二維地震技術在三門峽盆地東交口地區鹽礦勘查中的研究與應用

蔡蘭花

（河南省航空物探遙感中心，河南 鄭州 450000）

豫西三門峽古近系盆地分布范圍廣、沉積厚度大[1]，以往地質調查發現，古近系始新統門里組水樣中氯化鈉含量接近鹵水狀態，坡底組存在膏泥和膏鹽層，小安組存在細脈狀石膏和層狀膏鹽層，其見有大量鹽類礦物被水溶蝕的小洞。據此推測該區始新統地層中具有尋找鹽礦的前景。鹽礦是具有較高經濟價值的礦種之一[2]，近年來對其需求激增。其多產出于干燥環境下的內陸盆地中，由局部蒸發導致。鹽礦多保存于形態完整、斷裂不發育的盆地中[3]，膏鹽層具有強烈的地震波反射特征[4-8]。為進一步評價三門峽盆地東部交口地區的含鹽性，采用二維地震勘探技術[9-17]，查明盆地形態、地層層序，圈定含鹽目標層等，并進行鉆探驗證。

1 地質概況及地震地質條件

1.1 盆地成礦地質條件

1.1.1 地層

區域出露地層主要有太古界太華群；中元古界熊耳群、汝陽群；古生界寒武系辛集組、毛莊組、長山組；奧陶系鐵仙溝組；三疊系二馬營組及第四系更新統。

太華群以混合片麻巖和眼球狀混合片麻巖為主，部分為均質混合巖和混合花崗巖，其中多有斜長角閃質巖石殘留體；熊耳群底部為一套碎屑巖建造，上部為中（偏基）性—酸性—中性的火山巖建造；汝陽群下部為紫紅、灰紫色礫巖、石英砂巖，局部夾赤鐵礦透鏡體，中部為頁巖及不等粒石英砂巖，上部為紫色中—巨厚不等粒石英砂巖、長石石英砂巖，夾少量頁巖。寒武系主要為礫巖、頁巖、白云巖；奧陶系鐵仙溝組為灰色、黃灰色厚層含燧石團塊（或條帶）細晶白云巖，上部夾含生物屑亮晶砂屑灰巖和泥晶灰巖各一層，厚454 m；三疊系二馬營組為黏土巖與黏土巖互層。古近系地層為始新統門里組、坡底組、小安組，漸新統柳林河組。新近系缺失中新統地層，存在上新統棉凹組，主要巖性為黃色黏土巖，棕紅—紫紅色泥巖與灰白色砂巖、礫巖互層。第四系更新統黏土巖、泥巖。

1.1.2 構造

（1）斷裂。盆地內有多條北東向和近東西向區域性斷裂，其產生的強烈差異性斷塊運動，構成地塹和地壘。喜山期構造運動，進一步加大了斷塊間的斷距，主要斷裂有文底—宮前、溫塘、呂家莊斷層，現就各斷層主要特征簡述如下。

文底—宮前斷層為小秦嶺、崤山北側大斷裂，西端在潼關—靈寶境內稱太要斷裂，三門峽境內稱宮前斷裂。該斷裂自研究區南部通過，為控制野鹿次凹南部邊界的區域性斷裂，區內出露長約46 km，走向近東西，總體北傾，傾角60°～80°，盆地南緣局部地段形成斷層三角面。斷層北盤下降，地層為新生界；南盤上升，地層為中元古界熊耳群、汝陽群，斷距 1 000 m以上，是研究區當前仍在活動的區域性斷裂。

溫塘斷層自靈寶市川口經陜州區溫塘至三門峽湖濱區會興鎮，區域上稱靈寶—三門峽斷裂，全長約40 km。走向北東42°～45°，傾向北西，傾角55°～65°，斷帶寬50～70 m，溫塘地表出露地段斷層帶內可見角礫巖。斷層在靈寶市境內控制了基巖山地隆起和盆地邊界，在三門峽市境內僅溫塘出露，大多地段隱伏于第四系沉積物之下，為野鹿盆地西部控制邊界斷裂。

呂家莊斷層自溫塘南經三門峽市張村至菜園出區，為文底—宮前斷裂近于平行的次級斷層。區內被第四系全覆蓋，其走向近東西，傾向北，傾角50～60°，南盤上升、北盤下降，為一正斷層。

