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引用本文: 于建华,夏方华,张志强,于秀璇,刘玉. 2023. 基于大地电磁测深的平原区隐伏断裂构造研究——以天津蔡公庄乡等四幅区调为例 [J]. 矿产勘查,14(7):1161-1173.

Citation: Yu Jianhua,Xia Fanghua,Zhang Zhiqiang,Yu Xiuxuan,Liu Yu. 2023. Study on concealed fault structure in plain area based on magnetotelluric sounding——Taking Caigongzhuang Township and other four regional surveys in Tianjin as an example[J]. Mineral Exploration,14(7):1161-1173.

作者简介:

于建华,男,1982年生,硕士,高级工程师,主要从事地质勘探工作;E-mail:23772041@qq.com。

通讯作者:

夏方华,男,1984年生,硕士,高级工程师,长期从事地球物理勘查工作;E-mail:282951648@qq.com。

中图分类号:P631.3

文献标识码:A

文章编号:1674-7801(2023)07-1161-13

DOI:10.20008/j.kckc.202307016

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目录contents

    摘要

    地球物理勘探在厚覆盖的平原区地质调查中可发挥其深穿透优势,尤以大地电磁测深效果最佳。本文通过开展大地电磁测深测量,获取了区内电性分布特征,并据此划分出研究区基底构造特征,重新厘定了沧县隆起、黄骅凹陷两个主要构造单元,圈定了天津东凸起、板桥凹陷、港西凸起、歧口凹陷等次级构造单元。为研究区内国土资源功能区划、地质环境保护及城乡规划提供了详实的基础地质资料。研究表明,大地电磁法相较于其他传统地球物理方法而言,具有勘探深度大、高效等优势,可为解决平原区深部构造、基底结构和断裂构造分布等关键地质问题提供技术支撑。

    Abstract

    Geophysical exploration can play its deep penetration advantage in the geological survey of thick covered plains, of which the method by the magnetotelluric(MT) sounding method could get optimum result. By carrying out MT in the research area, the electrical distribution characteristics are obtained, and the basement structure division of the study area is given. In this paper, the two main structural units of Cangxian uplift and Huanghua depression are redefined, and the secondary structural units such as Tianjin east convexity, Banqiao sag, Gangxi convex and Qikou sag are delineated. These results provide detailed basic geological data for the functional zoning of land resources, geological environmental protection and urban and rural planning in the study area. At the same time, it is shown that compared with other traditional geophysical methods, the MT sounding method has the advantages of large exploration depth and high efficiency, which can provide technical support for solving key geological issues such as deep structures, basement structure and fault structure distribution in plain area.

  • 0 引言

  • 地球物理勘探是区域地质调查工作的重要方法技术(马为等,2015),对解决地质调查中的关键问题起着重要作用,尤其在厚覆盖的平原区地质调查中可发挥其深穿透优势,为国土资源功能区划、地质环境保护及城乡规划等提供基础资料(屈栓柱等,2019)。大地电磁测深法(MT)(朱怀亮等,2019) 是通过观测来自高空的电磁波在地球内部感应出来的电磁场,来研究地下电性结构的地球物理方法 (蒋伟等,2020陈大磊等,2022),其采集频谱范围为 320×10-4~1×10-4 Hz,探测深度可达地下几十千米至几百千米,具有勘探深度大、分辨能力强、观测效率高、不受高阻屏蔽且对低阻层反应灵敏等特点 (刘桂梅等,2018),是研究厚覆盖的平原区深部构造、基底结构和隐伏断层的有效方法(夏训银等, 2013屈栓柱等,2019)。笔者通过大地电磁法在天津市南部平原区区域地质调查中的应用(朱怀亮, 2020),获取了深部地质信息,为覆盖区地层划分、基岩界面探测等提供了有效依据,取得了良好的地质效果。

  • 1 研究区概况

  • 研究区位于天津市南部平原区和河北省交界处,行政区划属天津市静海县、滨海新区的大港区、西青区,部分隶属河北省沧县、青县和黄骅市。地层属于华北地层大区晋冀鲁豫地层区的燕辽地层分区和华北平原地层分区(卢克轩等,2022),缺失新元古界震旦系,以及古生界志留系与泥盆系。由老至新发育有太古宇结晶基底、中新元古界、古生界寒武系—中奥陶统、上石炭统—下三叠统、中生界中侏罗统—下白垩统和新生界。北部山区出露中新元古界及古生界,蓟县中新元古界剖面是北方中新元古界的典型剖面,以长城系、蓟县系和青白口系为主。北部山前平原区及南部平原区地表均为第四系,基岩地层被不同的新生代地层覆盖(将新生界以下的地层统称为基岩,基岩之上的新生界为盖层)。北部山区一般不发育新近系和古近系,第四系缺失下更新统中下部,平原区广泛发育第四系和巨厚的新近系和古近系(卢克轩等,2022)。

