西北斷陷盆地覆蓋區(qū)填圖方法探索
——新疆巴里坤盆地填圖實踐

王國燦，趙 璇，陳 超，陳 越，季軍良，王 岸，曹 凱

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院全球大地構(gòu)造研究中心，武漢 430074；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)調(diào)查研究院，武漢 430074；3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球物理與空間信息學(xué)院，武漢 430074)

西北斷陷盆地覆蓋區(qū)填圖方法探索
——新疆巴里坤盆地填圖實踐

王國燦1,2，趙 璇1，陳 超3，陳 越1，季軍良1，王 岸1,2，曹 凱1,2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院全球大地構(gòu)造研究中心，武漢 430074；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)調(diào)查研究院，武漢 430074；3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球物理與空間信息學(xué)院，武漢 430074)

西部斷陷盆地覆蓋區(qū)覆蓋層與基巖面地質(zhì)結(jié)構(gòu)及盆山關(guān)系是當(dāng)今覆蓋區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究需解決的重點與難點。基于新疆巴里坤山間斷陷盆地覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖試點實踐，梳理出斷陷盆地區(qū)地質(zhì)填圖的基本內(nèi)容和填圖目標；強調(diào)覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查必須針對需解決的關(guān)鍵地質(zhì)問題，貫徹地表地質(zhì)調(diào)查—地球物理探測—鉆孔驗證相結(jié)合的基本工作思路；確定出普適性的填圖技術(shù)路線和圍繞填圖目標及基本內(nèi)容的針對性填圖方法組合；最后以巴里坤斷陷盆地填圖為例，從調(diào)研目標的確定到物探工作及方法組合優(yōu)選和鉆探布設(shè)，系統(tǒng)介紹了巴里坤斷陷盆地覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖的方法體系，并最終落實到地質(zhì)填圖成果的體現(xiàn)，成為西部斷陷盆地覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖的示范。

西部斷陷盆地覆蓋區(qū)；填圖目標；填圖技術(shù)方法；基巖面地質(zhì)結(jié)構(gòu)；覆蓋層地質(zhì)結(jié)構(gòu)；巴里坤盆地

0 引言

盆山相間是中國西部地區(qū)代表性的地貌格局組合，盆地周圍往往被造山帶所環(huán)繞[1]。造山帶區(qū)域基巖裸露，礦產(chǎn)資源豐富，而盆地區(qū)普遍存在第四系和古—新近系雙層覆蓋或第四系、古—新近系和中生界三層覆蓋的地質(zhì)特色[2]。揭示不同覆蓋層及其下伏基巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)和盆山相互關(guān)系已經(jīng)成為拓展我國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與研究新領(lǐng)域、尋求重大基礎(chǔ)地質(zhì)問題新突破、拓展地質(zhì)找礦空間、提升我國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查面向生態(tài)文明建設(shè)和經(jīng)濟社會發(fā)展服務(wù)能力的客觀需求。然而，傳統(tǒng)的覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查主要限于地表第四系成因類型劃分和分布，難以適應(yīng)現(xiàn)代區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的需求。特別是西部斷陷盆地覆蓋區(qū)一般第四系及新生界沉積較厚，盆地的形成與造山帶的隆起密切聯(lián)系[3～4]。對這類覆蓋區(qū)的地質(zhì)調(diào)查從調(diào)查內(nèi)容到技術(shù)方法體系均無先成經(jīng)驗和規(guī)范可循，限制了對這些地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的深刻認識以及深部地質(zhì)找礦和地調(diào)成果的社會服務(wù)能力。

面對我國地質(zhì)調(diào)查工作新形勢，2014年中國地質(zhì)調(diào)查局啟動“特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖試點”計劃項目，下設(shè)“新疆1∶50000板房溝(K46E002015)、小柳溝(K46E003015)、伊吾軍馬場(K46E004015)、口門子(K46E005015)幅填圖試點”子項目，選定填圖區(qū)的巴里坤盆地開展西部斷陷盆地覆蓋區(qū)1∶50000地質(zhì)填圖試點。本文即是筆者基于新疆東部巴里坤斷陷盆地覆蓋區(qū)1∶50000地質(zhì)填圖試點工作，在對西部斷陷盆地覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖基本目標進行梳理的基礎(chǔ)上，對地質(zhì)填圖方法進行了系統(tǒng)探索。經(jīng)過2年多的工作實踐，初步建立了適用于中國西部斷陷盆地覆蓋區(qū)的地質(zhì)填圖方法體系，相信這一方法體系也將對其他類似覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查具有重要借鑒意義。

