綜合地球物理方法在范縣地?zé)峥辈橹袑Ρ仍囼炑芯?/h1>
2021-08-24 05:42:08張晗盧瑋黃烜白晨申云飛
地質(zhì)裝備 2021年4期
張晗,盧瑋，黃烜，白晨，申云飛
(1.河南省深部探礦工程技術(shù)研究中心，鄭州 450053；2.河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，鄭州 450053；3.河南省煤炭地質(zhì)勘察研究總院，鄭州 450052)
0 引言
范縣位于河南濮陽市，屬于華北地臺南部(Ⅱ 級)的東明斷陷區(qū)，已有鉆井資料表明范縣地?zé)豳Y源豐富，以古生界奧陶系灰?guī)r熱儲層與新生界砂巖熱儲層為主。但該區(qū)域深層地?zé)豳Y源勘探開發(fā)面臨地質(zhì)結(jié)構(gòu)不清、目標不明、鉆探風(fēng)險大等地質(zhì)難題，需要綜合多種物探方法解決地?zé)岚袇^(qū)優(yōu)選和地?zé)峋ň?/p>
地?zé)豳Y源物探技術(shù)以測量地球物理屬性為手段來表征地?zé)嵯到y(tǒng)，這些參數(shù)有溫度、電阻率、磁化強度、密度、波速、導(dǎo)熱系數(shù)和滲透電位等[1]。在實際工作中，某一種參數(shù)并不能很好地反映地質(zhì)背景及地質(zhì)體的空間狀態(tài)，因此需要綜合不同物性參數(shù)獲得更準確的結(jié)果。
常用的地?zé)豳Y源物探方法主要有直流電法、磁法勘探、重力勘探、地震、電磁法勘探、微動觀測、放射性探測等[2,3]。各種勘探方法對于復(fù)雜地形地貌條件的適應(yīng)性有差異，單一的方法不能很好地反應(yīng)地質(zhì)背景及地質(zhì)體的空間狀態(tài)，而多種物性參數(shù)變化能夠從不同側(cè)面反映地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，因此需要對常用的地?zé)豳Y源物探方法進行優(yōu)選，探索最適宜的中深層地?zé)豳Y源勘查的物探組合方法，為進一步選定有利靶區(qū)及為地?zé)峋ň目煽啃耘c精確性提供地質(zhì)參考和地質(zhì)依據(jù)[4,5]。
1 研究區(qū)地質(zhì)及地球物理特征
1.1 地質(zhì)特征
1.1.1 構(gòu)造特征
范縣新區(qū)位于華北地臺南部，郯廬裂谷系，魯西隆起西緣，夾于聊蘭斷層和戴韓斷層之間。區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造為聊蘭斷裂和白衣閣斷裂。聊蘭斷裂為被第四系掩蓋的隱伏斷裂帶，南起河南蘭考，北至聊城以北，與齊廣斷裂交會，大致呈NNE向延伸，全長達270多公里，是魯西斷隆和臨清坳陷的分界斷裂和地質(zhì)分界線，見圖1。
圖1 試驗研究區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 Structure and location map of the experimental study area
聊蘭斷裂走向NNE 20°～40°，傾向NW，傾角35°～60°，為一東升西落的正斷層，切割深度大，斷層兩側(cè)奧陶系頂面垂直斷距可達2000～3000 m，從該斷裂控制的地層來看，可能從晚侏羅世開始活動，白堊紀至早第三紀強烈活動，尤其在早第三紀時期最為活躍，從而成為控制華北平原下第三系沉積的邊界；白衣閣斷裂是被第四系掩蓋的隱伏斷裂，位于工作區(qū)的西部，走向NE，傾向NW，傾角75°，NW盤下降，SE盤抬升，為一正斷層，斷距大于500 m。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造對地下熱水的運移和溫度傳導(dǎo)起著重要作用，是主要的控?zé)峥厮當(dāng)嗔?，深部斷裂一方面是地球深部熱源向上傳?dǎo)的通道，另一方面斷裂切割深部奧陶系灰?guī)r，使地層破碎、巖溶發(fā)育，具有良好的富水性[6]。
1.1.2 地層特征
本區(qū)古老結(jié)晶基底由太古界泰山群花崗、片麻巖組成。早古生代時期，本區(qū)受到廣泛的海侵，沉積了以碳酸鹽巖為主的寒武系、中下奧陶統(tǒng)，在長期的抬升作用之后，華北地臺整體下沉，在中奧陶統(tǒng)的侵蝕面之上沉積了海陸交互相的中上石炭統(tǒng)和陸相沉積的上下二疊統(tǒng)。燕山運動之后，華北盆地開始形成，沉積了巨厚的新生界地層，其中古近系為裂谷型沉積，厚約7000 m，新近系為盆地沉積，厚約1300 m。受河、湖沖洪積作用的影響，第四系平原組松散沉積十分發(fā)育，厚約300 m，廣泛覆蓋于新近系之上。
試驗與研究區(qū)為第四系全覆蓋區(qū)，根據(jù)已知區(qū)域地質(zhì)成果，區(qū)內(nèi)地層由老到新有奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、古近系、新近系和第四系。其中奧陶系為中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)為一套淺灰色夾雜褐黃色的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，厚層致密狀。
1.2 地球物理特征
1.2.1 區(qū)域重力場特征
在太行山以東最明顯的特點是存在太行山東麓重力梯度帶，此外沿郯廬斷裂存在著十分明顯的線狀重力異常帶，在郯廬斷裂和太行山山前斷裂之間的華北平原區(qū)，以衡水—菏澤一線為分界，東西兩側(cè)的地殼、上地幔狀態(tài)有明顯的差別。東側(cè)重力高低相間的面狀分布特征，渤海灣為重力低區(qū)，莫霍面呈現(xiàn)下降形態(tài)，也是華北平原沉降最深的地方；而魯西地區(qū)屬于重力高區(qū)，為莫霍面隆起區(qū)。西側(cè)重力異常主要為緩慢降低的NNE向梯度帶，而太行山地區(qū)則處于地殼急劇加厚的重力異常梯度帶上。工作區(qū)正處于上述地區(qū)的交匯地帶，因此局部重力場及其反映的深層構(gòu)造和淺層構(gòu)造的格局顯得比較復(fù)雜。在聊蘭斷裂帶重力異常簡圖(圖2)上可明顯見到一系列由布格重力異常等值線密集分布表現(xiàn)出來的規(guī)模不等的重力異常梯度帶，這些梯度帶反映了其兩側(cè)異常強度的顯著變化，并將其兩側(cè)強度變化平緩的面狀重力異常區(qū)分隔開來。
圖2 聊蘭斷裂帶重力異常圖Fig.2 The gravity anomaly map at Liaolan fault zone
1.2.2 區(qū)域磁場特征
