1、第29卷第4期西北地震學報Vol.29No.42007年12月NORTHWESTERNSEISMOLOGICALJOURNALDec.2007河北廊坊一天津大港剖面地殼上地幔電性結構特征徐新學口，陳宇坤2,劉俊昌】,張寶華】,夏訓銀序(1.天津華北地質勘查局，天津300181；2.天津市地震局，天津300201,3.河北九華勘查測繪有限責任公司，河北保定071051)摘要:在河北廊坊一天津大港一線部署了110km的MT勘探剖面，通過資料遠參考與Robust估算處理及反演解釋，對剖面的構造維數及構造方向做了分析；揭示了冀中坳陷、滄縣隆起、黃驊坳陷三個不同構造單元及邊界接觸關系；對地殼、上地慢電性

2、構造層進行了劃分和分析。MT成果顯示巖石困體現為縱向分層、橫向分塊的特征；滄東及大城斷裂是區內重要的深大斷裂，控制了隆起兩側坳陷的沉積和形成，斷裂深部對應上地慢高導層的局部隆起，兩側存在中下地炎高導層的錯動。關鍵詞：大港一靜海一廊坊；大地電磁測深；地殼上地幔；電性構造層；斷裂構造中圖分類號：P631.3+25文獻標識碼：A文章編號：1000-0844(2007)04-0364-07TheCrustandUpperMantleElectricalConductivityStructurealongtheProfileofHebeiLangfangTianjinDagangXUXin-xue1*3

3、,CHENYu-kun2,LIUJun-chang1,ZHANGBao-hua1,XIAXun-yin1，3(1.HuabtiGeologicalexplorationbureautTianjin3001819China2.EarthquakeAdministrationufTianjinMunicipality,Tianjin3002019China;3.SurveyingandMappingCo.LtdofHtbtiJiuhuafHebeiBaoding0710519China)Abstract:BasedonthedataofMagnetotelluricsoundingprofilef

4、romLangfangofHebeiprovincetoDagangofTianjinCitywith110km,throughthemethodsoffarreferencewithRobusttreatmentandinversion,theanalysisofapparentresistivity,two-dimensionalskewnessandelectricalaxesisdone.TheresultsshowthetouchrelationshipsamongthreetectonicunitsofJizhongdepressionCangxianupliftedzoneand

5、Huanghuadepression,dividetheelectricalconductivitystructurelayersinthecrustanduppermantle.CangdongfaultandDachengfaultareimportantstructuresintheareawhichcontralthedepressionsinbothsideofupliftedzoneandsedimentation.Thedeepoffaultscorrespondupdiftedzoneofhighconductivelayerofuppermantle.Keywords:Heb

6、eiLangfangTianjinDagangprofile;Magnetotelluricsounding；Crustanduppermantle；Electricalstructures;Faultstructures收稿日期.2007-01-29基金頊目t天津市“十五”重點項目(天津市活斷層探測與地震危險性評價)(2004-1138-1-4-2)作者簡介：徐新學(1970-),男，山東青州人，碩士，高級工程師，主要從事地球物理應用與研究工作.o引言隨著天津市構筑國際性海口大城市的進程和綜合經濟實力的不斷增強，應用先進有效的地質與地球物理探測技術和手段查清天津市地下隱伏斷裂構造及地殼、上地

7、幔等的構造特征，定性評價斷層的地震危險性及孕育環境，采取“避讓”、"活斷層分級設防”等切實有效的防震減災措施，成為十分重大的基礎性工作。大港一靜海一廊坊一線斷裂構造發育。夭津市徐新學等：河北廊坊一天津大港剖面地殼上地帔電性結構特征徐新學等：河北廊坊一天津大港剖面地殼上地帔電性結構特征第4期地震局部署本項目的目的是以大地電磁測深資料為依據，通過結合其他物探與地質資料，了解天津市區周邊深部地殼上地幔100km范圍內的地質結構、電性分層、殼內與上地幔高導層的埋深等問題，為天津的活斷層評價，以及斷裂與深部構造的關系提供基礎資料。本次探測的剖面北西起自河北廊坊市楊稅務鄉，向南東依次經過碼頭、葛