1 填圖目標及調(diào)查內(nèi)容的擬定

傳統(tǒng)區(qū)域地質(zhì)填圖中，受調(diào)查手段的限制，對覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖一般僅對地表第四系沉積物進行成因類型劃分，勾繪其分布。然而，正如前面所述，傳統(tǒng)的地表第四系地質(zhì)調(diào)查不能滿足現(xiàn)代區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的需求。首先，覆蓋區(qū)的區(qū)域地質(zhì)找礦亟需基礎(chǔ)地質(zhì)背景信息，特別是西部地區(qū)的盆地覆蓋區(qū)本身往往就位于重要的成礦帶內(nèi)，與周緣基巖成礦帶具有密切的相關(guān)聯(lián)系[5]，揭示覆蓋層之下的基巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)是西部覆蓋區(qū)深部地質(zhì)找礦的重要基礎(chǔ)；其次，有關(guān)區(qū)域地質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和演化的諸多重要基礎(chǔ)地質(zhì)問題過去主要集中在造山帶的調(diào)查與研究，而盆地覆蓋區(qū)作為盆山結(jié)構(gòu)基本組合形式的另一端，其地質(zhì)結(jié)構(gòu)及演化的認識長期模糊不清，難以建立整體系統(tǒng)性的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化格式，比如盆地基底性質(zhì)、盆山構(gòu)造關(guān)系等重要基礎(chǔ)地質(zhì)問題長期制約著區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化的深刻認識[6]，因此，揭示盆地覆蓋區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和盆山關(guān)系也有望在一些長期制約區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化認識的重要基礎(chǔ)地質(zhì)問題上取得新的突破；第三，覆蓋層是人類活動的最主要場所，中國西部地區(qū)城鎮(zhèn)及農(nóng)作物絕大多數(shù)都分布于盆地覆蓋區(qū)，特別是西部地區(qū)多干旱缺水，水資源狀況一直是制約區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的主要瓶頸，山帶的冰雪融水和地表水進入盆地多滲入地下成為地下水。開發(fā)和利用好地下水資源是西部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要考量。而地下水的運移和賦存條件與覆蓋層及其下的巖性和構(gòu)造關(guān)系密切，揭示覆蓋區(qū)覆蓋層及下伏基巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)無疑將有利于查清地下水資源狀況及運移和賦存條件，從而為西部地區(qū)水資源的合理開發(fā)和使用調(diào)配提供地質(zhì)背景資料。

一般所謂的覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查重點針對第四系覆蓋層及下伏基巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)，覆蓋層主要限于第四系覆蓋。然而，我國西北部地區(qū)洋陸轉(zhuǎn)換過程總體上于晚古生代末結(jié)束[7]，中新生代表現(xiàn)為系列斷陷盆地的發(fā)育過程，而西部地區(qū)中新生代盆地演化并不均衡，造成前中生代地質(zhì)體之上的覆蓋層的組合形式多樣?？梢詣澐忠韵禄拘问剑?/p>

①單層覆蓋：前中生代地質(zhì)體之上直接被第四系覆蓋，往往出現(xiàn)于盆山邊部。

②雙層覆蓋：前中生代地質(zhì)體之上被古—新近系及第四系雙層覆蓋，出現(xiàn)于斷陷較晚發(fā)育的盆地。

③三層覆蓋：前中生代地質(zhì)體之上發(fā)育中生界、古—新近系和第四系。

因此對于雙層或三層覆蓋形式的地區(qū)，如果將覆蓋層只限于第四系的覆蓋，只揭示第四紀覆蓋層及其下伏古—新近紀基巖顯然難以滿足上述對覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查特別是為覆蓋區(qū)深部多金屬地質(zhì)找礦提供地質(zhì)背景資料的需求。因為，金屬礦產(chǎn)主要與古生代的地質(zhì)活動有關(guān)，古生界是多金屬地質(zhì)找礦的基本對象，中新生代盆地發(fā)育階段主要發(fā)育油、氣、煤、鹽等非金屬礦產(chǎn)，地下水的賦存與運移則主要與古—新近系和第四系結(jié)構(gòu)有關(guān)。因此，盆地覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查的基本內(nèi)容選擇有賴于地質(zhì)調(diào)查服務(wù)目標。為多金屬地質(zhì)找礦提供地質(zhì)背景資料的地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容要求揭示中新生界以下基巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)；而從為尋找油、氣、煤、鹽等非金屬礦產(chǎn)資源服務(wù)的角度，主要要求揭示中新生代地質(zhì)結(jié)構(gòu)；而為開發(fā)和利用地下水資源服務(wù)就要求對第四系和古—新近系地質(zhì)結(jié)構(gòu)予以揭示。因此，針對雙層或三層覆蓋形式的地區(qū)，揭示古近系—新近系下伏基巖甚至整個中新生代下伏基巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)就成為西北斷陷盆地覆蓋區(qū)深部地質(zhì)找礦對基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查的客觀要求。

基于上述對覆蓋區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的客觀需求，針對西北斷陷盆地覆蓋區(qū)不同形式覆蓋的地質(zhì)特色，從區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的角度，本著有所為有所不為的原則，筆者認為其區(qū)域地質(zhì)調(diào)查應(yīng)包括以下4方面的主要內(nèi)容。

①常規(guī)地表第四系地質(zhì)填圖：常規(guī)的地表地質(zhì)調(diào)查是區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的基本內(nèi)容，需要對地表第四系不同時代不同成因類型沉積進行系統(tǒng)劃分和對比，對地表第四系不同時代不同成因類型沉積和活動構(gòu)造進行有效控制，揭示地表第四系地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

②第四紀、古近紀—新近紀或中生代覆蓋層下伏基巖面地質(zhì)結(jié)構(gòu)填圖：基巖面地質(zhì)結(jié)構(gòu)填圖是覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖內(nèi)容拓展的重要方面。由于西北斷陷盆地覆蓋區(qū)存在多種不同覆蓋層組合，因此基巖面的含義將隨不同的覆蓋層組合而發(fā)生變化。如：對雙層覆蓋形式來說，存在第四系下伏基巖面和古—始新世下伏基巖面2個基巖面；而對三層覆蓋形式來說，將存在第四系下伏基巖面、古—新近系下伏基巖面和中生界下伏基巖面3個不同基巖面。不同覆蓋層的下伏基巖面地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，從地質(zhì)填圖角度，基巖面地質(zhì)填圖就是將基巖面作為地形面，在其上填繪下伏不同地質(zhì)體及斷裂構(gòu)造的分布。

