，在斷裂較為發(fā)育地段，斷距較大的一些斷層造成地層大幅抬升或陷落[8－13]。研究區(qū)構(gòu)造背景較復(fù)雜、穩(wěn)定性較差。如圖1所示。

圖1 工作布置及區(qū)域地質(zhì)概況

2 區(qū)域地球物理特征

2.1 深部地球物理場特征

研究區(qū)包括沉積巖殼、花崗巖殼和玄武巖殼：沉積巖殼自西—西北部山區(qū)向平原區(qū)厚度略有增加，一般厚度為8~10 ㎞，巖石密度ρ=2.10~2.60 g/cm3?；◢弾r殼介于沉積巖殼-康氏界面之間，厚度自西北部山區(qū)向平原區(qū)變?。ㄈ鐖D2所示），底界面(康氏界面)山區(qū)為21~23 km，平原區(qū)為16~19 km，巖石密度ρ=2.70 g/cm3。玄武巖殼自康氏面至莫霍面為玄武巖殼，厚度自山區(qū)到平原區(qū)漸薄，底界(莫氏面)深度山區(qū)為41~44 km，平原區(qū)為31~37 km，巖石密度ρ=3.10 g/cm3。

圖2 地殼結(jié)構(gòu)模型示意圖

本次研究深度全部在康氏界面以上，地殼結(jié)構(gòu)模型示意圖如圖2所示。

2.2 磁力場特征

分析圖3航磁ΔT異常平面圖可知，研究區(qū)航磁ΔT異?？傮w呈北西高、南東低的特征，磁力場值ΔT=-110~150 nT。北西部高磁異常表明磁性基底的埋深較淺，符合隆起區(qū)的磁場特征，系滄縣隆起的反映；南東基底地層的磁性較弱，即蓋層厚度較大，系黃驊坳陷空間的展布特征。此外，收集了本區(qū)及鄰區(qū)的磁性標(biāo)本測量成果，結(jié)果表明，磁性基底下元古界片麻巖類，具有較強(qiáng)磁性，磁化率（SI）一般為1 000×10-5~3 000×10-5，而中、新元古界及上覆沉積地層為弱磁性或無磁性。

圖3 研究區(qū)航磁ΔT異常平面圖

2.3 重力場特征

分析圖4布格異常平面圖可知，布格重力場值由北西向至南東向呈逐漸變低趨勢，與滄縣隆起、黃驊坳陷兩大構(gòu)造單元及其內(nèi)部次級單元的構(gòu)造特征基本吻合。北西大面積布格高重力場值區(qū)布格值為（0~12）×10-5m/s2，對應(yīng)了滄縣隆起；南東進(jìn)入布格重力低值區(qū)，布格值為（-25~0）×10-5m/s2，對應(yīng)黃驊凹陷內(nèi)部的板橋凹陷區(qū)，該區(qū)布格重力高、低起伏則是港西凸起和岐口凹陷的反映。

圖4 研究區(qū)布格異常平面圖

此外，表1按密度差異劃分為4個(gè)密度層，即新生界第四系和新近系、新生界古近系、中生界、古生界。

表1 研究區(qū)地層電性資料統(tǒng)計(jì)成果表

2.4 電性特征

分析表1地層電性統(tǒng)計(jì)成果可知，研究區(qū)松散的新生界、凹陷區(qū)的中生界呈低電阻率特征、電阻率多小于15 Ω·m，古生界和元古界呈中高電阻率—高電阻率的特征、電阻率多大于40 Ω·m。

3 反演成果解譯

以P02剖面為例。該剖面方位角為129°，剖面長54 km，布設(shè)在滄縣隆起、黃驊坳陷兩大構(gòu)造單元之上。綜合應(yīng)用技術(shù)成果如圖5所示。

圖5 P02剖面重磁電綜合應(yīng)用技術(shù)綜合地質(zhì)解釋成果

3.1 斷裂及構(gòu)造

圖5（a）重力布格曲線，揭示重力布格值存在顯著的高、低變化，這是深部構(gòu)造分區(qū)特征的反映；圖5（b）重磁一階方向?qū)?shù)曲線，揭示航磁ΔT異常呈北西向高東南向低的磁異常特征，反映了磁性基底起伏的變化。

圖5（c）大地電磁二維反演電阻率等值線圖，揭示可按二元電性結(jié)構(gòu)分析，即中新生界蓋層與前古生界之上下構(gòu)成二元電性結(jié)構(gòu)；4 000 m以上的橫向電性分區(qū)明顯，由北西向南東為高阻區(qū)—低阻區(qū)—相對高阻區(qū)—低阻區(qū)—相對高阻區(qū)共5個(gè)電性特征區(qū)，反映了區(qū)內(nèi)坳隆相間分布的整體構(gòu)造格架；以里程18 km 為界，可將電阻率等值剖面劃分為高、低阻2個(gè)單元，與重磁曲線的拐點(diǎn)一致，斷裂傾向南東，切割深度較大，系斷層F2的反應(yīng)，即北東走向的區(qū)域主控?cái)嗔选獪鏂|斷裂的反映，是Ⅱ級構(gòu)造單元滄縣隆起、黃驊坳陷發(fā)育的證據(jù)。

