东北地区松辽盆地和大三江盆地群基底构造电性特征

战启宁，李鹏，鹿琪，赵鹏飞，刘财

吉林大学 地球探测科学与技术学院，长春 130026

0 引言

近几十年来，东北地区的地质研究一直都是围绕着盆地进行展开，而中国东北地区作为中国重要的石油、煤炭开采基地之一，也孕育了多个中--新生代沉积盆地,其中就以松辽盆地与大三江盆地群为代表吸引了越来越多的学者对此区域进行研究[1]。从起初对满洲里—绥纷河—日本海断面与内蒙古东珠穆沁旗—辽宁东沟断面两条全球地学断面的研究[2--3]，到之后对盆地的基底特征进行研究[4--7]。为了所得数据图像的可靠性，地球物理学者们开始对松辽盆地和大三江盆地群进行重磁电震的联合反演，全面了解基地特征。在大地电磁方面，有对松辽盆地南部地质特征进行研究[8--9]、对松辽盆地岩石圈基底构造和边界特征进行研究[9--13]、对东北亚三块地体和岩石圈电性特征的研究[14]，为后续的研究提供了丰富宝贵的资料。

本文的研究区域为中国东北的松辽盆地与大三江盆地群，在前人的基础上，共收集了整个东北地区40多条电性剖面，对所有电性剖面进行筛选，寻找出测线较长、交点较多的剖面，以便组构出栅状图分析盆地基底特征。最终取得松辽盆地中的6条MT剖面与大三江盆地群中的5条MT剖面构造出了栅状图，对这两个区域进行分析探讨。

1 大地电磁原理与基本处理方法

大地电磁测深法(MT)是一种在地面上观测且具有区域性乃至全球性分布特征的天然交变电磁场来研究地下岩层的电学性质及其分布特征的勘探方法，依据不同频率的电磁波在导体中具有不同的趋肤深度的原理，在地表测量由高频至低频的地球电磁响应序列，经过相关的数据处理和分析获得由浅至深的电性结构，现如今已经被广泛应用在地球深部地质构造的研究以及矿产等资源的勘探中，而仪器以及数据反演方法的选择则会直接影响到其应用效果。

研究区大三江盆地区内所采用的仪器为加拿大凤凰地球物理公司生产的MTU--5A型大地电磁测深仪器和美国公司Zonge生产的GDP32--Ⅱ型多功能电测系统,而松辽盆地内采用的是加拿大Phoenix公司的V5--2000型和乌克兰Lemi417型大地电磁测深仪。为了避免对采基信息的浪费，使二维反演能够较好地反映重建三维模型信息，采用TM+TE模式进行反演[15]，其中反演方式选择的是“光滑模型自动反演”方法。这种方法可对TM模式或TE模式之一或同时进行反演,充分利用观测数据,能获得更多的地下电性分布信息以及在二维有限元正演模拟时,考虑地形起伏的影响,避免常规大地电磁测深的静态校正,使计算结果与实际观测更为接近[16--17]。

2 研究区地球物理特征

2.1 松辽盆地基底构造特征

松辽盆地位于中国东北地区(119°40′～128°24′E，42°25′～49°23′N)(图1)。作为东北地区最具有代表性的中--新生代盆地，其范围覆盖了黑龙江省西南区域、吉林省西部区域、辽宁省西北部区域以及内蒙古自治区的东北部区域。盆地呈北北东向，长轴约为820 km，宽轴约为350 km，全部面积约260 000 km2，是东北地区最大的沉积盆地。

图1 研究区与地球物理剖面位置图Fig.1 Location map of research area showing geophysical profile

为了能够更清晰地反映研究区内松辽盆地的基底特征，将研究区内的1条满洲里—绥芬河地学断面的部分截取和5条大地电磁测深剖面进行组构，形成了栅状图(图2)。在地球物理剖面栅状图2中，兴安林—尚志是取自杨宝俊等[3]满洲里—绥芬河地学断面的截取，全长600 km。大兴安岭东—张广才岭西取自韩江涛等[11]的MT资料；另外4条取自温升福等[9]2007年的MT资料。通过地球物理栅状图2分析得出以下特征：

兴安林—尚志MT剖面(T1)此剖面为满--绥地学断面中的截取剖面，从100 km处出现深度为20 km的低阻区域，深度逐渐加厚，开始进入松辽盆地，到300 km处达到最深，向东低阻范围开始减少，到尚志附近达到松辽盆地东边界。

