廣域電磁法在揚子板塊南部埡紫羅裂陷槽深部構造研究中的應用

詹少全， 楊 偉， 苑 坤， 李愛勇， 王導麗，王 慧， 林 拓， 王 超

(1.江蘇省有色金屬華東地質勘查局八一四隊，江蘇 鎮(zhèn)江 212005；2.中國地質調查局油氣資源調查中心，北京 100083；3.中國地質大學(北京)，北京 100083)

埡紫羅裂陷槽是揚子板塊南部重要的北西向構造帶，長約400 km、寬為10～80 km，分隔了兩側的黔西北坳陷、黔中隆起、黔南坳陷與滇東北沖斷褶皺區(qū)、黔西南坳陷、南盤江坳陷等(圖1)。該裂陷槽為一個從泥盆系開始發(fā)育的狹長海槽，自北西向南東延，裂陷槽中心臺盆相沉積區(qū)發(fā)育石炭系打屋壩組富有機質頁巖，具有頁巖沉積厚度大、有機質豐度高、熱演化成熟度適中等特點，有較大的頁巖氣勘探潛力(汪新偉等，2013；李治等，2017)。前人對埡紫羅裂陷槽的構造展布和頁巖的地球化學指標進行了初步研究，并通過鉆井證實下石炭統(tǒng)打屋壩組存在海相頁巖氣(陳相霖等，2021；王尚彥等，2006；苑坤等，2017，2018)。但由于受勘探程度的限制，前人研究成果主要是基于地表露頭或少量地球物理及鉆孔資料的認識，缺乏系統(tǒng)工程的控制。筆者在收集本區(qū)已有重、磁、電、地震和鉆井資料的基礎上，通過廣域電磁法勘探(圖2)，系統(tǒng)研究埡紫羅裂陷槽的深部結構、斷裂系統(tǒng)及構造格局等。

圖1 研究區(qū)構造位置圖Fig.1 Structural location map of the study area1.深斷層;2.一般斷層;3.走滑斷層;4.背斜;5.基底巖性；6.地名;7.研究區(qū)范圍

圖2 埡紫羅裂陷槽廣域電磁法部署圖Fig.2 Deployment diagram of wide field electromagnetic method in Yaziluo rift trough1.第四系;2.新田溝組;3.自流井組;4.二橋組;5.邊陽組；6.百逢組;7.嘉陵江組;8.領好組;9.南丹-四大寨組;10.大埔組;11.黃龍-馬平組;12.南丹組;13.望城坡-堯梭組;14.牛蹄塘組;15.婁山關組;16.澄江組;17.燈影組;18.二疊紀輝綠巖;19.志留紀偏堿性超基性巖;20.電法測線;21.鉆井

1 地質概況

1.1 地層

埡紫羅裂陷槽地層由新至老主要有第四系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、寒武系等。其中頁巖氣目的層為石炭系打屋壩組，厚度約1 200 m。巖性主要為黑色泥巖、灰黑色頁巖、深灰色泥灰?guī)r等，TOC含量為 0.23%～3.67%，平均為1.02%；成熟度適中，其值為1.75%～2.20%，平均值為2.06%。該地層中高含氣層為17套，厚度為1～5 m(陳相霖等，2021)。

1.2 構造

研究區(qū)構造位置處于揚子準地臺，南鄰華南褶皺系。揚子準地臺基底形成于青白口紀末期晉寧運動，由上太古界-下元古界深變質的結晶巖系與中上元古界淺變質巖系構成。晉寧運動之后，華夏板塊與揚子板塊的結合部發(fā)生走滑拉張運動，發(fā)育早古生代冒地槽沉積，泥質巖發(fā)育，具復理石建造。埡紫羅裂陷槽主要為斷陷性質，兼具有坳陷性質的地塹式裂陷槽，裂陷槽兩側地層的發(fā)育逐漸變薄。埡紫羅裂陷槽的構造演化、構造特征及分布范圍，對泥巖的分布有直接的控制作用。其西北段控制了志留紀沉積范圍，西北段至中段限定了泥盆紀向黔中隆起超覆的邊界及石炭紀深水槽盆的分布范圍；東南段則為二疊紀的槽盆相深水沉積帶，其兩側為槽臺相淺水沉積。埡紫羅裂陷槽的構造演化經歷了泥盆紀初始伸展期、石炭紀伸展斷陷期、二疊紀裂谷期、三疊紀構造反轉期和燕山期以來的陸內收縮期等5個階段。