（2）盆地。三門峽盆地為汾渭盆地向東的一個分枝。太行新華夏構造體系使三門峽盆地西段呈東西向，靈寶以東變為北東向。由于盆地基底起伏差異，后期構造應力強弱不同，造成盆地沉降幅度不一，依據沉降的不同、新生界的沉積物質和厚度的不盡相同，將盆地劃分為潼關、靈寶、五畝、野鹿、淹底5個小盆地。

根據電測深成果，潼關小盆地在潼關附近凹陷深度可達2 883 m，由于第四系廣泛分布，其構造特征不清。

靈寶小盆地東西長約45 km，南北寬約30 km，基底凹陷有南深北淺的趨勢。盆地主體部分全被第四系覆蓋。在其東南部邊緣剝露出了古近紀地層，全為一套邊緣相的粗碎屑巖。

五畝小盆地位于西澗河流域項城，五畝至朱陽的狹長地帶，呈北東40°左右展布。古近紀沉積中心推測在盆地北部，即項城至五畝附近。

野鹿小盆地北至上村—官村一線為界，與淹底小盆地相隔，南北寬約15 km，東西長約25 km。盆地古近系零星出露，主要分布于郭家莊、馬家店、大安3個地區。在磁鐘古陸梁的北側，古近系傾向北西約320°左右，而在其南側馬家店地區，則傾向南東140°左右，傾角20°～30°，形成了一個明顯的背斜構造。電測深結果表明在磁鐘古陸梁的兩側形成2個小的凹陷，北側為東坡凹陷，自三門峽新車站至東坡，呈南東50°左右展布?；装枷萆罴s1 600 m，呈現南東坡較陡，北西坡較寬緩的現象。南側為交口凹陷，自馬家店至交口、野鹿，約成北西80°左右展布，其凹陷自東而西逐漸變深，最深在野鹿附近，約2 800 m。另外，在交口附近也局部地出現了一個深約2 300 m的凹陷區。

淹底小盆地。位于黃河以北，中條山以南的狹長地區，南、北、東三面為老基巖所限。盆地東西長約44 km，南北寬8～16 km，古近系廣泛出露于過村至坡底的各大溝谷中。過村和坡底為2個小的沉積中心，其凹陷深度在1 600 m左右，并通過狹窄的東坡凹陷與野鹿小盆地相通。

1.2 研究區地質特征

1.2.1 地層

依據以往資料，野鹿次凹為一早新生代沉積盆地，基底為石炭、二疊系地層，新生界古近系始新統、漸新統地層不整合于覆蓋基底之上。

凹陷內主要地層有新生界古近系始新統門里組、坡底組、小安組。新生界古近系漸新統柳林河組，新生界新近系缺失中新統地層，存在上新統棉凹組，新生界第四系地層。

現就野鹿次凹中新生界各組地層自下而上簡述如下。

（1）古近系始新統。據地層韻律、巖性組合及化石研究資料，新生界始新統地層劃分為3個組，即門里組、坡底組、小安組，門里組與南陽凹陷大倉房組及玉皇頂組上部地層相當，坡底組、小安組與核桃園組地層相當。

門里組為山麓河流相—河湖相沉積。下段為灰褐色—棕紅色厚層狀礫巖，厚約127.16 m。中段以磚紅色—紫紅色砂質泥巖或泥質砂巖為主，含少量次生網脈狀石膏，在紫紅色泥巖中發育有較多的灰綠色泥質花斑，厚約202 m。上段以紫紅色泥巖與灰綠色、灰黑色泥巖、泥灰巖互層為主，其中上部灰綠色—灰黑色泥巖中含較多網脈狀及薄層狀石膏和巖鹽。野鹿次凹南部邊緣該組地層出露地段，Clˉ含量較高，以往采集的水樣的氯化鈉含量已達1 265 mg/L，已接近鹵水狀態，上段厚約205 m。

坡底組為一套濱湖、鹽湖—淺湖相沉積。下段巖性為棕色—紫紅色厚層狀砂礫巖與砂礫質泥巖或泥質砂巖互層，厚約402 m。上段巖性為灰綠色泥巖、泥灰巖互層，發育有厚約80 m的紫紅色泥巖夾多層似層狀膏泥和膏鹽層，是區內主要含鹽層位，該組與門里組為整合接觸。

