0 引言

西安凹陷位于渭河盆地中南部，地处杨凌—武功—兴平—咸阳以南、秦岭北坡山前断裂带以北，为一地堑式凹陷(李玉宏等，2011).西安凹陷断裂构造发育，南部被断层切割成许多断块，各断块相对运动，形成断凸和断凹.由于沉积地层较厚，长期以来对于凹陷内部的地质构造、地层埋深、基底特征等情况不明.

从20世纪70年代开始，地矿部和石油系统等多家地质地勘单位在渭河盆地都开展了工作，但对西安凹陷的深部结构和基底特征众说风云，没有统一的认识(王斌等，2013).本次大地电磁测深工作经过前期认真踏勘、合理测线布置、高质量数据采集、精细资料处理和NLCG二维反演手段，结合测区的钻探、测井、地震、地质等资料进行综合解释，对凹陷深部地层的地球物理特征进行了探讨.

1 地质概况

渭河盆地大地构造位置位于华北板块西南缘，地处秦岭板块、华北板块、扬子板块相互俯冲、碰撞的交接复合过渡地带，居于中国东、西构造分区和南、北构造分区的交汇部，经历了长期的构造作用与演化，其形成和发展与不同大地构造单元的构造作用及演化历程密切相关.在这些构造体系作用下产生了一系列断裂、褶皱，控制了渭河盆地的构造格局，形成了南深北浅的箕状断陷(图 1).盆地东部与山西盆地、灵宝盆地、三门峡盆地共同组成了汾渭地堑系.控制盆地地堑形成的构造体系，主要由秦岭纬向构造体系、祁吕贺兰山“之”字形构造体系、新华夏构造体系以及陇西旋卷体系等构造复合叠加而成.这些构造体系在渭河盆地交汇在一起，互相穿插、干扰，彼此利用和改造，相互之间发生多次复合和联合，形成一个非常复杂的构造现象.

西安凹陷位于渭河盆地中南部，北邻咸礼凸起、西为宝鸡凸起、东接临-蓝凸起.凹陷内新近系河湖相地层发育，最大厚度约为5000 m(刘志武等，2016).元古界变质岩(片岩)和燕山早期花岗岩分布于测区内，周至—武功一带有侵入岩(辉长岩)出露；凹陷内新生界分布广泛，有较厚沉积(刘林等，2016).秦岭北缘一级断裂和渭河二级断裂剖面呈“Y”字型结构，共同控制了西安凹陷的沉积、演化.凹陷主体部位由临潼—长安一级断裂和渭河二级断裂所控制，形成西部宽且向东部逐渐尖灭的平面展布特征(李爱勇等，2012).

2 大地电磁测深(MT)工作布置

为深入研究西安凹陷深部地层分布及基底特征，在凹陷区布置如图 2所示的两条大地电磁测深剖面(P1和P2剖面).两条剖面全长140 km，点距500 m.

工作区位于关中平原腹地，外界环境干扰及人文因素较为复杂，主要干扰源有：高速公路(G30、G70等), 国道(G310, G312, G108等)，高压线，郑西高铁，变电站，大型城镇，信号塔等.MT测量点位选取遵循原则：规范(设计)要求范围内移动至地形开阔、平坦、土质均匀的地方，同时避开局部电性不均匀体，远离电磁干扰源.本次数据采集工作采用加拿大凤凰公司生产的V5-2000型仪器，包括MTU-5A五分量仪器、MTU-2E二分量仪器、MTC-50型磁探头、不极化电极与其他辅助设备；单点观测时间不少于20 h，大多数观测时间为22~24 h.经试验确定MT测量点位偏移参考值：普通电气化铁路和高铁偏移距离约为1 km；高压线偏移约500 m；非电气化铁路、高速公路、信号塔偏移约200 m；民用线、居民地等偏移约100 m.

为了有效避免因外界环境及人文因素对野外原始数据产生的干扰，使用远参考道大地电磁观测技术对每一个测深点数据进行远参考处理，得到高精度的视电阻率、阻抗相位数据(贾红义等，2005).