2 廣域電磁法簡介

廣域電磁法為偽隨機信號，抗干擾能力強，發(fā)射AB距(發(fā)射源AB兩點之間的距離)一般為1～3 km，適合復雜地形施工(詹少全等，2020a)，突破高阻屏蔽，對低阻反應敏感，分辨率高，適合深部勘探(陳春峰，2020；楊強等，2021；劉益中等，2012)。廣域電磁法，繼承了CSAMT法使用人工源克服場源的隨機性，同時繼承了磁偶源頻率測深(MELOS)方法非遠區(qū)測量的優(yōu)勢，擴大了觀測范圍，摒棄了MELOS方法的校正，保留高次項，提出了全域公式計算電阻率，拓展了人工源電磁法范圍，提高了觀測速度、精度和采集效率(李金銘，2005；何繼善，2010)。

3 廣域電磁法對深部構造的響應

3.1 埡紫羅裂陷槽物性特征

對埡紫羅裂陷槽巖石樣品的電阻率、井旁測深反演電阻率、測井電阻率和首支電阻率進行了分類統(tǒng)計，這4類電阻率具有相同的變化規(guī)律。埡紫羅裂陷槽沉積地層中的各類巖石電性差異較為明顯(圖3)。各類巖石電阻率由高到低順序為：白云巖>玄武巖>灰?guī)r>泥灰?guī)r>硅質巖>石英砂巖>砂巖>粉砂巖>頁巖>泥巖。

圖3 埡紫羅裂陷槽巖石電性特征圖Fig.3 Histogram of rock resistivity changes in Yaziluo rift trough

埡紫羅裂陷槽由于沉積環(huán)境不同，所以形成的巖石巖性不同，導致地層電性有較明顯的差異。同期地層，臺地相電性明顯高于盆地相。縱向上，地層由新至老，其電性特征整體呈“低-高-低-高”變化(圖4)。中新生界侏羅系-第四系為陸相沉積地層，為極低阻層；三疊系以碎屑巖為主，總體屬中阻層，當?shù)貙犹妓猁}巖發(fā)育時，表現(xiàn)為局部高阻層；石炭系-二疊系以碳酸鹽巖為主，整體表現(xiàn)為高阻層。其中，上二疊統(tǒng)碎屑巖較發(fā)育，電阻率相對低，石炭系下統(tǒng)碎屑巖較發(fā)育，局部電阻率較低；泥盆系總體屬中低阻，泥盆系上統(tǒng)以碳酸鹽巖為主，電阻較高；基底(泥盆系以下層系)，呈高低阻變化，總體屬中阻層。

圖4 埡紫羅裂陷槽綜合電阻率柱狀圖Fig.4 Comprehensive resistivity histogram of Yaziluo rift trough

3.2 骨架剖面認識

為了研究埡紫羅裂陷槽深部構造，分別以位于六盤水市、普定縣和紫云縣，垂直埡紫羅裂陷槽的C1、C3和C4線剖面為例進行分析。這3條反演電阻率剖面(圖5)以高阻為主表明埡紫羅裂陷槽碳酸鹽巖較為發(fā)育，深部存在至少兩套低阻層，反映深部發(fā)育了至少兩套泥頁巖；高阻體或低阻體橫向起伏較多較大，電阻率曲線扭曲、連續(xù)性較差，反映了埡紫羅裂陷槽的斷裂較發(fā)育(苗安中等，2019)、深部構造較復雜。C3和C4線低阻分布明顯較多，深部低阻較深，最深構造標高可達到-9 000 m，反映了埡紫羅裂陷槽深中部和東南部泥頁巖分布較廣、規(guī)模較大，泥頁巖較為發(fā)育。