小安組為一套淺湖相沉積，底部以一層礫巖與坡底組分界，兩者為整合接觸。下段巖性為紫紅色砂質泥巖夾多層灰白色松散狀細砂巖，并含有似層狀或網脈狀石膏層，厚約167 m。上段以灰綠、黃綠及雜色泥巖與泥灰巖互層，間夾細脈狀石膏和層狀膏鹽層，局部褐色泥巖夾少量黑褐色油頁巖。該層中下段見有大量鹽類礦物被水溶蝕的小洞，上段地層厚約152 m。

（2）古近系漸新統。新生界漸新統在區內劃分為一個組即柳林河組，柳林河組與南陽凹陷廖莊組地層相似。

柳林河組為一套多韻律的河流相沉積，主要巖性為棕紅、土黃、紫紅色厚層狀砂礫巖夾含砂礫泥巖及少量的灰白—灰綠色泥灰巖，厚約500 m。以往鉆孔巖心巖性統計分析資料表明，始新統門里組、坡底組、小安組地層自下而上其碎屑粒度具有逐漸變細趨勢，漸新統柳林河組地層為一套河流沉積相的粗碎屑巖沉積，與下伏巖層有一沉積間斷。

（3）新近系上新統。新近紀中新世時期，區內地層上升遭受剝蝕，造成缺失新近系中更新統地層。上新統劃分為棉凹組，零星分布。

棉凹組主要巖性為黃色黏土巖，棕紅—紫紅色泥巖與灰白色砂巖、礫巖互層，與下伏地層呈不整合接觸，該區厚4～112 m。

（4）第四系更新統。巖性為礫砂層與棕黃色、灰綠色鈣質黏土、亞黏土、亞砂土呈不等厚互層，厚13～393 m。

1.2.2 構造

研究區大部分位于野鹿次凹內，野鹿次凹位于張汴—交口一帶，東西長約25 km，南北寬約15 km。野鹿次凹北東部、磁鐘凸起南側為交口凹陷，自馬家店到交口、野鹿，該凹陷自東向西逐漸變深，最深處在野鹿附近。

1.2.3 巖漿巖

研究區全區為第四系覆蓋，無巖漿巖出露。

1.2.4 礦體地質特征

研究區位于三門峽盆地東端的野鹿次凹中，南部受文底—宮前斷裂及其次級呂家莊斷裂控制，北隔磁鐘凸起帶與淹底次凹相鄰，基底西南高北東底，為一新生代沉積的南薄北厚的箕狀盆地。據以往電法測深及鉆孔資料，凹陷內發育新生界始新統門里組、坡底組、小安組地層，為一河湖—鹽湖、濱淺湖——河流、洪積扇相沉積，基底埋深1 000～2 300 m。由于是多旋回沉積，含礦層位較多。根據以往資料顯示主要含礦層位為坡底組上部，該層位主要為一套泥灰巖、石膏層、泥巖、粉砂質泥巖組合的咸湖相沉積地層。鹽層一般賦存在石膏層之上，固體形態賦存的鹽呈灰色—暗灰色，兼有黃褐、灰黑色、淺肉紅色等。鹽層厚度一般在3～8 m，呈多層分布，含礦厚度達160 m以上，埋深在700～900 m，埋深向凹陷底部逐漸加深；其次在門里組上部含礦層位與坡底組相似，主要以一套粉砂質泥巖、泥巖、石膏層為主的咸湖相沉積為主，含礦層位厚度超過120 m，埋深1 300～1 500 m。

1.3 地震地質條件

1.3.1 表層地震地質條件

研究區為第四系全覆蓋區，在該區中西部，地面相對高差大，地形切割強烈，山坡坡度較陡，在研究區中東部，雖然地形相對比較平坦，但區內村莊較多，影響測線布設。

1.3.2 淺層地震地質條件

研究區淺部地層為厚黃土覆蓋，局部含姜結石、沖積砂、卵石層，對地震波能量在傳播上有較大的屏蔽和阻礙作用。

1.3.3 深層地震地質條件

鹽巖的物性特征是密度低，速度較低，電阻率高，具有較強的可塑性。鹽巖層頂板巖性主要以泥巖為主；底板主要巖性為砂質泥巖或泥質砂巖互層。其頂、底板圍巖剛性較大，含鹽巖地層與其頂、底板巖層間具有較大的波阻抗差異，有能夠形成反射波的條件，為此次追蹤的主要反射波。研究區內第四系多為厚黃土覆蓋，存在嚴重的能量衰減作用，從而使得深層地震反射波能量較弱。但是根據所收集到的地質資料顯示，同研究區內由于受沉積環境不穩定，導致巖鹽沉積不穩定，厚度較小，因此深層含巖鹽地層的反射波會存在能量較弱、同相軸不連續等特點。