大兴安岭东—张广才岭西MT剖面(T2)从100 km处开始，浅层出现低阻区域，到150 km处由于嫩江断裂控制迅速由高阻转变为低阻，进入松辽盆地区域，到250 km处向东在20 km深度出现400～700 Ω·m的区域，低阻范围开始减少。

瓦房店—营城子MT剖面(T3)浅层覆盖着低阻，中间低阻带范围最大，整个剖面由西向东呈现出高--低--高的阻值分布，清晰地反映出松辽盆地的东西边界特征。

科右—辽源MT剖面(T4)剖面浅层覆盖着低阻，在50 km、100 km和300 km处均出现断裂，从150 km处开始出现大范围低阻直至260 km开始减小。

大地电磁测深剖面：T1：兴安林—尚志MT剖面；T2：大兴安岭东—张广才岭西MT剖面；T3：瓦房店—营城子MT剖面；T4：科右—辽源MT剖面；T5:扎鲁特—昌图MT剖面；T6:科左后旗—乾安MT剖面。图2 松辽盆地地质构造的栅状图Fig.2 Grid maps of geological structure of Songliao Basin

扎鲁特—昌图MT剖面(T5)浅层同样覆盖着低阻区域，由西向东阻值逐渐升高，250～300 km处出现大范围的高阻区域，阻值为1 000～5 000 Ω·m，在30 km、70 km等处出现小型的断裂。

科左后旗—乾安MT剖面(T6)此剖面浅层显示为低阻，整体呈现出南高北低的分布，中部有较大的高阻区域，约20 km深处阻值最大可达到10 000 Ω·m以上，随着向北至170 km处低阻区域逐渐加深，250 km处向北整体呈现为低阻。

结合6条剖面组构的栅状图可以看出，松辽盆地地区岩石圈电性结构相对复杂，整个松辽盆地呈现出低阻异常，尤其地表电阻率很低，趋势为中间区域低阻区域较厚，两边较薄的特点。西部在嫩江断裂的控制下由高阻迅速转变为低阻。相比于西部，东部的变化较平缓，逐渐减薄，受长春—哈尔滨断裂影响。由剖面T2可看出，从250 km处松辽盆地浅层表现出低--高--低的三层结构，而从科左后旗—乾安(T6)这条剖面上看，电性趋势呈南高北低，断裂较多。整体来看，大兴安岭普遍呈高阻，而张广才岭相对复杂，在横向上高阻低阻相间分布，之间的电阻差较大，反映出岩石圈稳定性较差，反之大兴安岭电阻差较小，岩石圈稳定性较好，而由东西部和南部的断裂处的阻值变化得出松辽盆地内的沉积盖层的厚度受基底的断裂控制十分明显。整个栅状图可以很好地分析出松辽盆地的边界特征。

松辽盆地基底特征被基底断裂带控制所造成的软流圈物质上侵与佳木斯地块东界由于软流圈物质上涌所导致的“高阻核”同样的过程导致了不同的基底特征，值得思考。

2.2 大三江盆地群基底构造特征

“大三江盆地”位于中国黑龙江省的东北部，由三江盆地、鸡西盆地、虎林盆地及勃利盆地等多个中--新生代盆地组合而成，与松辽盆地一样是东北重点的盆地研究区域。在传统意义上讲，三江盆地仅仅单指黑龙江省东北地区一块与俄罗斯阿穆尔盆地相连的盆地。后来由周建波等[18]在2009年提出黑龙江盆地群的早白垩世海相沉积都是在佳木斯地块的变质基底基础上发育而来的，认为该区域的盆地群在更早期是具有同一性质构造的盆地，并再次在认识上将三江、鸡西、虎林及勃利等盆地放在一起统称为“大三江盆地”，为后续对该地区工作的开展提供了帮助[19--24]。为此，笔者在大三江地区共收集了6条大地电磁剖面和满洲里—绥芬河地学断面的截取，以进一步探讨大三江盆地群的基底特征与内部相互之间的关系。

将这7条MT剖面进行组构，形成了大三江地区的地球物理栅状图(图3)。在此地球物理剖面栅状图中，T7、T8、T10、T11和T12取自刘财等[14]2009年的MT资料，桦南—饶河(T9)取自刘国兴等[10]2006年的MT资料。通过地球物理剖面栅状图得出分析得出以下特征：

