2017, Vol. 32
2. 中国地质调查局 西安地质调查中心, 西安 710054
3. 中国石油集团东方地球物理公司华北物探处, 任丘 062552
4. 中国石油集团东方地球物理公司研究院长庆分院, 西安 710021
2. Xi'an Geological Survey Center, China Geological Survey, Xi'an 300170, China
3. Huabei Department, BGP Inc. of CNPC, Renqiu 062552, China
4. Changqing Division, BGP Inc. of CNPC, Xi'an 710021, China
渭河盆地是指陕西省中部秦岭以北、北山 (铜川、蒲城、合阳一带) 以南的狭长平坦地带，地理坐标东经107°00′-110°30′，北纬34°00′-35°30′.西端为宝鸡峡谷地带，东以潼关与汾河盆地为界，略作东西向延伸，长约300 km，西部局促，东部渐行开阔，宽约35~70 km，面积约3.5×104 km2.自1974年在周至的渭深13井发现富氦天然气以来，渭河盆地大量的地热井及秦岭北缘水文井中普遍发现含高体积分数氦气显示 (李荣西等，2009；刘建朝等，2009；李玉宏等，2011；张福礼等，2012).氦气主要有壳源氦和幔源氦两种成因，许多学者对于不同来源的3He/4He值的研究表明，壳源氦和幔源氦的3He/4He值分别为2.2×10-8和1.1×10-8(徐永昌等，1994；Burnard et al., 1998；Marty and Zimmermann, 1999；Ozima and Podosek, 2006).渭河盆地新生界地热井中氦的3He/4He值为2.06~76.0×10-8(李玉宏等，2011；韩伟等，2014)，显示为壳源氦特征 (戴金星等，2005；卢进才等，2005；刘建朝等，2009；李玉宏等，2011；韩伟等，2014).基于区域地质及钻井资料，研究人员认为渭河盆地氦气分布可能与深大断裂有关，并且富铀花岗岩体可能为渭河盆地地热水溶氦气的主要气源岩 (卢进才等，2005；刘建朝等，2009；李荣西等，2009；李玉宏等，2011；张福礼等，2012；韩伟等，2014；张雪等，2014).
为了深入探讨渭河盆地氦气资源分布规律，系统收集并整理了原地质矿产部第三综合物探大队于1965年完成的1 10万、麟游-永寿地区1 20万及全区1 50万重力测量资料、西安市地震局于2010年完成的部分地区1 10万布格重力资料、原地质矿产部航空物探大队于1970年完成的盆地主体1 20万及周边1 50万航空磁测资料.本文主要是通过对重力及磁力异常进行异常的分离，深入分析布格重力异常、局部重力异常、航磁化极异常以及局部磁力异常特征，综合研究不同氦气含量的钻井分布与重力异常、磁力异常、主要断裂以及地表出露的岩浆岩间的关系，深入探讨渭河盆地氦气资源分布规律.
1 地质背景渭河自西而东贯穿盆地之中部，形成了现今的“关中”冲积平原，古有“八百里秦川”之称.地势上，盆地西高东低，海拔平均在400m左右，以渭河为界向两侧，地势呈阶梯状隆升，依次为河流阶地、冲积平原、黄土台源、山前冲洪积扇裙.
渭河盆地地处秦岭纬向构造体系、祁吕贺兰“山”字型构造体系、新华夏构造体系和陇西旋卷构造体系的交汇部位，各构造体系在此互相复合叠加，形成了多条断裂带 (冯希杰和戴王强，2004；权新昌，2005).发育的主要断裂有宝鸡-户县-蓝田-华县-潼关一线的秦岭北缘断裂、宝鸡-咸阳-渭南一线的渭河断裂、岐山-蒲城一线的北山南缘断裂、临潼-长安断裂以及乾县-富平断裂 (图 1).前人研究结果表明，秦岭北缘断裂以及渭河断裂为深大断裂 (冯希杰等，2008；师亚芹等，2008；李玉宏等，2011；任隽等, 2012, 2013).