物性參數(shù)表明，三疊系為中高阻層，石炭系-二疊系以中高阻為主，泥盆系為中低阻層，其下部往往形成低阻異常，盆地相沉積為明顯的低阻特征。由物性資料可知引起低阻的地層及構造層分別為：①三疊系中、上統(tǒng)；②龍?zhí)督M-飛仙關組；③二疊系梁山組；④石炭系下統(tǒng)打屋壩組；⑤寒武系-中泥盆統(tǒng)。地層垂向上的電性參數(shù)變化與電法剖面電性層結構具較好的“地-電”對應關系，對剖面分層起橋梁和標定作用。區(qū)內三疊系覆蓋較廣，在地表凸起構造部位有泥盆系、石炭系、二疊系出露，局部出露寒武系。地表地層露頭可以對剖面地電分層進行直接分層標定。依據(jù)地電對應關系和電性層沿剖面的橫向變化趨勢進行追索，可以較好地確定淺部分層界線(詹少全等，2017，2020b)。在剖面綜合地質解釋過程中可使用“地質戴帽法”。

C1線埡紫羅斷裂帶主斷裂位于威水背斜兩翼，剖面上褶皺構造發(fā)育，從西南至北東方向主要分布有布坑底背斜、格目底向斜、威水背斜、大河邊向斜和威沖向斜構造，以上斷裂和褶皺構造對地層的空間展布和沉積特征起控制作用。地層剖面整體呈現(xiàn)出“南低-高-低-高-北低”的構造特征，泥盆系底面標高最深可達-6 000 m(圖5a)。

C3線埡紫羅斷裂帶主斷裂位于六枝向斜北翼，剖面上褶皺構造發(fā)育，從西南至北東方向主要分布有法郎向斜、丁頭山背斜、郎岱向斜、墮卻背斜、六枝向斜和補郎向斜構造，以上斷裂和褶皺構造對地層的空間展布和沉積特征起控制作用。從地層沉積來看，該地層剖面整體呈現(xiàn)出“兩翼淺，中部深”的構造特征，構造最低部位為丁頭山背斜北翼、郎岱向斜的核部及南翼部位，泥盆系底面標高最深可達-9 000 m(圖5b)。

C4埡紫羅斷裂帶主斷裂位于火烘背斜北翼，毛栗坡背斜南翼，剖面上褶皺構造發(fā)育，從西南至北東方向主要分布有多德向斜、頂紅背斜、火烘背斜和毛栗坡背斜構造，以上斷裂和褶皺構造對地層的空間展布和沉積特征起控制作用。剖面橫向上電性差異明顯，整體表現(xiàn)出“兩端深、中部淺”的隆坳格局，泥盆系底面標高最深可達-6 500 m(圖5c)。

圖5 C1線(a)，C3線(b)和C4線(c)二維反演及綜合解釋剖面圖Fig.5 2D resistivity inversion and comprehensive interpretation profile of C1 line(a),C3 line(b) and C4 line(c)1.侏羅系;2.三疊系;3.二疊系;4.石炭系;5.泥盆系；6.前石炭系;7.前泥盆系；8.斷層