③第四紀、古近紀—新近紀或中生代覆蓋層內(nèi)重要目標地質(zhì)要素三維地質(zhì)填圖：覆蓋層的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)也是覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖的重要內(nèi)容之一。東部大型城市區(qū)圍繞城市建設(shè)對第四紀覆蓋層開展了大量的鉆探、坑道和淺層地球物理勘探，針對第四紀覆蓋層的資料十分豐富，使得我們有可能對第四系地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行較精細的三維地質(zhì)建模[8]。然而，西北斷陷盆地區(qū)多為經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，除了針對油氣資源勘探開發(fā)形成一批地球物理和鉆探資料外，一般針對覆蓋區(qū)的深部資料十分有限，要像東部地區(qū)那樣建立較精細完善的覆蓋層三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型既不現(xiàn)實，也無必要。因此，對西北不同形式覆蓋層三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)的揭示應(yīng)該結(jié)合不同區(qū)域的實際地質(zhì)情況，選擇重要目標地質(zhì)要素的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行有針對性的揭示，如與地下水含水層或隔水層、煤層、鹽巖層等相關(guān)的重要目標層位三維結(jié)構(gòu)、重要斷裂構(gòu)造三維組合形式等。此外，不同形式覆蓋層下伏基巖面的三維形態(tài)是基巖面地質(zhì)填圖的基準面，也是覆蓋層結(jié)構(gòu)的重要方面，因此是覆蓋層三維地質(zhì)填圖調(diào)查的重要內(nèi)容之一，應(yīng)對其進行系統(tǒng)刻畫。

④盆地地質(zhì)構(gòu)造演化、盆山耦合關(guān)系及盆地斷裂構(gòu)造格架：揭示區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展演化是基礎(chǔ)地質(zhì)地調(diào)查的基本任務(wù)，盆地地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展演化自然也是盆地覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查的基本任務(wù)，而盆地地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展演化的重要方面即盆山關(guān)系，尤其是斷陷盆地覆蓋區(qū)，盆山關(guān)系及以及控盆構(gòu)造的發(fā)育等都應(yīng)是西部斷陷盆地區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的重要內(nèi)容之一。

2 填圖技術(shù)與方法的基本思考

2.1 技術(shù)路線

覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查必須針對需解決的關(guān)鍵地質(zhì)問題，貫徹地表地質(zhì)調(diào)查—地球物理探測—鉆孔驗證相結(jié)合的工作思路開展系統(tǒng)工作，即在地表地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，適度部署物探和鉆探工作，以對覆蓋層和基巖面地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行有效控制和約束。地球物理勘探工作首先需要開展物探方法實驗，優(yōu)選對覆蓋層地質(zhì)結(jié)構(gòu)、基巖巖性、構(gòu)造等具有強識別能力且經(jīng)濟實用的方法組合；鉆探工作以鉆達基巖為目標，重點以標定、驗證和約束地球物理信息所揭示的關(guān)鍵部位的地質(zhì)結(jié)構(gòu)為目的。一般覆蓋區(qū)的地質(zhì)調(diào)查技術(shù)路線見圖1。

圖1 覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)路線圖Fig.1 Technology roadmap of geological investigation in the covered area

2.2 填圖方法

顯然，對上述不同的調(diào)查內(nèi)容就要求有不同的針對性的調(diào)查技術(shù)和方法。

2.2.1 常規(guī)第四系地質(zhì)填圖

結(jié)合遙感影像，通過路線地質(zhì)調(diào)查和第四紀剖面實測，對第四紀不同成因類型進行有效控制，勾繪第四紀不同成因類型地質(zhì)界線、揭示第四紀不同時代不同成因類型之間的地質(zhì)結(jié)構(gòu)關(guān)系，通過第四紀年代學(xué)分析測試地表第四紀不同成因類型沉積時代，刻畫第四紀沉積系列演變和反映的氣候環(huán)境演變。

盆地第四系覆蓋區(qū)平緩開闊，實地的不同沉積體的準確界線往往較難分辨。但盆地區(qū)第四系地質(zhì)記錄新，不同第四系地質(zhì)體的遙感影像特征清晰，因此，地表第四系地質(zhì)調(diào)查應(yīng)充分利用遙感資料。西部斷陷盆地形成過程中一般經(jīng)歷了強烈的構(gòu)造活動，盆地內(nèi)部的沉積結(jié)構(gòu)和斷裂構(gòu)造較復(fù)雜，通過遙感地質(zhì)解譯，可以對第四紀不同成因類型或不同地貌單元進行有效劃分，對斷裂構(gòu)造形成的線性影像進行勾勒，以更準確表達各種地質(zhì)構(gòu)造的分布。因此，第四系地表填圖首先應(yīng)該通過遙感技術(shù)，宏觀認識填圖區(qū)地質(zhì)-地貌的關(guān)系和分布規(guī)律，然后安排一定的解譯檢查路線，以達到快速、準確、高質(zhì)量地完成地表第四系地質(zhì)圖。

