南充市石梁乡境内嘉陵江古河道结构探测及沉积演化初探

谢小国，魏良帅，王绪本，陶俊利，舒勤峰，田银川，罗 兵

南充市石梁乡境内嘉陵江古河道结构探测及沉积演化初探

谢小国1，3，魏良帅2，王绪本4，陶俊利1，3，舒勤峰2，田银川1，3，罗 兵1，3

（1.四川省华地建设工程有限责任公司，成都 610081；2.中国地质科学院探矿工艺研究所，成都 611734；3.四川省地质矿产勘查开发局成都水文地质工程地质中心，成都 610081；4.成都理工大学，成都 610059）

为研究嘉陵江古河道结构特征及沉积演化，首次采用半航空瞬变电磁法（semi-airborne TEM，SATEM），对南充市石梁乡境内的嘉陵江古河道进行探测，快速获取了第四系松散堆积层“低-高”模式二元电性结构以及三维空间结构模型，结合地质调查、钻探、测井等资料对电性剖面进行标定分析，推断出古河道地层结构主要有W型、U型两种形态，河道中间松散堆积层厚度平均为20m，两端变薄，平均为5m，与实际吻合。结合等值反磁通瞬变电磁法（opposing coils TEM, OCTEM）、钻孔、自然伽马测井、测年等资料综合分析，研究区古河道沉积旋回明显，各阶地堆积层具有典型曲流河相的二元结构特征，河道演化始于早更新世，于中更新世截弯，并伴随地壳抬升，逐渐形成现今古河道。综合运用地球物理勘探、地质调查、钻探、测试等手段，有助于古河道结构及沉积演化研究。

古河道；半航空瞬变电磁法；地层结构；沉积演化；嘉陵江

图1 研究区地质概况及地球物理测线布设图

（a）实际材料图；（b）正摄影像图；（c）I-II级阶地堆积物；（d）III-IV级阶地堆积物；（e）V-VI级阶地堆积物；（f）蓬莱镇组砂泥岩互层

开展古河道结构探测研究，对研究河流发育情况、水系分布特征、古地理与沉积环境变迁，以及合理开发利用国土资源、保护生态环境、促进地方经济发展具有重要的意义。

1 研究区概况

研究区位于南充市蓬安县石梁乡前坝、后坝，嘉陵江中游上段（图1），属于扬子准地台内I1构造单元的川中台拱。印支运动以来四川盆地周边地壳不断抬升，古湖泊中形成了巨厚的侏罗系红色砂泥岩层，白垩系时期，古湖水外流，湖底出露。其后，步入第四纪（320万年前），河流两岸逐渐形成第四纪更新统、全新统4～5级阶地。石梁乡古河道长5.85km，曲流颈长度0.66km，曲折率8.86，封闭率为0.9，河曲轴长2.42，属典型Ω型河曲，为嘉陵江为截弯取直的结果（江华军，2013）。

表1 地层岩（土）性与测井响应特征统计表（）

2 古河道结构探测

2.1 探测方法简述

石梁乡境内嘉陵江古河道中第四系砂砾、粘土以及侏罗系砂泥岩，其物理性质和含水性不同，物性差异较大，为地球物理勘探提供了重要基础。综合考虑研究区工作范围、目的任务及探测精度，结合地质钻探、综合测井数据，选择半航空瞬变电磁法对古河道结构进行探测（图1（a））。

半航空瞬变电磁探测供电线源长2000m，探测线6条（L1~L6），测线长2000～2300m，测线方向94°，发射系统为加拿大凤凰地球物理公司生产的V8多功能电法仪TXU-30，发射基频25Hz，发射功率20KW，发射电流最大40A，工作方式为电性源；接收机为成都理工大学研发的半航空瞬变电磁接收机，采样率4ksps、32ksps、192ksps，谐振频率44kHz；飞行平台为八旋翼电动无人机，续航时间最大30min。综合测井利用重庆地质仪器厂生产的JGS-1B智能工程测井系统对L4测线上的ZK1、ZK2号钻孔进行测试，测井参数包括视电阻率、自然伽马、井温、井液电阻率等参数，测井深度分别为70m、90m。

2.2 方法有效性检验

表1和图2（c）表明，ZK1、ZK2两个钻孔砂泥岩地层自然伽马（GR）与电阻率（NR）呈现负相关，自然伽马越低、电阻率越高，砂质含量越高；自然伽马越高、电阻率越低，泥质含量越高。这一规律，可为电磁法推断古河道第四系下覆基岩结构特征提供依据。

