二维地震技术在三门峡盆地东交口地区盐矿勘查中的研究与应用

蔡兰花

（河南省航空物探遥感中心，河南 郑州 450000）

豫西三门峡古近系盆地分布范围广、沉积厚度大[1]，以往地质调查发现，古近系始新统门里组水样中氯化钠含量接近卤水状态，坡底组存在膏泥和膏盐层，小安组存在细脉状石膏和层状膏盐层，其见有大量盐类矿物被水溶蚀的小洞。据此推测该区始新统地层中具有寻找盐矿的前景。盐矿是具有较高经济价值的矿种之一[2]，近年来对其需求激增。其多产出于干燥环境下的内陆盆地中，由局部蒸发导致。盐矿多保存于形态完整、断裂不发育的盆地中[3]，膏盐层具有强烈的地震波反射特征[4-8]。为进一步评价三门峡盆地东部交口地区的含盐性，采用二维地震勘探技术[9-17]，查明盆地形态、地层层序，圈定含盐目标层等，并进行钻探验证。

1 地质概况及地震地质条件

1.1 盆地成矿地质条件

1.1.1 地层

区域出露地层主要有太古界太华群；中元古界熊耳群、汝阳群；古生界寒武系辛集组、毛庄组、长山组；奥陶系铁仙沟组；三叠系二马营组及第四系更新统。

太华群以混合片麻岩和眼球状混合片麻岩为主，部分为均质混合岩和混合花岗岩，其中多有斜长角闪质岩石残留体；熊耳群底部为一套碎屑岩建造，上部为中（偏基）性—酸性—中性的火山岩建造；汝阳群下部为紫红、灰紫色砾岩、石英砂岩，局部夹赤铁矿透镜体，中部为页岩及不等粒石英砂岩，上部为紫色中—巨厚不等粒石英砂岩、长石石英砂岩，夹少量页岩。寒武系主要为砾岩、页岩、白云岩；奥陶系铁仙沟组为灰色、黄灰色厚层含燧石团块（或条带）细晶白云岩，上部夹含生物屑亮晶砂屑灰岩和泥晶灰岩各一层，厚454 m；三叠系二马营组为黏土岩与黏土岩互层。古近系地层为始新统门里组、坡底组、小安组，渐新统柳林河组。新近系缺失中新统地层，存在上新统棉凹组，主要岩性为黄色黏土岩，棕红—紫红色泥岩与灰白色砂岩、砾岩互层。第四系更新统黏土岩、泥岩。

1.1.2 构造

（1）断裂。盆地内有多条北东向和近东西向区域性断裂，其产生的强烈差异性断块运动，构成地堑和地垒。喜山期构造运动，进一步加大了断块间的断距，主要断裂有文底—宫前、温塘、吕家庄断层，现就各断层主要特征简述如下。

文底—宫前断层为小秦岭、崤山北侧大断裂，西端在潼关—灵宝境内称太要断裂，三门峡境内称宫前断裂。该断裂自研究区南部通过，为控制野鹿次凹南部边界的区域性断裂，区内出露长约46 km，走向近东西，总体北倾，倾角60°～80°，盆地南缘局部地段形成断层三角面。断层北盘下降，地层为新生界；南盘上升，地层为中元古界熊耳群、汝阳群，断距 1 000 m以上，是研究区当前仍在活动的区域性断裂。

温塘断层自灵宝市川口经陕州区温塘至三门峡湖滨区会兴镇，区域上称灵宝—三门峡断裂，全长约40 km。走向北东42°～45°，倾向北西，倾角55°～65°，断带宽50～70 m，温塘地表出露地段断层带内可见角砾岩。断层在灵宝市境内控制了基岩山地隆起和盆地边界，在三门峡市境内仅温塘出露，大多地段隐伏于第四系沉积物之下，为野鹿盆地西部控制边界断裂。

吕家庄断层自温塘南经三门峡市张村至菜园出区，为文底—宫前断裂近于平行的次级断层。区内被第四系全覆盖，其走向近东西，倾向北，倾角50～60°，南盘上升、北盘下降，为一正断层。

