渭河盆地北坡前新生界地層屬性探討

王 飛 ，邊小衛

(1.西北大學地質學系·大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安 710069;2.陜西地質調查中心)

渭河盆地北坡前新生界地層屬性探討

王 飛1，邊小衛2

(1.西北大學地質學系·大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安 710069;2.陜西地質調查中心)

渭河盆地為新生代斷陷盆地，盆地內新生代沉積巨厚，鉆井鮮有鉆穿。P1剖面過渭河盆地，呈近南北向，基底之上連續的強反射同相軸代表了奧陶系-寒武系地層。選取剖面中某區域制作地質模型，進行正演模擬，模擬的奧陶-寒武系地層較好地對應了原始剖面的反射情況。渭河盆地北部以及渭北隆起南部有部分古生界灰巖以及煤系地層出露、盆地北部部分鉆井鉆遇了奧陶系灰巖與二疊系煤系地層，佐證了渭河盆地北坡前新生界地層為連續分布的古生界碳酸鹽巖，部分地區存在二疊系地層。

渭河盆地；前新生界；地震正演；碳酸鹽巖

1 研究區概況

渭河盆地又稱關中盆地，位于陜西省中部，是新生代的斷陷盆地。盆地東西向長約為400 km，南北向寬50～60 km，平均海拔約為400 m，盆地面積約20 000 km2，呈東西向展布[1-3]。

盆地內斷層發育，以近東西向的斷裂為主，多為正斷層，其中，秦嶺北緣斷裂、渭河斷裂與渭河盆地北緣斷裂是其三條主要的斷裂，控制了盆地邊界、內部次級斷裂以及地形地貌的發育。

渭河盆地的基底以渭河斷裂為界,可分為南北兩區，渭河斷裂以南的基底主要由太古界、元古界變質巖和加里東期-燕山期的花崗巖組成。以臨潼-長安斷裂為界將南部基底進一步劃分為東部太古界變質巖區和西部元古界變質巖區。北區的基底主要由奧陶系灰巖以及淺變質巖或零星出現的上元古界片巖。根據基底與構造形態的不同，前人將渭河盆地劃分為三大構造區，分別為北部斜坡區、南部坳陷區、西部隆起區，根據活動性的差異又將各區分為不同的構造單元[4-5](圖1)。

20世紀60年代至70年代，在渭河盆地首先進行了油氣調查，鉆井數十口，部分井見到了一定的天然氣顯示。多年以來，不同的單位與個人以不同的角度對渭河盆地展開了研究工作，取得了豐富的成果[4-9]。尤其是近年來隨著渭河盆地地熱資源的開發利用，地熱井中較為豐富的天然氣、氦氣的顯示又推動了渭河盆地資源的研究[10-13]。但近年來的研究工作大多關注的是渭河盆地的新生界地層，對盆地前新生界地層研究甚少，且盆地內新生界地層巨厚，盆地內鮮有鉆穿新生界地層的鉆井。20世紀60年代至今，在渭河盆地共鉆了30余口油井，300余口地熱井，僅有5口井鉆至前新生界地層，分別為渭3井、渭4井、渭參3井、平1井以及XR85井。因此對盆地內前新生界地層的性質、分布范圍知之甚少。而渭河盆地緊鄰鄂爾多斯盆地，奧陶系灰巖以及石炭-二疊煤系地層作為鄂爾多斯盆地的主力烴源巖若能在渭河盆地大面積存在，則會為盆地帶來可觀的油氣資源，改變渭河盆地現有的能源格局。前人雖將渭河盆地斷裂以北的基底定為奧陶系灰巖以及零星的上古生界地層，但缺乏地震剖面驗證，綜合證據不足。本文以渭河盆地斷裂以北地區為研究對象，利用地震剖面解釋、正演模擬、鉆井以及露頭輔證等方式，探討渭河盆地北坡前新生界地層的性質。

