陳曉晶，虎新軍，白亞東，仵陽，陳濤濤，曹園園，倪萍

(寧夏回族自治區(qū)地球物理地球化學(xué)勘查院， 寧夏 銀川 750001)

0 引言

針對靈武凹陷基底構(gòu)造的研究均是貫穿于銀川盆地構(gòu)造研究中，蘇世民、雷啟云等認(rèn)為盆地南部與北部具有的不對稱性正好相反，北部西深東淺，南部東深西淺，南段沉降中心靠近地塹的東緣，沉降厚度偏向黃河斷裂[1-2]；李清河[3]認(rèn)為銀川盆地整體呈NNE走向，但在干溝—橫城一線以南轉(zhuǎn)為NNW走向，大致以該界限為界分為南北兩部分，北部為“銀北凹陷”，南部稱“靈武凹陷”，并將靈武凹陷劃分為3個亞一級構(gòu)造單元：永寧隆起帶、靈武淺陷帶和南翼斜坡帶，將靈武凹陷與北部銀北凹陷對比，區(qū)域構(gòu)造方向變?yōu)镹W走向，沉降幅度小，基底為奧陶系；鄧起東等[4]以銀川盆地為研究，認(rèn)為盆地下地殼上部發(fā)生強(qiáng)烈速度逆轉(zhuǎn)，低速層厚達(dá)10～15 km，莫霍面隆起幅度可達(dá)6 km；侯旭波等[5]認(rèn)為銀川盆地基底構(gòu)造層以擠壓構(gòu)造樣式為主，表現(xiàn)為逆沖斷層及相關(guān)褶皺，而南部靈武凹陷剖面上表現(xiàn)為對沖的構(gòu)造樣式，與逆斷層相關(guān)的褶皺多數(shù)頂部被剝蝕，僅殘留底部；陳曉晶、李寧生等[6-8]基于地球物理資料以搭建三維構(gòu)造模型的方式對銀川盆地深部地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行了整合，認(rèn)為靈武凹陷新生界上覆于奧陶系褶皺基底之上，沉積的最大厚處約3 700 m，下部基底埋深約5 600 m。前人的研究成果基本厘清了靈武凹陷地層結(jié)構(gòu)及基底形態(tài)，但以往研究成果以小比例尺的地球物理資料為主，資料精度有限。筆者在前人的認(rèn)識基礎(chǔ)上，以鉆孔及物探剖面為約束，以重力2.5D人機(jī)交互反演成果為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地刻畫了靈武凹陷構(gòu)造格架和基底起伏形態(tài)。

1 地質(zhì)構(gòu)造概況

研究區(qū)位于銀川斷陷盆地南端吳忠、靈武地區(qū)，東界為黃河斷裂，西界為永寧縣—梧桐樹鄉(xiāng)一線以東，總體呈NNE走向的不規(guī)則“菱形”展布。南北長約37 km，東西寬約10 km，凹陷面積約350 km2。大地構(gòu)造位置屬柴達(dá)木—華北板塊Ⅰ級構(gòu)造單元、華北陸塊Ⅱ級構(gòu)造單元、鄂爾多斯地塊Ⅲ級構(gòu)造單元、鄂爾多斯西緣中元古代—早古生代裂陷帶Ⅳ級構(gòu)造單元、銀川斷陷盆地南段Ⅴ級構(gòu)造單元[9]。

研究區(qū)發(fā)育NW及近SN向斷裂，黃河斷裂為最主要的控邊斷裂[10-15]。前人研究結(jié)果表明，靈武凹陷存在兩套基底，上部為奧陶系褶皺基底，下部為古元古界結(jié)晶基底，新生界地層直接覆蓋于奧陶系褶皺基底之上，為第四系覆蓋區(qū)(圖1)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

2 巖石物性特征

2.1 密度特征

根據(jù)前人研究成果[6-8]，研究區(qū)及周緣地區(qū)出露地層密度由新到老呈增大趨勢，第四系土壤層密度均值變化范圍在1.80～2.16 g/cm3之間，其中洪積層密度均值為2.0～2.16 g/cm3，沖積層密度次之，均值為1.9 g/cm3，風(fēng)積層密度為1.88～1.91 g/cm3，湖積層密度最小，平均值為1.80 g/cm3；新近系—古近系砂巖層密度變化為2.02～2.5 g/cm3；古生界奧陶系密度值多在2.63～2.73 g/cm3之間變化，平均密度值為2.69 g/cm3；下伏古元古界結(jié)晶基底密度范圍為2.7～2.83 g/cm3，均值為2.78 g/cm3。

各地層密度特征如表1。研究區(qū)地層間存在3個密度界面，其中古近系—新近系與上覆第四系存在約0.65 g/cm3的密度差，與下伏奧陶系褶皺基底形成密度差為0.24 g/cm3的密度界面；奧陶系與下伏古元古界密度差較小，僅為0.09 g/cm3，上述兩個明顯的密度界面直接影響了研究區(qū)及周緣的局部重力異常，下伏基底間的密度界面對其雖有影響，但影響力有限。