8、漁城、獨流、靜海開發區、大邱莊、小王莊到大港區太平村鎮的大屯。測線方位角330°,剖面全長110.8km,測深點112個，點距為500-2500m,其中正常周期觀測點100個（320-0.000549Hz）,武清凹陷段超長周期觀測點12個（320-0.0000689Hz）。1區域地質、電性特征1.1區域地質概況測線位于華北斷陷內，自北向南依次穿越其中坳陷（武清凹陷、楊村斜坡帶）、滄縣隆起、黃驊坳陷三個大的地質構造單元，隆起與坳陷間基本為東斷西超的接觸關系，沿線地表被厚層第四系所覆蓋。根據中國石油地質志和以往工作綜合資料分析口也，區內基底由太古界和下元古界變質巖或淺變質巖組成，其上覆蓋

9、了華北地臺型的沉積蓋層，包括中上元古界、古生界（寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系），中生界（三疊系、侏羅系、白堊系）和新生界（第三系、第四系）。圖1為華北斷陷區域構造圖。圖1華北斷陷構造單元及測線,位直圖Eg.1Distributionofgeologicalstructureofrift-depressionbasininnorthChinaandMTprofile.區內的構造發展史經歷了四個階段：（1）中、晚元古代臺緣裂陷階段。即產生燕山、太行山裂陷槽（或稱拗拉槽,Anlacogen）時期。天津市西部太行山與其中坳陷相接處正是裂谷發育之地,形成的NE向構造格局為爾后沉積盆地發展奠365定了基

10、礎。（2）古生代穩定地臺建造階段。以穩定的地臺升降為特征，沉積了巨厚的碳酸鹽巖沉積，斷裂、褶皺和巖漿活動都不發育。加里東期造山運動在此表現不明顯，海西期則是由穩定地臺整體沉降過渡到地臺解體階段。（3）中生代地臺隆褶、解體階段海西運動之后，華北地臺受邊界板塊（既太平洋板塊、歐亞板塊）的多向運動影響，斷裂活動逐漸由地臺邊緣向內部發展，大型陸盆開始分異。燕山運動使整個華北地臺斷裂活動開始發育，區內形成斷陷和坳陷。（4）新生代斷陷一坳陷階段。進入了塊斷活動為主的發展期，發育了大危的拉張正斷層，形成一系列不對稱的斷陷及隆起構造單元。1.2地球物理特征根據前期MT成果和電測井資料以及鄰區的電性分析，該區內

11、發育的兒類主要巖石大致具有的電性特征為：太古界和下元古界結晶基底具有明顯的高阻特性，電阻率值一般大于500Q-m；以白云巖、石灰巖為主的下古生界也具有高阻特征，電阻率值一般為兒百Q-m,上古生界含煤地層電阻率較低，一般為兒十Q-m；中生界的砂巖、礫巖、泥巖等電阻率也較低，新生界為低阻沉積，特別是下第三系的湖相泥巖的電阻率最低，電阻率一般只有幾Qm。區內地充普遍反映為明顯的三層結構，最上一層為沉積蓋層，第二層一般稱為花崗巖質層或硅鋁層，第三層為玄武巖層或硅鎂層，再向下則為上地幔。莫霍面的趨勢總體為自SE向NW逐漸加深，相對地殼則由薄變厚，中下地殼存在高導層；上地幔高導層頂面呈NNE向展布，埋深在

12、50-80km左右，存在以渤海為中心的下遼河拗陷和黃驊拗陷以及沿冀中拗陷展布的兩個隆起帶，沿滄縣隆起為上地幔高導層拗陷帶06】。2資料采集與處理2.1資料采集資料采集采用加拿大鳳凰地球物理公司生產的具有模塊化高度集成、24位模數轉換、GPS衛星同步等先進技術的V5-2000新型大地電磁觀測系統,該系統性能穩定，動態范圍廣，抗干擾能力相對較強。采用五分量張量方式采集數據，正常頻段為320一0.000549Hz,LowMT頻段為100.000017Hz。電極采用極差小于2童伏的固體不366極化電極，磁棒采用鳳恩公司配套提供的MTC-50型。工作時采用遠參臺站同步采集的遠距離磁分景參考方式，參考距離

13、約120km,該距離能有效地改善中低頻段的數據質量。測點正常采集的時間為1624個小時，超長周期觀測時間為68144小時。2.2資料處理資料處理采用加拿大鳳凰公司提供的SSMT2000數據處理軟件，觀測的數據采用了遠參考與Robust相結合的方式。利用時間序列Robust估算求取阻抗張量元素，能最大限度的保證估算的大地電磁響應的可靠性。測點磁分量遠參考道處理技術主要是利用了天然電磁場的磁分量的平面波特征，通過一定距離磁場信號的相關處理能有效消除局部相關噪聲，有效改善干擾區觀測數據的質量。在數據處理時優選了50個測點，采用了常規MT與超寬頻LMT頻段相結合的方法，通過兩個頻段數據在10Hz附近相