  • 区内地层结构较为复杂,不同区段地层结构差异较大(张亚东等,2011)。沉积地层分布不连续,不同地区厚度变化较大,古近系、中生界只分布于研究区的凹陷区及围斜区段。基底地层掀斜隆起较为剧烈,厚度变化大,断裂构造较发育,以北东向、东西向、北西向正断层为主,在断裂较为发育地段,断距较大的一些断层造成地层大幅抬升或陷落 (李世斌等,2015)。

  • 区域大地构造位于华北断坳内,横跨沧县隆起和黄骅坳陷两个Ⅲ级构造单元(张新生等,1990李世斌等,2015屈栓柱等,2018),其中:沧县隆起构造单元中涉及到双窑凸起(Ⅳ5)、白塘口凹陷(Ⅳ6) 和小韩庄凸起(Ⅳ7)等 3个Ⅳ级构造单元;黄骅凹陷之板桥凹陷(Ⅳ14),港西凸起(Ⅳ15),歧口凹陷 (Ⅳ16)(图1)。

  • 电法工作的前提是研究区内的地层及岩性存在电性差异,电性特征资料的统计也是后续电法资料进行推断解释,转化为地质成果的重要依据(赵云生等,2015屈挺等,2021)。通过整理前人工作成果,获得研究区主要地层的电性统计结果(表1),研究区地层总的电性特征表现为:松散的新生界为相对低阻;凹陷区的中生界低阻、基岩型的古生界和中—新元古界为相对高阻。区内岩体主要表现为明显的高阻。区内各地层之间存在较明显的电阻率差异,开展电磁法勘查的前提条件较好。

  • 2 野外勘探及数据处理

  • 大地电磁测深法(Magnetotelluric,简称 MT)是以天然的交变电磁场为场源的一种地球物理勘探方法。当交变电磁场以波的形式向地下传播时,在不同介质的分界面上发生反射和折射作用,可以带来地下介质电阻率分布的信息(王辉等,2013)。

  • 图1 研究区构造单元分区及工程布置

  • 表1 研究区地层电性特征统计成果

  • 如果将地表天然电场与磁场分量的比值定义为地表波阻抗,那么,在均匀大地的情况下,此阻抗与入射场极化方式无关,只与大地电阻率以及电磁场的频率有关:

  • Z=πρμf(1-i)
    (1)
  • 式(1)中:Z 为大地波阻抗(kV/T·m),ρ 为电阻率(Ω·m),μ为磁导率,f为频率(Hz),i为虚数符号。通过测量利用相互正交的电场(Ex,Ey)和磁场分量 (Hx,Hy),就可确定介质的电阻率值,计算公式为:

  • ρ=15f|E/H|2
    (2)
  • 式(2)中:ρ为电阻率(Ω·m),f为频率(Hz),E为电场强度分量(mv/km),H 为磁场强度分量(nT)。对于水平层状大地介质,上述表达公式仍然适用。由式(2)得到的电阻率为视电阻率,依据电磁波在介质中传播原理,趋肤深度或勘探深度随频率的降低而增大,通过改变并观测不同频率的电磁信号,就可获取不同深度的电性信息(邓琰和汤吉, 2019)。

  • 大地电磁剖面测量工作布置为:P01 剖面位于研究区东北部,北起三号院,南沿大港区方向至子牙新河,剖面方位角为 156°,剖面长 21 km。P02 剖面位于研究区中部,北起静海村,沿红星村方向南至南大港湿地,剖面方位角为 129°,剖面长 54 km。 P03 剖面位于研究区南部,北起陈缺屯村,经觉道庄,南至南王家本村,剖面方位角为129°,剖面长27 km。(图1)

  • 采用的仪器是加拿大凤凰公司生产的具有GPS 卫星时间同步功能的V5-2000型MT仪器系统及V8 网络化多功能电法系统。野外观测采用张量测量方法,观测电磁场的 4个水平分量(Ex,Ey,Hx,Hy),电极距 100 m,观测频段 320~0. 0001 Hz,观测周期 12 h以上(夏训银等,2013李世斌等,2015)。