（2）盆地。三门峡盆地为汾渭盆地向东的一个分枝。太行新华夏构造体系使三门峡盆地西段呈东西向，灵宝以东变为北东向。由于盆地基底起伏差异，后期构造应力强弱不同，造成盆地沉降幅度不一，依据沉降的不同、新生界的沉积物质和厚度的不尽相同，将盆地划分为潼关、灵宝、五亩、野鹿、淹底5个小盆地。

根据电测深成果，潼关小盆地在潼关附近凹陷深度可达2 883 m，由于第四系广泛分布，其构造特征不清。

灵宝小盆地东西长约45 km，南北宽约30 km，基底凹陷有南深北浅的趋势。盆地主体部分全被第四系覆盖。在其东南部边缘剥露出了古近纪地层，全为一套边缘相的粗碎屑岩。

五亩小盆地位于西涧河流域项城，五亩至朱阳的狭长地带，呈北东40°左右展布。古近纪沉积中心推测在盆地北部，即项城至五亩附近。

野鹿小盆地北至上村—官村一线为界，与淹底小盆地相隔，南北宽约15 km，东西长约25 km。盆地古近系零星出露，主要分布于郭家庄、马家店、大安3个地区。在磁钟古陆梁的北侧，古近系倾向北西约320°左右，而在其南侧马家店地区，则倾向南东140°左右，倾角20°～30°，形成了一个明显的背斜构造。电测深结果表明在磁钟古陆梁的两侧形成2个小的凹陷，北侧为东坡凹陷，自三门峡新车站至东坡，呈南东50°左右展布。基底凹陷深约1 600 m，呈现南东坡较陡，北西坡较宽缓的现象。南侧为交口凹陷，自马家店至交口、野鹿，约成北西80°左右展布，其凹陷自东而西逐渐变深，最深在野鹿附近，约2 800 m。另外，在交口附近也局部地出现了一个深约2 300 m的凹陷区。

淹底小盆地。位于黄河以北，中条山以南的狭长地区，南、北、东三面为老基岩所限。盆地东西长约44 km，南北宽8～16 km，古近系广泛出露于过村至坡底的各大沟谷中。过村和坡底为2个小的沉积中心，其凹陷深度在1 600 m左右，并通过狭窄的东坡凹陷与野鹿小盆地相通。

1.2 研究区地质特征

1.2.1 地层

依据以往资料，野鹿次凹为一早新生代沉积盆地，基底为石炭、二叠系地层，新生界古近系始新统、渐新统地层不整合于覆盖基底之上。

凹陷内主要地层有新生界古近系始新统门里组、坡底组、小安组。新生界古近系渐新统柳林河组，新生界新近系缺失中新统地层，存在上新统棉凹组，新生界第四系地层。

现就野鹿次凹中新生界各组地层自下而上简述如下。

（1）古近系始新统。据地层韵律、岩性组合及化石研究资料，新生界始新统地层划分为3个组，即门里组、坡底组、小安组，门里组与南阳凹陷大仓房组及玉皇顶组上部地层相当，坡底组、小安组与核桃园组地层相当。

门里组为山麓河流相—河湖相沉积。下段为灰褐色—棕红色厚层状砾岩，厚约127.16 m。中段以砖红色—紫红色砂质泥岩或泥质砂岩为主，含少量次生网脉状石膏，在紫红色泥岩中发育有较多的灰绿色泥质花斑，厚约202 m。上段以紫红色泥岩与灰绿色、灰黑色泥岩、泥灰岩互层为主，其中上部灰绿色—灰黑色泥岩中含较多网脉状及薄层状石膏和岩盐。野鹿次凹南部边缘该组地层出露地段，Clˉ含量较高，以往采集的水样的氯化钠含量已达1 265 mg/L，已接近卤水状态，上段厚约205 m。

坡底组为一套滨湖、盐湖—浅湖相沉积。下段岩性为棕色—紫红色厚层状砂砾岩与砂砾质泥岩或泥质砂岩互层，厚约402 m。上段岩性为灰绿色泥岩、泥灰岩互层，发育有厚约80 m的紫红色泥岩夹多层似层状膏泥和膏盐层，是区内主要含盐层位，该组与门里组为整合接触。