2.2.2 基巖面地質(zhì)結(jié)構(gòu)填圖及覆蓋層內(nèi)重要目標地質(zhì)要素三維地質(zhì)填圖

2.2.2.1 地表信息外延推斷

充分利用覆蓋層沉積邊緣基巖露頭的各種地質(zhì)信息，合理外延和推斷覆蓋層下伏基巖的物質(zhì)組成和地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

斷陷盆地區(qū)基巖露頭與覆蓋層主要存在兩種地質(zhì)結(jié)構(gòu)關(guān)系，一是斷裂構(gòu)造控制的盆山邊界，二是未受斷裂制約的基巖向盆地的自然延展。前者需要基于露頭區(qū)的詳細構(gòu)造解剖，分析盆山邊界的構(gòu)造性質(zhì)及其對兩側(cè)地質(zhì)體的幾何學(xué)和運動學(xué)的控制方式，并利用露頭信息順構(gòu)造走向外延到覆蓋區(qū)；后者則應(yīng)充分利用露頭區(qū)的地質(zhì)信息，配合基巖與覆蓋層接觸關(guān)系研究，合理推斷覆蓋層下伏基巖的物質(zhì)和構(gòu)造屬性。

2.2.2.2 物探方法

基于覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查的基本內(nèi)容和目標，地球物理勘探要求：①查清基巖頂面的形態(tài)；②識別基巖面的巖性或地層和巖體單元的歸屬；③識別主要斷裂構(gòu)造；④揭示覆蓋層地質(zhì)結(jié)構(gòu)。涉及的地球物理勘探方法包括磁法、重力、MT剖面、高密度電阻率法、淺層地震和探地雷達等。一般來說，區(qū)域磁法、區(qū)域重力和剖面大地電磁主要用來約束較深覆蓋的基巖面地質(zhì)結(jié)構(gòu)和基巖面起伏；高密度電法、淺層地震、探地雷達等主要用于約束近地表覆蓋層結(jié)構(gòu)和淺覆蓋基巖面的起伏情況。

物探工作也是一種較高成本的投入，因此首先應(yīng)該充分收集前人已有的各種地球物理勘探資料(包括巖石物性資料)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖目標合理選擇地球物理勘探方法組合。對于一般的1∶50000覆蓋區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，應(yīng)該具備1∶50000區(qū)域重力和區(qū)域磁測資料，以了解調(diào)研區(qū)宏觀地質(zhì)結(jié)構(gòu)；其他的地球物理工作應(yīng)結(jié)合具體調(diào)研工作目標合理有效部署。優(yōu)選物探方法組合需結(jié)合調(diào)查區(qū)的地質(zhì)-地貌-氣候條件，在物探方法試驗和巖石物性研究的基礎(chǔ)上進行綜合決策；需要特別注意多種不同物探方法乃至與地質(zhì)和鉆探等手段的相互配合；物探方法必須以研究巖石物性為前提和基礎(chǔ)。物性資料的獲得是物探勘探資料反演和進行地質(zhì)解釋的前提條件。

2.2.2.3 鉆探方法

布置淺鉆的主要目的是為覆蓋區(qū)的基巖填圖和覆蓋層第四紀地質(zhì)結(jié)構(gòu)提供直接的準確信息，同時也可為地球物理勘探取得的解釋結(jié)果和推測進行驗證和標定，是深部地質(zhì)研究常用的勘探手段。

鉆探工作因其高成本的投入，不宜網(wǎng)格式部署，需要視覆蓋層及下覆基巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和覆蓋層厚度合理布設(shè)。一般原則是布設(shè)鉆孔的數(shù)量與覆蓋層厚度呈反比，與地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性呈正比。覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查的鉆孔一般以抵達基巖面為目標。鉆孔勘探方案應(yīng)充分利用各種相關(guān)信息，特別是地球物理資料信息，有針對性地瞄準關(guān)鍵問題或目標層合理部署，以使鉆探信息意義最大化。

2.2.3 盆地地質(zhì)構(gòu)造演化

盆地地質(zhì)構(gòu)造演化調(diào)查涉及到盆地形成、盆地沉積演化、盆地控盆構(gòu)造以及盆山耦合關(guān)系等方面內(nèi)容，需要開展沉積、物源、控盆構(gòu)造和盆山關(guān)系的綜合調(diào)研。

沉積分析除了地表露頭的平、剖面沉積結(jié)構(gòu)分析外，應(yīng)充分收集利用鉆孔剖面信息，從沉積組成、結(jié)構(gòu)、沉積組合、沉積相、物質(zhì)來源等方面開展系統(tǒng)研究，并充分結(jié)合各種室內(nèi)分析測試手段提取沉積剖面柱所反映的沉積環(huán)境變遷的信息。

控盆構(gòu)造及盆地斷裂構(gòu)造格架應(yīng)結(jié)合地球物理勘探資料和遙感信息，通過地表調(diào)研與地球物理資料的結(jié)合，揭示控盆構(gòu)造特別是控盆斷裂構(gòu)造的分布、幾何形態(tài)、組合規(guī)律、運動性質(zhì)等，探討控盆斷裂構(gòu)造形成的動力背景。

盆山耦合關(guān)系調(diào)研則應(yīng)綜合沉積演化、控盆構(gòu)造、物源分析以及相鄰造山帶的隆升剝露歷史研究成果，揭示盆地發(fā)育與相鄰造山帶隆升剝露的耦合關(guān)系。