大地电磁测深剖面：T7：同江—抓吉镇MT剖面；T8：桦川—前锋农场MT剖面；T9：桦南—饶河MT剖面；T10：马桥河—七星镇MT剖面；T11:当壁—宝清MT剖面；T12:兴凯湖农场—东方红旗MT剖面；T13：牡丹江—绥芬河MT剖面。图3 揭示大三江盆地地质构造的栅状图Fig.3 Grid maps of geological structure of Dasanjiang Basin

同江—抓吉镇MT剖面(T7)在同江、前锋农场和抓吉镇深度约20 km处均有小范围的高阻块，同江和前锋农场处阻值约为500～4 000 Ω·m，抓吉镇处高阻块阻值为500～1 000 Ω·m。

桦川—前锋农场MT剖面(T8)此剖面整体分开两个部分，从0～120 km是阻值约为500～10 000 Ω·m的高阻带，深度30 km以下呈现和东部一样的低阻区域，而东部是大范围几十欧姆的低阻带。

桦南—饶河MT剖面(T9)以宝清为界，西部为大范围的高阻带，高阻区域呈现高低高的特点，而东部为大范围的低阻区域，在200 km处深度为20～60 km范围内出现高阻块，阻值约为800～2 000 Ω·m。

马桥河—七星镇MT剖面(T10)此剖面整体可分为3个部分，140 km处往北呈现出大范围的高阻区域，阻值高达几万欧姆，而向南马桥河处有深度为20 km几千欧姆的高阻体，中间区域为相对复杂阻值为10～2 00 Ω·m范围的区域。

当壁—宝清MT剖面(T11)此剖面也可分成两部分，50 km处往南，在深10 km处为阻值1 000～6 000 Ω·m的高阻区域，10 km以下是几十欧姆的低阻区域，而北部整体是约为30 km深的高阻带，阻值约为500～4 000 Ω·m。

兴凯湖农场—东方红旗MT剖面(T12)此剖面中存在3块高阻区，分别为100 km处的1 000～8 000 Ω·m的高阻区，120 km处的1 000 Ω·m的高阻区和东方红旗约为1 000～8 000 Ω·m的高阻区，整个剖面高阻区以下呈现几十欧姆的低阻带。

牡丹江—绥芬河MT剖面(T13)此剖面为满—绥地学断面中的截取剖面，牡丹江下有深20 km的高阻区，下方则是低阻区，越向东阻值越高，中部深40 km处出现2个阻值为几千欧姆的高阻块。

结合7张剖面组构的栅状图可以看出，从马桥河—七星阵(T10)剖面中140 km处开始由低阻转变为高阻，并向北一直延伸至桦南—前锋农场(T8)剖面的富锦以及同江—抓吉阵(T7)剖面中的同江东部，此部分对应佳木斯地块，呈高阻分布，由南向北逐渐变浅，范围也逐渐缩小。而从南北向的T10、T11和T12三条剖面可以看出，所对应的完达山地块自西向东中上部分的高阻块体区域逐渐变小，自南向北低阻范围也同样增大，所以得出由西南向东北呈现出由高阻转变为低阻。而在兴凯地块中同样是由东向西，低阻范围增大。从电性上看，佳木斯地块整体呈高阻，阻值范围小，相比于兴凯地块和完达山地块岩石圈结构相对稳定，而完达山地块上下、南北阻值差较大，上部是大块的高阻区域，而下部则是大范围的低阻，同时向北高阻块体逐渐减少到只有小块区域，所以稳定性较差。

3 结论

(1)松辽盆地基底特征从电性来看浅层为低阻带，东西向呈高--低--高的走势，中间为大范围的低阻区域，在T1和T2剖面中，自孙吴—双辽断裂带处东侧低阻区域范围减少，呈低阻--高阻和低阻--高阻--低阻结构，而西侧直到嫩江断裂才开始变为高阻，在剖面T3和T6中也呈现出南部电阻远远大于北部。

(2)大三江盆地群自佳木斯地块起向北、向南、向东高阻范围都逐渐减少，佳木斯地块阻值浮动小，岩石圈结构稳定，兴凯地块阻值变化不大，也较稳定。相比而言，完达山地块上下、南北阻值差异大，上部为大范围的高阻带，下部则为大范围的低阻带，北部浅层也存在着和周围低阻带不同的高阻体，所以岩石圈结构稳定性较差。但几个地块之间都是越向东北方向，低阻范围越大，一定程度上进一步印证了“大三江”盆地的统一性。