小安组为一套浅湖相沉积，底部以一层砾岩与坡底组分界，两者为整合接触。下段岩性为紫红色砂质泥岩夹多层灰白色松散状细砂岩，并含有似层状或网脉状石膏层，厚约167 m。上段以灰绿、黄绿及杂色泥岩与泥灰岩互层，间夹细脉状石膏和层状膏盐层，局部褐色泥岩夹少量黑褐色油页岩。该层中下段见有大量盐类矿物被水溶蚀的小洞，上段地层厚约152 m。

（2）古近系渐新统。新生界渐新统在区内划分为一个组即柳林河组，柳林河组与南阳凹陷廖庄组地层相似。

柳林河组为一套多韵律的河流相沉积，主要岩性为棕红、土黄、紫红色厚层状砂砾岩夹含砂砾泥岩及少量的灰白—灰绿色泥灰岩，厚约500 m。以往钻孔岩心岩性统计分析资料表明，始新统门里组、坡底组、小安组地层自下而上其碎屑粒度具有逐渐变细趋势，渐新统柳林河组地层为一套河流沉积相的粗碎屑岩沉积，与下伏岩层有一沉积间断。

（3）新近系上新统。新近纪中新世时期，区内地层上升遭受剥蚀，造成缺失新近系中更新统地层。上新统划分为棉凹组，零星分布。

棉凹组主要岩性为黄色黏土岩，棕红—紫红色泥岩与灰白色砂岩、砾岩互层，与下伏地层呈不整合接触，该区厚4～112 m。

（4）第四系更新统。岩性为砾砂层与棕黄色、灰绿色钙质黏土、亚黏土、亚砂土呈不等厚互层，厚13～393 m。

1.2.2 构造

研究区大部分位于野鹿次凹内，野鹿次凹位于张汴—交口一带，东西长约25 km，南北宽约15 km。野鹿次凹北东部、磁钟凸起南侧为交口凹陷，自马家店到交口、野鹿，该凹陷自东向西逐渐变深，最深处在野鹿附近。

1.2.3 岩浆岩

研究区全区为第四系覆盖，无岩浆岩出露。

1.2.4 矿体地质特征

研究区位于三门峡盆地东端的野鹿次凹中，南部受文底—宫前断裂及其次级吕家庄断裂控制，北隔磁钟凸起带与淹底次凹相邻，基底西南高北东底，为一新生代沉积的南薄北厚的箕状盆地。据以往电法测深及钻孔资料，凹陷内发育新生界始新统门里组、坡底组、小安组地层，为一河湖—盐湖、滨浅湖——河流、洪积扇相沉积，基底埋深1 000～2 300 m。由于是多旋回沉积，含矿层位较多。根据以往资料显示主要含矿层位为坡底组上部，该层位主要为一套泥灰岩、石膏层、泥岩、粉砂质泥岩组合的咸湖相沉积地层。盐层一般赋存在石膏层之上，固体形态赋存的盐呈灰色—暗灰色，兼有黄褐、灰黑色、浅肉红色等。盐层厚度一般在3～8 m，呈多层分布，含矿厚度达160 m以上，埋深在700～900 m，埋深向凹陷底部逐渐加深；其次在门里组上部含矿层位与坡底组相似，主要以一套粉砂质泥岩、泥岩、石膏层为主的咸湖相沉积为主，含矿层位厚度超过120 m，埋深1 300～1 500 m。

1.3 地震地质条件

1.3.1 表层地震地质条件

研究区为第四系全覆盖区，在该区中西部，地面相对高差大，地形切割强烈，山坡坡度较陡，在研究区中东部，虽然地形相对比较平坦，但区内村庄较多，影响测线布设。

1.3.2 浅层地震地质条件

研究区浅部地层为厚黄土覆盖，局部含姜结石、冲积砂、卵石层，对地震波能量在传播上有较大的屏蔽和阻碍作用。

1.3.3 深层地震地质条件

盐岩的物性特征是密度低，速度较低，电阻率高，具有较强的可塑性。盐岩层顶板岩性主要以泥岩为主；底板主要岩性为砂质泥岩或泥质砂岩互层。其顶、底板围岩刚性较大，含盐岩地层与其顶、底板岩层间具有较大的波阻抗差异，有能够形成反射波的条件，为此次追踪的主要反射波。研究区内第四系多为厚黄土覆盖，存在严重的能量衰减作用，从而使得深层地震反射波能量较弱。但是根据所收集到的地质资料显示，同研究区内由于受沉积环境不稳定，导致岩盐沉积不稳定，厚度较小，因此深层含岩盐地层的反射波会存在能量较弱、同相轴不连续等特点。