2 野外采集方法

結合前人工作及厚黃土覆蓋區的地震施工經驗，根據此次數據采集工作試驗工作成果，確定采用如下的采集參數，見表1。

3 資料處理和解釋

3.1 資料處理

資料處理過程如圖1所示。

3.2 資料解釋

資料解釋主要包括以下內容：波組特征及主要地質層位確定、交點閉合及波組對比、速度研究、構造解釋、巖漿巖解釋、圖件制作。

表1 研究區野外數據采集參數Tab.1 Field data acquisition parameters in the study area

圖1 資料處理流程Fig.1 Data processing flow chart

4 地質成果

4.1 新生界地層層序

通過收集資料和此次所取得的工作成果進行綜合分析，初步了解了研究區內新生界地層的層序，由下至上分別為古近系、新近系和第四系。

古近系地層主要有始新統門里組、坡底組、小安祖和漸新統柳林河組。該地層主要為河流—湖泊相沉積，為區內的巖鹽沉積層位，其中坡底組為區內的主要含鹽層位。

新近系地層主要為棉凹組，該組地層與下伏地層呈角度不整合接觸。

4.2 新生界新近系底界埋深及形態

研究區新生界新近系底界與下伏巖層呈角度不整合接觸關系，波阻抗差異較大，能夠形成可以連續追蹤的反射波組（T0波）。研究區新生界新近系底界等深線平面如圖2所示，由圖2可以看出，研究區內新近系底界埋深基本在450～625 m，整體變化小。大體呈單斜形態，走向南東，傾向北東向，傾角較小，南部埋深較淺，在450～500 m，北部埋深較大，在550～600 m。

圖2 研究區新近系底界埋深等值線Fig.2 Schematic diagram of buried depth contour of Neogene bottom boundary in the study area

4.3 新生界古近系底界埋深及形態

研究區新生界古近系底界形態如圖3所示。由圖3可以看出，古近系底界埋深在1 350～2 100 m，其中西北部埋深較淺，在1 200～1 550 m，地層傾角5°～7°，并有2個較小的褶皺構造；東北部埋深較大，在1 500～2 100 m，地層傾角為3°～7°，呈凹陷形態。研究區南部大體呈單斜形態，傾向北，走向近東西向，埋深1 350～1 550 m，地層傾角5°左右。

4.4 構造

4.4.1 斷裂構造

全區共解釋斷點5個，其中A級斷點3個，B級斷點2個，結合這些斷點的形態特征和以往區域地質工作成果，共組合斷層2個。研究區構造復雜程度為一般。

（1）F1斷層。位于研究區中部，為正斷層，走向北東向，傾向南東，傾角為26°～53°。落差0～300 m。在區內延伸長度近16 km，此次勘查工作有4條測線控制，控制程度高，屬可靠斷層。F1斷層在D20線時間剖面上的顯示如圖4所示。

圖4 F1斷層在D20線上的顯示Fig.4 Display of F1 fault on D20 line

（2）F2斷層。位于研究區西北部，為區域上溫塘斷裂在研究區的表現，正斷層，走向北東向，傾向南東，傾角大致42°，落差>240 m。此次勘查工作僅有1條測線控制，控制程度較差。

4.4.2 褶曲構造

由古近系底界埋深等值線（圖3）可以看出，在研究區內古近系地層發育有2個較大的褶曲構造，分別為野鹿次凹和溫塘凸起。

（1）野鹿次凹。位于研究區東北部，凹陷中心大體位于研究區東北角，其古近系底界埋深大體在2 100 m，軸向近南北向，兩翼基本對稱，傾角為5°。野鹿次凹在D8測線地震時間剖面上的顯示如圖5所示。

圖5 野鹿次凹在D8測線時間剖面上的顯示Fig.5 Display of wild deer secondary depression on time profile of D8 survey line

（2）溫塘凸起。位于F1斷層和F2斷層之間，研究區內溫塘凸起中心古近系底界埋深約為1 200 m，其東北部與野鹿次凹相鄰，軸向南西向。兩翼埋深在1 250～1 550 m，傾角為4°～6°。