图2 古河道结构探测综合推断成果图

（a）古河道电性结构特征；（b）古河道地层结构特征；（c）钻孔及测井信息

以半航空瞬变电磁法L4测线为例，视电阻率剖面表现为“低-高”模式的二元电性结构特征（图2（a）：

（1）低阻结构段：里程150～1010m、1050～2300m段上部为低阻，视电阻率一般低于20Ω·m，第四系厚度大，约23m，向两侧高地变薄、消失。结合L4测线里程1252m、1864m对应的ZK2、ZK1号钻孔分析，半航空瞬变电磁法低阻段与钻孔第四系地层吻合，低阻区域推断为第四系粘土、砂砾层。

（2）高阻结构段：里程1010～1050m段高地及第四系以下地层表现为高阻，电阻率大于20Ω·m，一般为200～300Ω·m，并随着埋深增大，地层电阻率升高。相应层段的半航空瞬变电磁法视电阻率与钻孔电阻率基本一致，推断为侏罗系蓬莱镇组砂泥岩地层。

综上分析，半航空瞬变电磁法视电阻率与测井自然伽马、电阻率具有良好的相关关系，并与钻孔、测井划分的第四系、侏罗系地层结构基本吻合，有助于古河道结构特征研究。

表2 古河道地层结构划分表

2.3 古河道结构特征分析

区域地质、调查及钻孔揭露表明，庙儿坝附近高地分布第四系中更新统（Q2）V-VI级阶地堆积物，高程358～367m，厚1～8m，堆积物向两侧斜坡变薄，进而过渡为第四系上更新统（Q3）III-IV级阶地堆积物，高程330～358m，厚1～5m；前坝、后坝谷地为第四系全新统（Q4（1+2））I-II级阶地堆积物，地势宽缓，平均海拔315m，厚8～20m；第四系下伏侏罗系蓬莱镇组砂泥岩。结合以上认识，从研究区古河道半航空瞬变电磁法三维电性结构可以看出（表2、图2（a）、图2（b）），研究区河道结构断面与地形具有较强的相似性，具体表现为两种形态：

（1）W型河道特征

半航空瞬变电磁法L2～L6测线所在地形形态为W型，其中部及两端为高地，分布第四系上更新统（Q3）III-IV级阶地、中更新统（Q2）V-VI级阶地堆积物，厚0～10m，以及侏罗系上统蓬莱镇组下段（J31）砂泥岩；河谷区域为相对宽缓的积水洼地，为第四系全新统（Q41+2al）I-II级阶地堆积物，厚8～30m。从电性特征看，高地形段电阻率相对较高，低洼段电阻率低，也表现为W型，与地形起伏一致。同时中部地向低洼段过渡相对平缓，电阻率逐渐升高，表明第四系由薄变厚；两端高地与低洼段地形及电阻率断面变化均较陡直，反映古河流对东西侧侏罗系蓬莱镇组的切割作用较强。

（2）U型河道特征

半航空瞬变电磁法L1测线两端地形相对较高，中部为相对宽缓的河道，地形呈U型。电阻率剖面呈现二元结构特征，即电阻率自上而下升高，地层由第四系粘土、富水砂砾层，过渡为侏罗系砂泥岩地层，电性特征为U型，厚5～28m，与典型的古河道沉积学结构特征吻合（郭龙凤等，2018）。

区域地质调查与物探推断的古河道地层结构特征基本一致，但也存在一定的差异，主要原因为两种工作方法的勘探深度、范围和精度不同所致。

3 古河道沉积类型及演化

3.1 古河道沉积类型

等值反磁通瞬变电磁法对于浅表地层探测具有良好的分辨率（席振铢等，2016），可用于古河道沉积地层研究。研究区等值反磁通瞬变电磁法测线与半航空瞬变电磁法L4测线1100～2100段重叠，测线长1000m，点距5m，测试频率为2.5Hz，叠加次数200次，重复次数2次，探测结果见图3。等值反磁通瞬变电磁法视电阻率剖面表现为四元电性结构特征，即“低-中-低-高”模式。结合地质调查、钻孔及测井资料，纵向上分析，第一层为地表以下5～13m，电阻率小于30Ω·m，推断为第四系粘土、亚粘土层；第二层厚3～15m，电阻率中等，一般为200Ω·m，推断为第四系砂砾层。横向上分析，受阶地堆积物物性影响，第一层、第二层电阻率存在一定差异，这与河流沉积作用具有重要联系（图3（b））。第三层、第四层为侏罗系蓬莱镇组砂泥岩地层，电阻率差异主要受岩性和含水性影响。