3.3 泥盆系構造認識

在早古生代褶皺基底上，從早泥盆世開始沿埡紫-都安斷裂、南盤江斷裂、右江斷裂等主干斷裂產生拉張下陷，一直持續(xù)到中三疊世，形成南盤江地區(qū)海西-印支期坳陷盆地，接受上古生界與三疊系海相沉積，地層發(fā)育全，分布廣。中三疊世末期印支運動使本區(qū)基本結束海相沉積，盆區(qū)沉積層受擠壓揉褶成山，沿主干斷裂形成線形沖斷褶皺。燕山及喜山期的擠壓作用，對前期的構造進行繼承與改造，在滇東隆起及黔西南西部泥盆系、石炭系、二疊系出露于構造隆起區(qū)，地層遭受不同程度的剝蝕，在外圍的凸起構造核部見寒武系和奧陶系出露。經歷了多期次的構造運動改造，使本區(qū)的原型盆地已發(fā)生改變。

地表地質和電法剖面顯示(趙福海等，2018)，泥盆系在埡紫羅裂陷槽廣泛分布，從泥盆系底面深度圖(圖6)中可以看出，泥盆系底面構造整體呈西部淺、中部深、東部淺的變化特征。構造高區(qū)域和構造低區(qū)域平面分布上呈現(xiàn)出以斷裂為界限的“斷塊”狀分區(qū)格局。構造東西大致以盤縣斷裂為界，該斷裂以西為構造高區(qū)域，以南為構造低區(qū)域。構造高區(qū)又被次級構造所分隔的特征，反映了背斜、向斜相間的構造格局。構造線展布方向因地而異：北部構造線走向自西向東，由NNW向漸轉為NNE向為主；南部和東部自西向東構造線方向由NNW向漸轉為NNE向，規(guī)模較大的主干斷裂(埡紫-都安斷裂、南盤江斷裂、師宗-彌勒斷裂、盤縣斷裂、貞豐斷裂)對構造展布起明顯的控制作用。

圖6 埡紫羅裂陷槽泥盆系底面深度圖Fig.6 Depth map of the Devonian bottom surface in the Yaziluo rift trough

泥盆系底面構造較深區(qū)域三疊系出露較為常見，主要在六枝特區(qū)-關嶺-晴隆-貞豐一線，最深標高可達-9 000 m。泥盆系底面標高較淺地區(qū)主要分布在西部和東北部，受后期構造運動的影響，褶皺和斷裂較為發(fā)育，石炭系、二疊系出露較為常見，局部構造低部位又能見到侏羅系，泥盆系構造差異較大，局部背斜部位泥盆系一般標高在-500 m以淺，最淺泥盆系標高在1 000 m左右。

4 結論

通過廣域電磁法基本查明了埡紫羅裂陷槽的深部構造，取得了以下認識：

(1)廣域電磁法勘探深度大，分辨率高，較清晰地呈現(xiàn)了埡紫羅裂陷槽的地球物理特征。斷裂在廣域電磁反演剖面上表現(xiàn)為明顯的低阻帶、電阻率梯度帶或電阻率曲線扭曲等特征，查明了埡紫羅裂陷槽的斷裂體系，特別是控制裂陷槽的邊界斷裂及主要控制構造斷裂。廣域電磁法能突破碳酸鹽巖的高阻層覆蓋，有效地識別了高阻層之下隱伏的低阻層，深部存在幾套明顯的低阻異常帶，但連續(xù)性不佳，反映埡紫羅裂陷槽的巖性橫向差異大。

(2)二維反演電阻率剖面呈現(xiàn)出高低阻異常相間，表明埡紫羅裂陷槽構造復雜，褶皺和斷裂均較發(fā)育，對地層的空間展布和沉積特征起控制作用。

(3)反演剖面深部低阻連續(xù)存在并有一定的規(guī)模，反映了槽內中泥盆統(tǒng)、下石炭統(tǒng)連續(xù)分布，局部厚度較大。深部的泥盆系在埡紫羅裂陷槽內廣泛分布，底面構造整體呈西部淺、中部深、東部淺的變化規(guī)律，底面構造較深區(qū)域主要沿六枝特區(qū)-關嶺-晴隆-貞豐一線展布，底面構造較淺地區(qū)主要分布在西部和東北部。