區(qū)域磁場可能反映了早期地殼形成時構(gòu)造環(huán)境的差異及演化階段。在以正常的磁場背景值來衡量時，一般太古界結(jié)晶基底巖系厚度大、埋藏較淺時在航磁異常圖上常表現(xiàn)為正磁異常，而古元古界淺變質(zhì)巖系及沉積蓋層厚度大時則常表現(xiàn)為程度不等的負磁異常。工作區(qū)區(qū)域航磁異常的分布輪廓與重力場表現(xiàn)出的東西分帶、南北分塊特征類似，見圖3。
圖3 聊蘭斷裂帶航磁異常圖Fig.3 The aeromagnetic anomalie map at Liaolan fault zone
聊蘭斷裂對應(yīng)著磁異常梯度帶，其東側(cè)主要為近南北向延伸的較高的正異常，對應(yīng)著魯西隆起；其西側(cè)主要為近南北向延伸的負異常，對應(yīng)著東濮凹陷。東濮凹陷西側(cè)磁異常值由負值逐漸變?yōu)檎担从郴紫蛭髦饾u抬升；東濮凹陷基本處于負磁異常中，其南北兩個負異常中心分別對應(yīng)著葛崗集洼陷和前梨園洼陷。
1.2.3 電性特征
通過分析區(qū)內(nèi)及周邊地區(qū)地層的電性特征和波速特征，結(jié)果見表1。從表1可以看出，工作區(qū)內(nèi)地層大致可劃分為3個電性層和3個波速層，第1層為第四系—古近系的低阻層和低速層，第2層為三疊系—二疊系—石炭系的中阻地層和中速層，第3層為奧陶系—寒武系的高阻層和高速層。但當(dāng)有斷裂存在時，地層被切割后破碎且充水，使電阻率值降低，相對圍巖而言，具有明顯的低阻異常和低速異常，且等值線表現(xiàn)為梯級變化特征。區(qū)內(nèi)不同的巖性地層具有明顯的電性和速度差異，為地球物理勘探提供了有利的基礎(chǔ)[7]。
表1 試驗與研究區(qū)地層物性參數(shù)Table 1 The statistical table of stratigraphic physical properties at experimental study area
2 方法技術(shù)
由區(qū)域資料可知，試驗研究區(qū)奧陶系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r歷經(jīng)多次構(gòu)造運動及巖溶作用，溶洞溶隙發(fā)育，并受聊蘭、白衣閣深大斷裂切割，裂隙及溶隙發(fā)育，富水性好，但熱儲埋藏較深，東部頂板埋深超過2000 m，溫水儲層之上有巨厚的第四系和多層厚層的黏土及粉質(zhì)黏土覆蓋，具有良好的保溫作用，是該區(qū)重點勘查的熱儲層。
本次對比試驗研究工作選取了6種地球物理勘查方法，分別為高精度重力勘探、可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)、大地電磁測深(MT)、地震波頻率諧振勘探、微動探測、氡氣與汞氣測量。
研究區(qū)測線布置見圖4，垂直于聊蘭斷裂和白衣閣斷裂布設(shè)了2條EW可控源音頻大地電磁測深主測線CSAMT1、CSAMT2，1條SN聯(lián)絡(luò)測線CSAMT3，3條測線總長17 km；與CSAMT測線重合布設(shè)了3條大地電磁測深測線MT1、MT2、MT3；地震波頻率諧振勘探、微動探測和氡氣與汞氣測量均布置在研究區(qū)中部的MT1測線位置，點距分別為100 m、500 m和20 m；本次工作在全區(qū)布置高精度重力剖面測量10條，測線總長100 km。研究不同物探方法在中深層地?zé)豳Y源勘查中的實際效果，可為地?zé)豳Y源勘查技術(shù)的提高提供一些參考。
3 數(shù)據(jù)分析
3.1 高精度重力成果
重力勘探是以地殼中不同巖、礦石間的密度差異為基礎(chǔ)，通過觀測和分析研究地表重力場的變化規(guī)律來查明基巖起伏及地質(zhì)構(gòu)造的地球物理勘探方法[8]。布伽重力異?？梢灾庇^反映基巖面起伏，重力梯度帶與構(gòu)造的展布形態(tài)及位置有著密切的關(guān)系。本次工作全區(qū)布設(shè)重力測深剖面10條，總長100 km，點距100 m，采用CG-5自動重力梯度儀。各條剖面方位接近，間距小，故近似采用面積性勘查工作的成圖方法來研究全區(qū)的重力異常特征。原始數(shù)據(jù)在固體潮改正、零點漂移改正的基礎(chǔ)上進行了中間層校正、高度校正、緯度校正和地形校正后得到布格重力值。該地區(qū)重力異常特征明顯，東南部分異常值較低，西北部分異常值較高，整體表現(xiàn)為一個重力異常值由負到正逐漸增大的梯級帶，結(jié)合地質(zhì)情況來看，該梯度帶為聊蘭斷裂的反映，確定本次研究區(qū)范圍位于該斷裂的影響范圍內(nèi)。
經(jīng)對布格重力異常進行線性增強并進行水平導(dǎo)數(shù)總梯度模處理后，區(qū)內(nèi)中部有一北東向高梯度帶顯示，較清晰地反映出聊蘭斷裂帶中白衣閣斷層的具體位置，見圖5。
圖5 布格重力異常水平導(dǎo)數(shù)總梯度模平面等值線圖Fig.5 Contour map of bouguer gravity anomaly horizontal derivative gradient
基于對全區(qū)布格重力異常的分析，采用modelvision重磁軟件對該3條剖面進行了2.5D反演，對各地層的埋深起伏情況進行了推測，其中MT1剖面重力反演剖面見圖6。該剖面異常值由西向東總體呈現(xiàn)平緩增高特征，重力異常從-20 mGal逐漸增高至8.8 mGal。結(jié)合該區(qū)地質(zhì)情況，剖面西側(cè)寬緩的重力低異常反映了基底沉降較深，推測為東濮凹陷區(qū)，東側(cè)重力高異常，反映了基底抬升較高，推測為魯西隆起區(qū)，中部的由低到高的過渡帶反映的是聊蘭斷裂帶，該剖面完整地反映了聊蘭斷裂影響范圍內(nèi)重力異常的變化情況。
圖6 MT1剖面重力反演剖面Fig.6 Gravity survey profile of MT1
3.2 電(磁)法勘探成果
本次工作完成重合的CSAMT、MT電磁法剖面各3條。CSAMT測線點距50 m，MT測線點距300～500 m。
對采集的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理和反演成圖，測線的CSAMT和MT反演電阻率剖面具有地電剖面形態(tài)相似性和反映地質(zhì)構(gòu)造類似的特征。以研究區(qū)MT1線CSAMT和MT反演電阻率剖面(圖7)為例，可以看出，同一層電阻率橫向變化大，地層層位連續(xù)性不好，橫向上總體電阻率特征均為西低東高。CSAMT剖面淺地表相對高阻為地表建筑物引起的異常。
圖7 MT1線反演電阻率剖面Fig.7 Electromagnetic resistivity profile of MT1
