戰(zhàn)啟寧，李鵬，鹿琪，趙鵬飛，劉財(cái)

吉林大學(xué) 地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130026

0 引言

近幾十年來(lái)，東北地區(qū)的地質(zhì)研究一直都是圍繞著盆地進(jìn)行展開(kāi)，而中國(guó)東北地區(qū)作為中國(guó)重要的石油、煤炭開(kāi)采基地之一，也孕育了多個(gè)中--新生代沉積盆地,其中就以松遼盆地與大三江盆地群為代表吸引了越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)此區(qū)域進(jìn)行研究[1]。從起初對(duì)滿洲里—綏紛河—日本海斷面與內(nèi)蒙古東珠穆沁旗—遼寧東溝斷面兩條全球地學(xué)斷面的研究[2--3]，到之后對(duì)盆地的基底特征進(jìn)行研究[4--7]。為了所得數(shù)據(jù)圖像的可靠性，地球物理學(xué)者們開(kāi)始對(duì)松遼盆地和大三江盆地群進(jìn)行重磁電震的聯(lián)合反演，全面了解基地特征。在大地電磁方面，有對(duì)松遼盆地南部地質(zhì)特征進(jìn)行研究[8--9]、對(duì)松遼盆地巖石圈基底構(gòu)造和邊界特征進(jìn)行研究[9--13]、對(duì)東北亞三塊地體和巖石圈電性特征的研究[14]，為后續(xù)的研究提供了豐富寶貴的資料。

本文的研究區(qū)域?yàn)橹袊?guó)東北的松遼盆地與大三江盆地群，在前人的基礎(chǔ)上，共收集了整個(gè)東北地區(qū)40多條電性剖面，對(duì)所有電性剖面進(jìn)行篩選，尋找出測(cè)線較長(zhǎng)、交點(diǎn)較多的剖面，以便組構(gòu)出柵狀圖分析盆地基底特征。最終取得松遼盆地中的6條MT剖面與大三江盆地群中的5條MT剖面構(gòu)造出了柵狀圖，對(duì)這兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行分析探討。

1 大地電磁原理與基本處理方法

大地電磁測(cè)深法(MT)是一種在地面上觀測(cè)且具有區(qū)域性乃至全球性分布特征的天然交變電磁場(chǎng)來(lái)研究地下巖層的電學(xué)性質(zhì)及其分布特征的勘探方法，依據(jù)不同頻率的電磁波在導(dǎo)體中具有不同的趨膚深度的原理，在地表測(cè)量由高頻至低頻的地球電磁響應(yīng)序列，經(jīng)過(guò)相關(guān)的數(shù)據(jù)處理和分析獲得由淺至深的電性結(jié)構(gòu)，現(xiàn)如今已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在地球深部地質(zhì)構(gòu)造的研究以及礦產(chǎn)等資源的勘探中，而儀器以及數(shù)據(jù)反演方法的選擇則會(huì)直接影響到其應(yīng)用效果。

研究區(qū)大三江盆地區(qū)內(nèi)所采用的儀器為加拿大鳳凰地球物理公司生產(chǎn)的MTU--5A型大地電磁測(cè)深儀器和美國(guó)公司Zonge生產(chǎn)的GDP32--Ⅱ型多功能電測(cè)系統(tǒng),而松遼盆地內(nèi)采用的是加拿大Phoenix公司的V5--2000型和烏克蘭Lemi417型大地電磁測(cè)深儀。為了避免對(duì)采基信息的浪費(fèi)，使二維反演能夠較好地反映重建三維模型信息，采用TM+TE模式進(jìn)行反演[15]，其中反演方式選擇的是“光滑模型自動(dòng)反演”方法。這種方法可對(duì)TM模式或TE模式之一或同時(shí)進(jìn)行反演,充分利用觀測(cè)數(shù)據(jù),能獲得更多的地下電性分布信息以及在二維有限元正演模擬時(shí),考慮地形起伏的影響,避免常規(guī)大地電磁測(cè)深的靜態(tài)校正,使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)更為接近[16--17]。