  • 大地电磁资料处理的目的就是通过对野外数据的一系列处理以及反演计算,得到地下介质电阻率随深度的变化关系,进而分析沿剖面地下地层及构造变化。处理流程包括预处理、定性分析、定量反演3个主要的步骤(图2)。

  • 图2 大地电磁数据处理解释流程图

  • 利用电性主轴分析来对地下的构造做一个走向的研究,在做二维反演时可通过这些分析的数据来设置相应的模型以达到比较理想的结果(卓武等,2017田郁和乐彪,2021)。玫瑰图是对地下电性介质电性主轴方位角的一个统计,是判断地质构造走向的一个依据。首先把由 Mteditor 导出的 . edi 文件转换为阻抗张量形式的 . edi 文件,然后使用 Strike程序来求取每个测点不同频率(不同深度)的方位角,最后对整条测线上所有测点的方位角做统计,根据一定角度范围内频点的个数来画出玫瑰图。已知研究区内构造走向为北东方向,分析 0°~90°范围内的电性主轴角,最长的“玫瑰花瓣”就是地质构造的走向。如图3 所示,为 3 条剖面所有测点全频段玫瑰图,P01、P02 剖面电性主轴方向大致沿 NE40°方向,P03约为NNE10°,与研究区的主控断裂平面延伸方向吻合。

  • 图3 三条剖面的电性主轴玫瑰图

  • a—剖面P01;b—剖面P02;c—剖面P03

  • 曲线类型定性地反映出了地下电性层的分布特征,通过对研究区内曲线类型的分析比较,可对地质构造单元进行划分与归类,有助于选择和制定定量解释的步骤、方法和参数,有效地克服资料解释过程中的多解性问题,提高地质解释的准确性 (张弘宇等,2019)。

  • 从各剖面上主要构造单元内测点的曲线类型图中可知(图4),沧县隆起内测点曲线为 K型,首支低阻部分较短,反映低阻层较薄,为中、新生界盖层缺失的表现,即高阻的奥陶系埋深较浅;黄骅坳陷内曲线类型主要以HK型为主,H型低阻部分为中、新生界低阻电性曾反映,H型低值部分较长说明区内沉积了较厚的中生界、新生界。分析本次全部剖面上 MT 测点的曲线类型,可以作为划分区内 II 级构造单元沧县隆起和黄骅坳陷的依据之一(图4)。

  • 图4 主要构造单元内测点曲线类型图

  • a—K型曲线;b—Hk型曲线

  • 本次研究采用的二维非线性共轭梯度(NLCG) 法是 Fletcher and Reeves 在 1964 年首先提出来的。它是解决大规模非线性问题的最早技术,具有效率高、计算稳定等优势,适用于大规模的地球物理反演问题,在大地电磁测深方法的反演中得到了广泛应用,取得了较好效果(杨承志等,2013许智博和谭捍东,2019)。

  • 图5 所示,P02 剖面经过最终的对比认为在 TM 模式下,取tau值为10时,反演的结果较为理想。图中纵轴为深度,颜色代表电阻率值。由图中可知,二维反演结果中可以反映地下电性沿深度的纵向变化及沿剖面方向的横向变化,为综合地质解释提供了基础模型。

  • 图5 P02剖面二维反演结果(TM模式)

  • 3 勘探成果的地质解释

  • 依据研究区电性研究结果及电性地质分层规律,对 3 条大地电磁测深剖面电性成果进行了地质推断解释,将地球物理模型转化为地质模型,并给出地质推断解释成果。

  • P01剖面电性特征整体上具有分块特征,以0号及 3 号点中间为界可分为两个区块,剖面北西浅部低阻层较薄,深部为大范围的高阻区,具有典型的隆起区电性构造特征,剖面南东浅部低阻层相对较厚,深部为一高一低两个电性异常区,可见二者的明显界线(图6)。

  • 重力布格异常曲线与剖面电性特征分布有一定的对应关系,其中重力布格极大值位于剖面北西端,表明剖面该段的深部存在高密度异常体或者基底隆起;曲线未见明显拐点,整体表现较为平缓,表明重力高异常主要由一定埋深的构造引起。重力布格值由北西向南东首先减小而后增大,表明深部存在凹陷区向隆起区的过渡。