14、接合，實現了現有觀測周期條件下將頻段擴展到0.000275Hz和0.0000689Hz,有效保證了探測深度。3區域構造分析3.1構造維數與走向分析大地電磁測深阻抗的二維偏離度（skewness）的取值范圍可判別地下介質的維數特征，了解地下介質電性的復雜程度“人對一維和理想的二維構造S=0,般情況下，S值越小說明地下介質趨于二維，當S值小于0.3時，可近似的認為地下的構造具有二維特征說。圖2為沿剖面所有測點隨頻率變化的二維偏離度立體示意圖，數值基本上都小于0.3,是二維模型。34至80號點附近小于0.01Hz的偏離度較大，該段基本對應滄縣隆起，其中間54-64號點較小，說明隆起邊緣與兩側坳陷分界

15、線附近地電構造較單元內部復雜。該區大于0.】Hz時所有測點的偏離度值都在0.15附近，視電阻率曲線首支擬合在一起，說明淺部構造的一維特征明顯。西北地震學報Swift阻抗張量最佳旋轉主軸是表明地下電性構造走向特征的參數。圖3為部分測點電性旋轉主軸方向。測區構造走向總體近NESW向，測點主軸方向一般約在45°左右，與測線方向存在少許夾角，在0.1Hz后變化較大些，部分測點構造主軸甚至在90°,可能與SN向構造被EW向構造錯斷有一定關系。第29卷圖2剖面測點的二維偏離度圖Fig.2Two-dimensionalskewnessatMTsitesalongtheprofile.3.

16、2反演模式選擇實踐證明，TE模式得到的反演結構在深度方向上能更準確的反映實際模型；TM模式則在橫向上能更準確地反映實際模型。在該區實際應用中考慮到表層低阻覆蓋層較厚，表現出明顯的淺部一維構造特征，以及反演結果在坳陷區的探測深度和剖面斷裂的橫向分布位置等原因，處理時采用了旋轉到主軸的TM模式的反演方法，并結合已知資料來確定各電性層的深度。為適應反演方法的要求，在縱向上對模型進行離散化，每個薄層用一個連續函數來描述其橫向電阻率變化，因而二維連續模型可用一組連續函數集來描述。二維連續介質反演就是通過最佳擬合剖面上大地電磁響應函數（視電阻率、阻抗相位），來求各個薄層的電阻率連續函數的具體形式。與一維反

17、演結果相比，兩者在淺部的一致性比較好，而深部由于旁側電性的影響，一維反演的假設條件難以滿足，而二維反演由于考慮了這種旁側電性的影響，其結果更接近于真實的地電情況.4剖面電性資料分析4.1典型曲線分析測點視電阻率曲線反映了該測點地下電性隨深度的變化規律，其形態與構造層有較好的對應關系。圖4示010號點（QQ或QH型）位于冀中坳陷內，第一極大值為殼內高阻體的反映，曲線低阻極值點出現較晚且尾支阻值較低，表明在厚層高阻體下高導層的存在；037號點（HA或HK型）在坳陷和隆起的過渡帶上（楊村斜坡帶），隨頻率的變化曲線變化比較平緩，呈現低、高阻相間的特征346點（H或HK型）在滄縣隆起構造單元上，曲線第一

18、個極大值點是上地殼高阻體的反映，1Hz處極小值的出現對應殼內高導層（花崗巖層和玄武巖層過渡帶），第二極大值是下地殼與地幔蓋層的體現388點（KH或KQ型）在滄東斷裂帶附近，總體阻值較隆起區低近滄縣隆起低而較冀中坳陷高，說明沉積蓋層厚度大于滄縣隆起，小于冀中坳陷。010與090點首支阻值與形態的差異說明兩坳陷沉積蓋層存在巖性差(c)046點(d)088點(c)090點(a)010點(b)037點(c)090點(b)037點(c)046點(d)088點(a)010點典型測點的電性主軸方向OpticangleoftypicalMTsires.圖3Fig.3圖4典型測點的視電阻率曲線Apparentr

19、esistivitycurveofsometypicalMTsites.Fig.44.2剖面電性結構分析圖5是采用二維連續介質反演算法得到的剖面電性結構圖I，反演模型理論計算結果與實測數據擬合誤差為0.182,說明反演結果與剖面實際電性結構大體相似。該圖清晰地顯示了冀中坳陷、滄縣隆起、黃驊坳陷三個不同構造單元及其過渡帶的電性結構特征,冀中坳陷呈低阻特性，而滄縣隆起表現為高阻特征。各構造單元分層現象明顯，深部構造塊體及其邊界在電性特征上顯示十分清楚，表現出了上地殼構造復雜，中上地殼具有橫向不連續的低阻體和上地幔縱向電性差異相對較大的特點。中上地殼高導體在斷裂構造附近存在局部的上下錯動，莫霍面在電