2 野外采集方法

结合前人工作及厚黄土覆盖区的地震施工经验，根据此次数据采集工作试验工作成果，确定采用如下的采集参数，见表1。

3 资料处理和解释

3.1 资料处理

资料处理过程如图1所示。

3.2 资料解释

资料解释主要包括以下内容：波组特征及主要地质层位确定、交点闭合及波组对比、速度研究、构造解释、岩浆岩解释、图件制作。

表1 研究区野外数据采集参数Tab.1 Field data acquisition parameters in the study area

图1 资料处理流程Fig.1 Data processing flow chart

4 地质成果

4.1 新生界地层层序

通过收集资料和此次所取得的工作成果进行综合分析，初步了解了研究区内新生界地层的层序，由下至上分别为古近系、新近系和第四系。

古近系地层主要有始新统门里组、坡底组、小安祖和渐新统柳林河组。该地层主要为河流—湖泊相沉积，为区内的岩盐沉积层位，其中坡底组为区内的主要含盐层位。

新近系地层主要为棉凹组，该组地层与下伏地层呈角度不整合接触。

4.2 新生界新近系底界埋深及形态

研究区新生界新近系底界与下伏岩层呈角度不整合接触关系，波阻抗差异较大，能够形成可以连续追踪的反射波组（T0波）。研究区新生界新近系底界等深线平面如图2所示，由图2可以看出，研究区内新近系底界埋深基本在450～625 m，整体变化小。大体呈单斜形态，走向南东，倾向北东向，倾角较小，南部埋深较浅，在450～500 m，北部埋深较大，在550～600 m。

图2 研究区新近系底界埋深等值线Fig.2 Schematic diagram of buried depth contour of Neogene bottom boundary in the study area

4.3 新生界古近系底界埋深及形态

研究区新生界古近系底界形态如图3所示。由图3可以看出，古近系底界埋深在1 350～2 100 m，其中西北部埋深较浅，在1 200～1 550 m，地层倾角5°～7°，并有2个较小的褶皱构造；东北部埋深较大，在1 500～2 100 m，地层倾角为3°～7°，呈凹陷形态。研究区南部大体呈单斜形态，倾向北，走向近东西向，埋深1 350～1 550 m，地层倾角5°左右。

4.4 构造

4.4.1 断裂构造

全区共解释断点5个，其中A级断点3个，B级断点2个，结合这些断点的形态特征和以往区域地质工作成果，共组合断层2个。研究区构造复杂程度为一般。

（1）F1断层。位于研究区中部，为正断层，走向北东向，倾向南东，倾角为26°～53°。落差0～300 m。在区内延伸长度近16 km，此次勘查工作有4条测线控制，控制程度高，属可靠断层。F1断层在D20线时间剖面上的显示如图4所示。

图4 F1断层在D20线上的显示Fig.4 Display of F1 fault on D20 line

（2）F2断层。位于研究区西北部，为区域上温塘断裂在研究区的表现，正断层，走向北东向，倾向南东，倾角大致42°，落差>240 m。此次勘查工作仅有1条测线控制，控制程度较差。

4.4.2 褶曲构造

由古近系底界埋深等值线（图3）可以看出，在研究区内古近系地层发育有2个较大的褶曲构造，分别为野鹿次凹和温塘凸起。

（1）野鹿次凹。位于研究区东北部，凹陷中心大体位于研究区东北角，其古近系底界埋深大体在2 100 m，轴向近南北向，两翼基本对称，倾角为5°。野鹿次凹在D8测线地震时间剖面上的显示如图5所示。

图5 野鹿次凹在D8测线时间剖面上的显示Fig.5 Display of wild deer secondary depression on time profile of D8 survey line

（2）温塘凸起。位于F1断层和F2断层之间，研究区内温塘凸起中心古近系底界埋深约为1 200 m，其东北部与野鹿次凹相邻，轴向南西向。两翼埋深在1 250～1 550 m，倾角为4°～6°。