  • 本剖面主体位于黄骅凹陷构造单元内,纵向上浅部存在巨厚低阻层是中新生界的盖层反映。横向电性分区特征明显,可分为西部低阻区和东部低阻区,是深部凹隆变化的构造单元的体现。高、低阻区的分区界线位于10号测点东侧,该位置存在电阻率高低值梯度带和重力布格曲线的拐点,推断解释为断裂 F3,该断裂倾向北西,是构造单元边界的控制断裂。综合区域地质资料推断 F3 断裂北西低阻区属Ⅲ级构造单元板桥凹陷,F3断裂南东高阻区属Ⅲ级构造单元港西凸起。

  • 板桥凹陷由 F2 和 F3 断裂控制了两侧边界,其中 F2断裂倾向南东,倾角约 70°,F3断裂倾向北西,倾角约 65°。单元内部整体电性为低阻,横向上不存在明显的高低组变化梯度带,表明单元内部无隐伏断裂存在。但板桥凹陷内在深度1000~2500 m范围内存在相对高阻层,从物性上分析,对应新近系明化镇组。故推断新近系底界埋深约为 2500 m,厚度超过 1500 m。凹陷内部地层保存相对完整,新近系下伏古近系厚度约 1000 m,中生界电性与古近系接近,但厚度较薄,约 500 m,上古生界顶板埋深约 4000 m,下古生界顶板埋深约5500 m。

  • 港西凸起北西边界由F3断裂控制,单元内部整体电性为高阻,但剖面南东端深部存在闭合的低阻异常带,呈现出一定的横向分区特征。浅部低阻层底界深度约 1500 m,划分新生界第四系及新近系盖层,深度 1500~2500 m 范围内的相对高阻层是古近系受内部砂砾岩层影响引起的电阻率局部升高,本次划分为古近系。测点 17 深部推断存在单元内部隐伏断裂F4,倾向南东,倾角约60°。F4断裂以西为缺失中生界,断裂以东局部保存了厚度约 200 m 的中生界,上古生界底界深度约为3500 m。

  • 综上,P01 剖面以电性模型对黄骅凹陷的边界进行了进一步确界,同时划分了黄骅凹陷内的Ⅲ级构造单元板桥凹陷,港西凸起及其边界控制断裂 F3,结合物性资料进行了地层及厚度推断,划分了第四系、新近系、古近系、中生界、上古生界及下古生界的厚度。

  • P02 剖面整体电性特征表现为浅低、深高的二元结构特征,是中新生界盖层与前古生界基底的反映。深度2000 m以上的横向电性分区性明显,由北西向南东分布着高阻区—低阻区—相对高阻区— 低阻区共 4 个电性异常区,反映了区内坳隆相间分布的整体构造格架(图7)。

  • 重力布格曲线图中重力布格值存在显著的高低变化,同样是深部构造分区特征的反映。以布格曲线拐点位置将曲线图进行分段分析,可知重力高值段与电性高异常区有良好的对应关系,二者都是构造的间接反映。布格重力拐点位置同时也是各电性异常区变化梯度带的位置,共同反映了深部断裂构造的存在。

  • 图6 P01剖面综合解译成果图

  • a—布格重力实测及拟合曲线;b—MT二维反演电阻率剖面;c—地质解释剖面

  • 综合本区地质研究成果首先沿剖面进行了主要构造单元的分区,依据浅部低阻层(反映盖层)厚度特征,首先明确了Ⅱ级主控构造单元的界线,北西部的高阻区是沧县隆起的反映,向南东依次分布的低阻区—相对高阻区—低阻区3个电性异常区划分为黄骅凹陷。二者的边界由位于 9、10 号测点间的断裂 F2 控制。该断裂倾向南东,切割深度较大,是北东走向的区域主控断裂——沧东断裂的一段。

  • 图7 P02剖面综合解译成果图

  • a—布格重力实测及拟合曲线;b—MT二维反演电阻率剖面;c—地质解释剖面

  • 沧县隆起单元内剖面整体表现为浅部低阻、深部高阻的二元结构特征,是中新生界盖层和前古生界基底的反映。浅部电阻率小于10 Ω·m,但厚度较薄,为 200~600 m,推断为第四系和新近系,深部大规模的高阻异常区推断为前古生界基底。结合重力剖面推断成果单元内的重力梯度变化较快,表明了深浅地层密度差异较大,从密度特征上分析,中生界与上古生界密度差异不明显,而古近系与二者存在明显的密度差,故重力梯度变化表明该单元内中生界应缺失,古近系直接覆盖在上古生界上,上古生界顶面埋深约1000 m。