2 研究區(qū)地球物理特征

2.1 松遼盆地基底構(gòu)造特征

松遼盆地位于中國(guó)東北地區(qū)(119°40′～128°24′E，42°25′～49°23′N(xiāo))(圖1)。作為東北地區(qū)最具有代表性的中--新生代盆地，其范圍覆蓋了黑龍江省西南區(qū)域、吉林省西部區(qū)域、遼寧省西北部區(qū)域以及內(nèi)蒙古自治區(qū)的東北部區(qū)域。盆地呈北北東向，長(zhǎng)軸約為820 km，寬軸約為350 km，全部面積約260 000 km2，是東北地區(qū)最大的沉積盆地。

圖1 研究區(qū)與地球物理剖面位置圖Fig.1 Location map of research area showing geophysical profile

為了能夠更清晰地反映研究區(qū)內(nèi)松遼盆地的基底特征，將研究區(qū)內(nèi)的1條滿洲里—綏芬河地學(xué)斷面的部分截取和5條大地電磁測(cè)深剖面進(jìn)行組構(gòu)，形成了柵狀圖(圖2)。在地球物理剖面柵狀圖2中，興安林—尚志是取自楊寶俊等[3]滿洲里—綏芬河地學(xué)斷面的截取，全長(zhǎng)600 km。大興安嶺東—張廣才嶺西取自韓江濤等[11]的MT資料；另外4條取自溫升福等[9]2007年的MT資料。通過(guò)地球物理柵狀圖2分析得出以下特征：

興安林—尚志MT剖面(T1)此剖面為滿--綏地學(xué)斷面中的截取剖面，從100 km處出現(xiàn)深度為20 km的低阻區(qū)域，深度逐漸加厚，開(kāi)始進(jìn)入松遼盆地，到300 km處達(dá)到最深，向東低阻范圍開(kāi)始減少，到尚志附近達(dá)到松遼盆地東邊界。

大興安嶺東—張廣才嶺西MT剖面(T2)從100 km處開(kāi)始，淺層出現(xiàn)低阻區(qū)域，到150 km處由于嫩江斷裂控制迅速由高阻轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥瑁M(jìn)入松遼盆地區(qū)域，到250 km處向東在20 km深度出現(xiàn)400～700 Ω·m的區(qū)域，低阻范圍開(kāi)始減少。

瓦房店—營(yíng)城子MT剖面(T3)淺層覆蓋著低阻，中間低阻帶范圍最大，整個(gè)剖面由西向東呈現(xiàn)出高--低--高的阻值分布，清晰地反映出松遼盆地的東西邊界特征。

科右—遼源MT剖面(T4)剖面淺層覆蓋著低阻，在50 km、100 km和300 km處均出現(xiàn)斷裂，從150 km處開(kāi)始出現(xiàn)大范圍低阻直至260 km開(kāi)始減小。

大地電磁測(cè)深剖面：T1：興安林—尚志MT剖面；T2：大興安嶺東—張廣才嶺西MT剖面；T3：瓦房店—營(yíng)城子MT剖面；T4：科右—遼源MT剖面；T5:扎魯特—昌圖MT剖面；T6:科左后旗—乾安MT剖面。圖2 松遼盆地地質(zhì)構(gòu)造的柵狀圖Fig.2 Grid maps of geological structure of Songliao Basin

扎魯特—昌圖MT剖面(T5)淺層同樣覆蓋著低阻區(qū)域，由西向東阻值逐漸升高，250～300 km處出現(xiàn)大范圍的高阻區(qū)域，阻值為1 000～5 000 Ω·m，在30 km、70 km等處出現(xiàn)小型的斷裂。

科左后旗—乾安MT剖面(T6)此剖面淺層顯示為低阻，整體呈現(xiàn)出南高北低的分布，中部有較大的高阻區(qū)域，約20 km深處阻值最大可達(dá)到10 000 Ω·m以上，隨著向北至170 km處低阻區(qū)域逐漸加深，250 km處向北整體呈現(xiàn)為低阻。

