0 引言

冀中台陷（京南段）地处平原区，地势由西北向东南倾斜，面积 17997 km²，范围东至文安—武邑一线，西至涿州—定州一线，南界为藁城—衡水一线，北至北京与河北省界，不包括雄安新区范围，主要共计 28 个县。其西部Ⅲ级构造单元界限位于涿州 —定州—新乐一线，大致分布于京广铁路西侧（李廷栋等，2017）。华北石油管理局、中国地质调查局等单位曾在平原区的石家庄、保定、廊坊等地进行过重力测量、航测、地震物探工作，取得了一定的区内地质构造、地层结构、岩性等基础资料。单帅强等（2016）采用井、震结合思路，利用平衡剖面技术对冀中坳陷西部的保定凹陷成因进行了研究，并在纵向上将其划分为3个构造层。韩春园等（2017）基于地震、钻井等资料研究发现了保定凹陷为受太行山东断裂带控制形成的西断东超的箕状凹陷，与廊固凹陷等具有相似演化特征。苗青壮等（2020）采用大地电磁测深和土壤氡气测量方法，对冀中坳陷北部四级构造单元进行了圈定，查明了内部控制构造单元的Ⅳ断裂边界。张伟等（2021）采用大地电磁测深法在太行山前徐水地区开展了地热资源探测，并据此总结了徐水断裂深部电性特征。因资金及技术条件有限，虽然冀中平原区内开展工作众多、资料丰富，但并未针对西部Ⅲ级构造单元边界开展系统性的探测研究与总结论述工作。

近年来，在国家“碳达峰”、“碳中和”的双碳目标下，地热资源作为一种宝贵的、具有极大开发利用价值的可再生绿色清洁能源日益得到人们的重视。以煤取暖的北方对绿色能源的需求尤为迫切，各地均加大了对地热资源的勘探开发与利用。 2018年由河北省国土资源厅统一部署，系统性开展了包括冀中台陷（京南段）地热资源勘查项目在内的多个地热资源调查评价项目，并对全省地热资源调查评价工作进行了汇总，积累了大量地质资料。以此项目为依托，对贯穿其西部Ⅲ级构造单元边界共布设 5 条大地电磁测深测线，探测深度不低于 4000 m。数据经编辑、圆滑、静校正等初步处理后，对测线附近地层进行了反演解译及综合研究，指出了西部Ⅲ级构造单元界限的变化及最新分布位置 （黄子莹等，2019^①）。

1 地质构造概况

冀中台陷（京南段）位于河北省中南部，叠加于新生代地质体之上，以太行山—燕山山前区域断裂 （F20）为西界呈北北东向展布（图1）。本次研究的主要是冀中台陷（京南段）与太行山的接触界线，位于怀柔—涞水—定兴—石家庄一带，全长约 350 km。此构造带存在 2 条大的区域性断裂。琉璃庙 —保定构造带西界区域断裂，位于琉璃庙西—怀柔西—保定西一带，多被中元古代—新生代地层覆盖，或被早白垩世岩浆岩侵位破坏；东界区域断裂位于长哨营西—琉璃庙东—怀柔—保定西一带，呈北北东—北东—北西向展布，为变质基底三级构造单元的重要分界线之一。露头长约 47 km，范各庄以南被新生代地层覆盖，推断长约 354 km；构造带露头宽9 km左右。为一复杂的强变形带，具有长期多期活动性、倾向与性质多变的特点，带内发育多期构造岩类。

布格重力异常图显示（图2），该带为一平直的梯度带，梯度带北端止于一东西向梯度带。南端止于一近南北向梯度带。梯度带两侧重力低、重力高异常紧密排列，轴向与断裂平行。上延 2 km、10 km，梯度带仍明显存在；上延 20 km，定州—石家庄段重力变异带特征明显，南北两端等值线发生同形扭曲；定州以北为巨型北东向梯级带的东缘，重力场值表现为由高向低陡降，具有明显的断裂特征。该断裂在重力 135°方向水平—阶导数图上，导数极值连线特征非常明显。极值连线位置相对地表自上延2 km开始断层南端向东偏移；徐水—定州段自上延 5 km 开始向东偏移，上延 20 km 断层全线向东偏移。依此分析断层面自南向北，随着断层深度的增加逐渐向东倾斜，而浅部相对较陡。

航磁△T原平面化极图显示（图3），涿州—保定以东为一北东向负磁异常，向南至定州为正、负磁异常的分界线。定州—正定段两侧磁场特征也有明显区别，西侧异常起伏较大，排列紧密，正负磁异常强度较高；东侧异常起伏不大，磁场较平稳。该断裂沿途均被第四系覆盖，主要由物探手段推测得出。断裂西侧地层以中新元古界为主，东侧接受持续沉积，主要为中、新生代地层，断裂属正断层（李廷栋等，2017；苗全芸等，2019）。