2 盆地下古生界地震反射特征

圖2是P1測線地震剖面。P1剖面位于西安市西部，北起乾縣，南至西安戶縣，全長51 km，整體呈北西-南東走向。其經過了渭河盆地的乾縣斜坡、咸渭凸起(禮泉斷階與咸陽斷階)與西安凹陷構造區。P1剖面顯示了第四系，新近系張家坡組、藍田-灞河組、高陵群，上古近系及下古近系，寒武-奧陶系底等6個地震反射層。圖中，F2為岐山-乾縣斷裂，F4為禮泉-蒲城-合陽斷裂，F5為渭河斷裂，F6為尚村-狄寨斷裂，F1為秦嶺山前斷裂。尚村-狄寨斷裂將西安凹陷劃分成了兩個斷塊，并與渭河斷裂呈Y字型相交；秦嶺山前斷裂與渭河斷裂呈Y字型相交，這兩個Y字型斷裂組合共同控制了西安凹陷的發育演化。并在主斷裂附近發育多條與主斷裂傾向相同或相反的斷裂。

圖1 渭河盆地構造分區及地震測線位置

前人利用P1剖面附近的渭深10井制作了合成記錄，進行了層位標定。渭深10井自上而下依次鉆遇了第四系，新近系張家坡組、藍田-灞河組、高陵群，古近系地層。第四系地層以黃色黏土與細砂巖為主，新近系張家坡組以泥巖粉砂巖為主，藍田-灞河組上部以棕紅色砂巖、礫巖與紅色黏土為主，下部以黃棕色泥巖、砂巖為主，高陵群以褐色泥巖與灰白色細砂巖泥巖互層為主，古近系以灰白色塊狀砂巖、黃棕色泥巖為主。新生界地層沉積厚度由南向北依次減薄，呈現出了南斷北超的特點，地層向緩坡一帶超覆，證明北部斷裂活動相對較弱，秦嶺山前斷裂主要控制了盆地的沉積，呈現出了明顯的半地塹特征。剖面中古近系地層主要分布在西安凹陷以及咸渭凸起的南部，向北逐漸上傾尖滅。基底深度約8 000 m,古近系最大埋深約7 600 m。

雖然渭深10井并未鉆穿新生界，但渭河盆地與鄂爾多斯盆地曾經連為一體，同為華北板塊的一部分，應一致性沉積了奧陶-寒武系地層，隨后抬升遭受剝蝕[13-15]。盆地北部的渭參3井鉆穿了新生界地層，鉆遇了奧陶系灰巖地層。前人亦利用重磁資料分析，認為渭河盆地北部應存在廣泛的古生界地層[13]。地震反射中弱振幅、連續性較差的部分推測為上古生界的石炭-二疊系地層，向北逐漸被剝蝕；之下的幾套同相軸振幅較強，推測為寒武-奧陶系地層，碳酸鹽巖的高速層，自身空白反射以及寒武系砂泥巖造成了這套強反射的產生。根據露頭資料顯示，奧陶系灰巖在渭河盆地北部邊界與鄂爾多斯盆地渭北隆起有部分出露，應為這套地層的延伸出露。

3 正演模擬驗證

為驗證P1剖面中關于奧陶-寒武地層推斷的正確性，選擇剖面上一部分區域(圖2藍框)，根據P1剖面特征以及研究區地質情況，制作地質模型，進行正演模擬。

利用Tesseral軟件進行正演模擬研究，制作的正演地質模型如圖3所示。正演地質模型的范圍在咸渭凸起附近，深度范圍為2 000～4 000 m，從上向下依次為藍田-灞河組、高陵群以及上古近系砂泥巖，藍色條帶為砂巖層；深藍色區域為奧陶系碳酸鹽巖與寒武系砂泥巖，紫色條帶模擬為碳酸鹽巖中的高速層，圖中淡藍色條帶模擬寒武系砂泥巖，之下為前震旦紀變質巖基底。正演地質模型的水平距離約15 km。正演區域為四條斷裂所切割，位于渭河盆地咸渭凸起與乾縣斜坡區域，地層整體向北上傾。

根據不同巖類的地震波速度，對新生界砂巖層設置的地震縱波速度值為3 500 m/s，泥巖背景速度值設置為3 000 m/s；奧陶系碳酸鹽巖背景設置的地震縱波速度值為4 000 m/s，寒武系砂泥巖層設置速度為3 400 m/s；前震旦系基底的地震縱波速度設置為5 000 m/s。自激自收，子波選取雷克子波，頻率設定為35 Hz。