4.5 盐岩赋存情况分析

从区域构造上看，研究区位于三门峡盆地，三门峡盆地为汾渭盆地向东的一个分支，太行新华夏构造体系使三门峡盆地西段呈东西向，灵宝以东变为北东向。由于盆地基底起伏差异，后期构造应力强弱不同，造成盆地沉降幅度不一，依据沉降的不同、新生界的沉积物质和厚度的不尽相同，将盆地划分为潼关、灵宝、五亩、野鹿、淹底5个小盆地。

研究区大部分位于野鹿次凹内，野鹿次凹为一早新生代沉积盆地，新生界古近系、新近系和第四系地层不整合覆盖于基底之上。凹陷内发育有新生界始新统门里组、坡底组、小安组地层，为河湖—盐湖、滨浅湖—河流、洪积扇相沉积，基底埋深在1 000～1 900 m。由于是多旋回沉积，含矿层位较多。根据以往资料显示，主要含矿层位为坡底组上部，该层位在研究区内广泛分布，为一套泥灰岩、石膏层、泥岩、粉砂质泥岩组合的咸湖相沉积地层。岩盐层一般赋存在石膏层之上，固体形态富存的盐呈灰色—暗灰色，兼有黄褐、灰黑色、浅肉红色等。

根据此次工作获得的地震时间剖面来看，研究区内古近系地层反射波能量较弱，波组连续性较差，未出现完整的盆地形态。褶曲较为发育，表征该区断裂多发，地层多破坏。

整体表明，本区含岩盐层位沉积环境不稳定，难以发现厚大盐层矿体，可能存在较薄盐层。有进一步进行钻探验证的必要。

4.6 成矿有利部位分析

古近系坡底组上部为一套泥灰岩、石膏层、泥岩、粉砂质泥岩组合的咸湖相沉积地层，盐层一般赋存在石膏层之上，研究区内盐岩层顶板岩性主要以泥岩为主；底板主要岩性为砂质泥岩或泥质砂岩互层。

岩盐矿属化学沉积物，在靠近凹陷中心的地段沉积环境较为稳定，需要在远离断层、层位稳定的地区作为钻孔验证部位。据此选择位于D8测线桩号9852处进行验证（图6、表2）。

图6 D8测线时间剖面Fig.6 D8 line time profile

表2 D8测线峡盐1井预想地层及各界面埋深Tab.2 Expected stratum and buried depth of each interface of Xiayan No.1 Well on D8 survey line

4.7 钻探验证

根据峡盐1井的钻探揭露情况和地球物理测井成果，综合分析后确定钻孔出新生界底界埋深为542.35 m，二维地震推测解释埋深为550 m，解释误差1.4%；钻孔终孔深度1 751.18 m，未揭穿古近系地层底界面，地震推测解释埋深大于1 700 m，其解释误差不能进行定量评价。根据钻探取得的岩性来看，虽未见有岩盐层发育，但是在孔深945～1 170 m和 1 280～1 430 m均见有石膏颗粒存在，石膏颗粒含量在1%～5%，说明当时含岩盐层位沉积环境不稳定，沉积条件较差，与地震时间剖面反映的特征一致。地震勘探成果和钻探成果均显示了区内岩盐矿沉积环境的复杂、不稳定。

5 结论

（1）通过二维地震工作，查明研究区内新生界地层分布形态；新近系大体呈单斜形态，走向南东，倾向北东向，倾角较小；底界埋深基本在450～625 m，整体变化小；古近系底界埋深在1 350～2 150 m，其中西北部埋深较浅，大体呈凸起形态；东北部埋深较大，呈凹陷形态；南部大体呈单斜形态，倾向北，走向近东西向；区内发育野鹿次凹、温塘凸起2个褶曲构造。

（2）二维地震勘探成果表明，研究区内褶曲较多、断层发育，地层连续性差，没有规模较大、形态较完整的盆地存在。推断豫西三门峡盆地东部交口地区难以发现厚大盐矿体，但可能存在有较薄盐层，经钻探验证，仅发现石膏颗粒存在。表明交口地区找盐不容乐观，三门峡盆地找盐突破需要进一步开展勘查、研究工作。