银川盆地位于宁夏回族自治区的北部，南起青铜峡，北至石嘴山，西依贺兰山，东靠鄂尔多斯台地，南北长 165 km，东西宽 42～60 km，面积 6 897 km2。盆地处于青藏块体、阿拉善块体和鄂尔多斯块体的交汇处，在青藏块体向北东推挤、上地幔上隆以及鄂尔多斯地块的缓慢抬升等动力学背景下，形成的一个大型新生代拉张型断陷盆地[1]，沉积了巨厚的第四系粉细砂、夹黏土层，这些第四系砂岩作为盆地内主要的含水岩组，使得整个银川盆地犹如一个巨大的地下水库，成为宁夏北部地区主要的供水水源。因此，分析盆地第四系厚度、岩性的分布特征等对地下水研究具有重要作用。

1 地质背景

银川盆地形成于渐新世初期，受印度板块－欧亚板块的A型俯冲和陆－陆碰撞的远程效应，发育了四组南北—北北东走向、倾向相反（或东或西）的阶梯状陡倾正断裂，这些正断层所控制的次级断块的垂向差异运动形成了地堑型构造盆地[2]。盆地内第四系分布广泛，且厚度巨大，地表第四系覆盖范围约占盆地总面积的90%以上，成因类型多样（引自2003年宁夏地矿局水文地质工程地质队《银川平原农业生产基地地下水资源及环境地质综合勘查评价报告》）。由于银川盆地整体属于一个西陡东缓的“向斜盆地”，第四系沉积轮廓主要受基底起伏所决定。这些第四系沉积物以冲积、冲湖积、洪积为主，另外还有冲洪积物、风积物、湖沼沉积物。盆地内部自更新统以来基本为一套河流湖泊相沉积，全新世以来则以冲洪积为主。洪积物在贺兰山东麓最发育，前缘有一条明显的黏性土细粒带。冲积物、冲湖积物在青铜峡峡口为卵砾石相，向下游渐渐过渡为中细砂和粉细砂夹黏性土，越往下游黏性土层数增多厚度增加。银川盆地第四系结构示意见图1。

2 资料获取及反演方法

2.1 大地电磁测深基本原理

本次引用的电性资料均是采用EH-4电导率成像系统采集获取的。该系统利用频率域大地电磁测深原理，以天然交变电磁场为场源，利用电磁波在地下介质中传播时产生的电磁感应效应，通过研究地下介质对天然电磁场的频率响应，获取地下不同深度介质电阻率分布信息的一种方法[4—6]。

其理论假设为天然电磁波垂直入射均匀各向同性介质中，电磁波在水平方向上是均匀的，引入笛卡尔坐标系 （x-y相互垂直的水平方向，z垂直向下），利用麦克斯韦方程组推导可知

从上式可以看出，电磁场分量Ex只与Hy有关、Ey只与Hx有关，且它们都是垂直向下传播。利用地面电磁场正交水平分量的测量，便可计算地下介质的电阻率

由于电磁波在地下介质中会逐渐衰减，其勘探深度采用趋肤深度（δ）来表征，即当地面磁场的振幅衰减到1/e时电磁波传播的距离。利用线性波的波动方程推导其计算公式如下

式中：λ为相邻同相面之间的距离（m）；σ为电导率（S/m）；μ 为导磁率（H/m）；ω 为圆频率（rad/s）；ρ为电阻率（Ω·m）；f为频率（Hz）。

2.2 数据采集

数据采集分高频、低频两种不同模式。高频模式频率范围为 10～100 kHz，探测深度大约在400～500 m，本次共收集了35条剖面，总计2 648个测深点；低频模式频率范围为0.1～10 kHz，探测深度大约为1 800 m，共收集了5条剖面，总计323个测深点。所有剖面均为东西向或近东西向展布，获取了盆地中深部较为精细的电性结构特征。

为了确保数据的可靠性，在野外工作之前首先利用仪器配备的两套传感器进行平行试验，然后对两套传感器所采集的数据进行对比分析，确保设备的一切正常。野外实测数据中，对受干扰严重的数据需要进一步的去噪处理，飞点编辑等，然后进行反演解释。

2.3 反演解释

资料反演解释采用IMAGEM软件的BOSTIK反演模块进行反演。BOSTIK反演是基于均匀水平层状大地模型而开展的一维反演技术，近年来虽然随着计算机技术的发展，二维反演技术如非线性最小二乘反演（OCCAM）、快速松弛反演（RRI）、非线性共轭梯度（NLCG）等应用越来越广，但由于二维反演需要更多的地电参数，容易受到初始值的影响，而BOSTIK反演相对较为客观，仍为目前最常用的一种反演方法[7]。