表1 研究區(qū)密度層劃分

2.2 電性特征

表2為根據(jù)前期大地電磁勘探成果總結(jié)的銀川地塹的地殼上地幔電性分層結(jié)構(gòu)[16-17]。不同的地質(zhì)構(gòu)造單元，深部電性結(jié)構(gòu)差別明顯，位于構(gòu)造活動劇烈的銀川斷陷盆地電性結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電性界面起伏大，銀川地塹區(qū)殼幔電性結(jié)構(gòu)大致可分為5層，其下方存在殼內(nèi)低阻層和上地幔隆起，隆起區(qū)呈南北狹長形展布，基本與地塹相吻合，反映了劇烈的構(gòu)造作用和深部物質(zhì)運(yùn)動的結(jié)果。

表2 銀川地塹殼幔電性結(jié)構(gòu)分層

3 基底構(gòu)造特征研究

3.1 平面特征分析

以銀川盆地南部1∶5萬布格重力數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用小波變換方法對此數(shù)據(jù)進(jìn)行多尺度分解，將分解的各階次重力場與鉆孔分層數(shù)據(jù)對比，三階細(xì)節(jié)場功率譜分析場源似深度約3 000 m，可作為褶皺基底頂面起伏產(chǎn)生的場，結(jié)果如圖2所示。靈武凹陷并非為銀川斷陷盆地中央坳陷區(qū)南端單一沉陷區(qū)，而是由梧桐樹次凹、崇興西次凸及崇興次凹共同構(gòu)成，整體呈不規(guī)則走向的菱形片狀，面積約350 km2。西側(cè)的梧桐樹次凹表現(xiàn)為NNE向片狀展布，自梧桐樹鄉(xiāng)延伸至吳忠北，面積約100 km2，異常相對平緩，無極小值點，反映了該次級凹陷面積小、深度淺的展布特征，南端梯度較大；東側(cè)崇興次凹受黃河斷裂控制，呈近SN向長條展布，面積約200 km2，3個極值區(qū)分別位于永寧東、靈武北及靈武市，東西兩側(cè)形態(tài)基本對稱；中部崇興西次凸呈NNE向似菱形展布，將靈武凹陷一分為二，是夾持于黃河斷裂與吳忠斷裂之間的次級凸起，推測為靈武凹陷內(nèi)殘存的古地形，由古元古界基底隆升較高所致。

圖2 靈武凹陷剩余重力異常及二維反演剖面位置

依上述結(jié)果利用平面帕克法反演研究區(qū)奧陶系基底深度，如圖3所示，反演結(jié)果顯示的NHR-1井的界面深度為2 950 m，因此，以界面深度反演結(jié)果作為奧陶系上界面深度是相對可靠的。結(jié)果表明靈武凹陷基底整體表現(xiàn)為“中間高、兩側(cè)低”，且緊鄰黃河斷裂崇興次凹為凹陷沉降中心。具體地，西側(cè)梧桐樹次凹基底埋深約3 400～3 500 m，中部小范圍的崇興西次凸基底頂面埋深最淺，約3 100～3 250 m，東側(cè)崇興次凹基底埋深在3 500～4 200 m之間，落差較大，最深區(qū)位于中部靈武市北。

圖3 靈武凹陷基底頂面深度

3.2 剖面地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征研究

為了從縱向上剖析靈武凹陷由北至南深部地質(zhì)特征變化，精細(xì)地分析靈武凹陷基底起伏形態(tài)，筆者以橫跨靈武凹陷的3條實測1∶1萬重力數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合參考與剖面重合的可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)及周緣D-L、WZ-1深地震反射剖面解釋結(jié)果，以NHR-1、LS01及銀參二井3口鉆孔的分層數(shù)據(jù)為約束，在巖石(地層)密度特征的指導(dǎo)下，利用Oasis montaj軟件GMSYS剖面模擬模塊對3條骨干剖面進(jìn)行2.5D人機(jī)交互反演，結(jié)果如圖4～圖6所示。

