CSAMT和重力方法在禹州工作區油氣基礎地質調查中的應用

司法禎，馬振波，張 平，李志勛

（1.河南省地質調查院，河南 鄭州 450001；2. 河南省金屬礦產成礦地質過程與資源利用重點實驗室，河南 鄭州 450001；3.河南省地質科學研究所，河南 鄭州 450001）

油氣資源是關系我國現代化建設全局和國家安全的重要戰略資源，直接影響到國民經濟的發展水平。2015年中國地質調查局實施了“河南洛陽－濟源地區油氣基礎地質調查”項目，開展了重力和可控源音頻大地電磁（CSAMT）測量，厘清了地層展布特征和盆地構造形態。

本文主要介紹在禹州重點工作區采用CSAMT為主，重力為輔的聯合探測、綜合解釋的模式，查明了工作區的構造格架，確定了工作區新生界厚度，圈定了油氣有利區。

重力異常是地下由淺到深各類地質體

的物性差異在地面綜合疊加的效應，其中包括界面起伏、巖性不均勻、地殼與殼下物質的厚度變化等諸多地質因素在內。實測的重力異常值經過固體潮改正、零點漂移改正、布格改正、正常場改正之后，得到改正后的重力異常值。CSAMT是一種頻率域的電磁測深勘探方法，具有勘探深度大，分辨率高，效率高的特點。在探測盆地基底、查明地層結構、劃分盆地構造格架等具有較好的效果[1]。由于CSAMT本身具有靜態效應、場源效應等因素[2]，造成成果解釋的多解性。重力和CSAMT測量相互驗證，避免了成果的多解性，達到優勢互補的效果。

1 工作區地質及地球物理特征

1.1 工作區地質

工作區位于豫東平原分區濮陽-開封地層小區，主要為第四系和新近系覆蓋區。區內鉆井較少且鉆深一般小于3000m，鮮有地質深鉆，工作程度較低，但據目前資料綜合分析，區域上主要發育太古界、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系，缺失志留系、泥盆地和下石炭統。

1.2 地球物理特征

工作區地層密度具有從新至老逐漸增大的特征，存在五個密度差異較大的密度層，它們依次為第四系—第三系密度層，其密度為2.25×103kg/m3；中生界—上古生界密度層，其平均密度為2.43×103kg/m3；下古生界密度層，其平均密度為2.65×103kg/m3；震旦系—汝陽群密度層，其平均密度為2.55×103kg/m3；熊耳群—太古界密度層，其平均密度為2.65×103kg/m3，它們之間的密度差分別是0.18×103kg/m3、0.22×103kg/m3、－0.10×103kg/m3、0.10×103kg/m3。

工作區地層電阻率具有從新至老逐漸增大的特征，下古生界的奧陶系和寒武系為高阻層，其值可達數千，新生界電阻率較低。巖礦石電阻率以古生界灰巖、白云巖最高，其值可達數萬Ω·m，其次為中生界砂巖、頁巖，有數百至上千Ω·m，新生界黃土、砂巖最低一般為幾十至數百Ω·m。

以上密度和電阻率特征為重力異常和CSAMT的推斷解釋提供了地球物理依據。

2 CSAMT工作原理

2.1 CSAMT工作原理

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）是一種利用接地水平電偶源為信號源的一種頻率域電磁測深法。以電磁波在均勻半空間介質中的傳播理論和麥克斯韋方程組為基礎，通過觀測發射源在遠區中的波區的水平電場分量Ex和垂直磁場分量Hy的比值來計算卡尼亞電阻率（視電阻率）。其公式如下：

式（1）中：?—電磁波頻率，Ex—水平電場分量，Hy—垂直磁場分量，ρs—卡尼亞電阻率。

根據電磁波的趨膚效應理論，電磁波在均勻介質和非均勻介質的有效探測深度可表示為：

式（2）中：H—有效探測深度，ρ—地表電阻率，?—電磁波頻率。

當地表電阻率一定時，可以看出有效探測深度與供電頻率成反比，高頻時，探測深度越淺；低頻時，探測深度深。通過改變不同的供電頻率，就可以探測到地下不同深度范圍內電性體的分布特征[3]。

2.2 重力測量原理

相對重力測量是通過測量兩點間的重力差值，逐點由起算點推求聯測點重力值的方法和技術。計算公式可以表示為：

式（3）中：GA為重力控制點的重力值，k為起算點至聯測點之間的段差數，Δg為起算點至聯測點之間的段差值[4]。

相對重力測量時，還受到重力以外其它因素的影響，因此計算時必須進行相應的改正。主要改正以下四項：固體潮改正、零點漂移改正、布格改正、正常場改正，改正后求取重力異常值。

