利用重磁电研究宁镇山脉与句容盆地结合部地质结构

韩红庆，阮娟，殷梅，崔健，岑超

（1.江苏华东八一四地球物理勘查有限公司， 江苏南京 210007； 2.江苏省地质局， 江苏南京 210007）

江苏南京、镇江、句容一带，以汤山-东昌街隐伏深大断裂为界，北为宁镇断凸形成的宁镇山脉，南为句容凹陷组成的句容盆地［1-2］。本文研究区位于宁镇断凸与句容凹陷的盆山结合部，地质构造复杂，前人根据地质资料和钻井资料推测汤山-东昌街断裂为南倾正断层，但未实施专题物探工作探测其深部展布，且对断裂两侧的深部地质信息认识不甚清楚。为解决上述地质问题，在研究区实施了2条音频大地电磁法（AMT）测线，基于AMT反演视电阻率深度剖面，并结合重力、磁力资料，研究了宁镇地区盆山结合部地层、构造、岩浆岩展布，揭示了深部地质信息。

1 地质背景

宁镇山脉大地构造背景复杂，中生代印支期以强烈的挤压褶皱和断裂活动为主，于沉积盖层中形成了一系列近东西向平行的复式褶皱，组成“三背两向”的基本格架；燕山期以近南北向挤压作用下的断裂-断块活动为主，继承、加剧了原有的构造变动［1-2］。本文研究区北侧为“三背两向”褶皱构造中最南侧的青龙山-汤山复式背斜（图1）。

句容冲断凹陷印支面构造面貌清楚，总体为“两凹夹一隆”，呈南北向展布，北部大卓湖熟凹陷和南部春城后白墅凹陷，夹中部句容葛村凸起［3-4］。句容盆地的油气勘探工作主要集中在句容葛村凸起带上［3-4］，位于本文研究区南侧的大卓湖熟凹陷因白垩系盖层厚度巨大（图1），对其深部地质资料的了解甚少。

图1 研究区地质图

宁镇山脉与句容盆地的边界断裂汤山-东昌街深大断裂为正断层，走向NE-SW至EW向，倾向朝南，断距大，前人推测深部应存在上盘中生代地层与下盘古生代地层接触的现象［1-2］。

2 方法原理及数据采集处理

2.1 AMT方法原理

音频大地电磁（AMT）法，是在传统的大地电磁（MT）法理论的基础上发展起来的，通过在地面布设观测台站接收天然电磁场信号经过地下地质体耦合后的电、磁场信息，并研究原始时间序列的变化，反演得到地下电性结构。AMT方法的场源是以天然雷电所产生的电磁波为主，当电磁波垂直入射到地下，并以平面波形式向外传播的过程中，会与地下介质发生电磁感应，根据趋肤效应，高频的电磁波在介质中的穿透深度较浅，低频的电磁波穿透深度较深。由于AMT方法使用的是天然场源，具有不受高电阻层屏蔽影响的特点，并且工作简单、设备轻便，目前在地质勘查领域应用非常广泛［5-8］。

2.2 数据采集处理

本文基于江苏省页岩气资源调查与评价项目开展页岩气参数井井位论证时在该地区实施的音频大地电磁法（AMT）测线2条，测点102个。AMT数据野外采集使用的仪器是加拿大凤凰地球物理公司生产研制的MTU-5A型大地电磁仪，测点点距约200m，采集2个电场分量（Ex、Ey）和2个磁场分量（Hx、Hy），电极布设方式为“十”字型（图2），采集时长均超过1.5小时，观测过程中采用仪器自带的GPS进行同步，电道不极化罐由RTK定位，保证了极距的准确性。

图2 AMT野外采集装置示意图

对获得的AMT原始时间序列采用V5-2000系统自带的SSMT2000软件进行快速傅里叶变换得到频率域阻抗数据，并通过Robust估计、人工挑选功率谱等处理手段，获得了质量较高的数据。测点的频率范围为0.35HZ～320HZ，视电阻率和阻抗相位曲线可以很好的反映地下介质的电性分布特征，如构造特征、电性分层等（图3）。

图3 AMT不同测线不同测点XY和YX支视电阻率和相位曲线

在数据反演过程中，首先进行了维度分析，确定了选择二维反演方法，之后开展了构造走向分析，确定了电性主轴的方向，并将XY、YX方向的视电阻率和相位旋转到TE、TM方向，最终采用GMES3DI软件反演得到深度-视电阻率剖面，反演模式选择TE和TM联合反演，迭代次数设置为12次，最终迭代收敛时的RMS分别为3.72和4.69，说明此次反演结果可靠性较高。