結(jié)合6條剖面組構(gòu)的柵狀圖可以看出，松遼盆地地區(qū)巖石圈電性結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，整個(gè)松遼盆地呈現(xiàn)出低阻異常，尤其地表電阻率很低，趨勢(shì)為中間區(qū)域低阻區(qū)域較厚，兩邊較薄的特點(diǎn)。西部在嫩江斷裂的控制下由高阻迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥?。相比于西部，東部的變化較平緩，逐漸減薄，受長(zhǎng)春—哈爾濱斷裂影響。由剖面T2可看出，從250 km處松遼盆地淺層表現(xiàn)出低--高--低的三層結(jié)構(gòu)，而從科左后旗—乾安(T6)這條剖面上看，電性趨勢(shì)呈南高北低，斷裂較多。整體來(lái)看，大興安嶺普遍呈高阻，而張廣才嶺相對(duì)復(fù)雜，在橫向上高阻低阻相間分布，之間的電阻差較大，反映出巖石圈穩(wěn)定性較差，反之大興安嶺電阻差較小，巖石圈穩(wěn)定性較好，而由東西部和南部的斷裂處的阻值變化得出松遼盆地內(nèi)的沉積蓋層的厚度受基底的斷裂控制十分明顯。整個(gè)柵狀圖可以很好地分析出松遼盆地的邊界特征。

松遼盆地基底特征被基底斷裂帶控制所造成的軟流圈物質(zhì)上侵與佳木斯地塊東界由于軟流圈物質(zhì)上涌所導(dǎo)致的“高阻核”同樣的過(guò)程導(dǎo)致了不同的基底特征，值得思考。

2.2 大三江盆地群基底構(gòu)造特征

“大三江盆地”位于中國(guó)黑龍江省的東北部，由三江盆地、雞西盆地、虎林盆地及勃利盆地等多個(gè)中--新生代盆地組合而成，與松遼盆地一樣是東北重點(diǎn)的盆地研究區(qū)域。在傳統(tǒng)意義上講，三江盆地僅僅單指黑龍江省東北地區(qū)一塊與俄羅斯阿穆?tīng)柵璧叵噙B的盆地。后來(lái)由周建波等[18]在2009年提出黑龍江盆地群的早白堊世海相沉積都是在佳木斯地塊的變質(zhì)基底基礎(chǔ)上發(fā)育而來(lái)的，認(rèn)為該區(qū)域的盆地群在更早期是具有同一性質(zhì)構(gòu)造的盆地，并再次在認(rèn)識(shí)上將三江、雞西、虎林及勃利等盆地放在一起統(tǒng)稱(chēng)為“大三江盆地”，為后續(xù)對(duì)該地區(qū)工作的開(kāi)展提供了幫助[19--24]。為此，筆者在大三江地區(qū)共收集了6條大地電磁剖面和滿洲里—綏芬河地學(xué)斷面的截取，以進(jìn)一步探討大三江盆地群的基底特征與內(nèi)部相互之間的關(guān)系。

將這7條MT剖面進(jìn)行組構(gòu)，形成了大三江地區(qū)的地球物理柵狀圖(圖3)。在此地球物理剖面柵狀圖中，T7、T8、T10、T11和T12取自劉財(cái)?shù)萚14]2009年的MT資料，樺南—饒河(T9)取自劉國(guó)興等[10]2006年的MT資料。通過(guò)地球物理剖面柵狀圖得出分析得出以下特征：

大地電磁測(cè)深剖面：T7：同江—抓吉鎮(zhèn)MT剖面；T8：樺川—前鋒農(nóng)場(chǎng)MT剖面；T9：樺南—饒河MT剖面；T10：馬橋河—七星鎮(zhèn)MT剖面；T11:當(dāng)壁—寶清MT剖面；T12:興凱湖農(nóng)場(chǎng)—東方紅旗MT剖面；T13：牡丹江—綏芬河MT剖面。圖3 揭示大三江盆地地質(zhì)構(gòu)造的柵狀圖Fig.3 Grid maps of geological structure of Dasanjiang Basin

同江—抓吉鎮(zhèn)MT剖面(T7)在同江、前鋒農(nóng)場(chǎng)和抓吉鎮(zhèn)深度約20 km處均有小范圍的高阻塊，同江和前鋒農(nóng)場(chǎng)處阻值約為500～4 000 Ω·m，抓吉鎮(zhèn)處高阻塊阻值為500～1 000 Ω·m。

樺川—前鋒農(nóng)場(chǎng)MT剖面(T8)此剖面整體分開(kāi)兩個(gè)部分，從0～120 km是阻值約為500～10 000 Ω·m的高阻帶，深度30 km以下呈現(xiàn)和東部一樣的低阻區(qū)域，而東部是大范圍幾十歐姆的低阻帶。