利用超低本底液体闪烁能谱仪（Quantulus 1220）测定ZK1号钻孔15m砂砾石土年代为18880±140a，与区域地质调查测年基本吻合。全新统（Q41+2al）和上更新统（Q3）的自然伽马曲线自下而上逐渐增大，呈齿化形态，为间歇性沉积的叠积，属正粒序模型。结合自然伽马测井响应特征、岩性变化特征、测年等资料分析，研究区粘土、砂砾层交替发育，旋回性明显，第四系中更新统-上更新统-全新统地层均表现为三个下粗上细的河流沉积正韵律，边滩、天然堤、河道沉积微相中每个韵律层均具有曲流河典型的二元结构特征。

图3 研究区第四系综合分析图

（a）OCTEM视电阻率剖面；（b）OCTEM推断解释剖面

3.2 古河道沉积演化

古河道演化表现为：早更新世形成V-VI级阶地盆地期，于0.4Ma BP左右发生截弯事件，古河道在0.36±0.03Ma～0.38±0.04Ma BP之间形成（江华军等，2013a，2014）；受印支运动以来缓慢构造运动影响，剥蚀丘陵顶面不断抬升，继而逐渐形成现今古河道地貌。

4 结论

（1）首次采用半航空瞬变电磁法，对南充市石梁乡嘉陵江古河道的结构进行了空间探测，研究了古河道的沉积演化特征。

（2）半航空瞬变电磁法探测表明，研究区古河道属典型河流相沉积，有W型和U型两种结构。

（3）古河道各时期表现为下粗上细河流沉积正韵律模式。

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Structure Exploration and Sedimentary Evolution of the Jialing River’s Old Channelsin ShiliangVillage, Nanchong City

XIE Xiao-guo1,3WEI Liang-shuai2WANG Xu-ben4TAO Jun-li1,3SHU Qing-feng2TIAN Ying- chuan1,3LUO Bing1,3

(1-Sichuan Hua Di Building Engineering Co. Ltd,Chengdu,610081; 2-Institute of exploration technology, Chinese Academy of Geological Sciences, Chengdu, 611734；3-Chengdu center of hydrogeology and engineering geology of Sichuan provincial geology and mineral resources bureau,Chengdu, 610081;4-Chengdu University of Technology, Chengdu, 610059)

In order to study the structural characteristics and sedimentary evolution of the Jialing River’s old channels, the semi-airborne transient electromagnetic method was used for the first time to probe the Jialing River’s old channels in ShiliangVillage in Nanchong city, and quickly obtained the Quaternary loose accumulation layer "low-high" mode two elementary electrical structure and three-dimensional spatial structure model. Combined with geological survey, drilling, logging and other data to calibrate and analyze the electrical profileshowthat the ancient channel stratigraphic structure mainly has W-shaped and U-shaped forms, and the loose accumulation layer in the middle of the channel. The average thickness is 20m, and both ends become thinner to an average of 5m, which is consistent with reality. Combined with the comprehensive analysis of equivalent inverse magnetic flux transient electromagnetic method, drilling, natural gamma logging, dating, etc., the ancient channel sedimentary cycle in the study area is obvious, and the accumulation layers of each terrace have the binarystructure characteristics of typical meandering river facies. The evolution of the channel began in the Early Pleistocene, was bent in the Middle Pleistocene, and with the uplift of the crust, the current ancient channel was gradually formed. Comprehensive use of geophysical prospecting, geological survey, drilling, testing and other methods is helpful to the study of ancient channel structure and sedimentary evolution.

old channels;semi-airborne TEM;stratigraphic structure;sedimentary evolution;Jialing river

P631

A

1006-0995（2022）03-0677-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.026

2021-10-29

四川省科学技术厅2020年省级科技计划项目（项目编号：2020ZHCG0023），中国地质调查局嘉陵江流域水文地质调查项目（项目编号：DD20190325）联合资助

谢小国（1992— ），男，四川成都人，工程硕士，高级工程师，现从事地球物理勘探与地质结合及相关研究工作

魏良帅（1979— ），男，满族，四川成都人，高级工程师，主要从事工程地质勘查、水文地质调查及研究工作