圖3 地質模型及正演結果

模擬出的地震反射剖面如圖3，其中，高陵群、上古近系和下古近系由于砂泥互層呈現出部分強反射；奧陶系-寒武系灰巖、泥巖形成了連續的強反射；前震旦系基底呈現出雜亂反射，四條斷裂表示明顯，模擬結果較好地對應了P1地震剖面。基底之上較連續的、較強的反射軸為基底與寒武系地層之間的界面所形成的反射(與綠色虛線重合)。模擬的奧陶-寒武系灰巖-泥巖反射，較好地對應了P1地震剖面中連續的強同向軸的反射情況。

4 前新生界地層屬性綜合分析

4.1 露頭資料分析

渭河盆地依次經過了加里東期、海西期以及晚印支-早燕山期不同格局的構造演化時期，在早白堊世，渭河盆地開始形成，并依次經歷了擠壓隆起、走滑拉分以及拉張斷陷等發育時期[13-15]。中生代后，隨著鄂爾多斯盆地南部地區的抬升而隆起，之前沉積地層遭受剝蝕，并在早白堊世后，由于渭河盆地發生進一步的擠壓隆升，之前沉積的地層進一步遭受剝蝕。始新世之后開始走滑拉分，拉張斷陷，之后沉積了巨厚的新生界地層。

渭河盆地拉張斷陷之后，渭北隆起與渭河盆地北部邊界翹傾抬升。因此，鄂爾多斯盆地渭北隆起南部地區大面積出露古生界地層，這些古生界碳酸鹽巖地層構成了大量的單面山。這些單面山北坡緩、南坡陡，自北部山地依次向南出露中生界和古生界，時代依次變老[13]。

這些碳酸鹽巖地層由南進入渭河盆地中，可以輔證渭河盆地北部斜坡地層存在奧陶-寒武系地層。

4.2 鉆井地層分析

在鉆穿渭河盆地新生界地層的鉆井中，渭4井位于西部隆起區，其新生界地層直接與前寒武系地層相接觸；XR85井位于驪山凸起，井深 2 727.7 m，新生界地層直接與太古宇地層相接觸。平1井與渭參3井分別位于固市凹陷北緣與西北緣，平1井井深2 453 m，鉆遇中奧陶統馬家溝組，渭參3井井深2 669.9 m，鉆遇二疊統石盒子組；渭3井井深985.8 m，位于盆地北部斜坡，鉆遇奧陶系地層[16](表1)。

表1 部分鉆井鉆遇地層及厚度(據文獻17有改動)

鉆井資料表明，渭河盆地北坡前新生界地層應以古生界碳酸鹽巖地層為主，部分地區可能殘存石炭-二疊系地層。

4.3 正演結果分析

P1地震剖面中，新生界之下的連續強反射軸代表了奧陶系-寒武系地層。選取剖面北坡一定范圍進行正演模擬，正演地質模型中設定的灰巖以及砂泥巖夾層反射產生的強反射同相軸較好地對應了原P1剖面的反射情況，亦佐證了地層屬性的判斷的正確性。證明新生界之下較為連續的強反射軸代表著奧陶系-寒武系地層。

通過對渭河盆地北部邊界露頭資料、盆地內鉆穿新生界鉆井的地層資料以及對P1剖面部分范圍進行的正演模擬結果等資料的分析，綜合證明了渭河盆地北坡存在較為連續的奧陶系-寒武系地層。

5 結論

(1)P1剖面中，盆地內新生界地層之下存在連續的強反射同相軸，認為是奧陶系灰巖與寒武系部分砂泥巖造成的強反射。

(2)P1剖面部分范圍內的正演模擬實驗表明,渭河盆地北坡存在較為連續的奧陶系-寒武系地層。

(3)渭河盆地北部邊界以及渭北隆起南部部分出露古生界及中生界地層，盆地內部分鉆穿新生界地層的鉆井鉆遇古生界灰巖地層，均佐證了渭河盆地北坡存在古生界碳酸鹽巖的結論。

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編輯：趙川喜

1673-8217(2017)01-0052-05

2016-07-18

王飛，1992年生，在讀碩士研究生，主要從事地震資料解釋以及地震儲層預測等研究工作。

P631.445

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