20、性剖面上表現為自下地殼（高阻）到上地幔蓋層（次高阻）漸變的梯度帶上，上地椎高導層則表現為橫向上相對連續的低阻塊體。冀中坳陷段（1-37點），坳陷內存在厚層的新中生界沉積蓋層，在碼頭鎮15-17號點左右，新生界沉積厚度最大，約達5000m,自西向東逐漸變薄，下部有約2000m的中生界沉積，淺部600m左右平均電阻率在約10Q的第四系覆蓋也有較明顯地顯示。該段武清凹陷和楊村斜坡帶（盆地斜坡構造）的形成與河西務斷裂漸新世至晚第三紀的活動密不可分山）。該段總體電阻率值偏低，與地殼破碎、張性裂隙發育、富水程度較高有關。地殼厚度表現為兩端厚中間薄的特征，上部覆蓋層電阻率約在幾個歐姆，下部阻值高達幾百歐姆。

21、在沉積蓋層較厚的地區沒有發現殼內高導層的存在，推測巨厚低阻屏蔽影響了下部低阻薄層的分辨率，但在該區段的兩段約18km深度殼內發現有相對低阻體。在剖面上37號點左右深度范圍在2090km范圍內出現高阻和低阻塊體的相互堆積，成串珠狀，電性邊界較陡，可以理解為上地幔軟流層物質沿隱伏的斷裂通道上涌，導致強烈構造變形活動后，中下地殼iff破壞后的結果。從主控斷裂性質來看，在15km以下，可能存在與上地幔連通的隱伏斷裂構造，受滑脫構造運動影響，其傾向與上地殼大多相反。滄縣隆起段（37-82點）橫向相對比較連續，構造層分層明顯。上地殼上部為近地表厚約1000m、電阻率值在幾十個歐姆的低阻沉積蓋層，上地殼下部

22、為高阻，厚度約在812km；中上地殼存在相對連續的低阻高導層，推測為局部熔融的流體該區豐富地熱資源與其有關，下地殼表現為高阻;上地幔表現為橫向不均勻的低、中、高阻特征，說明沿36OO庇塹）新、中生界員有中生界N2斷層及埼號m伏斷度U3沉沒蓋房底EZ3充內商導層曰其霍面曰上給慢驀導層叵至局部低阻帝匚±超長用期Mr點Fl、F2治東斷裂帶：F3、F4天津Hi裂flhF5大城斷裂,F7葛漁城峭裂帝：F8、F9河西務斷裂帝母XX困5河北廊坊-天津大港剖面地亮上地幔大地電磁反演及電性結構解釋圖Fig.5Inversionandelectricalconductivitystructureofth

23、ecrustanduppermantlealongtheprofileofHebeiLangfangTianjinDagang.«AFsfshup%www.£s.p.8m剖面地幔蓋層差異較大。殼內高導層埋深約15km,厚度約35km；上地幔高導層深度約在7080km,在大豐堆附近有可能超過90km。黃驊坳陷段（82-100點）地殼表現出與冀中坳陷類似的特征，上地殼厚度較大，相對其中坳陷而言，上部新、中生界沉積蓋層較薄。在2530km深度存在高導體，并有與地慢流體相連通的趨勢。在93號點附近70km深度左右發現存在近10km寬的低阻塊體，推測為上地慢高導層的局部隆起。4.3斷

24、裂構造分析該區斷裂分為三類：一是巖石圈斷裂，它切穿巖石圈，但不明顯進入軟流圈，規模大，伴有深部超基性巖體;二是殼斷裂，包括硅鋁層和硅鎂層斷裂，硅鎂層斷裂切穿地殼但不明顯進入上地幔，伴有玄武巖的噴溢，而硅鋁層斷裂為切穿硅鋁層但不明顯進入硅鎂層的斷裂，常伴有酸性巖漿活動；三是蓋層斷裂，切穿沉積蓋層而達到結晶基底頂面，在本區非常發育。大地電磁測深資料中判別斷裂的依據主要有兩個方面:曲線類型變化。斷裂兩側由于層位錯動，地電結構發生突變，造成曲線類型變化;各種斷面圖等值線畸變。斷裂兩側地電結構的改變，導致等值線可能形成各自封閉、扭曲以及密集帶、梯度帶等現象。（1）F1、F2斷裂（滄東斷裂帶）滄東斷裂屬印

