發布時間：2022-04-15所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：依托永寧縣幅、梧桐樹幅、橫山堡幅(寧夏境內)1︰5 萬綜合地質調查項目，利用音頻大地電磁測深技術獲取研究區的深度電性結構，分析解譯研究區內地下 2 km 深度內的深部結構，并基于 GMS 軟件構建了三維立體地質結構模型，直觀展示了研究區深部結構信息。 關鍵詞
摘 要：依托“永寧縣幅、梧桐樹幅、橫山堡幅(寧夏境內)1︰5 萬綜合地質調查”項目，利用音頻大地電磁測深技術獲取研究區的深度電性結構，分析解譯研究區內地下 2 km 深度內的深部結構，并基于 GMS 軟件構建了三維立體地質結構模型，直觀展示了研究區深部結構信息。
關鍵詞：銀川斷陷盆地;陶樂—彭陽沖斷帶;音頻大地電磁測深;三維地質建模
地球物理技術是利用儀器設備獲取地球中深部信息、劃分地質結構的主要手段之一，在綜合地質調查中廣泛運用，并取得了較好的效果。以往地球物理成果主要以二維斷面圖來表達，近年來隨著三維地質建模技術的發展成熟，三維立體成果已廣泛應用于地質調查項目中[1]。利用地球物理深部信息構建地下一定深度的立體結構模型[2]，能夠直觀地對深部結構進行認識和了解。
基于“永寧縣幅、梧桐樹幅、橫山堡幅(寧夏境內)1︰5 萬綜合地質調查”項目，本文以調查區為研究范圍，利用音頻大地電磁測深剖面，結合已有研究成果，分析解譯研究區 2 km 以淺的地層結構特征，并基于 GMS 軟件平臺構建了研究區三維地質模型。
1 研究區概況
1.1 地質概況
研究區大地構造位置屬于柴達木—華北板塊中部，華北陸塊之鄂爾多斯地塊，鄂爾多斯西緣中元古代—早古生代裂陷帶，陶樂—彭陽沖斷帶和銀川斷陷盆地，其地質結構、邊界特征在一定程度上受裂陷帶這一獨特的構造帶位置制約和影響[3]。以黃河斷裂為界，以西為銀川斷陷盆地，以東為陶樂—彭陽沖斷帶。
研究區地表出露地層主要為第四系、新近系和古近系，見圖 1。銀川斷陷盆地被巨厚的新生界所覆蓋，第四系厚度在永寧縣一帶超過 800 m，第四系之下主要為新近系和古近系，結合已有鉆孔資料、重力解譯成果可知，該地區新生界厚度最深可達 6 km。陶樂—彭陽沖斷帶地表出露地層以新生界和中生界為主，根據該地區鉆孔揭露情況，區內地層自老至新有奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、白堊系、古近系、新近系和第四系。
1.2 電性參數
研究區銀川盆地和陶樂—彭陽沖斷帶 2 個構造單元地質結構迥異，其垂向電性結構也存在明顯差異，因此在充分收集銀川盆地和陶樂—彭陽沖斷帶已有水文測井數據和鄰區物性標本測量結果后，對兩個構造單元的物性進行統計和分析，見表 1。
黃河斷裂以西的銀川盆地，西段對應為賀蘭山洪積傾斜平原區，其地層巖性主要為粗粒相的塊石、漂礫、砂礫石，該段表現為明顯的高阻特征，電阻率一般在 100～500 Ω·m 之間;東段屬河湖積平原區，第四系厚度較大，最厚處位于永寧縣一帶，厚度達 800 m，其地層巖性主要為細砂、粉細砂夾砂黏土層，地層電阻率差異一般在 10～50 Ω·m 之間;第四系之下為新近系和古近系泥巖地層，電阻率一般小于 15 Ω·m。
黃河斷裂以東的陶樂—彭陽沖斷帶、馬鞍山地區地表主要以白堊系砂巖為主，電阻率一般大于 100 Ω·m。馬鞍山以東為寧東地區，新生界、中生界和古生界均有不同程度的發育。淺表多出露第四系風積沙層，厚度較薄，電阻率一般大于 100 Ω·m;古近系厚度一般在 100～200 m，巖性以泥巖為主，電阻率一般小于 15 Ω·m。新生界之下為中生界和古生界，根據已有鉆孔揭露情況，探測深度內分別為二疊系、石炭系、奧陶系、寒武系，由淺入深電阻率逐步抬升。
2 探測方法及技術參數
2.1 方法原理
深部信息的數據獲取采用了音頻大地電磁測深法，該方法基于頻率域大地電磁測深原理，以天然交變電磁場為場源，利用電磁波在地下介質中傳播時產生的電磁感應效應，通過研究地下介質對天然電磁場的頻率響應，獲取地下不同深度介質電阻率分布信息[4]。
2.2 方法技術
儀器采用 EH-4 電導率成像儀，測深點點距為 500 m。采用 GPS 差分定位方式測定點位，平面坐標精度在±10 m 以內，點距為 500 m。在人文干擾較大的地段對測點進行了適當偏移，橫向偏差不大于 400 m。
2.3 主要參數
根據大地電阻率及探測深度初步估算，結合參數試驗，確定工作采樣頻段為 0.1～10 kHz，測量方式為標量測量，電偶極距為 60 m，有效探測深度約 2 000 m。
3 電性結構及剖面成果解譯
3.1 Ⅰ-Ⅰ′剖面成果
由Ⅰ-Ⅰ′剖面視電阻率等值線及推斷解譯成果圖(圖 2)可以看出，剖面由西向東電性差異明顯，分別反映了銀川斷陷盆地和陶樂—彭陽沖斷帶的電性結構。