3 数据分析与非线性共轭梯度二维反演方法

大地电磁测深原始数据预处理工作包括大地电磁测深曲线平滑、极化模式识别和静态校正等(王红伟等，2010).图 3为大地电磁测深资料处理及解释流程图.

在资料反演解释之前，需要对数据进行定性分析.包括对实测曲线类型、总纵向电导以及视电阻率-频率断面和相位-频率断面进行分析，定性地把握测区的电性特征、基地隆凹变化、构造单元区分、断层分布及地层变化规律(许德树和冯创业，2007).通过每个测点TE(场源沿着X方向极化的电性源)、TM(场源沿着Y方向极化的电性源)两种极化模式的曲线以及不同测点的视电阻率和阻抗相位曲线的对比分析发现，有个别测点的视电阻率曲线可能存在静位移.结合各测点所处的构造部位，对受到静位移影响的曲线进行校正.

本次MT资料处理主要包括以下环节：首先对野外采集的原始时间序列(图 4)进行挑选，剔除有明显干扰的时间序列段，经过FFT变换，得到视电阻率、相位功率谱，经Robust处理得到阻抗结果，然后根据数据的相干度、偏离度、极化度以及视电阻率和阻抗相位的连续性来删除质量较差的频点(王辉等，2013; 赵维俊等，2016)，得到视电阻率、相位的光滑曲线(图 5).之后结合已知地质资料，通过计算来确定数据的极化(TE, TM)模式，并绘制两个模式的视电阻率、阻抗相位的拟断面图，并对其作定性分析.如图 4、图 5所示，为测区中1740和3680测点编辑前、编辑后视电阻率、阻抗相位曲线，其中红色表示xy(南北向视电阻率)模式，绿色表示yx(南北向视电阻率)模式.

大地电磁测深反演时采用一维BOSTICK反演和二维NLCG反演.BOSTICK反演是一种半定量反演方法，他不能准确的反映地电断面特征，但可以揭示剖面宏观电性的基本特征，可用来了解测区大致的地电分布规律，对成果分析和揭示有一定的指导价值.NLCG二维反演采用电磁场传输函数向上延拓的方法，用于压制剖面中残余的静位移和地形影响(程正璞等，2016).多种反演方法相互结合，能够获得更加准确、真实的反演结果.

根据跨越西安凹陷的两条大地电磁测深TE-TM联合反演结果，西安凹陷自地表向下大致可分为四个电性层：

第一层，深度0~1.5 km左右，视电阻率一般在8 Ω·m以上，此层为第四纪风、水混合沉积层.

第二层，深度约1.5~5 km，该层视电阻率1~8 Ω·m，为古近系与新近系地层.甚低的电阻率除与固体沉积物属性有关外，可能与富水及水的矿化度较高等有关.

第三层，深度约5~7 km，视电阻率相对较高，一般十几Ω·m，为过度层.

第四层为高阻层，视电阻率达数十至数百Ω·m，反映了古生界及元古界、太古界地层.

4 地质解释及主要成果

以二维反演断面为主要依据，结合沿测线地层分布情况和物性特征，分析了P1和P2剖面电性异常与地层之间的关系(图 6、图 7).西安凹陷具有明显的低电阻率特征，低阻异常南陡北缓、低点位于渭河一带，底部范围较宽.该低阻异常反映了西安凹陷新生代所具有的低电阻率特征和凹陷的整体形态.由低阻异常区往下，电阻率明显增高，显示了盆地的基底宏观形态.

西安凹陷地层划分主要根据大地电磁测深P1、P2剖面视电阻率反演断面图，依据渭河盆地渭深10井钻孔柱状图，结合渭河盆地区域地质图综合解释推断.

1) 第四系

在南北向上具有中间厚、两端薄的特点，与下伏地层大部分呈平行不整合接触关系，在北部边缘地区可看到角度不整合接触关系，最大厚度约1072 m，位于凹陷南部.东西向上也有中间厚、两端薄的特点，最大厚度约1100 m.