兩類剖面中部陡立低阻帶延伸至深部，該低阻帶兩側(cè)地層電性特征發(fā)生明顯變化，該處電阻率梯度帶位置推斷為白衣閣斷層，傾向SW，傾角約80°，斷距未完全控制。白衣閣斷層兩側(cè)電性差異較大，作為本剖面東西的分界線。
大地電磁剖面340點處高阻帶推測為聊蘭斷層，傾向SW，傾角約80°。剖面東部低阻帶推測為F3斷層，斷層西傾，傾角約80°，斷距約200 m。根據(jù)已知地質(zhì)資料和剖面視電阻率差劃分第四系、新近系地層(Q+N)，古近系地層(E)，二疊系、石炭系地層(P+C)，奧陶系、寒武系地層(O+∈)。推斷標高-2100 m以深為太古界地層(Ar)。MT測線點距(300～500 m)相對于CSAMT測線點距(50 m)大，故電阻率橫向控制程度不高，另外，CSAMT本身具有橫向分辨率較高的特性和較強的抗干擾能力。
3.3 微動探測成果
微動探測方法也稱天然源面波法，是以大自然微弱的振動為場源，從微動信號中提取瑞利面波的頻散特性，最后通過對頻散曲線反演來推測地下橫波速度分布，從而了解地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息的地球物理探測方法[9]。
根據(jù)地質(zhì)目標，本次微動勘探探測深度要求3000 m。野外施工測量采用4重圓三角形排列形式觀測臺陣，每個臺陣由13個數(shù)據(jù)采集點組成，觀測半徑由內(nèi)向外依次為400 m、600 m、800 m、1000 m，如圖8所示。
圖8 本次微動探測采用的四重圓觀測臺陣Fig.8 Layout of microtremors survey
本次微動探測布設(shè)測線1條，測點60個。根據(jù)本次獲得的MT1線微動橫波速度剖面(圖9)，剖面樁號1000、3500、7000位置附近的波速等值線呈明顯扭曲下沉趨勢，波速相對周邊地層出現(xiàn)明顯變低趨勢，斷層特征反映明顯，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)資料，由西向東分別推斷為東濮凹陷東邊界區(qū)域斷層—聊蘭斷層、白衣閣斷層、王樓斷層影響所致。
圖9 MT1線微動探測橫波速度剖面Fig.9 MT1 transverse wave velocity profile of microtremors survey
根據(jù)橫波速度的變化趨勢劃分地層。其中第四系和新近系(Q+N)地層變化較平緩，為低速層，受白衣閣斷層、聊蘭斷層影響，新近系地層厚度向西呈階梯狀變厚趨勢。古近系(E)，二疊、石炭系(P+C)地層受斷裂控制厚度變化大，主要為砂泥巖夾煤層和薄層灰?guī)r沉積，表現(xiàn)為中速層。白衣閣斷層以東地區(qū)地層整體向西傾，下部速度2000 m/s以上，地球物理特征顯示為奧陶系灰?guī)r沉積，頂面埋深約1600 m，為奧陶、寒武系地層，其下部推斷為太古界基底。受王樓斷層影響，斷層以東煤系地層抬升剝蝕，奧陶系老地層出露。本次微動探測解釋的白衣閣斷層位置相對以往地質(zhì)資料顯示的斷層位置向東有所擺動。
3.4 地震波頻率諧振勘探成果
地震波頻率諧振探測是通過觀測地下的地震波所具有的共性—諧振現(xiàn)象對地質(zhì)體空間與屬性成像，探測深度大，抗干擾能力強，適合在城鎮(zhèn)周邊開展工作。本次工作布設(shè)地震頻率諧振探測60個點，點距100～200 m。
采集到的數(shù)據(jù)通過處理，最終得到的是地層視波阻抗比值剖面圖(圖10)，主要反映的是地下地層視波阻抗值變化趨勢。
圖10 MT1線地震頻率諧振勘探視波阻抗比值反演剖面Fig.10 MT1 wave impedance profile of earthquake frequency resonance exploration
3.4.1 地層分布特征
三分量頻率諧振地震勘查剖面對不同速度和密度的地層分界較敏感，同一巖性不同密度層通過等值線數(shù)值的差異可以精細劃分，根據(jù)MT1測線視波阻抗比值反演剖面結(jié)果，將地層分為第四系—新近系(Q+N)、新近系(E)、二疊—石炭系(P+C)、奧陶—寒武系(O+∈)和太古界(Ar)五個主要地層。三分量頻率諧振波阻抗比值在剖面上的值域分布范圍為0～1，該屬性值為無量綱屬性值，將地層由上至下主要特征描述如下：
第四系—新近系(Q+N)地層，該層埋藏深度推測自西向東逐漸變淺，西部埋深超過1500 m，最東部埋深在800 m左右。通過已知資料推測主要以砂土、黏土及砂黏土為主，該層三分量頻率諧振視波阻抗值大部分低于0.14。該層整體呈層狀分布，橫向變化不均勻，埋藏深度變化范圍較大。
新近系(E)地層，該層主要分布于白衣閣斷層以西，下覆于第四系地層之下。根據(jù)已有區(qū)域資料推測該層埋藏較深，該層三分量頻率諧振視波阻抗比值在剖面上部主要表現(xiàn)為中值，約為0.24～0.28。下部則表現(xiàn)為高視波阻抗比值，推測為局部火山巖引起，該層整體埋藏深度較大。
二疊—石炭系(P+C)地層，該層下覆于新近系地層之下，主要位于4000～7500號測點間，埋藏深度及厚度自西向東逐漸變淺，在西部最厚處為600 m左右，向東逐漸變薄至尖滅。該層三分量頻率諧振視波阻抗比值主要表現(xiàn)為中低值，約為0.14～0.23，整體表現(xiàn)為從上至下視波阻抗值逐漸升高的層狀分布。根據(jù)鉆井資料推測該層從上至下主要以泥巖、砂巖地層為主，含有煤層。
奧陶—寒武系(O+∈)地層，該層下覆于二疊—石炭系(P+C)地層之下，測線最東部位于第四系—新近系(Q+N)地層之下，該層三分量頻率諧振視波阻抗比值在剖面上主要表現(xiàn)為中高值，約為0.2～0.3，其中較破碎區(qū)域視波阻抗值顯著降低。根據(jù)鉆井資料推測該層主要以灰?guī)r、白云巖為主。
太古界(Ar)地層，該層下覆于奧陶—寒武系(O+∈)地層之下，該層三分量頻率諧振視波阻抗比值主要表現(xiàn)為高值，大部分大于0.6，其中較破碎區(qū)域視波阻抗值有所降低。根據(jù)鉆井資料推測該層主要以片麻巖、白云斜長片巖及石英巖組成。
3.4.2 斷裂分布特征
本次地震頻率諧振勘查任務(wù)之一為查明測線地下空間范圍內(nèi)斷裂的分布特征，根據(jù)上一節(jié)對斷層以上特征，結(jié)合鉆孔資料對測線斷裂特征進行解譯。
F1斷裂帶，推測位于測線1300～1800號測點下方，傾向西，傾角約70°，結(jié)合已有資料推測該斷裂帶為聊蘭斷層。
F2斷裂帶，推測位于測線2600～4400號測點下方，由F2-1和F2-2兩條次級斷裂組成，傾向西，傾角約80°，結(jié)合已有資料推測該斷裂帶為白衣閣斷層。
F3斷裂帶，推測位于測線6500～7500號測點下方，傾向西，傾角約70°，結(jié)合已有資料推測該斷裂帶為王樓斷層。
3.5 汞氣與氡氣測量成果
土壤汞與氡氣測量作為一種勘探方法，具有經(jīng)濟、輕便、前瞻性的特點。