銀川斷陷盆地除局部地段存在“透鏡狀”高阻異常區外，自上而下總體表現為相對低阻特征，電性曲線多呈 D 型、KH 型曲線。淺部“透鏡狀”高阻異常埋深在 200～380 m 之間，視電阻率在 40～100 Ω·m 之間，主要為山前洪積砂礫石層的反映。砂礫石層之下地層視電阻率小于 15 Ω·m，對應新近系泥巖、粉砂質泥巖。從銀川盆地整體電性結構特征分析，該段第四系由西向東厚度逐漸變大，在永寧縣一帶厚度可達 800 m。第四系之下為新近系，厚度大于 1 500 m。
陶樂—彭陽沖斷帶電性單元分為兩個次一級的電性單元，即馬鞍山電性單元和寧東電性單元。馬鞍山電性單元曲線類型多呈 H 型，由淺入深呈高— 低—高三元電性結構。結合地質背景分析，對成果進行推斷解譯，初步認為淺部高阻層為白堊系砂巖夾礫石層的反映，厚度約 1 000 m;白堊系之下對應二疊系和石炭系，厚度在 850 m 左右;深部高阻層隆起主要對應奧陶系。寧東電性單元不考慮淺部電性不均，基本呈上低下高二元電性結構。該段淺部為第四系黃土、風積沙層，之下為古近系，厚度一般在 200 m 左右，深部電阻率逐步抬升，主要反映了中生界和古生界的隆升。
3.2 Ⅱ-Ⅱ′剖面成果
�、�-Ⅱ′剖面與Ⅰ-Ⅰ′剖面電性結構基本一致，視電阻率等值線及推斷解譯成果圖(圖 3)顯示，銀川盆地電性單元中，賀蘭山洪積傾斜平原區淺部主要以洪積砂礫石層為主，為明顯的高阻特征，厚度由西向東逐漸增厚，一般在 100～400 m 之間。而河湖積平原區淺部第四系巖性以粉細砂、砂黏土為主，電阻率在 15 Ω·m 左右，厚度最深達 700 m。第四系之下為新近系和古近系泥巖，靠近陶樂—彭陽沖斷帶，盆地深部存在電阻率抬升現象，推斷可能為白堊系隆起。
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陶樂—彭陽沖斷帶電性單元可以分為馬鞍山電性單元和寧東地區電性單元。馬鞍山電性單元與上述Ⅰ-Ⅰ′剖面基本一致，自上而下呈高—低—高三元電性結構，淺部存在較大厚度的高阻體，厚度約為 300 m，主要為白堊系砂礫巖的反映。白堊系之下的低阻層電阻率在 15～30 Ω·m 之間，推測可能為二疊系和石炭系的反映，厚度由西向東逐步變薄。深部電阻率逐漸抬升，主要為前奧陶紀地層的反映。寧東地區電性單元位于剖面的東段，不考慮淺表電性不均的影響，曲線類型多呈 AA 型，表現為電阻率由低到高。結合區域鉆孔資料，經對比分析，淺部 150 m 深度內電阻率小于 15 Ω·m，主要對應為古近系泥巖地層。下伏地層電阻率變化范圍為 10～30 Ω·m，主要對應古生界，總厚度為 900 m。1 050 m 深度呈明顯的高阻抬升，推測其對應前奧陶紀地層。
4 三維結構模型構建
三維地質模型構建是利用計算機技術，將空間分析、圖形數字化、圖形可視化等工具結合起來，進行地質研究的三維空間模擬技術[5]。本文以研究區為模型構建的限定范圍，基于研究區音頻大地電磁測深所獲取的 2 km 以淺的深部電性結構和地質解譯成果，依據工作區地質構造特點，按一定距離提取單點地層結構作為虛擬鉆孔數據，導入軟件 borehole data 模塊后，連接地質剖面，并利用 solids 模塊完成三維地質模型的構建。
本文利用 2 條剖面成果提取了 181 個虛擬孔數據(圖 4)。其中，在銀川盆地提取 96 個虛擬孔數據， 2 km 以淺分為第四系和新近系 2 層;在陶樂—彭陽沖斷帶提取 85 個虛擬孔數據，2 km 以淺自上而下分為第四系、新近系-古近系、白堊系、三疊系、二疊系-石炭系、奧陶系、寒武系 7 層(圖 5)。
為了直觀地了解不同位置的垂向地層分布情況，對所構建的研究區三維地質結構(圖 6)提取了三維切面圖，并沿東西向、南北向進行了提取(圖7)，以便其他相關人員了解任何一個位置的地層分布情況。
5 結論
(1)通過東西向分布的兩條音頻大地電磁測深剖面，獲取了研究區地下 2 km 深度內的電性結構。結合已有研究成果及認識，較為精細地分析解譯了研究區的深部地層結構。
(2)基于 GMS 軟件平臺，利用音頻大地電磁測深解譯成果，構建了研究區的三維地質模型。該模型相對傳統二維成果剖面，能夠直觀地反映出研究區地下深部信息。——論文作者：楊 勇， 趙銀鑫， 馬玉學
參考文獻：
[1] 王永立.3DGIS 支持下的城市地質調查[J].地理空間信息， 2008，6(1)：68-70.
[2] 朱威，王大勇，王書民.立體地質填圖三維建模技術方法與應用研究[J].物探化探計算技術，2016，38(4)：571-578.
[3] 寧夏回族自治區地質調查院.中國區域地質志·寧夏志[M]. 武漢：中國地質大學出版社，2017.
[4] 楊勇，尹秉喜.EH-4 在衛寧北山地區多金屬找礦中的應用[J].寧夏工程技術，2013，12(1)：24-26. [5] 郭輝.基于 GMS 的三維地質模型的建立[J].黑龍江水利科技，2015，43(9)：6-10.
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