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图 1 渭河盆地地质简图 (主要断裂据李玉宏等，2011) Figure 1 Geologic sketch map of Weihe basin (modified after Li et al., 2011) |
渭河盆地发育地层属于华北地层区南缘分区，出露地层从老到新依次有太古界、元古界、古生界、中生界以及新生界.太古界为片麻岩类，主要分布于临潼骊山、蓝田-潼关一带，为东秦岭最古老的结晶基底；元古界为片岩、大理岩及千枚岩等，主要出露于盆地南缘及秦岭造山带，岐山北侧亦有小面积出露；古生界出露有寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系及二叠系，主要分布于盆地北缘，盆地东南侧亦有出露；中生界大面积分布于盆地北侧，盆地西部、盆地南部亦有出露；古近系及新近系主要出露于骊山及其周边地区，第四系则分布于渭河盆地的绝大部分区域，巨厚的新生界形成渭河平原.
地表地质图 (图 1) 显示本区岩浆岩主要发育于盆地南侧的秦岭造山带，临潼骊山亦有小面积岩浆岩出露.除了户县西南侧以及眉县西南侧有极小面积的超基性岩出露外，其他出露的岩浆岩主要为白垩纪、侏罗纪、二叠纪以及志留纪的二长花岗岩.
2 重磁场特征由于本区纬度跨度不大 (纬度差为1.16°)，常规化极能满足较高的精度要求 (张明华等，2011)，本文利用常规化极技术对航磁ΔT异常数据进行了化极，获得了航磁化极异常，化极参数为：地磁倾角50.78°、地磁偏角-2.67°.局部重力、磁力异常能突出反映局部地质体引起的重力场、磁力场效应，同样区域重力、磁力异常能突出反映规模较大的地质体引起的重力场、磁力场效应 (杨剑等，2014；曾琴琴等，2015).本文采用比较成熟的正则化滤波技术 (安玉林和管志宁，1985) 对布格重力异常、航磁化极异常进行分离并获得了局部重力异常、局部磁力异常.反复分析与对比不同滤波窗长所求取的结果，选择与本区出露的岩浆岩吻合最好的结果 (滤波窗长为40 km) 作为本区局部重力异常、局部磁力异常的基本参考图件.
渭河盆地布格重力异常图 (图 2a) 显示重力场具有明显的分区性.由北向南，布格重力异常显示盆地北部岐山-蒲城一线宏观为一北东向展布的斜坡状重力高，盆地中部礼泉-三原-大荔一线宏观为一北东走向的重力低值带，盆地东南部临潼及其以东地区为一明显重力高值带，盆地南部宝鸡-周至-西安-长安一线为一近东西走向、明显的重力低值带.布格重力异常圈闭的重力高、重力低反映局部隆起与凹陷构造，重力梯级带则反映断裂构造.盆地的布格重力异常值东北部高、西南部低的特征表明盆地基底为东北部较浅，西南部较深；圈闭的众多重力高、重力低则反映了本区基底起伏较大，隆起与凹陷发育；而发育众多的重力异常梯级带则反映了本区构造复杂，断裂发育.
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图 2 渭河盆地重磁异常图 (a) 布格重力异常图；(b) 磁力化极异常图. Figure 2 Map of gravity and magnetic anomaly in Weihe basin (a) Bouguer gravity anomaly map; (b) Magnetic anomaly by reduction to the pole. |
渭河盆地航磁化极异常图 (图 2b) 表明磁力场亦具有明显的分区性.盆地东北部，大体由三原向东北蒲城方向，航磁化极异常宏观为一北东向展布、范围逐渐增大的磁力高.在盆地中部地区的广大区域，即西边由宝鸡起，大约东到华县一带宏观显示为一磁力低值带，局部发育有幅值较低、变化较缓的磁力高.盆地南部秦岭北缘为一磁力高值带，异常幅值较高、梯度变化较陡.