  • 沧县隆起单元内部浅部低阻盖层厚度小于 1500 m,综合区域地质特征推断为新生界盖层,其中新近系底界约为1000 m,下浮厚度约1000 m的古近系。深部整体高阻电性区反映了下古生界及前古生界基底。单元内缺失中生界及上古生界。其中3号测点以西布格曲线与电阻率等值线出现小幅梯度变化,推断了沧县隆起内部次级构造控制断裂 F1,控制了天津东凸起的西边界,该断裂倾向北西,倾角约55°,断裂规模较小。

  • 黄骅凹陷内以浅部巨厚的低阻层和深部形态完整、层状特征明显的高阻层为特征,可推断凹陷内的中新生界盖层厚度较大,局部超过 3500 m。深部的高阻层可见明显的起伏界面,表明凹陷深部基底具有一定的凹隆变化,存在次级构造单元。对照区域地质资料,位置上对应了Ⅲ级单元板桥凹陷、港西凸起和岐口凹陷。各单元边界均由断裂进行控制。依据断裂解译原则对各单元的边界断裂及内部地层进行了推断,对Ⅲ级单元边界进行了确界。

  • 剖面 29~33 号测点之间深部 3500 m 上对应了高阻电性层的隆起部位,也是布格重力曲线由低值向高值的过渡段,构造位置上对应了港西凸起。该单元的西边界由断裂F3控制,联系P01剖面推断成果可知,断裂具北东走向;单元东边界由断裂 F4 控制,该断裂由北东向南西延伸发展,规模及断距逐步增大。港西凸起内部大部分缺失中生界,仅在单元东段局部保存少量中生界。综合利用工作的物性资料,同时结合港西凸起由北东向南西宽度逐步变小、深度加大的规律,推断了各地层的深度及厚度,具体为:新近系底界埋深约1500 m,古近系厚度约 1000 m,缺失中生界及上古生界,上古生界基底埋深约4000 m。

  • F3断裂以东为电性低阻区,具有凹陷区的典型特征,推断为板桥主凹陷,凹陷最深处位于 18 号测点深部。该单元内部由浅至深电阻率呈均匀变化趋势,电阻率值由 20 Ω·m 逐步增大到 150 Ω·m,不存在横向的等值线错断,无断裂构造的反映。均匀变化的电阻率反映了凹陷内地层保存较完整,从第四系至下古生界地层厚度不一。F4 断裂以西的大片电性低阻区与板桥凹陷反映的地质特征十分类似,从构造位置上分析对应了Ⅲ级单元岐口凹陷, F4 断裂控制其西侧边界。本次统一划分了两个凹陷内部的地层。其中新近系厚度 1500~2000 m,古近系埋深约 2500 m,厚度超过 1000 m,中生界及上古生界厚度较小,分别约为 500 m 和 700 m,下古生界埋深约4200 m。

  • 岐口凹陷内43~48号测点之间电阻率等值线图中存在孤立的高阻异常区,深部延伸超过 4000 m,高阻异常的两侧均存在陡立的等值线变化梯度带,但重力布格异常曲线无明显解释,可判断显著的密度差,电性异常主要由地层的错动引起,据此推断了次级隐伏断裂 F5、F6,控制了岐口凹陷内的局部隆起,隆起上缺失中生界,古近系直接覆盖于下古生界上。此外下古生界的顶界埋深由 4000 m 减小至约3500 m,推测F5、F6的断距约500 m。

  • 综上,P02 剖面以电性模型划分了 4 个构造单元,由北西向南东分别为天津东凸起,板桥凹陷,港西凸起,岐口凹陷。沿剖面推断有6条断裂,分别为 F1、F2(沧东断裂)、F3、F4、F5、F6。地层解释表明天津东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,其他构造单元内地层保存基本完整。

  • P03 剖面电阻率相对较低,但存在较为明显的横向电性分区特征,具有“两高一低”的特征。电性分区的边界分别位于 9号、18号测点位置。其中高阻区符合隆起区的特征,低阻区则对应了凹陷区。