土壤汞氣測量又稱熱釋汞測量，以熱釋法系統(tǒng)地測量從天然物質(zhì)(土壤、巖石、單礦物及水)中釋放出來的各種賦存狀態(tài)汞為研究對象的地球化學(xué)勘查工作。研究與各種勘查目標物(礦、地?zé)崽铩⒂蜌馓?、隱伏構(gòu)造等)有關(guān)各種賦存狀態(tài)汞含量異常和熱釋曲線特征，可得出尋找礦產(chǎn)、地?zé)崽铩⒂蜌馓?、隱伏構(gòu)造的標志。土壤測汞法在野外取40～70 cm深度(B層土)的土壤樣50 g左右，回到室內(nèi)烘干，直接過100目的篩，留取5～10 g，然后稱取50～100 mg樣品置于石英容器再送入熱解爐規(guī)定的位置即可完成測試。
氡氣測量是放射性測量的一種，它是用測氡儀測量土壤空氣、大氣和水中氡及其子體濃度的一類方法。長期的實踐證明，斷裂帶及其附近地區(qū)存在氣體釋放及氣體異?，F(xiàn)象，而且這種現(xiàn)象是長期的，這就意味著斷裂帶附近巖土體具有較高的可滲透性和孔隙度，斷裂帶則充當(dāng)了地殼氣體釋放的通道[10]。因此斷裂帶附近的異常氣體濃度值要比其他地區(qū)高，目前可研究的異常氣體種類繁多，而氡氣作為一種常見的放射性惰性氣體，易于快速測定及觀測應(yīng)用。
研究區(qū)布設(shè)1條汞氣測量與氡氣測量，測量綜合剖面圖見圖11。
圖11 汞氣測量與氡氣測量綜合剖面圖Fig.11 The composite profile of measure Mercury vapor and Radon gas
由圖11可見，測線西側(cè)800～1200 m處汞異常和氡異常吻合較好，位置略有差異，異常幅值分別為46 ng和19 Bq/L，此處為西傾的聊蘭斷裂F1；測線4600 m處氡異常顯示的大斷裂F2′，氡異常幅值為22.18 Bq/L，5300 m處汞異常顯示的大斷裂F2，汞異常幅值為57 ng，汞氣與氡氣異常這兩處異常形態(tài)相似，位置有偏差，總體位置處于工作區(qū)內(nèi)白衣閣斷裂位置附近，初步推測F2′與F2均為白衣閣構(gòu)造帶組；汞氣在6700～7300 m處分布有一明顯的多峰異常，呈鋸齒狀，異常幅值分別為21 ng，顯示此處為西傾的構(gòu)造F3，初步推測為一次級構(gòu)造。
由于工作區(qū)屬于全覆蓋地區(qū)，且覆蓋層較厚，西部最厚處達1500 m左右，汞氣和氡氣的遷移距離較大，測量曲線呈低水平變化，其均值在3.9 ng和3.8 Bq/L左右。
4 物探方法綜合分析
通過6種地球物理勘查方法的對比試驗研究，分別用相應(yīng)的參數(shù)推斷解釋了區(qū)內(nèi)斷裂帶的中心位置以及影響范圍，地層分層及展布范圍，并結(jié)合以往鉆孔資料對深部基底起伏情況進行了驗證。對聊蘭斷層、白衣閣斷層進行了定位與分析，并發(fā)現(xiàn)一條F3斷層。6種方法在研究區(qū)地?zé)峥碧街械膽?yīng)用效果與存在的問題如下：
(1)高精度重力作為一種效率高、成本相對較低的探測手段對于區(qū)內(nèi)大尺度的斷裂構(gòu)造有著較好的應(yīng)用效果，非常適用于受地形影響較小地區(qū)與構(gòu)造相關(guān)的帶狀熱儲型地?zé)岬那捌诳碧?。但由于重力勘探原理限制，對于小尺度的斷裂?gòu)造反應(yīng)不靈敏，且重力資料無法有效地對地層進行分層。
(2)可控源大地電磁測深方法(CSAMT)具有水平方向分辨能力高，地形影響小且易修正，同時穿透高阻層的能力較強等特點。較清晰地反映了1500 m以淺的地電結(jié)構(gòu)，能有效探測與地下熱水有成因關(guān)系的斷裂構(gòu)造位置和基底構(gòu)造形態(tài)，并對于含水構(gòu)造有較好的探測能力。但由于近場效應(yīng)的影響，在覆蓋層較厚的地質(zhì)條件下，探測深度受到了一定影響。同時，在城市嚴重干擾環(huán)境下的數(shù)據(jù)質(zhì)量也會受到較大影響。
(3)大地電磁測深方法(MT)是以天然電磁場為場源的頻率域電磁勘探方法，能有效地對3000 m以淺的地電結(jié)構(gòu)進行探測，同時對于低阻構(gòu)造反映靈敏，水平分層能力強，較適用于本區(qū)的深部地?zé)豳Y源勘探工作。但大地電磁法信號易受干擾，在城區(qū)難以取得準確的資料。
(4)微動勘探由天然源信號中提取面波信號，抗干擾能力較強，適用于城區(qū)周邊的深部勘測。同時微動勘探水平分層能力較好，對于大斷層反應(yīng)明顯，適合本區(qū)的深層地?zé)峥碧健５訉τ跀嗑噍^小的構(gòu)造反應(yīng)不靈敏，且無法評價斷裂構(gòu)造的含水性。
(5)地震波頻率諧振具有抗干擾能力強、施工方便快捷、對于地層水平分層能力強、斷層反應(yīng)清晰等特點，適用于本區(qū)的深層地?zé)峥碧健?/p>
(6)土壤氡氣測量能較好地反映深部的地質(zhì)體，而土壤汞氣測量對于近地表構(gòu)造的頂端反映明顯，但對于深部構(gòu)造的形態(tài)和空間展布情況反映較差。土壤測氡及測汞受地表人文干擾影響較小，可做為其他物探方法的有效補充。但受本區(qū)覆蓋層較厚影響，汞氣測量與氡氣測量曲線呈低水平變化，且由于汞氣和氡氣的遷移距離較大，次級斷裂形成的異常不明顯。
5 結(jié)論
(1)高精度重力勘探效率高、成本低，可作為地?zé)峥辈榈南刃锌辈榉椒?，可控制區(qū)內(nèi)大尺度的斷裂構(gòu)造，為其他物探方法的布置提供依據(jù)。
(2)電(磁)法勘探以可控源大地電磁法為主，輔以大地電磁法的組合形式研究城區(qū)地下地?zé)?，可控源大地電磁法可大致探測控制區(qū)內(nèi)斷裂帶發(fā)育情況，圈定異常靶區(qū)。大地電磁法可作為可控源大地電磁法的輔助，彌補可控源大地電磁法探測深度有限的不足，達到了解勘查區(qū)深部地層變化情況的目標。
(3)微動探測方法抗干擾能力強，適合城區(qū)深層地?zé)峥碧剑椒謱幽芰^好，對于大斷層反應(yīng)明顯，可有效地驗證電磁勘探方法在深部地層變化及大斷裂的控制上的合理性，提高解釋的精度。
(4)土壤測氡受地表人文干擾影響較小，并能較好地反映深部的大斷裂及次生斷裂異常，可做為其他物探方法的有效補充，更精準地定位深部斷裂構(gòu)造異常位置，驗證斷裂及區(qū)內(nèi)地?zé)衢_發(fā)有利靶區(qū)，但不適用于覆蓋層較厚地區(qū)。
(5)地震頻率諧振勘探作為一種新型的物探方法，其在地?zé)峥碧街袘?yīng)用的適宜性及可靠性還需在科研、生產(chǎn)中進一步驗證。
(6)在尋找地?zé)豳Y源時，應(yīng)結(jié)合研究區(qū)特點，選取多種物探方法進行綜合判斷，相互佐證，避免采用單一手段而帶來的局限性和片面性。