渭河盆地发育的局部重力异常 (图 3a) 有3个特点：一是由南向北重力高、重力低成带相间分布；二是重力高、重力低的平面形态为长条状，东西向长，南北向短；三是异常走向在西安-礼泉一带呈近东西向，在宝鸡一带呈北西向，在临潼-大荔一带呈北东向.局部重力异常的发育特征反映研究区局部构造发育，且由西向东呈南北向带状分布，可能为南北向发育的凹陷及凸起，凸起上有多个高点，凹陷内有多个沉积中心.
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图 3 渭河盆地局部重磁异常图 (a) 局部重力异常；(b) 局部磁力异常. Figure 3 Map of local gravity and magnetic anomaly in Weihe basin (a) Local gravity anomaly map; (b) Local magnetic anomaly map. |
渭河盆地局部磁力异常 (图 3b) 与局部重力异常特征有相似之处，亦有不同.相似之处在于局部磁力异常发育，异常的走向及平面形态与局部重力异常的走向及平面形态基本一致，即异常走向在盆地中部呈近东西向，在盆地西部呈北西向，在盆地东部呈北东向；局部磁力异常的平面形态多为长条状，东西向长，南北向短，大部分局部重力异常与局部磁力异常平面位置和形态对应较好，如临潼、合阳、渭南等地区的重力高与磁力高基本对应.不同之处为部分地区发育重力高而磁力异常不发育，如宝鸡-岐山一带重力高对应磁力低；或发育磁力高地区而重力异常不发育，如周至-户县一带磁力高对应重力低.这种现象一方面说明渭河盆地磁性体发育，基底岩性不均匀，基底可能发育强磁性岩体；另一方面说明部分局部重力与磁力异常为同源异常，即重力高、磁力高为既具有高密度、又具有高磁性的岩石引起；部分局部重力与磁力异常为异源异常，即引起局部重力与磁力异常为不同岩石引起.
上述分析表明，渭河盆地重力场、磁力场具有明显的分区性，由南向北依次反映了盆地及外围地区秦岭造山带、渭河盆地、北山隆起、鄂尔多斯陆块隆升区的构造特征，这些构造单元之间呈断裂接触关系.本区发育的秦岭北缘断裂、渭河断裂、北山南缘断裂、临潼-长安断裂、乾县-富平断裂等5条主要断裂在重力或者磁力异常上表现为梯级带，秦岭北缘断裂尤为明显.
3 氦气资源分布特征本文共收集到45口钻井资料，其中未见气测异常的钻井4口，有气测异常显示的钻井12口，氦气含量小于1%的钻井12口，氦气含量介于1%~2%之间的钻井8口，氦气含量大于2%的钻井9口.渭河盆地钻井分布图 (图 1) 显示钻井主要分布于户县-西安以及华县一带，大多数位于地势相对低洼处、秦岭山前区域.从钻井中的氦气含量看，4口未见气测异常的井都分布于渭河盆地北部三原-蒲城一带，有气测异常显示的12口钻井主要分布于渭河盆地南部户县-西安-固市-大荔一带，氦气含量小于1%的12口钻井主要分布于宝鸡、周至-西安一带，氦气含量介于1%~2%之间的8口钻井主要分布于长安-西安一带，氦气含量大于2%的9口钻井则主要分布于周至-咸阳一带.
钻井大多数处于地表出露第四系的区域，靠近岩浆岩出露区域的钻井仅有少数几口 (图 1).从钻井中的氦气含量看，氦气含量和渭河盆地南部几条断裂关系密切，9口氦气含量大于2%的钻井中有6口处于渭河断裂一带，其余3口位于秦岭北缘断裂北侧；8口氦气含量介于1%~2%之间的钻井中有5口处于临潼-长安断裂北侧，2口处于渭河断裂北侧；12口氦气含量小于1%的钻井中有3口处于秦岭山前断裂一线，2口处于长安-临潼断裂一线，3口处于渭河断裂一线；有气测异常显示的钻井绝大多数处于秦岭北缘断裂与渭河断裂之间，少数位于盆地东部固市凹陷区域，而盆地北部岐山-礼泉-阎良-蒲城一带则未有分布.