樺南—饒河MT剖面(T9)以寶清為界，西部為大范圍的高阻帶，高阻區(qū)域呈現(xiàn)高低高的特點(diǎn)，而東部為大范圍的低阻區(qū)域，在200 km處深度為20～60 km范圍內(nèi)出現(xiàn)高阻塊，阻值約為800～2 000 Ω·m。

馬橋河—七星鎮(zhèn)MT剖面(T10)此剖面整體可分為3個(gè)部分，140 km處往北呈現(xiàn)出大范圍的高阻區(qū)域，阻值高達(dá)幾萬(wàn)歐姆，而向南馬橋河處有深度為20 km幾千歐姆的高阻體，中間區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)復(fù)雜阻值為10～2 00 Ω·m范圍的區(qū)域。

當(dāng)壁—寶清MT剖面(T11)此剖面也可分成兩部分，50 km處往南，在深10 km處為阻值1 000～6 000 Ω·m的高阻區(qū)域，10 km以下是幾十歐姆的低阻區(qū)域，而北部整體是約為30 km深的高阻帶，阻值約為500～4 000 Ω·m。

興凱湖農(nóng)場(chǎng)—東方紅旗MT剖面(T12)此剖面中存在3塊高阻區(qū)，分別為100 km處的1 000～8 000 Ω·m的高阻區(qū)，120 km處的1 000 Ω·m的高阻區(qū)和東方紅旗約為1 000～8 000 Ω·m的高阻區(qū)，整個(gè)剖面高阻區(qū)以下呈現(xiàn)幾十歐姆的低阻帶。

牡丹江—綏芬河MT剖面(T13)此剖面為滿—綏地學(xué)斷面中的截取剖面，牡丹江下有深20 km的高阻區(qū)，下方則是低阻區(qū)，越向東阻值越高，中部深40 km處出現(xiàn)2個(gè)阻值為幾千歐姆的高阻塊。

結(jié)合7張剖面組構(gòu)的柵狀圖可以看出，從馬橋河—七星陣(T10)剖面中140 km處開(kāi)始由低阻轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦?，并向北一直延伸至樺南—前鋒農(nóng)場(chǎng)(T8)剖面的富錦以及同江—抓吉陣(T7)剖面中的同江東部，此部分對(duì)應(yīng)佳木斯地塊，呈高阻分布，由南向北逐漸變淺，范圍也逐漸縮小。而從南北向的T10、T11和T12三條剖面可以看出，所對(duì)應(yīng)的完達(dá)山地塊自西向東中上部分的高阻塊體區(qū)域逐漸變小，自南向北低阻范圍也同樣增大，所以得出由西南向東北呈現(xiàn)出由高阻轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥?。而在興凱地塊中同樣是由東向西，低阻范圍增大。從電性上看，佳木斯地塊整體呈高阻，阻值范圍小，相比于興凱地塊和完達(dá)山地塊巖石圈結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，而完達(dá)山地塊上下、南北阻值差較大，上部是大塊的高阻區(qū)域，而下部則是大范圍的低阻，同時(shí)向北高阻塊體逐漸減少到只有小塊區(qū)域，所以穩(wěn)定性較差。

3 結(jié)論

(1)松遼盆地基底特征從電性來(lái)看淺層為低阻帶，東西向呈高--低--高的走勢(shì)，中間為大范圍的低阻區(qū)域，在T1和T2剖面中，自孫吳—雙遼斷裂帶處東側(cè)低阻區(qū)域范圍減少，呈低阻--高阻和低阻--高阻--低阻結(jié)構(gòu)，而西側(cè)直到嫩江斷裂才開(kāi)始變?yōu)楦咦?，在剖面T3和T6中也呈現(xiàn)出南部電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于北部。

(2)大三江盆地群自佳木斯地塊起向北、向南、向東高阻范圍都逐漸減少，佳木斯地塊阻值浮動(dòng)小，巖石圈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，興凱地塊阻值變化不大，也較穩(wěn)定。相比而言，完達(dá)山地塊上下、南北阻值差異大，上部為大范圍的高阻帶，下部則為大范圍的低阻帶，北部淺層也存在著和周?chē)妥鑾Р煌母咦梵w，所以巖石圈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。但幾個(gè)地塊之間都是越向東北方向，低阻范圍越大，一定程度上進(jìn)一步印證了“大三江”盆地的統(tǒng)一性。