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張晗,盧瑋，黃烜，白晨，申云飛
(1.河南省深部探礦工程技術(shù)研究中心，鄭州 450053；2.河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，鄭州 450053；3.河南省煤炭地質(zhì)勘察研究總院，鄭州 450052)
0 引言
范縣位于河南濮陽市，屬于華北地臺南部(Ⅱ 級)的東明斷陷區(qū)，已有鉆井資料表明范縣地?zé)豳Y源豐富，以古生界奧陶系灰?guī)r熱儲層與新生界砂巖熱儲層為主。但該區(qū)域深層地?zé)豳Y源勘探開發(fā)面臨地質(zhì)結(jié)構(gòu)不清、目標不明、鉆探風(fēng)險大等地質(zhì)難題，需要綜合多種物探方法解決地?zé)岚袇^(qū)優(yōu)選和地?zé)峋ň?/p>
地?zé)豳Y源物探技術(shù)以測量地球物理屬性為手段來表征地?zé)嵯到y(tǒng)，這些參數(shù)有溫度、電阻率、磁化強度、密度、波速、導(dǎo)熱系數(shù)和滲透電位等[1]。在實際工作中，某一種參數(shù)并不能很好地反映地質(zhì)背景及地質(zhì)體的空間狀態(tài)，因此需要綜合不同物性參數(shù)獲得更準確的結(jié)果。
常用的地?zé)豳Y源物探方法主要有直流電法、磁法勘探、重力勘探、地震、電磁法勘探、微動觀測、放射性探測等[2,3]。各種勘探方法對于復(fù)雜地形地貌條件的適應(yīng)性有差異，單一的方法不能很好地反應(yīng)地質(zhì)背景及地質(zhì)體的空間狀態(tài)，而多種物性參數(shù)變化能夠從不同側(cè)面反映地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，因此需要對常用的地?zé)豳Y源物探方法進行優(yōu)選，探索最適宜的中深層地?zé)豳Y源勘查的物探組合方法，為進一步選定有利靶區(qū)及為地?zé)峋ň目煽啃耘c精確性提供地質(zhì)參考和地質(zhì)依據(jù)[4,5]。
1 研究區(qū)地質(zhì)及地球物理特征
1.1 地質(zhì)特征
1.1.1 構(gòu)造特征
范縣新區(qū)位于華北地臺南部，郯廬裂谷系，魯西隆起西緣，夾于聊蘭斷層和戴韓斷層之間。區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造為聊蘭斷裂和白衣閣斷裂。聊蘭斷裂為被第四系掩蓋的隱伏斷裂帶，南起河南蘭考，北至聊城以北，與齊廣斷裂交會，大致呈NNE向延伸，全長達270多公里，是魯西斷隆和臨清坳陷的分界斷裂和地質(zhì)分界線，見圖1。
圖1 試驗研究區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 Structure and location map of the experimental study area
聊蘭斷裂走向NNE 20°～40°，傾向NW，傾角35°～60°，為一東升西落的正斷層，切割深度大，斷層兩側(cè)奧陶系頂面垂直斷距可達2000～3000 m，從該斷裂控制的地層來看，可能從晚侏羅世開始活動，白堊紀至早第三紀強烈活動，尤其在早第三紀時期最為活躍，從而成為控制華北平原下第三系沉積的邊界；白衣閣斷裂是被第四系掩蓋的隱伏斷裂，位于工作區(qū)的西部，走向NE，傾向NW，傾角75°，NW盤下降，SE盤抬升，為一正斷層，斷距大于500 m。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造對地下熱水的運移和溫度傳導(dǎo)起著重要作用，是主要的控?zé)峥厮當(dāng)嗔?，深部斷裂一方面是地球深部熱源向上傳?dǎo)的通道，另一方面斷裂切割深部奧陶系灰?guī)r，使地層破碎、巖溶發(fā)育，具有良好的富水性[6]。
1.1.2 地層特征
本區(qū)古老結(jié)晶基底由太古界泰山群花崗、片麻巖組成。早古生代時期，本區(qū)受到廣泛的海侵，沉積了以碳酸鹽巖為主的寒武系、中下奧陶統(tǒng)，在長期的抬升作用之后，華北地臺整體下沉，在中奧陶統(tǒng)的侵蝕面之上沉積了海陸交互相的中上石炭統(tǒng)和陸相沉積的上下二疊統(tǒng)。燕山運動之后，華北盆地開始形成，沉積了巨厚的新生界地層，其中古近系為裂谷型沉積，厚約7000 m，新近系為盆地沉積，厚約1300 m。受河、湖沖洪積作用的影響，第四系平原組松散沉積十分發(fā)育，厚約300 m，廣泛覆蓋于新近系之上。
試驗與研究區(qū)為第四系全覆蓋區(qū)，根據(jù)已知區(qū)域地質(zhì)成果，區(qū)內(nèi)地層由老到新有奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、古近系、新近系和第四系。其中奧陶系為中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)為一套淺灰色夾雜褐黃色的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，厚層致密狀。
1.2 地球物理特征
1.2.1 區(qū)域重力場特征
在太行山以東最明顯的特點是存在太行山東麓重力梯度帶，此外沿郯廬斷裂存在著十分明顯的線狀重力異常帶，在郯廬斷裂和太行山山前斷裂之間的華北平原區(qū)，以衡水—菏澤一線為分界，東西兩側(cè)的地殼、上地幔狀態(tài)有明顯的差別。東側(cè)重力高低相間的面狀分布特征，渤海灣為重力低區(qū)，莫霍面呈現(xiàn)下降形態(tài)，也是華北平原沉降最深的地方；而魯西地區(qū)屬于重力高區(qū)，為莫霍面隆起區(qū)。西側(cè)重力異常主要為緩慢降低的NNE向梯度帶，而太行山地區(qū)則處于地殼急劇加厚的重力異常梯度帶上。工作區(qū)正處于上述地區(qū)的交匯地帶，因此局部重力場及其反映的深層構(gòu)造和淺層構(gòu)造的格局顯得比較復(fù)雜。在聊蘭斷裂帶重力異常簡圖(圖2)上可明顯見到一系列由布格重力異常等值線密集分布表現(xiàn)出來的規(guī)模不等的重力異常梯度帶，這些梯度帶反映了其兩側(cè)異常強度的顯著變化，并將其兩側(cè)強度變化平緩的面狀重力異常區(qū)分隔開來。
圖2 聊蘭斷裂帶重力異常圖Fig.2 The gravity anomaly map at Liaolan fault zone
1.2.2 區(qū)域磁場特征