3 新疆巴里坤斷陷盆地覆蓋區(qū)填圖實踐

巴里坤盆地位于天山造山帶東部，呈近東西向夾持于北部莫欽烏拉山和南部博格達—哈爾里克山之間，東西方向長約70 km，南北方向?qū)?0～30 km，平均海拔為1900 m，是典型的山間斷陷盆地。盆地構(gòu)造呈箕狀，整體上具北高南低、東西高中間低的特點。實驗填圖區(qū)位于巴里坤盆地東段口門子—奎蘇一帶。根據(jù)地表地層結(jié)構(gòu)分析推斷，調(diào)研區(qū)盆地覆蓋形式主要表現(xiàn)為第四系和古—新近系雙層覆蓋，下伏前中生代基底。本著有所為有所不為的原則，在對調(diào)研區(qū)基本填圖目標確定的條件下，針對雙層覆蓋的地質(zhì)特色，通過系列地質(zhì)、地球物理聯(lián)合攻關(guān)，對調(diào)研區(qū)覆蓋層及下伏基巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及控盆構(gòu)造進行了系統(tǒng)調(diào)研，并對填圖技術(shù)方法進行了系統(tǒng)探索，形成針對西部斷陷盆地覆蓋區(qū)的填圖技術(shù)方法體系。

3.1 填圖及調(diào)研目標的確定

基于測區(qū)斷陷盆地所具有的第四系和古—新近系雙層覆蓋的特點，梳理出針對該類型地質(zhì)填圖的基本工作目標和內(nèi)容，主要包括以下幾方面：

①地表第四系地質(zhì)結(jié)構(gòu)；

②第四系和新生代覆蓋層厚度及其空間變化，即第四系和古—新近系下伏基巖面三維形態(tài)；

③第四系和古—新近系下伏基巖面地質(zhì)結(jié)構(gòu)；

④重要區(qū)帶地下重要經(jīng)濟目標地質(zhì)要素：調(diào)研區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉以抽取地下水為主，水資源仍是制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)發(fā)展的重要因素。因此，根據(jù)測區(qū)實際，我們重點關(guān)注覆蓋層主要含水層、隔水層、鹵水層的結(jié)構(gòu)特點；另外盆地為斷陷盆地，斷裂構(gòu)造特別是活動斷層構(gòu)造發(fā)育，因此我們對盆地斷裂構(gòu)造也進行了重點調(diào)研；

⑤盆地構(gòu)造格架及盆山構(gòu)造關(guān)系。

3.2 物探方法實驗及優(yōu)選物探方法組合

3.2.1 物探方法實驗

地球物理勘探方法的適用性除了與勘探目標巖石物性特點相關(guān)外，還取決于方法本身的條件制約，特別是近地表地球物理勘探方法影響因素較多。不同方法在不同條件下的適用性千差萬別，為此需要開展地球物理方法試驗?；诒卷椖康厍蛭锢砜碧侥繕耍趯y區(qū)主要地質(zhì)單元巖石物性分析測試的基礎(chǔ)上，我們重點開展了系列淺層地球物理勘探方法實驗。

3.2.1.1 高密度電法

高密度電阻率法是一種集電剖面和電測深于一體的電阻率法，原理與常規(guī)的電阻率法相同。高密度電阻率法適用于100 m以淺的近地表電阻率分布成像，一般可以查明第四系地質(zhì)結(jié)構(gòu)、基巖面起伏、巖溶發(fā)育、斷層、含水層等地質(zhì)目標。

巴里坤盆地地形場地條件適合高密度電法工作，高密度電法實驗結(jié)果顯示，地表以下約120 m深度范圍內(nèi)電阻率分布的成層性明顯，在10～40 m和70～80 m以下均出現(xiàn)低阻層，對第四系—新近系成層結(jié)構(gòu)的刻畫效果較好。

3.2.1.2 淺層地震

地震勘探對成層巖系具有很好的辨識度。地震勘探一般采用地震反射法和折射法。淺層地震反射法可視為一種基于影像的技術(shù)，將接收到的人工產(chǎn)生的反射地震波數(shù)據(jù)進行處理后產(chǎn)生地下結(jié)構(gòu)的影像圖；淺層地震折射法是利用沿地表排列的一列檢波器接收到的折射波追蹤產(chǎn)生折射波分界面的一種方法。一般地，反射波法適用于調(diào)查精細的地層結(jié)構(gòu)，而折射波法適用于追蹤淺覆蓋層下基巖面的起伏。近年來，多道面波分析方法也成為淺層地震勘探的重要方法之一，它是利用面波的頻散性分析和刻畫介質(zhì)的橫波速度分布或橫波速度結(jié)構(gòu)，包括主動源和被動源多道面波分析方法[9]。主動源采取重錘垂直錘擊地面形成震源，野外作業(yè)較簡便；噪聲源主要通過檢波器檢測環(huán)境噪聲面波數(shù)據(jù)并進行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。淺層地震主動源與噪聲源聯(lián)合面波多道分析將主動源與噪聲源面波數(shù)據(jù)置于同一分析和反演體系，對獲取的橫波速度分布而言，不僅具有足夠的探測深度，而且還有盡可能高的分辨率。