圖5（a）重力布格曲線、圖5（c）大地電磁二維反演電阻率等值線圖大致在4 km相應(yīng)參數(shù)有小幅梯度變化，推斷為滄縣隆起內(nèi)部次級構(gòu)造控制斷裂，系F1 斷裂帶的反映，該斷裂傾向北西，視傾角約55°，斷裂規(guī)模較小，控制了Ⅲ級單元天津東凸起的西邊界。沿剖面類比，依次可推測F3、F4、F5、F6 四條斷裂帶，均為次級斷裂。向南東依次控制“低阻區(qū)—相對高阻區(qū)—低阻區(qū)—相對高阻區(qū)”4個(gè)電性特征區(qū)，對照區(qū)域地質(zhì)資料，位置上對應(yīng)板橋凹陷、港西凸起和岐口凹陷3個(gè)Ⅲ級單元及岐口凹陷受埕寧隆起影響而產(chǎn)生的Ⅳ級單元中央隆起帶。分析推斷成果如圖6所示。

圖6 推斷構(gòu)造發(fā)育成果

3.2 地層分布

結(jié)合重磁電成果對剖面穿越地區(qū)的地層進(jìn)行推斷。第四系密度界面完整，表明第四系普遍發(fā)育，地層表現(xiàn)出明顯的分區(qū)特點(diǎn)。

3.2.1 滄縣隆起單元（天津東凸起）

單元內(nèi)剖面表現(xiàn)為淺部低阻，深部高阻的二元結(jié)構(gòu)特征，淺部低阻是中新生界蓋層的反映，深部高阻是前古生界基底的反映。從磁性特征上分析，下元古界片麻巖類具有較強(qiáng)磁性，中、新元古界及上覆沉積地層為弱磁性或無磁性，因此高磁異常表明磁性基底的埋深較淺。結(jié)合重力剖面推斷成果單元內(nèi)的重力梯度變化較快，表明了深淺地層密度差異較大，從密度特征上分析，中生界與上古生界密度差異不明顯，而古近系與二者存在明顯的密度差，故重力梯度變化表明該單元內(nèi)中生界應(yīng)缺失，古近系直接覆蓋在上古生界上，上古生界頂面埋深約1 000 m。

3.2.2 黃驊坳陷單元

單元內(nèi)剖面整體仍表現(xiàn)為淺部低阻，深部相對高阻的二元結(jié)構(gòu)特征，淺部巨厚的低阻層和深部相對高阻層形態(tài)完整、層狀特征明顯。結(jié)合重力剖面推斷重力較低較平緩，可推斷坳陷內(nèi)的中新生界蓋層厚度較大，局部超過3 500 m。

（1）板橋凹陷內(nèi)部由淺至深電阻率呈均勻變化趨勢，均勻變化的電阻率反映了凹陷內(nèi)地層保存較完整，從第四系至下古生界地層厚度不一；重力布格值低且平緩，推斷坳陷內(nèi)的中新生界蓋層厚度較大。綜合推測新近系厚度1 500~2 000 m，古近系埋深約2 500 m，厚度超過1 000 m，中生界及上古生界厚度較小，分別約為500 m和700 m，下古生界埋深約4 200 m。

（2）港西凸起內(nèi)部大部缺失中生界，僅在單元東段局部保存少量中生界。同時(shí)結(jié)合港西凸起由北東向南西寬度逐步變小、深度加大的規(guī)律，新近系底界埋深約1 500 m，古近系厚度約1 000 m，缺失中生界及上古生界，上古生界基底埋深約4 000 m。

（3）岐口凹陷內(nèi)新近系厚度1 500~2 000 m，古近系埋深約2 500 m，厚度超過1 000 m，中生界及上古生界厚度較小，分別約為500、700 m，下古生界埋深約4 200 m。岐口凹陷內(nèi)部受埕寧隆起作用形成的中央隆起帶隆起上缺失中生界，古近系直接覆蓋于下古生界上，此外下古生界的頂界埋深由4 000 m減小至約3 500 m。

綜合成果顯示，天津東凸起上缺失中生界及上古生界，港西凸起缺失中生界，岐口凹陷局部缺失中生界，其他構(gòu)造單元內(nèi)地層保存基本完整。

4 結(jié) 語

綜合區(qū)內(nèi)物性、鉆孔資料，利用重、磁、電聯(lián)合解譯的方法進(jìn)行了地質(zhì)解譯。按介質(zhì)物性差異劃分了第四系(Q)、新近系(N)、古近系(E)、中生界(Mz)、上古生界(Pz2)及下古生界(Pz1)共6套地層的埋深、厚度及缺失情況，劃分了F2（滄東斷裂）、F3、F4(港西凸起的兩側(cè)邊界控制斷裂)等8條隱伏斷裂，斷裂構(gòu)造格架以北東向?yàn)橹鳎媳毕驗(yàn)檩o，它控制了研究區(qū)域構(gòu)造單元的基本格架。其中F2滄東斷裂具有斷裂帶特征，切割深度超過10 km。

本次綜合應(yīng)用技術(shù)取得的地質(zhì)成果提高了研究區(qū)內(nèi)各構(gòu)造單元、地層及斷裂研究程度，推斷的地層厚度、斷裂走向及規(guī)模為國土資源功能區(qū)劃、地質(zhì)環(huán)境保護(hù)及城鄉(xiāng)規(guī)劃等提供基礎(chǔ)資料。通過本次勘測的實(shí)施，表明深部勘測利用重磁電綜合應(yīng)用技術(shù)來研究深部物性結(jié)構(gòu)，結(jié)合其他地質(zhì)情況、物性參數(shù)及鉆探資料進(jìn)行地層、斷裂構(gòu)造的劃分及基底特征的研究，是一種經(jīng)濟(jì)、快捷、有效的工作方法。