2 方法原理及测线布设

大地电磁测深法（MT）是苏联学者 Tikhonov 和法国学者 Cogniard 于 20 世纪 50 年代初期提出的利用天然交变电磁场研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法。其基本原理是不同频率的电磁波在地下介质中的传播具有不同趋肤深度，即所谓的趋肤效应。一般把电磁波在地下介质传播中振幅衰减到地面处幅值的 1/e（约 0.37）的深度定义为趋肤深度δ（m）：

1—重力推断二级构造单元界限；2—重力推断三级构造单元界限；3—重力推断断层；4—华北板块；5—冀中南活动软块（断陷盆地）； 6—廊坊—保定台陷

式（1）中：ρ是地下介质的电阻率（Ω∙m），f是电磁场的谐变频率（Hz）。在背景电阻率确定的情况下，MT 的探测深度主要与电磁波的频率有关。在地表接收地球不同频率电磁响应信号，一般认为在 400 Hz～20000 s 之间，对于台站式的 MT 或更长周期的研究，低频部分可能达到几十万秒，经过相关的数据处理解译后可以得到地下不同深度范围内的电性结构特征（邰书坤，2021；黄理善等，2022）。

鉴于其不用人工供电、成本低、工作方便、不受高阻层屏蔽、对低阻层分辨率高等特点，MT现在已经成为深部地球物理探测的一种重要方法和必不可少的技术手段。在石油、天然气、地热等矿产资源普查与勘探及各种工程建设中具有广泛的应用 （祁晓雨等，2011；焦尚斌等，2017；李平平和陈海龙，2019；胥博文等，2019；刘日富等，2020；宿宇驰， 2021；贾宛瑜等，2022；徐坤和常钰斌，2022）。

本次研究以区域地质和矿产地质成果为基础，在冀中台陷西部垂直Ⅲ级构造单元共布设测线 5条、测点 105 个，自南向北分别位于新乐、定州、保定、徐水、涿州等地（图4）。勘测仪器选用加拿大凤凰地球物理公司生产的V8多功能网络电法仪及3E 采集盒子，包括轻便坚固的采集系统和 GPS同步系统，所有的记录单元均通过 GPS 时间（±0.2 μm）保持同步。本次通过张量观测方式进行数据采集，工作频率范围 320. 00～0. 01 Hz，有效探测深度 4000 m以上（图5）。

1 —冀中台陷三级构造单元界限；2—航磁ΔT等值线；3—铁路；4—河流

3 成果解译分析

3.1 数据处理

所取得的数据通过 SSMT2000软件进行傅里叶变换及 Robust处理，完成电磁场数据由时间域向频率域的转换；经MT Editor对电阻率及相位曲线的初步圆滑、剔除干扰信号后，再由 MTSOFT2D 统一对各个测点进行编辑平滑、极化模式识别、静态校正、空间滤波等处理，最后进行模型正演及一维、二维反演，绘制视电阻率等值线剖面图。

3.2 剖面解译分析

本次研究垂直冀中台陷西部Ⅲ级构造单元布置 MT 测线 5 条，实测测线方向为 129°～136°，分别命名为MT1～MT5，点距500～1000 m。通过数据处理及反演解译，查明了线位附近的地层岩性及断层的位置与产状，分别论述如下。

通过MT1线电阻率反演解译剖面可知（图6a），其上存在陡倾平行断层3处，均为走向北东，倾向南东。在测点1～10之间，覆盖地层较薄，下伏地层整体呈现高阻特征，应为完整基岩的电性反映；在测点11～27之间覆盖层逐渐变厚，其下地层整体呈现低阻、中低阻特征，推断为断凹的电性反映。结合地质资料，推测此断裂应为定兴—石家庄大断裂的南段，大断裂的东侧为晋州凹陷。

通过MT2线电阻率反演解译剖面可知（图6b），在测点 7～10 之间，左右两侧地层电性特征存在明显的差异，推断此间存在平行断层 2 处，均倾向南东。1～6 点浅部表现为低阻、中低阻，下伏中深部地层呈现高阻特征，应为完整基岩电性反映，而 11～16 点整体表现为低阻、中低阻特征，结合区域地质资料推断应为保定凹陷的电性反映。