2) 新近系

张家坡组整体表现为南厚北薄的特征，西安凹陷最大沉积厚度1340 m.东西向上厚度变化较均匀，其最大沉积厚度为2000 m，底界面最大深度为2535 m.

蓝田—灞河组(原永乐店群)与张家坡组具有相似的地质结构，总体表现南厚北薄的特点，最大厚度1580 m左右，北部最薄270 m左右.在东西向上具有西薄东厚的变化规律，形成明显的凹陷，沉积厚度可达700 m左右，底界面最大深度为3770 m.

高陵群，南部反应为冲积扇的沉积特点，中部反应为三角洲的沉积特点，而北部反应为北物源三角洲平原亚相的特征；该组厚度变化较大，西安凹陷最大厚度1350 m，向北凸起部位超覆减薄至0 m，与下伏地层古近系呈明显角度不整合接触，在工区北部被蓝田—灞河组剥蚀.东西向上受下伏古近系地层所控制，沉积厚度最厚可达900 m左右，底界面最大深度为5000 m.

3) 古近系

古近系在南北向剖面上只在凹陷主体发育，基本表现为南厚北薄的特点，最大厚度1440 m，向北底部超覆顶部剥蚀减薄.在东西向上，古近系地层厚度可达500 m，底界面最大深度为6600 m.在P1剖面和P2剖面交汇处，显示古近系地层底界面深度为5700 m.

4) 古生界

古生界最大厚度位于凹陷的中部，最大厚度2070 m，受控于渭河断裂，发育底层推测为上、下古生界；上古生界推测为石炭-二叠系，下古生界推测为寒武-奥陶系，整体向北，上古生界逐渐被剥蚀；下部推测为前震旦系的变质岩发育区.

总体来看，在P1(近南北向剖面)剖面上物探资料解释推断的新近系地层最深5000 m、古近系地层最深6600 m，西安凹陷主体位置在渭河附近；在P2剖面(近东西向剖面)上解释的新近系地层最深4400 m，古近系地层最深5100 m，西安凹陷主体位置在周至—户县一带.这与前人认识基本一致.

如图 8所示，为P1剖面二维地震勘探深度域解释成果.从图中可以看出，西安凹陷新近系张家坡组整体表现为南厚北薄的特征，西安凹陷最大沉积厚度1340 m，地震波组特征南部为中强振幅较为连续的反射特征，中部地震反射为连续性差中弱振幅的特点，北部为强振幅连续性较好的反射结构，总体反应了一个南物源的冲积扇—河流—三角洲沉积体系，中部具有顶剥低超的特点.西安凹陷古近系底最大埋深6400 m；古生界底推测最大埋深7400 m, 发育上古生界的石炭-二叠系和下古生界的寒武-奥陶系，下覆地层为太古界前震旦系(王建强等，2015).与大地电磁法划分西安凹陷地层、基底深度基本相同.

根据大地电磁测深结果、测区物性资料以及收集到的地震、钻井、测井、地质等资料，总结归纳出凹陷区及周边主要地层单元综合地球物理特征如表 1所示.由表可知，西安凹陷中新生代沉积层密度、波速、视电阻率最低，且无磁性及呈弱磁性；凹陷基底元古界地层各地球物理参数数值都较大.

5 结论 5.1

西安凹陷形成于古近系，沉积厚度约6600 m，边部3500~5000 m.沉降速度快，岩性粒度粗、厚度大，上新统多为河湖相沉积，表明堆积速度变化不大，受边部断层活动影响，形成断阶，控制沉积的形态.

5.2

西安凹陷基底以渭河断裂为界，北部基底为下古生界碳酸盐岩、南部基底为元古界变质沉积岩，仅在周至及其西北向基底为印支期花岗岩.

5.3

新生界以新近系为主，其次为古近系和第四系.古近系仅有始新统和渐新统沉积，缺失古新统，地层和基底总体向断凹中心倾斜.

致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持！