  • 布格重力异常曲线由西向东呈单调递减趋势,在9号测点处存在拐点,布格重力减小的速率变缓,该特征是判断剖面深部存在断裂构造的依据。

  • 以布格重力曲线特征结合剖面电性特征,本剖面测量范围基本都属于黄骅凹陷构造单元,以F3断裂为界可以划分为西北部的板桥凹陷和东南部的大庄子凸起,而板桥凹陷单元存在的几条次级断裂 F3、F7、F8 将该区内部分为两个凹槽和中间一个凸起的次级构造,在电性结果上表现为高低阻的交替。

  • P03剖面横跨的构造单元与 P01、P02具有一定的延续性,其电性结构特征也具有较好的对应性。综合本区的构造分区及断裂发育特征可知,区域上的断裂具有左旋走滑特征,形成了一系列由北东向断裂控制的次级构造单元,但单元规模及延伸特征各不相同,大体上各单元内地层厚度由北西向南东逐步变厚(图8)。

  • 在F8断裂的西北部,浅部低阻层对应了中新生界盖层,其中新近系电阻率略低,厚度约1200 m,古近系电阻率略高,底界埋深约 1700 m,二者总体具有低阻特征。单元内部深度 3000 m 处横向上存在电阻率高、低变化梯度带,两侧的等值线出现错动,划分了断裂 F7,该断裂倾向北西,倾角约 60。,断距约200 m。

  • 慈儿庄凹槽内整体为低阻异常区,除深度1500 m处存在约30 Ω·m的相对高阻薄层外,电阻率由浅到深呈单调上升特征,表明凹陷内各沉积层保存完整,而相对高阻薄层为新近系与古近系结合部的砂砾层的影响。综合本次其他剖面成果及区域地质成果划分了各地层的厚度,具体为:新近系底界 2200 m,古近系底界 3700 m,中生界厚度 500 m,上古生界顶界4200 m,下古生界顶界4500 m。

  • 大庄子凸起整体电性分布符合隆起区的特征。浅部存在厚度约2000 m的低阻层,其下整体为高阻异常区,在剖面南东段存在陡立的高低阻梯度带,但重力布格曲线无明显拐点,推断该位置存在一定规模、埋深较大的隐伏断裂 F4,控制了港西凸起的东侧边界。受该断裂影响,两侧的地层存在明显错动,F4 断裂东侧由浅到深的地层推断为第四系(约300 m)、新近系(约 1000 m)、古近系(约 500 m)、上古生界(约300 m)及下古生界。F4断裂西侧各地层与东侧相同,但由于位于断裂下盘受其影响,新近系厚度变大,其底界埋深约 1800 m,古近系底界约 2700 m,上古生界底界约 3000 m,下伏地层为下古生界。

  • 图8 P03剖面综合解译成果图

  • a—布格重力实测及拟合曲线;b—MT二维反演电阻率剖面;c—地质解释剖面

  • 综上,P03剖面基本位于黄骅凹陷区内,通过反演结果对区内的断裂构造进行了推断,同时依据地质、物性资料进一步对黄骅凹陷内的Ⅲ级构造单元板桥凹陷、大庄子凸起及其细分构造进行了确界,依据重力、电性资料对各构造单元内地层、厚度进行了划分,对断裂信息进行了合理的推断。

  • 4 断裂带的推断解释

  • 断裂在布格重力图及磁异常平面图中均以高低值变化梯度带的形势存在,本次研究以电法资料为基础,结合重力剖面反演成果及地质资料,综合推断本次研究区内断裂构造。

  • 图9 推断断裂带平面图

  • 本次研究推测了主断裂 1条、次级断裂 7条(图9),具体成果如下:

  • (1)P01 剖面划分断裂 3 条,分别为 F2(沧东断裂),F3,F4,其中F2为主控断裂,划分了Ⅱ级构造单元沧县隆起和黄骅坳陷,其余为次级断裂;(2)P02 剖面划分断裂 6 条,分别命名为 F1,F2,F3,F4,F5, F6。其中 F2 为沧东断裂,其余均为次级断裂;(3) P03剖面划分断裂4条,分别为F7,F8,F3,F4。

  • 主要断裂具体特征分析如下:

  • F2 断裂(沧东断裂)。沧东断裂属印支—燕山构造旋回的产物,控制了此时期的岩浆活动,是沧县隆起与黄骅坳陷的分界线,断裂两侧新生界发育程度差异明显。西侧上升盘是沧县隆起,东侧下降盘是黄骅坳陷。据重力资料和大地电磁测深资料显示,断裂向下切割的深度巨大,是一条中新生代构造活动形成的断裂,对黄骅坳陷的形成与沉积起着控制作用。