重力异常特征与钻井分布 (图 2a、图 3a) 表明，有一定氦气含量的钻井绝大多数处于渭河盆地南部重力异常梯级带区域，少数几口处于重力异常变化非常平缓的区域，而渭河盆地北部岐山-礼泉-阎良-蒲城一带以及重力异常高值区域则未见分布.航磁化极异常特征与钻井分布 (图 2b) 表明，虽然在大荔以及潼关北侧的磁力异常高值区域有3口气测异常显示的钻井分布，但是其余的有气测异常显示的钻井以及有一定氦气含量的钻井皆分布于渭河盆地周至-西安-渭南-潼关一带的磁力异常高、低变化区域，绝大多数既不处于磁力高区域，也不处于磁力低区域，往往处于航磁异常的梯级带区域.
局部磁力异常特征与钻井分布 (图 3b) 表明，绝大多数有一定氦气含量的钻井处于磁力高与磁力低之间的过渡带区域，并且大多数处于磁力高的北侧，磁力高的南侧仅有宝鸡、蓝田南侧部分区域有分布.另外渭河盆地北部岐山-礼泉-三原-蒲城一带局部磁力异常呈条带状分布，异常相对宽缓，而盆地南部的局部磁力异常多成走向不甚明显的椭圆状、近等轴状分布，磁力高、磁力低分布比较明显，有一定氦气含量的钻井往往处于渭河盆地南部这样的区域.
从渭河盆地地表地质、局部磁力异常及钻井分布间的关系可以看出，盆地南侧出露的岩浆岩和局部磁力异常具有较好的对应关系，这些区域的局部磁力异常变化较为复杂；盆地北部主要出露第四系，其北侧出露大面积的前中生界，该区域的局部磁力异常虽然具有明显的条带状分布特征，但是与前中生界的关系并不明显，并且该区域未见岩浆岩出露地表；盆地南部地表多出露第四系，仅有临潼南侧有岩浆岩出露地表，该区域的局部磁力异常特征与其南、北两侧的有明显不同，并且有一定氦气含量的钻井皆处于该区域，另外该区域发育有规模较大的秦岭北缘断裂、渭河断裂以及临潼-长安断裂，说明渭河盆地氦气资源分布除了与本区断裂有密切关系外，与岩浆岩的分布也有很大的关系，尤其是花岗岩.
4 结论 4.1渭河盆地氦气资源主要分布于盆地南部.盆地南部宝鸡-周至-长安-渭南-潼关一带氦气资源丰富，盆地北部岐山-礼泉-阎良-大荔一带氦气资源相对匮乏.现有钻井资料显示，咸阳、周至、长安、蓝田、华阴等地区氦气含量较高.
4.2渭河盆地氦气资源分布与本区断裂有密切关系.有一定氦气含量的钻井绝大多数处于重力异常及磁力异常的梯级带上，而这些梯级带往往是断裂的反映.现有钻井资料显示，秦岭北缘断裂、渭河断裂及临潼-长安断裂与本区氦气资源分布关系最为密切.
4.3渭河盆地南部氦气资源的分布与该区发育的花岗岩有密切关系.本区出露的岩浆岩绝大多数为多个时期的二长花岗岩，周至、蓝田、华县等地区的高含量氦气钻井都处于出露花岗岩的北侧.临潼骊山虽然出露的花岗岩面积较小，但是临潼-长安一带磁力异常表明该区隐伏了较大面积的花岗岩，而氦气含量较高的钻井正处于该隐伏花岗岩的周围.
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