MT3线电阻率反演解译剖面图（图6c）、MT4线电阻率反演解译剖面（图6d）均与 MT2 线电性特征相类似，此处不再赘述。MT3、MT4线各推断了断层 2 处，均位于 6～7 点、10～11 点之间。MT3 线断裂带两侧分别为军都山隆起和保定凹陷；MT4线断裂带两侧分别为军都山隆起带和廊坊凹陷。

a—MT1线电阻率反演解译剖面图；b—MT2线电阻率反演解译剖面图；c—MT3线电阻率反演解译剖面图；d—MT4线电阻率反演解译剖面图； e—MT5线电阻率反演解译剖面图

MT5 线电阻率反演解译剖面（图6e）相对于其他4条剖面电性特征存在一定的差异，明显具有“凹凸相间”的特点，本剖面共推测出断层 4 条，分别位于 9～10点、15′～16′点、23～26点之间。结合区域地质资料，推断 9～10 点之间的断层为军都山隆起带与北京凹陷的界限，15′～16′点之间断层应为北京凹陷与大兴凸起的控制性断层，而23～26点之间的 2 处断层则为大兴凸起与廊坊凹陷的控制性断层。23点附近的涿06号钻孔亦对此进行了验证，其揭露的地层与剖面解译成果对应效果较好。此剖面左侧高阻岩体中的低阻异常，军都山隆起带部分大地电磁勘查剖面中亦有发现，其存在性有待钻孔验证，成因有待进一步探讨。

3.3 综合成果推断

2017年雄安新区成立以后，秉持着“百年雄安，千年大计”的思想，区内开展了大量物探、钻探、水文地质、地热地质调查等工作。中国地质调查局曾在该地区开展“透明雄安”基础平台建设工作，其中满城—河间深地震反射长剖面、易县—大城深反射地震长剖面分别跨越了徐水凹陷、保定凹陷与太行山隆起等构造单元。以区域大的断裂与基岩顶界面的交点在地面的投影作为构造单元的边界通过深反射地震的数据的定量解释，对各构造单元的边界进行了精细刻画（王凯，2022；岳航羽等，2022）。

两条深地震反射长剖面分别位于本次大地电磁测深的MT4线南北两侧附近，其推断的太行山隆起与保定凹陷的断裂界限最浅处位于满城—河间深地震长剖面的CMP5058点位，太行山隆起与徐水凹陷的断裂界限最浅处位于易县—大城深反射地震长剖面的CMP12270位置。两地震长剖面断裂位置进行勾连清绘后，恰好经过MT4线的6、7点，两种方法取得的成果吻合度较高（图7）。

1 —推断断层及编号；2—原Ⅲ级构造单元边界；3—新推断Ⅲ级构造单元边界；4—地震长剖面测线及CMP测点

本次研究以京津冀区域地质志的构造单元划分为基础，对原有Ⅲ级构造单元界限进行了定位清绘。结合区域重磁（1∶20 万）成果，对测量取得的 5 条 MT 剖面进行综合分析，将其中断裂进行统一勾连，形成新的区域大断裂 F1 及次级断裂 F1-1（图7）。两断层均经正定、新乐、定州、望都、保定、徐水等地，呈北北东—北东向平行展布，倾向南东，且大部分被第四系覆盖。两断层中的主断层 F1 应为本区的Ⅲ级构造单元界限。从图7 中可以看出，与区域地质志原有的构造界限位置相比，本次推断的构造单元界限统一向东进行了偏移。正定—新乐段的构造界限与原有界限位置相比差异不大；定州— 定兴一线变化较大，大部分向东偏移了2 km左右。

4 结论与建议

（1）本次研究工作以京津冀区域地质志为基础，结合区域重磁成果，对垂直于西部Ⅲ级构造单元界限的5条MT测线成果进行了综合解译，确定了区域性断裂F1及其次生断裂F1-1的位置、产状、走向等，重新绘制了西部军都山隆起带与晋州凹陷、保定凹陷、廊坊凹陷、北京凹陷的接触边界，即新的 Ⅲ级构造单元界限。

（2）界限南段位于正定—新乐以西，几乎与原位置重合；中段位于定州以西、望都以东、保定徐水以西，沿京广铁路两侧分布，与原有位置相比具有一定的差异，大部分向东偏移 2～3 km；北段位于定兴以西、涞水以东，涿州以西，整体与原界限小有差异。

（3）MT 作为一种天然源的电磁测深方法，其受自然环境及人文干扰影响较大，抗干扰能力较差，虽采用远参考及相应处理软件对数据进行矫正，亦不可避免地造成各种误差。如要更加精准的确定构造单元界限，仅凭现有工作显然不够，不仅需要提高测量精度，更需要多种物探方法的结合。

注释

① 黄子莹，孟子龙，魏芳，杨倩，杨雪娟，郭晓宁，王成龙，梁君 .2019. 冀中台陷（京南段）地热资源勘查[R]. 石家庄：河北省水文工程地质勘查院.

参考文献