3 數據采集

3.1 測線布置

依據1∶5萬區域重力解譯成果，在推斷的禹州盆地由西向東布置測線6條30°方向的CSAMT與重力測線ZC05～ZC10。測線布置情況見圖1。

圖1 測線布置圖

3.2 工作參數設置

CSAMT采用V8多功能電法工作站，發射極距為1～2km，收發距R在10km～15km左右，供電電流一般3～10A，測量裝置為赤道電偶極裝置，采用可控源音頻大地電磁測深的標量測量方式。

重力工作采用CG-5型相對重力儀，測點讀數時間不少于40秒，基點聯測時不少于60秒。基、測點觀測時，CG-5重力儀兩個讀數相差不得超過0.005×10-5m/s2。

4 資料解釋

本文以盆地中部的ZC07測線為例，進行詳細解釋。

4.1 ZC07測線CSAMT解譯

ZC07測線共測量108個測深點，點距100m，剖面長度10.8km。剖面方向30°。從圖2中能觀測到電阻率隨深度變化的規律，并且能根據各地層電性差異定性地給出高阻層二疊系界面的起伏狀況，圈定二疊系界面凹陷區，較準確地給出二疊頂界面起伏沿測線在水平方向上的深度變化情況。

該測線整體反映一個盆地構造，盆地南部邊緣為測點14～15北邊緣為測點106～108。第四系埋深最大約1500m，在測線31～35點之間位置，地表全部由第四系覆蓋。在（測點10～5、106）有兩條斷裂帶存在。受斷裂帶的影響，本剖面二疊系巖層界面起伏比較大，埋深距地表最淺小于100m，最大可達到1500m。斷面圖上，依然將28 Ω·m視電阻率線為第四系與下覆二疊系的分界線視電阻率線為；以電阻率突變分析得二疊系與下覆石炭系、寒武系分界線的視電阻率為125Ω·m。依據以上電性參數分析得：第四系厚度100～500m；盆地厚度一般在800～1500m之間；深部寒武系厚度未完全探出。

4.2 ZC07測線重力解譯

從ZC07測線重力剖面定量正演計算曲線擬合圖（圖3）分析，下伏地層主要是二疊－石炭系、寒武－奧陶系、太古界；由圖中可以看出，重力低值段主要是太古界相對凹陷，新生界覆蓋較厚所致，而重力高值段主要是太古界相對隆起，新生界覆蓋較薄引起。由剖面總體可見：距剖面0點（南端）1.5～12km區段內為禹州盆地構造，1.5～12km區段為盆地構造中心。

具體分段分析如下：擬合剖面顯示在距剖面0點（南端）0～2.5km區段內，新生界厚度從0m增大到300m，該區段二疊系地層缺失，寒武-奧陶系隆起；從2.5～12km區段內，太古界凹陷，新生界厚度較大，埋深約最深區域可達1500m；從12km～至剖面末尾區段內，太古界逐次級隆起起，新生界厚度逐漸變薄。

4.3 ZC07線CSAMT與重力綜合解譯

由圖2、圖3，綜合分析下伏地層主要是二疊－石炭系、寒武－奧陶系、震旦系、太古界；由圖中可以看出，重力低值段、對應電阻率低主要是太古界相對凹陷，新生界覆蓋較厚所致，而重力高值段、對應電阻率高主要是太古界隆起引起，重磁電剖面反映地層情況基本相一致。綜合剖面顯示顯示：在距剖面0點（南端）0～2.5km區段及距離剖面11.5～12.3km區段內，新生界相對較薄，震旦系隆起，引起重力高異常。從2.5～11.5km區段內，為禹州盆地主要盆地區域，太古界凹陷，新生界厚度較大，二疊系、奧陶-寒武系相對下陷，所引起重力異常值低、電阻率值低。綜合分析重電反映地層基本一致。

5 結論

（1）CSAMT和重力方法在油氣基礎地質調查中的應用，結合地質資料，較好地揭示了工作區的盆地構造的展布和覆蓋層厚度，依據重力低、電阻率低、新生界覆蓋較厚，推斷為太古界相對凹陷，圈定出了油氣有利區。

（2）CSAMT和重力方法在油氣基礎地質調查中的作用，表明該方法組合在平原厚覆蓋區油氣基礎地質調查中，具有效果突出、簡單快捷的優點。

圖2 ZC07測線反演視電阻率斷面及解譯成果圖

圖3 ZC07線重力剖面定量正演計算曲線擬合圖