基于上述，我們首先在調(diào)研區(qū)開展了2 km淺層反射/折射地震及多道面波分析的方法實驗。實驗結(jié)果顯示，淺層地震反射能量弱，難以獲得較深層反射波，如果要獲得有效的反射波，需要采用大功率震源或潛水面以下激發(fā)、高疊加次數(shù)，因此調(diào)查成本會較高，難以在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作中推廣應(yīng)用；另外，調(diào)研區(qū)古近系—新近系—第四系內(nèi)部存在多個低速層且較厚，淺層折射地震法無法追蹤這些巖性界面。但是，調(diào)研區(qū)淺層地震原始記錄顯示多種模式的面波十分發(fā)育，適合開展多道面波分析，采用淺層地震主動源與噪聲源聯(lián)合面波多道分析有望獲得調(diào)研區(qū)的一定深度的淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

3.2.1.3 探地雷達

探地雷達方法是利用寬帶短脈沖形式的高頻電磁波(主頻從十MHz至千MHz量級)在界面上的反射探測有關(guān)目的物[10]。將發(fā)射天線和接收天線緊靠地面，由發(fā)射機發(fā)射的短脈沖電磁波經(jīng)發(fā)射天線(T)輻射傳入大地，電磁波在地下傳播過程中遇到介質(zhì)的電性分界面便被反射或折射，從而被地面的接收天線(R)所接收。

我們在調(diào)研區(qū)先行開展了2 km的探地雷達方法實驗，實驗結(jié)果顯示，調(diào)研區(qū)地表條件難以滿足探地雷達的地形要求，開展此方法難度較大。另外，調(diào)研區(qū)潛水面較淺，一般10～20 m，探地雷達在該區(qū)近地表調(diào)查中難以獲得有效信號。

3.2.2 優(yōu)選物探方法組合及物探工作布設(shè)

基于前述調(diào)研區(qū)所具有的第四系和古—新近系雙層覆蓋特點所梳理出的基本工作目標和內(nèi)容，在上述近地表地球物理勘探方法試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，綜合考慮成本因素，形成了針對調(diào)研區(qū)覆蓋區(qū)經(jīng)濟有效的物探方法組合，即通過區(qū)域磁法、區(qū)域重力和剖面大地電磁測量約束雙層覆蓋的基巖面地質(zhì)結(jié)構(gòu)和基巖面起伏；通過高密度電法和淺層地震面波頻散分析(結(jié)合背景噪聲觀測)約束第四系覆蓋層結(jié)構(gòu)和第四系基巖面起伏。

測區(qū)可資利用的前人的主要地球物理資料是1∶1000000的區(qū)域航空重力和磁力，其分辨率低，難以滿足1∶50000覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查目標任務(wù)的要求。因此，從區(qū)域控制角度，需要部署1∶50000區(qū)域重力和磁力測量，并通過重、磁聯(lián)合解釋方法，進行基巖結(jié)構(gòu)及成分調(diào)查，以刻畫盆地基底起伏、基巖主要巖石體分布和斷裂構(gòu)造分布，服務(wù)于基巖面地質(zhì)圖的填繪。另外，適度部署大地電磁測深剖面，旨在揭示覆蓋區(qū)深部構(gòu)造與巖性分布，其與區(qū)域重磁探測的配合可提高基巖面地質(zhì)結(jié)構(gòu)約束的準確性和可靠性。第四系重要目標地質(zhì)要素的約束主要采用近地表地球物理方法，根據(jù)近地表地球物理方法實驗結(jié)果，較為經(jīng)濟有效的近地表地球物理方法為高密度電法和淺層地震(主動源和噪聲源相結(jié)合)面波頻散分析。高密度電法的重要探測目標是近地表沉積物的構(gòu)造及含水情況，淺層(面波)地震方法的探測目標為近地表沉積物的主要結(jié)構(gòu)特征，如松散結(jié)構(gòu)的沉積物、固結(jié)較好的沉積物以及弱風(fēng)化地層巖石等。這些物探方法的運用，可為解剖覆蓋區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和沉積物特征提供重要證據(jù)。但是，對全區(qū)第四紀地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行全面約束顯然工作量投入過大，本著有所為有所不為的原則，我們選擇重點區(qū)段，特別是主要農(nóng)作物經(jīng)濟區(qū)，各部署2條高密度電法剖面和1條淺層主動源和噪聲源聯(lián)合面波頻散分析剖面，探索主要目標地質(zhì)要素如含水層、隔水層、(含水)活動斷層等的分布情況，以為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟建設(shè)和發(fā)展提供近地表一定深度范圍內(nèi)(200 m以淺)的地質(zhì)背景資料。

3.3 鉆孔布設(shè)

鉆探是覆蓋區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作中一項成本高又不可或缺的投入，需要結(jié)合地球物理勘探信息慎重選擇，使有限鉆探工作最大化地獲得深部信息。結(jié)合地球物理勘探信息，測區(qū)累計鉆探進尺1000 m工作量的鉆探部署主要針對性如表1和圖2。

表1 測區(qū)鉆探工作布設(shè)

底圖為垂向?qū)?shù)重力異常圖；C、D為大地電磁和高密度電法剖面測線；E、F為剖面大地電磁測線；虛線為主動源和噪聲源聯(lián)合面波多道分析剖面測線圖2 測區(qū)鉆探工作布設(shè)Fig.2 Disposition of drill holes in the work area