區(qū)域磁場可能反映了早期地殼形成時構(gòu)造環(huán)境的差異及演化階段。在以正常的磁場背景值來衡量時，一般太古界結(jié)晶基底巖系厚度大、埋藏較淺時在航磁異常圖上常表現(xiàn)為正磁異常，而古元古界淺變質(zhì)巖系及沉積蓋層厚度大時則常表現(xiàn)為程度不等的負磁異常。工作區(qū)區(qū)域航磁異常的分布輪廓與重力場表現(xiàn)出的東西分帶、南北分塊特征類似，見圖3。
圖3 聊蘭斷裂帶航磁異常圖Fig.3 The aeromagnetic anomalie map at Liaolan fault zone
聊蘭斷裂對應(yīng)著磁異常梯度帶，其東側(cè)主要為近南北向延伸的較高的正異常，對應(yīng)著魯西隆起；其西側(cè)主要為近南北向延伸的負異常，對應(yīng)著東濮凹陷。東濮凹陷西側(cè)磁異常值由負值逐漸變?yōu)檎担从郴紫蛭髦饾u抬升；東濮凹陷基本處于負磁異常中，其南北兩個負異常中心分別對應(yīng)著葛崗集洼陷和前梨園洼陷。
1.2.3 電性特征
通過分析區(qū)內(nèi)及周邊地區(qū)地層的電性特征和波速特征，結(jié)果見表1。從表1可以看出，工作區(qū)內(nèi)地層大致可劃分為3個電性層和3個波速層，第1層為第四系—古近系的低阻層和低速層，第2層為三疊系—二疊系—石炭系的中阻地層和中速層，第3層為奧陶系—寒武系的高阻層和高速層。但當(dāng)有斷裂存在時，地層被切割后破碎且充水，使電阻率值降低，相對圍巖而言，具有明顯的低阻異常和低速異常，且等值線表現(xiàn)為梯級變化特征。區(qū)內(nèi)不同的巖性地層具有明顯的電性和速度差異，為地球物理勘探提供了有利的基礎(chǔ)[7]。
表1 試驗與研究區(qū)地層物性參數(shù)Table 1 The statistical table of stratigraphic physical properties at experimental study area
2 方法技術(shù)
由區(qū)域資料可知，試驗研究區(qū)奧陶系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r歷經(jīng)多次構(gòu)造運動及巖溶作用，溶洞溶隙發(fā)育，并受聊蘭、白衣閣深大斷裂切割，裂隙及溶隙發(fā)育，富水性好，但熱儲埋藏較深，東部頂板埋深超過2000 m，溫水儲層之上有巨厚的第四系和多層厚層的黏土及粉質(zhì)黏土覆蓋，具有良好的保溫作用，是該區(qū)重點勘查的熱儲層。
本次對比試驗研究工作選取了6種地球物理勘查方法，分別為高精度重力勘探、可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)、大地電磁測深(MT)、地震波頻率諧振勘探、微動探測、氡氣與汞氣測量。
研究區(qū)測線布置見圖4，垂直于聊蘭斷裂和白衣閣斷裂布設(shè)了2條EW可控源音頻大地電磁測深主測線CSAMT1、CSAMT2，1條SN聯(lián)絡(luò)測線CSAMT3，3條測線總長17 km；與CSAMT測線重合布設(shè)了3條大地電磁測深測線MT1、MT2、MT3；地震波頻率諧振勘探、微動探測和氡氣與汞氣測量均布置在研究區(qū)中部的MT1測線位置，點距分別為100 m、500 m和20 m；本次工作在全區(qū)布置高精度重力剖面測量10條，測線總長100 km。研究不同物探方法在中深層地?zé)豳Y源勘查中的實際效果，可為地?zé)豳Y源勘查技術(shù)的提高提供一些參考。
3 數(shù)據(jù)分析
3.1 高精度重力成果
重力勘探是以地殼中不同巖、礦石間的密度差異為基礎(chǔ)，通過觀測和分析研究地表重力場的變化規(guī)律來查明基巖起伏及地質(zhì)構(gòu)造的地球物理勘探方法[8]。布伽重力異?？梢灾庇^反映基巖面起伏，重力梯度帶與構(gòu)造的展布形態(tài)及位置有著密切的關(guān)系。本次工作全區(qū)布設(shè)重力測深剖面10條，總長100 km，點距100 m，采用CG-5自動重力梯度儀。各條剖面方位接近，間距小，故近似采用面積性勘查工作的成圖方法來研究全區(qū)的重力異常特征。原始數(shù)據(jù)在固體潮改正、零點漂移改正的基礎(chǔ)上進行了中間層校正、高度校正、緯度校正和地形校正后得到布格重力值。該地區(qū)重力異常特征明顯，東南部分異常值較低，西北部分異常值較高，整體表現(xiàn)為一個重力異常值由負到正逐漸增大的梯級帶，結(jié)合地質(zhì)情況來看，該梯度帶為聊蘭斷裂的反映，確定本次研究區(qū)范圍位于該斷裂的影響范圍內(nèi)。
經(jīng)對布格重力異常進行線性增強并進行水平導(dǎo)數(shù)總梯度模處理后，區(qū)內(nèi)中部有一北東向高梯度帶顯示，較清晰地反映出聊蘭斷裂帶中白衣閣斷層的具體位置，見圖5。
圖5 布格重力異常水平導(dǎo)數(shù)總梯度模平面等值線圖Fig.5 Contour map of bouguer gravity anomaly horizontal derivative gradient
基于對全區(qū)布格重力異常的分析，采用modelvision重磁軟件對該3條剖面進行了2.5D反演，對各地層的埋深起伏情況進行了推測，其中MT1剖面重力反演剖面見圖6。該剖面異常值由西向東總體呈現(xiàn)平緩增高特征，重力異常從-20 mGal逐漸增高至8.8 mGal。結(jié)合該區(qū)地質(zhì)情況，剖面西側(cè)寬緩的重力低異常反映了基底沉降較深，推測為東濮凹陷區(qū)，東側(cè)重力高異常，反映了基底抬升較高，推測為魯西隆起區(qū)，中部的由低到高的過渡帶反映的是聊蘭斷裂帶，該剖面完整地反映了聊蘭斷裂影響范圍內(nèi)重力異常的變化情況。
圖6 MT1剖面重力反演剖面Fig.6 Gravity survey profile of MT1
3.2 電(磁)法勘探成果
本次工作完成重合的CSAMT、MT電磁法剖面各3條。CSAMT測線點距50 m，MT測線點距300～500 m。
對采集的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理和反演成圖，測線的CSAMT和MT反演電阻率剖面具有地電剖面形態(tài)相似性和反映地質(zhì)構(gòu)造類似的特征。以研究區(qū)MT1線CSAMT和MT反演電阻率剖面(圖7)為例，可以看出，同一層電阻率橫向變化大，地層層位連續(xù)性不好，橫向上總體電阻率特征均為西低東高。CSAMT剖面淺地表相對高阻為地表建筑物引起的異常。
圖7 MT1線反演電阻率剖面Fig.7 Electromagnetic resistivity profile of MT1
兩類剖面中部陡立低阻帶延伸至深部，該低阻帶兩側(cè)地層電性特征發(fā)生明顯變化，該處電阻率梯度帶位置推斷為白衣閣斷層，傾向SW，傾角約80°，斷距未完全控制。白衣閣斷層兩側(cè)電性差異較大，作為本剖面東西的分界線。