以發(fā)射極距不小于1.8 km、收發(fā)距不小于9 km、接收極距100 m、發(fā)射頻率9600～0.25 Hz為數(shù)據(jù)采集參數(shù)，應(yīng)用成都理工大學(xué)研發(fā)的MTSoft2D V2.3軟件，采用空間濾波法進(jìn)行靜態(tài)校正，選取帶地形非線性共軛梯度二維反演(NLCG)方法得到的3條CSAMT反演電阻率剖面，如圖4a～圖6a所示。靈武凹陷北部電阻值以范圍寬泛而簡單的低阻為主，不具備層狀結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出湖泊相沉積地層的電性特征，是深度較大的局部凹陷的體現(xiàn)；中部表現(xiàn)為分布范圍寬緩、阻值縱向成層、電性結(jié)構(gòu)單一的低阻異常區(qū)?？梢钥闯觯植堪枷輧?nèi)地層以新生界砂泥巖沉積為主，厚度大于3 000 m，縱向上分為明顯的3個電阻層，依次為淺部中低阻層(0～200 m)、中部低阻層(200～1 500m)、深部中低阻層(1 500～3 000 m)，依據(jù)區(qū)域地層電阻率值特征分析，這3層對應(yīng)第四系—古近系；南部電法剖面呈現(xiàn)典型的“二元”結(jié)構(gòu)，以800 m埋深為界，以淺層段的電性特征表現(xiàn)為局部薄層、不連續(xù)中阻層與寬緩、穩(wěn)定的高阻層的組合特征，反映了淺表第四系砂礫夾粉土沉積層的厚度較小，而新近系的河流相碎屑巖沉積層厚度較大，且橫向連續(xù)展布。以深區(qū)域低阻區(qū)為主要背景，局部呈現(xiàn)斜向刺穿式分布的中阻條帶，為古近系湖相砂泥巖沉積的局部凹陷的電性特征，說明中央坳陷區(qū)南部新生界沉積厚度比較大，奧陶系基底受斷層作用，下錯深度較大，為南部一處具有代表性的盆地沉積中心。

由圖4b擬合結(jié)果可知：靈武凹陷北部基底表現(xiàn)為范圍較小的“凹槽”型，受黃河斷裂控制，沉降中心緊鄰黃河斷裂，埋深約3 900 m；圖5b擬合結(jié)果表明凹陷中部基底形態(tài)整體為“西淺東深”的斜坡樣式，西側(cè)梧桐樹次凹基底為寬緩平臺區(qū)，寬約8 km，東側(cè)崇興次凹范圍較小，為基底埋藏最深區(qū)；由圖6b擬合結(jié)果看出：凹陷南部與中部展布范圍一致，受黃河斷裂及吳忠斷裂共同控制，基底整體抬升并呈“壘塊”式展布，具體地，梧桐樹次凹南端基底埋深約為3 400 m，中部小范圍的崇興西次凸最高處埋深約3 100 m，崇興次凹南段基底埋深與北端相當(dāng)。

a—CSAMT反演電阻率剖面；b—2.5D反演結(jié)果

a—CSAMT反演電阻率剖面；b—2.5D反演結(jié)果

綜上，靈武凹陷上部的奧陶系褶皺基底呈北部窄、中南部范圍廣的特征展布，厚度為1 500 m，下部的變質(zhì)巖基底為整個凹陷的結(jié)晶基底。縱向上，西側(cè)梧桐樹次凹為寬緩平臺區(qū)，埋深較淺；東側(cè)受黃河斷裂控制崇興次凹基底呈南北高、中部低的“鞍部”特征，且南北端新生界覆蓋層厚度相當(dāng)；中部的崇興次凸為凹陷內(nèi)基底埋藏最淺區(qū)。

4 結(jié)論

1)靈武凹陷并非為盆地南部單一沉陷區(qū)，而是由梧桐樹次凹、崇興西次凸及崇興次凹這3個次級構(gòu)造單元共同構(gòu)成。平面上凹陷整體呈不規(guī)則菱形片狀展布，西側(cè)梧桐樹次凹相對平緩，深度較淺，約3 400～3 500 m；東側(cè)崇興次凹受黃河斷裂控制為靈武凹陷沉積中心，呈近SN向長條展布，自北至南分布3個極值區(qū)，基底埋深約3 500～4 200 m之間；中部崇興西次凸將靈武凹陷一分為二，是靈武凹陷內(nèi)殘存的古地形，基底埋深約3 100～3 250 m。

2)縱向上，靈武凹陷上部的奧陶系褶皺基底北部呈小范圍“凹槽”型展布，中南部展布范圍較廣，奧陶系厚度約1 500 m。西側(cè)梧桐樹次凹為寬緩平臺區(qū)，埋深較淺；中部小面積崇興西次凸為埋深最高點，東側(cè)崇興次凹呈南北高、中部低的“鞍部”特征，鞍部中心位于靈武市北，且南北端新生界覆蓋層厚度相當(dāng)。

綜上所述，靈武凹陷具有范圍廣、基底深、覆蓋層厚度大的特征，且沉積—沉降中心帶狀展布于靈武東山山前，這與前人的觀點是一致的?；茁裆钭钌钐幖s4 200 m，與前人解釋的基底最大埋深差約1 000 m。本次以地球物理資料為主，在前人認(rèn)識的基礎(chǔ)上對靈武凹陷基底由北至南、由西至東的展布形態(tài)及埋深范圍等特征進(jìn)行了細(xì)致刻畫，并認(rèn)為此凹陷并非為單一凹陷區(qū)，而是具有“一凸兩凹”的構(gòu)造格局，且凹陷中西側(cè)古地形稍有隆起。