3.4 填圖成果

填圖成果的具體闡述將專文發(fā)表，這里只做簡要概括。

3.4.1 地表第四系填圖方面

充分利用了高分遙感信息輔助地表地質(zhì)調(diào)查全面開展地表第四系填圖。全面勾勒出巴里坤盆地第四系成因類型及其分布、主要山前洪沖積扇體結(jié)構(gòu)，揭示了巴里坤盆地近地表第四系結(jié)構(gòu)。盆地第四系不同時代成因類型分布規(guī)律總體揭示出盆地北側(cè)洪積扇體的發(fā)育具有由北向南、由東向西的遷移趨勢，而南側(cè)扇體的位置基本保持不變，反映第四紀以來，北側(cè)山區(qū)崛起較南側(cè)更為強烈以及東部地區(qū)相對西部翹起的總體趨勢。

3.4.2 盆地斷裂構(gòu)造格架及活動構(gòu)造調(diào)研方面

基于重磁勘探資料、大地電磁勘探和地表地質(zhì)調(diào)查驗證，揭示了盆地斷裂構(gòu)造格架，新發(fā)現(xiàn)若干切錯第四系的活動斷層。通過1∶50000地面區(qū)域重、磁測量，刻畫了盆地構(gòu)造基本格架和斷裂分布。揭示了盆地若干地球物理異常帶所刻劃的斷裂帶對盆內(nèi)地貌格局的明顯控制作用，部分斷裂在地表也有良好顯示，并顯示活動斷層特征。

3.4.3 盆地隆坳格局及基巖面三維形態(tài)方面

通過第四系沉積與下伏基巖密度和電阻率差異，獲得盆地第四系厚度分布，顯示中東部地區(qū)第四系沉積厚度在100 m以內(nèi)，由東向西逐漸增厚；另外兩側(cè)靠山前洪沖積扇體沉積較厚，最厚可達550 m，中部河湖相沉積相對較薄(見圖3a)。這種厚度分布也獲得鉆孔驗證。

圖3 測區(qū)巴里坤斷陷盆地覆蓋區(qū)基巖面地質(zhì)圖Fig.3 Geological maps of bedrock surface in covered region of Barkol faulted-basin

區(qū)域重力異常垂直導(dǎo)數(shù)(Vzz)異常圖刻畫了漸新世—中新世桃樹園組(E3—N1t)基巖面形態(tài)特征，即中央隆起分割南北斷陷區(qū)以及基巖面由西向東抬高，并反映出盆地內(nèi)基底起伏的局部特征和覆蓋層中不均勻體的分布以及其間存在的斷裂構(gòu)造(見圖3b)。綜合地球物理資料對覆蓋區(qū)包括第四系和古—新近系整個新生界的下伏基巖面深度進行反演估算，獲得新生界底部基巖面深度圖(圖3b)，揭示了基巖面總體中部由東向西的隆起，分隔南、北2個較深的新生代凹陷帶。北部凹陷區(qū)的基巖面深度最深可達1100 m，北部凹陷區(qū)與中部隆起區(qū)之間以近東西向大斷裂分隔，斷層垂向落差最大可達1000 m；南西部基巖面最深可達1700 m，與中部隆起區(qū)之間基巖面深度呈過渡變化。

3.4.4 覆蓋層基本結(jié)構(gòu)方面

AMT剖面視電阻率分析和反演結(jié)果良好揭示了新生代覆蓋層的基本結(jié)構(gòu)及盆地主干斷裂系統(tǒng)。AMT剖面測量結(jié)果所顯示的斷裂及基巖隆起與凹陷分布和重、磁異常解釋結(jié)果具有較好的對應(yīng)性，淺層的低阻層顯示了盆地區(qū)漸新世—中新世桃樹園組(E3—N1t)的剖面結(jié)構(gòu)和分布，并刻畫了盆地第四系下伏基巖面和漸新世—中新世桃樹園組(E3—N1t)下伏基巖面的剖面深度變化。

高密度電法對近地表約200 m以淺的覆蓋層地質(zhì)結(jié)構(gòu)予以了良好揭示，揭示了盆地南北緣及厚覆蓋區(qū)松散層內(nèi)部不均勻性，其中近地表高阻對應(yīng)厚礫石層分布，高阻層帶中的相對低阻帶對應(yīng)潛水面下的含水層，普遍的50～100 m以下的低阻帶對應(yīng)漸新世—中新世桃樹園組分布，這種剖面電阻率解譯結(jié)構(gòu)與地表露頭外延推斷具有高度的契合性。

3.4.5 覆蓋區(qū)基巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面

基于地表地質(zhì)信息的外延推斷、地球物理勘探資料的綜合處理和地質(zhì)解譯，并結(jié)合鉆探驗證等綜合手段，對巴里坤盆地覆蓋區(qū)第四系和古—新近系雙層覆蓋的下伏基巖面地質(zhì)結(jié)構(gòu)給予揭示，形成第四系下伏基巖面地質(zhì)圖和新生界下伏基巖面地質(zhì)圖(見圖3)。

第四系下伏基巖面地質(zhì)圖(見圖3a)反映盆地內(nèi)部第四紀沉積層大部分直接不整合覆蓋在新近系之上，僅在盆山邊界地帶存在小范圍第四系與更老基巖不整合覆蓋現(xiàn)象。

新生界下伏基巖面地質(zhì)圖(見圖3b)顯示，盆地南北兩側(cè)邊界斷層均傾向盆地，具有正斷層分量，基巖面斷層與山體之間被新生代地層所覆蓋的區(qū)域為兩側(cè)山體出露地層的下延。盆地中部以巴里坤盆地中部近東西向大斷層為界，斷層以北區(qū)域包括中上奧陶統(tǒng)廟爾溝組與下石炭統(tǒng)七角井組；斷層以南主體為下石炭統(tǒng)七角井組和下中奧陶統(tǒng)塔水組，根據(jù)剖面大地電磁資料和1∶50000面積性磁法測量數(shù)據(jù)聯(lián)合反演，在塔水組中劃分出多個奧陶紀侵入巖體。