25、支一燕山構造旋回的產物，它控制了此時期的巖漿活動，是滄縣隆起與黃驊坳陷的分界線【購，斷裂兩側新生界發育程度差異明顯。西側上升盤是滄縣隆起，東側下降盤是黃驊坳陷。資料揭示，該斷裂向下切割的深度大于10km,歸于一殼內大型拆離斷裂，對黃驊坳陷的形成與沉積起著控制作用。MT資料顯示在83-87號點附近電性構造層橫向有明顯差異和錯動，斷裂南東側破碎充水電阻率低，北西側電阻率較高，在斷裂附近形成等值線梯度帶，表現為縱向上帶狀相對低阻。斷裂向SE傾.傾角約60°,正斷層，上斷點埋深約1000m。其右側發育諸多的次級斷裂，該斷裂與F2等共同構成寬度近57km的斷裂帶，切割較深，上陡下緩，在約20k

26、m變得比較緩平，可能到達莫霍面，成果顯示對應該斷裂深度的中下地殼似乎已遭遇破壞。（2）F3、F4斷裂（天津斷裂帶）F3天津北斷裂位于67號點附近，在基底中造成下、中太古界與上太古界的分界，前人認為屬殼斷裂，是中生代形成的產物？斷裂兩側巖性有較明顯地變化，上地殼蓋層電阻率等值線橫向錯斷,下地殼電阻率等值線也發生錯斷，F3是一NW傾向、傾角近約85°的殼斷裂，與前期MT資料推斷性質一致。F4天津南斷裂位于73號點附近，與F3斷裂間高阻異常體的存在有可能是受推覆構造運動的影響。（3）F5斷裂（大城斷裂）位于37點附近，是冀中坳陷與滄縣隆起的分界線，傾向NW,傾角近80MT資料等值線出現縱向

27、密集的梯度帶，斷層西側沉積了巨厚的新中生代沉積，兩側沉積落差達6km,說明該斷裂對西側坳陷區的形成起了重要的控制作用。沉積蓋層呈現明顯的超覆現象，30號點至37號點為該斷裂構造的過渡帶，15km以下資料揭示兩側對應高阻體錯斷近6km,中下地殼和上地慢電性特征表現為高低相間的塊狀堆積，電性界面較陡，該斷裂有可能進入上地幔。（4）F7葛漁城斷裂該斷裂為武清凹陷拉張下陷形成的盆地邊界斷裂，對葛漁城盆地的形成與發育起著重要的作用；F8、F9河西務斷裂，其活動時期在大興斷裂基本停止了拉伸和拆離后（漸新世晚期），導致廊固凹陷與武清凹陷的分離，該斷裂的NW側阻值高于南東側，呈現明顯的背斜構造，是油氣資源豐富

28、的河西務古潛山帶。該斷裂對武清凹陷內中、新生界沉積起了重要的作用。5結語通過MT資料成果的分析，對兩坳一隆三個構造單元巖石圈上地殼沉積蓋層、中上地殼高導層、莫霍面深度及上地幔高導層進行了劃分。地殼新、中生代沉積蓋層在翼中坳陷最厚，厚達57km；滄縣隆起約在1km；黃驊坳陷約在25km。中上地殼高導層在隆起區約為1115km,在深大斷裂附近受構造運動影響有上下錯動，坳陷內地殼高導層反映不明顯。莫霍面埋深約在2838km,電性資料揭示滄縣隆起區厚冀中坳陷區薄；上地慢高導層深度約在5080km,滄縣隆起地段局部可能超過90km,坳陷地段淺，隆起地段深，深大斷裂附近可能存在局部隆起。天津華北地質勘奩尚地球物理勘探公司.天津海河流域物探方法實驗.2003.370冀中坳陷、滄縣隆起、黃驊坳陷三個構造單元的邊界電性構造特征明顯，大城、滄東斷裂、河西務西斷裂對坳陷內中新生代沉積起了重要的控制作用，是本區主要控制性斷裂構造。滄東斷裂是一個斷裂帶,寬度近5km,是一切割地殼，直達上地幔的深大斷裂。利用大地電磁測深法來研究巖石圈地殼、上地慢電性結構特征，研究地震活動發生的深部孕育機制，是一種最經濟、快捷、有效的地球物理勘探方法，在了解電性構造層位劃分，確定斷裂