  • 本次研究划分的沧东断裂南段均位于剖面北西端,电性构造层横向有明显差异和错动,断裂南东侧电阻率低,北西侧电阻率较高,在断裂附近形成等值线梯度带。断裂向南东倾,断点埋深约几百米,倾角约 60°,正断层。MT 资料显示该断裂表现为断裂带形式,其上断点埋深大致在300 m以下,切割深度远远超过10 km,深部构造活动复杂。

  • F3 断裂。该断裂与沧东断裂共同控制了区内板桥凹陷的两侧边界,是区内构造单元主控断裂。断裂倾向北西,倾角 70°,断距约 2 km,其上断点埋深大致为 1000 m,切割深度断裂位于电阻率高低变化梯度带,切割深度大致 6 km,其中西侧电阻率低值为板桥凹陷内新生界地层的反映,东侧的电阻率高值区为港西凸起内前奥陶地层的反映。断裂控制了板桥凹陷内地层的分布。

  • F4断裂。该断裂与 F3断裂共同控制了区内港西凸起的两侧边界,区内构造单元主控断裂。断裂倾向南东,倾角约70°,其上断点埋深大致为1500 m,断裂位于电阻率高低变化梯度带,切割深度大致 7 km,其中西侧的电阻率高值区为港西凸起内前奥陶纪地层的反映。断裂控制了凸起内地层的分布。

  • 5 讨论

  • 研究区的 3 条 MT 剖面推断的地质成果具有一定的代表性,但剖面间距大、测点比较稀,对区内大部分区域控制程度不足。同时,受工作比例尺限制影响了剖面的横向分辨率,对断裂构造的平面位置解译结果存在一定的偏差,断裂定位精度略有不足。

  • 大地电磁测深法采用频率测深的工作方式,纵向分辨率取决于地下介质的电阻率和电磁波频率。研究区地表电阻率偏低,对浅层的地层断裂、特殊地质问题分辨和解释的精度略有不足。后续可开展电测深、高密度电法等工作,提高浅层分辨率。

  • 6 结论

  • (1)通过大地电磁测深的剖面电性特征,对研究区内沧县隆起、黄骅凹陷 2 个主要构造单元进行了划分,圈定了天津东凸起、板桥凹陷、港西凸起、歧口凹陷4个次级构造单元。查明天津东凸起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,其他构造单元地层保存基本完整。

  • (2)按介质电性差异划分了第四系(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 套地层的埋深、厚度及缺失情况,划分了F2(沧东断裂)、F3、F4(港西凸起的两侧边界控制断裂)等8条隐伏断裂,并推断了断裂的规模及走向、倾向等要素。其中F2沧东断裂具有断裂带特征,切割深度超过10 km。

  • (3)结合电性模型,对沧县隆起、黄骅坳陷 2 个二级构造单元进行了确界,重点对黄骅坳陷内的次级构造单元进行了研究,划分了板桥凹陷、港西凸起、岐口凹陷等构造单元。查明沧县隆起缺失中生界、上古生界,古近系直接覆盖于下古生界上,新生界盖层厚度小于 2500 m;黄骅坳陷内除港西凸起上局部缺失中生界外,地层保存相对完整,新近系、古近系厚度合计超过3000 m。

  • 通过本次研究及地质成果的取得,表明在平原地区利用大比例尺的大地电磁测深剖面法来研究深部电性结构,结合其他地质、地球物理及钻探资料进行地层和断裂构造的划分,是区域地质调查工作中一种经济、快捷、有效的工作方法。

  • 致谢 研究过程和论文编制过程中,天津市地球物理勘探中心夏训银教授级高级工程师、雷清等人提供了积极的帮助,在此向他们表示感谢。审稿专家提出了宝贵、有益的建议,在此一并表示感谢。

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图1 研究区构造单元分区及工程布置
图2 大地电磁数据处理解释流程图
图3 三条剖面的电性主轴玫瑰图
图4 主要构造单元内测点曲线类型图
图5 P02剖面二维反演结果(TM模式)
图6 P01剖面综合解译成果图
图7 P02剖面综合解译成果图
图8 P03剖面综合解译成果图
图9 推断断裂带平面图
表1 研究区地层电性特征统计成果

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