另外，區(qū)域重磁和大地電磁測試還揭示了一些更深部的基巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息，如區(qū)域地面磁異?；瘶O和匹配濾波等處理，得到測區(qū)內(nèi)隱伏磁性巖石的分布，顯示測區(qū)中部存在一個范圍較大的由西部邊界向東延展的低緩磁異常，低緩磁異?？赡軐?yīng)桃樹園組(N1t)下伏基巖的隱伏花崗質(zhì)巖體。

3.4.6 盆山關(guān)系方面

通過對巴里坤盆地及兩側(cè)中新生代地層格架及中生界物源分析，揭示現(xiàn)今的低位巴里坤盆地在中生代為高位剝蝕區(qū)，而北部現(xiàn)今高位的莫欽烏拉山區(qū)在中生代為低位含煤盆地沉積區(qū)；新生代以來，巴里坤斷陷盆地形成，地勢發(fā)生反轉(zhuǎn)，巴里坤斷陷盆地區(qū)由原高位剝蝕區(qū)轉(zhuǎn)化為低位沉降區(qū)；熱年代學(xué)資料揭示，巴里坤盆地地貌反轉(zhuǎn)的時間主要發(fā)生在距今32～20 Ma[11]；盆緣脆性斷裂構(gòu)造分析則揭示巴里坤盆地的形成主要受控于左行走滑拉分。綜合有關(guān)資料，建立了測區(qū)中新生代以來的構(gòu)造地貌變遷過程。

4 總結(jié)與思考

覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖具有很強的探索性，不同類型覆蓋區(qū)以及類似覆蓋區(qū)由于具體結(jié)構(gòu)的不同，其填圖方法技術(shù)也會千差萬別。本文結(jié)合新疆巴里坤盆地覆蓋區(qū)的填圖實踐試圖對西北斷陷盆地覆蓋區(qū)填圖方法給出一般的思路、技術(shù)路線和填圖方法的建議。但是，具體應(yīng)用應(yīng)該結(jié)合不同覆蓋區(qū)的具體特點作出相應(yīng)的填圖對策。我們認為，需要把握以下幾個關(guān)鍵點：

①目標及調(diào)查內(nèi)容的確定：填圖目標決定了方法手段，解決什么問題就有什么相應(yīng)的方法體系。因此，方法體系必須要有明確的針對性，做到有的放矢。

②方法實驗先行：覆蓋區(qū)地質(zhì)調(diào)查涉及的方法很多，特別是地球物理勘探方法手段種類繁多，其主要是基于巖石物理性質(zhì)的差異。一些方法體系由于探索對象的不同、巖石物性結(jié)構(gòu)的不同，方法的適用性和有效性會隨著不同地質(zhì)條件以及外部條件的變化而變化，因此，全面開展調(diào)研區(qū)地球物理勘探工作必須要有相關(guān)的方法實驗，并形成經(jīng)濟實用的物探方法組合。

③分階段有序推進：覆蓋區(qū)地質(zhì)填圖涉及多種調(diào)研手段的聯(lián)合使用，不同方法體系需要相互銜接，因此要求分階段有序推進。我們體會是應(yīng)該貫徹“4優(yōu)先1滯后”的原則：即優(yōu)先安排地表地質(zhì)調(diào)查工作；優(yōu)先安排地球物理方法實驗工作；優(yōu)先安排巖石物性測量；優(yōu)先安排控制格架的地球物理勘探工作；鉆探工作滯后安排。

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EXPLORATION OF GEOLOGICAL MAPPING METHODS ON COVERED AREA OF FAULTED BASIN IN THE NORTHWEST CHINA: A MAPPING PRACTICE IN THE BARKOL BASIN, XINJIANG

WANG Guo-can1,2， ZHAO Xuan1， CHEN Chao3， CHEN Yue1，JI Jun-liang1， WANG An1,2， CAO Kai1,2

(1.CenterforGlobalTectonics,SchoolofEarthSciences,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China;2.InstituteofGeologicalSurvey,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China;3.InstituteofGeophysics&Geomatics,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China)

The geological texture of bedrock surface and overburden cover, and the basin-mountain coupling relationship are the key and difficult points in the regional geological survey of the covered areas of faulted-basin in the western China. In this paper we sorted out the mapping target and mapping contents to the covered region of faulted-basin based on the geological mapping practice in the Barkol basin, emphasized that the geological survey in the covered region must be aimed to solve the key geological problems and combination of surface geological survey, geophysical exploration and drilling verification, and determined the general mapping technical route and the combination of mapping methods. As an example, this paper also systematically introduced the mapping methods in the Barkol faulted-basin, including determining mapping targets and contents, optimizing geophysical exploration methods, and laying out drilling work.

covered region of faulted-basin in the western China; mapping target; mapping method; geological texture of bedrock surface; geological texture of overburden cover; Barkol basin

1006-6616(2016)04-0809-13

2016-07-21

中國地質(zhì)調(diào)查局“特殊地質(zhì)地貌區(qū)填圖試點”項目(DD20160060；12120114042801)

王國燦(1963-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，長期從事區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教學(xué)與研究。E-mail：wgcan@cug.edu.cn

P546；P623

A