大地電磁剖面340點處高阻帶推測為聊蘭斷層，傾向SW，傾角約80°。剖面東部低阻帶推測為F3斷層，斷層西傾，傾角約80°，斷距約200 m。根據(jù)已知地質(zhì)資料和剖面視電阻率差劃分第四系、新近系地層(Q+N)，古近系地層(E)，二疊系、石炭系地層(P+C)，奧陶系、寒武系地層(O+∈)。推斷標高-2100 m以深為太古界地層(Ar)。MT測線點距(300～500 m)相對于CSAMT測線點距(50 m)大，故電阻率橫向控制程度不高，另外，CSAMT本身具有橫向分辨率較高的特性和較強的抗干擾能力。
3.3 微動探測成果
微動探測方法也稱天然源面波法，是以大自然微弱的振動為場源，從微動信號中提取瑞利面波的頻散特性，最后通過對頻散曲線反演來推測地下橫波速度分布，從而了解地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息的地球物理探測方法[9]。
根據(jù)地質(zhì)目標，本次微動勘探探測深度要求3000 m。野外施工測量采用4重圓三角形排列形式觀測臺陣，每個臺陣由13個數(shù)據(jù)采集點組成，觀測半徑由內(nèi)向外依次為400 m、600 m、800 m、1000 m，如圖8所示。
圖8 本次微動探測采用的四重圓觀測臺陣Fig.8 Layout of microtremors survey
本次微動探測布設(shè)測線1條，測點60個。根據(jù)本次獲得的MT1線微動橫波速度剖面(圖9)，剖面樁號1000、3500、7000位置附近的波速等值線呈明顯扭曲下沉趨勢，波速相對周邊地層出現(xiàn)明顯變低趨勢，斷層特征反映明顯，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)資料，由西向東分別推斷為東濮凹陷東邊界區(qū)域斷層—聊蘭斷層、白衣閣斷層、王樓斷層影響所致。
圖9 MT1線微動探測橫波速度剖面Fig.9 MT1 transverse wave velocity profile of microtremors survey
根據(jù)橫波速度的變化趨勢劃分地層。其中第四系和新近系(Q+N)地層變化較平緩，為低速層，受白衣閣斷層、聊蘭斷層影響，新近系地層厚度向西呈階梯狀變厚趨勢。古近系(E)，二疊、石炭系(P+C)地層受斷裂控制厚度變化大，主要為砂泥巖夾煤層和薄層灰?guī)r沉積，表現(xiàn)為中速層。白衣閣斷層以東地區(qū)地層整體向西傾，下部速度2000 m/s以上，地球物理特征顯示為奧陶系灰?guī)r沉積，頂面埋深約1600 m，為奧陶、寒武系地層，其下部推斷為太古界基底。受王樓斷層影響，斷層以東煤系地層抬升剝蝕，奧陶系老地層出露。本次微動探測解釋的白衣閣斷層位置相對以往地質(zhì)資料顯示的斷層位置向東有所擺動。
3.4 地震波頻率諧振勘探成果
地震波頻率諧振探測是通過觀測地下的地震波所具有的共性—諧振現(xiàn)象對地質(zhì)體空間與屬性成像，探測深度大，抗干擾能力強，適合在城鎮(zhèn)周邊開展工作。本次工作布設(shè)地震頻率諧振探測60個點，點距100～200 m。
采集到的數(shù)據(jù)通過處理，最終得到的是地層視波阻抗比值剖面圖(圖10)，主要反映的是地下地層視波阻抗值變化趨勢。
圖10 MT1線地震頻率諧振勘探視波阻抗比值反演剖面Fig.10 MT1 wave impedance profile of earthquake frequency resonance exploration
3.4.1 地層分布特征
三分量頻率諧振地震勘查剖面對不同速度和密度的地層分界較敏感，同一巖性不同密度層通過等值線數(shù)值的差異可以精細劃分，根據(jù)MT1測線視波阻抗比值反演剖面結(jié)果，將地層分為第四系—新近系(Q+N)、新近系(E)、二疊—石炭系(P+C)、奧陶—寒武系(O+∈)和太古界(Ar)五個主要地層。三分量頻率諧振波阻抗比值在剖面上的值域分布范圍為0～1，該屬性值為無量綱屬性值，將地層由上至下主要特征描述如下：
第四系—新近系(Q+N)地層，該層埋藏深度推測自西向東逐漸變淺，西部埋深超過1500 m，最東部埋深在800 m左右。通過已知資料推測主要以砂土、黏土及砂黏土為主，該層三分量頻率諧振視波阻抗值大部分低于0.14。該層整體呈層狀分布，橫向變化不均勻，埋藏深度變化范圍較大。
新近系(E)地層，該層主要分布于白衣閣斷層以西，下覆于第四系地層之下。根據(jù)已有區(qū)域資料推測該層埋藏較深，該層三分量頻率諧振視波阻抗比值在剖面上部主要表現(xiàn)為中值，約為0.24～0.28。下部則表現(xiàn)為高視波阻抗比值，推測為局部火山巖引起，該層整體埋藏深度較大。
二疊—石炭系(P+C)地層，該層下覆于新近系地層之下，主要位于4000～7500號測點間，埋藏深度及厚度自西向東逐漸變淺，在西部最厚處為600 m左右，向東逐漸變薄至尖滅。該層三分量頻率諧振視波阻抗比值主要表現(xiàn)為中低值，約為0.14～0.23，整體表現(xiàn)為從上至下視波阻抗值逐漸升高的層狀分布。根據(jù)鉆井資料推測該層從上至下主要以泥巖、砂巖地層為主，含有煤層。
奧陶—寒武系(O+∈)地層，該層下覆于二疊—石炭系(P+C)地層之下，測線最東部位于第四系—新近系(Q+N)地層之下，該層三分量頻率諧振視波阻抗比值在剖面上主要表現(xiàn)為中高值，約為0.2～0.3，其中較破碎區(qū)域視波阻抗值顯著降低。根據(jù)鉆井資料推測該層主要以灰?guī)r、白云巖為主。
太古界(Ar)地層，該層下覆于奧陶—寒武系(O+∈)地層之下，該層三分量頻率諧振視波阻抗比值主要表現(xiàn)為高值，大部分大于0.6，其中較破碎區(qū)域視波阻抗值有所降低。根據(jù)鉆井資料推測該層主要以片麻巖、白云斜長片巖及石英巖組成。
3.4.2 斷裂分布特征
本次地震頻率諧振勘查任務(wù)之一為查明測線地下空間范圍內(nèi)斷裂的分布特征，根據(jù)上一節(jié)對斷層以上特征，結(jié)合鉆孔資料對測線斷裂特征進行解譯。
F1斷裂帶，推測位于測線1300～1800號測點下方，傾向西，傾角約70°，結(jié)合已有資料推測該斷裂帶為聊蘭斷層。
F2斷裂帶，推測位于測線2600～4400號測點下方，由F2-1和F2-2兩條次級斷裂組成，傾向西，傾角約80°，結(jié)合已有資料推測該斷裂帶為白衣閣斷層。
F3斷裂帶，推測位于測線6500～7500號測點下方，傾向西，傾角約70°，結(jié)合已有資料推測該斷裂帶為王樓斷層。
3.5 汞氣與氡氣測量成果
土壤汞與氡氣測量作為一種勘探方法，具有經(jīng)濟、輕便、前瞻性的特點。