4.5 鹽巖賦存情況分析

從區域構造上看，研究區位于三門峽盆地，三門峽盆地為汾渭盆地向東的一個分支，太行新華夏構造體系使三門峽盆地西段呈東西向，靈寶以東變為北東向。由于盆地基底起伏差異，后期構造應力強弱不同，造成盆地沉降幅度不一，依據沉降的不同、新生界的沉積物質和厚度的不盡相同，將盆地劃分為潼關、靈寶、五畝、野鹿、淹底5個小盆地。

研究區大部分位于野鹿次凹內，野鹿次凹為一早新生代沉積盆地，新生界古近系、新近系和第四系地層不整合覆蓋于基底之上。凹陷內發育有新生界始新統門里組、坡底組、小安組地層，為河湖—鹽湖、濱淺湖—河流、洪積扇相沉積，基底埋深在1 000～1 900 m。由于是多旋回沉積，含礦層位較多。根據以往資料顯示，主要含礦層位為坡底組上部，該層位在研究區內廣泛分布，為一套泥灰巖、石膏層、泥巖、粉砂質泥巖組合的咸湖相沉積地層。巖鹽層一般賦存在石膏層之上，固體形態富存的鹽呈灰色—暗灰色，兼有黃褐、灰黑色、淺肉紅色等。

根據此次工作獲得的地震時間剖面來看，研究區內古近系地層反射波能量較弱，波組連續性較差，未出現完整的盆地形態。褶曲較為發育，表征該區斷裂多發，地層多破壞。

整體表明，本區含巖鹽層位沉積環境不穩定，難以發現厚大鹽層礦體，可能存在較薄鹽層。有進一步進行鉆探驗證的必要。

4.6 成礦有利部位分析

古近系坡底組上部為一套泥灰巖、石膏層、泥巖、粉砂質泥巖組合的咸湖相沉積地層，鹽層一般賦存在石膏層之上，研究區內鹽巖層頂板巖性主要以泥巖為主；底板主要巖性為砂質泥巖或泥質砂巖互層。

巖鹽礦屬化學沉積物，在靠近凹陷中心的地段沉積環境較為穩定，需要在遠離斷層、層位穩定的地區作為鉆孔驗證部位。據此選擇位于D8測線樁號9852處進行驗證（圖6、表2）。

圖6 D8測線時間剖面Fig.6 D8 line time profile

表2 D8測線峽鹽1井預想地層及各界面埋深Tab.2 Expected stratum and buried depth of each interface of Xiayan No.1 Well on D8 survey line

4.7 鉆探驗證

根據峽鹽1井的鉆探揭露情況和地球物理測井成果，綜合分析后確定鉆孔出新生界底界埋深為542.35 m，二維地震推測解釋埋深為550 m，解釋誤差1.4%；鉆孔終孔深度1 751.18 m，未揭穿古近系地層底界面，地震推測解釋埋深大于1 700 m，其解釋誤差不能進行定量評價。根據鉆探取得的巖性來看，雖未見有巖鹽層發育，但是在孔深945～1 170 m和 1 280～1 430 m均見有石膏顆粒存在，石膏顆粒含量在1%～5%，說明當時含巖鹽層位沉積環境不穩定，沉積條件較差，與地震時間剖面反映的特征一致。地震勘探成果和鉆探成果均顯示了區內巖鹽礦沉積環境的復雜、不穩定。

5 結論

（1）通過二維地震工作，查明研究區內新生界地層分布形態；新近系大體呈單斜形態，走向南東，傾向北東向，傾角較?。坏捉缏裆罨驹?50～625 m，整體變化??；古近系底界埋深在1 350～2 150 m，其中西北部埋深較淺，大體呈凸起形態；東北部埋深較大，呈凹陷形態；南部大體呈單斜形態，傾向北，走向近東西向；區內發育野鹿次凹、溫塘凸起2個褶曲構造。

（2）二維地震勘探成果表明，研究區內褶曲較多、斷層發育，地層連續性差，沒有規模較大、形態較完整的盆地存在。推斷豫西三門峽盆地東部交口地區難以發現厚大鹽礦體，但可能存在有較薄鹽層，經鉆探驗證，僅發現石膏顆粒存在。表明交口地區找鹽不容樂觀，三門峽盆地找鹽突破需要進一步開展勘查、研究工作。