3 AMT综合地质解释

3.1 AMT1线

AMT1线综合地质解释成果（图4）显示，约126点处往深部为明显高低阻梯度带，且重力梯度为极值点，为汤山-东昌街断裂的反映。AMT1剖面显示汤山-东昌街断裂浅部倾角约65°，深部倾角增大至约70°，倾向南。

图4 AMT1线综合解释剖面图

汤山-东昌街断裂北侧为宁镇山脉（宁镇断凸）南部的青龙山-汤山复式背斜局部，可分为三个局部构造单元：①北为石英闪长斑岩岩体，对应极高电阻和明显的高磁力化极异常；②中部为寒武-奥陶系碳酸盐岩对应的高阻与志留系砂泥岩对应的低阻组成的双层结构；③南部为寒武系-奥陶系高阻与白垩系砂泥岩低阻组成的双层结构。中部与南部以F1南倾正断层分界，F1断层对应漏斗状电性异常及重力梯度极值。

汤山-东昌街断裂南侧为句容盆地（句容凹陷）北部的大卓湖熟凹陷局部，白垩系低阻与二叠-三叠系碳酸盐岩对应的高阻电性结构清晰，地层倾向北，靠近汤山-东昌街断裂处的白垩系厚度推测超过3000m，南侧白垩系厚度约1000m，下伏二叠-三叠系。靠近汤山-东昌街断裂的断层上盘为凹陷中心，对应重力上演5km剩余的极小值。

3.2 AMT2线

AMT2线综合地质解释成果（图5）显示，约136点处往深部为高低阻梯度带，同时重力梯度为明显的极大值，为汤山-东昌街断裂的反映。AMT2剖面显示汤山-东昌街断裂倾角约55°，倾向南。

图5 AMT2线综合解释剖面图

汤山-东昌街断裂北侧为宁镇山脉（宁镇断凸）南部的青龙山-汤山复式背斜局部，分为两个局部构造单元：①北部低阻对应志留系砂泥岩；②南部约139点东侧约1km处前人实施ZK1井（图1），井深1500m，钻遇K1y、K1s、O1h，与AMT2电性结构吻合，结合物探资料与钻孔资料推测南部为奥陶系红花园组（O1h）碳酸盐岩对应的高阻与推测含水的白垩系杨冲组（K1y）、上党组（K1s）流纹岩、集块岩、安山岩等对应的中低阻组成的双层结构，沿F3断层逆冲于北部志留系砂泥岩之上。

汤山-东昌街断裂南侧为句容盆地（句容凹陷）北部的大卓湖熟凹陷局部，推测地层倾向北，自浅至深分别为白垩系浦口组（K2p）砂砾岩（低阻）；赤山组（K2c）火山-沉积岩系（低阻）；白垩系杨冲组（K1y）、上党组（K1s）流纹岩、安山岩等（中低阻）；侏罗系碎屑岩、安山岩等（中高阻）、二叠-三叠系碳酸盐岩（高阻）。靠近汤山-东昌街断裂处的白垩系厚度超过4000m，为盆地最深位置，对应重力上演5km剩余极小值，南部白垩系底界埋深约1000m，剖面最南端高低阻梯度带推测对应正断层F2。剖面南侧约700m处前人实施GZ1井（图1），井深3000m，钻遇K、J、T、P地层，GZ1井钻遇地层与AMT剖面推测的地层吻合。

5 结论

（1）汤山-东昌街断裂为宁镇山脉与句容盆地的边界断层，为隐伏正断层，地表为白垩系地层覆盖，其南侧上盘为句容盆地，北侧下盘为宁镇山脉。音频大地电磁法（AMT）成果显示其平面位置位于AMT1线约126点和AMT2线约136点处，倾向南，倾角55°～65°，断层上下盘白垩系与古生界直接接触，断距超过2500m。

（2）AMT成果清晰地揭示了宁镇山脉（宁镇断凸）南部的青龙山-汤山复式背斜局部，与句容盆地（句容凹陷）北部的大卓湖熟凹陷局部的深部构造格局，说明AMT结合重磁资料对识别盆山结合部深部地质结构具有较好的效果。

（3）句容盆地北侧靠近汤山-东昌街断裂处，白垩系厚度超过3000m，不适宜开展油气勘探工作，应选择离汤山-东昌街断裂有一定距离的大卓湖熟凹陷中的局部隆起上开展工作。