土壤汞氣測量又稱熱釋汞測量，以熱釋法系統(tǒng)地測量從天然物質(zhì)(土壤、巖石、單礦物及水)中釋放出來的各種賦存狀態(tài)汞為研究對象的地球化學(xué)勘查工作。研究與各種勘查目標物(礦、地?zé)崽铩⒂蜌馓?、隱伏構(gòu)造等)有關(guān)各種賦存狀態(tài)汞含量異常和熱釋曲線特征，可得出尋找礦產(chǎn)、地?zé)崽铩⒂蜌馓?、隱伏構(gòu)造的標志。土壤測汞法在野外取40～70 cm深度(B層土)的土壤樣50 g左右，回到室內(nèi)烘干，直接過100目的篩，留取5～10 g，然后稱取50～100 mg樣品置于石英容器再送入熱解爐規(guī)定的位置即可完成測試。
氡氣測量是放射性測量的一種，它是用測氡儀測量土壤空氣、大氣和水中氡及其子體濃度的一類方法。長期的實踐證明，斷裂帶及其附近地區(qū)存在氣體釋放及氣體異?，F(xiàn)象，而且這種現(xiàn)象是長期的，這就意味著斷裂帶附近巖土體具有較高的可滲透性和孔隙度，斷裂帶則充當(dāng)了地殼氣體釋放的通道[10]。因此斷裂帶附近的異常氣體濃度值要比其他地區(qū)高，目前可研究的異常氣體種類繁多，而氡氣作為一種常見的放射性惰性氣體，易于快速測定及觀測應(yīng)用。
研究區(qū)布設(shè)1條汞氣測量與氡氣測量，測量綜合剖面圖見圖11。
圖11 汞氣測量與氡氣測量綜合剖面圖Fig.11 The composite profile of measure Mercury vapor and Radon gas
由圖11可見，測線西側(cè)800～1200 m處汞異常和氡異常吻合較好，位置略有差異，異常幅值分別為46 ng和19 Bq/L，此處為西傾的聊蘭斷裂F1；測線4600 m處氡異常顯示的大斷裂F2′，氡異常幅值為22.18 Bq/L，5300 m處汞異常顯示的大斷裂F2，汞異常幅值為57 ng，汞氣與氡氣異常這兩處異常形態(tài)相似，位置有偏差，總體位置處于工作區(qū)內(nèi)白衣閣斷裂位置附近，初步推測F2′與F2均為白衣閣構(gòu)造帶組；汞氣在6700～7300 m處分布有一明顯的多峰異常，呈鋸齒狀，異常幅值分別為21 ng，顯示此處為西傾的構(gòu)造F3，初步推測為一次級構(gòu)造。
由于工作區(qū)屬于全覆蓋地區(qū)，且覆蓋層較厚，西部最厚處達1500 m左右，汞氣和氡氣的遷移距離較大，測量曲線呈低水平變化，其均值在3.9 ng和3.8 Bq/L左右。
4 物探方法綜合分析
通過6種地球物理勘查方法的對比試驗研究，分別用相應(yīng)的參數(shù)推斷解釋了區(qū)內(nèi)斷裂帶的中心位置以及影響范圍，地層分層及展布范圍，并結(jié)合以往鉆孔資料對深部基底起伏情況進行了驗證。對聊蘭斷層、白衣閣斷層進行了定位與分析，并發(fā)現(xiàn)一條F3斷層。6種方法在研究區(qū)地?zé)峥碧街械膽?yīng)用效果與存在的問題如下：
(1)高精度重力作為一種效率高、成本相對較低的探測手段對于區(qū)內(nèi)大尺度的斷裂構(gòu)造有著較好的應(yīng)用效果，非常適用于受地形影響較小地區(qū)與構(gòu)造相關(guān)的帶狀熱儲型地?zé)岬那捌诳碧?。但由于重力勘探原理限制，對于小尺度的斷裂?gòu)造反應(yīng)不靈敏，且重力資料無法有效地對地層進行分層。
(2)可控源大地電磁測深方法(CSAMT)具有水平方向分辨能力高，地形影響小且易修正，同時穿透高阻層的能力較強等特點。較清晰地反映了1500 m以淺的地電結(jié)構(gòu)，能有效探測與地下熱水有成因關(guān)系的斷裂構(gòu)造位置和基底構(gòu)造形態(tài)，并對于含水構(gòu)造有較好的探測能力。但由于近場效應(yīng)的影響，在覆蓋層較厚的地質(zhì)條件下，探測深度受到了一定影響。同時，在城市嚴重干擾環(huán)境下的數(shù)據(jù)質(zhì)量也會受到較大影響。
(3)大地電磁測深方法(MT)是以天然電磁場為場源的頻率域電磁勘探方法，能有效地對3000 m以淺的地電結(jié)構(gòu)進行探測，同時對于低阻構(gòu)造反映靈敏，水平分層能力強，較適用于本區(qū)的深部地?zé)豳Y源勘探工作。但大地電磁法信號易受干擾，在城區(qū)難以取得準確的資料。
(4)微動勘探由天然源信號中提取面波信號，抗干擾能力較強，適用于城區(qū)周邊的深部勘測。同時微動勘探水平分層能力較好，對于大斷層反應(yīng)明顯，適合本區(qū)的深層地?zé)峥碧健５訉τ跀嗑噍^小的構(gòu)造反應(yīng)不靈敏，且無法評價斷裂構(gòu)造的含水性。
(5)地震波頻率諧振具有抗干擾能力強、施工方便快捷、對于地層水平分層能力強、斷層反應(yīng)清晰等特點，適用于本區(qū)的深層地?zé)峥碧健?/p>
(6)土壤氡氣測量能較好地反映深部的地質(zhì)體，而土壤汞氣測量對于近地表構(gòu)造的頂端反映明顯，但對于深部構(gòu)造的形態(tài)和空間展布情況反映較差。土壤測氡及測汞受地表人文干擾影響較小，可做為其他物探方法的有效補充。但受本區(qū)覆蓋層較厚影響，汞氣測量與氡氣測量曲線呈低水平變化，且由于汞氣和氡氣的遷移距離較大，次級斷裂形成的異常不明顯。
5 結(jié)論
(1)高精度重力勘探效率高、成本低，可作為地?zé)峥辈榈南刃锌辈榉椒?，可控制區(qū)內(nèi)大尺度的斷裂構(gòu)造，為其他物探方法的布置提供依據(jù)。
(2)電(磁)法勘探以可控源大地電磁法為主，輔以大地電磁法的組合形式研究城區(qū)地下地?zé)?，可控源大地電磁法可大致探測控制區(qū)內(nèi)斷裂帶發(fā)育情況，圈定異常靶區(qū)。大地電磁法可作為可控源大地電磁法的輔助，彌補可控源大地電磁法探測深度有限的不足，達到了解勘查區(qū)深部地層變化情況的目標。
(3)微動探測方法抗干擾能力強，適合城區(qū)深層地?zé)峥碧剑椒謱幽芰^好，對于大斷層反應(yīng)明顯，可有效地驗證電磁勘探方法在深部地層變化及大斷裂的控制上的合理性，提高解釋的精度。
(4)土壤測氡受地表人文干擾影響較小，并能較好地反映深部的大斷裂及次生斷裂異常，可做為其他物探方法的有效補充，更精準地定位深部斷裂構(gòu)造異常位置，驗證斷裂及區(qū)內(nèi)地?zé)衢_發(fā)有利靶區(qū)，但不適用于覆蓋層較厚地區(qū)。
(5)地震頻率諧振勘探作為一種新型的物探方法，其在地?zé)峥碧街袘?yīng)用的適宜性及可靠性還需在科研、生產(chǎn)中進一步驗證。
(6)在尋找地?zé)豳Y源時，應(yīng)結(jié)合研究區(qū)特點，選取多種物探方法進行綜合判斷，相互佐證，避免采用單一手段而帶來的局限性和片面性。
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