BOSTIK反演是基于大地电磁测深曲线低频渐近线的性质将视电阻率随周期变化的曲线变换成真电阻率随深度变化的曲线。利用变换后曲线的导数的极值点位置，可大致确定分界面的深度。其推导公式如下

式中：ρ为大地电阻率（Ω·m）；ρa为初始电阻率（Ω·m）；A为振幅；H为深度 （m）；ω 为相位；μ为导磁率（H/m）。

3 盆地主要电性结构及解译

3.1 地层电性特征

研究区地质工作程度较高，以往基础地质、水文地质勘查中积累了大量的电阻率测井、电性标本测试等资料，综合本次电阻率曲线反演（图2），对银川盆地各地层电性参数统计如下：古生界及其更老地层大于 300 Ω·m；中生界 30～100 Ω·m；新近系、古近系小于30 Ω·m；第四系冲积块石、砂砾石，洪积卵石300～2 000 Ω·m；第四系河湖积细砂、粉砂10～50 Ω·m。

可以看出：在银川盆地已揭露地层中，古生界电阻率最高，中生界主要分布在黄河断裂以东，电阻率值介于古生界和新生界之间；新生界中古近系和新近系则主要以泥岩为主，电阻率偏低；第四系岩电阻率变化跨度较大，主要表现为盆地西部贺兰山洪积扇和黄河冲积扇广泛发育的块石、卵石等电阻率呈明显高阻，而且受富水性条件影响，电阻率差异大。而盆地内部河湖积平原区主要是细砂、粉砂等的电阻率较低。

3.2 不同水文地质单元岩性及电性变化规律

银川盆地钻孔主要分布在盆地中部的冲洪积平原、河湖积平原、三角洲冲洪积平原、黄河冲洪积扇上，山前冲洪积倾斜平原、平罗县南部与北部钻孔密度较稀疏。本次通过对379眼钻孔进行统计分析（图3），可以看出，不同水文地质单元岩性分布也多不一致，这些特征导致了电阻率的差异。

冲洪积倾斜平原主要岩性为中细砂夹砾石，电阻率表现为中高阻异常特征，而盆地东侧的活动沙丘主要为风积的黏土和中细砂，由于富水性弱表现为高电阻率特征。冲洪积平原、河湖积平原以及黄河冲积平原岩性基本一致，主要为细砂、中细砂及粉细砂，岩性稳定，表现为中低阻异常，该地段影响电阻率的另一重要因素是地下水的矿化度变化，矿化度大则电阻率低，矿化度小则电阻率相对较高。青铜峡南部的黄河冲积扇以中粗砂、砂砾、卵砾石为主，电阻率呈明显的高阻异常。三角洲冲洪积则以中细砂、粗砂夹少量砾石为主，电阻率相对较低，且横向差异明显。

3.3 电性剖面解译

以盆地中部布设的G-G剖面为例进行分析，该剖面由西向东从苏峪口至沙沟沟。从图4a可见，剖面西侧由于基岩出露而表现为明显的高阻异常，电阻率大于150 Ω·m。而盆地内部除局部地段呈中阻异常外，电阻率基本呈上中阻-下低阻的二元结构特征，反映了探测深度内新生界的沉积特征，从物性参数及剖面电性曲线特征分析，第四系厚度大约在1 000 m，第四系之下主要为新近系和古近系，这与已知钻孔银参三井揭露情况一致。剖面东侧黄河断裂以东则主要表现为上中阻-中低阻-下中阻的电性特征，主要反映了盆地东侧中生界抬升的结构特点。

另外，从盆地内部（贺兰山东麓断裂以东，黄河断裂以西地段）的电阻率分布特征可以看出，西侧电阻率多在 20～100 Ω·m，而东侧电阻率为5～40 Ω·m，西侧电阻率明显高于东侧。这些电性变化特征反映了不同水文地质单元的岩性分布规律。

3.4 盆地电性结构

盆地电性结构研究兼顾大探测深度和高分辨率两个条件。本次研究综合了音频和高频两个频率范围的大地电磁测深成果，进行银川盆地电性特征的分析。利用随机条件模拟的方法建立三维电性模型（图 5）。

从银川盆地三维电性结构可以看出，盆地西侧洪积倾斜平原由于浅部含有大量砂砾，表现出呈条带状的高阻异常；向东冲洪积、河湖积平原区第四系均以细砂、粉砂为主，电阻率整体较低，且电性差异较小。电阻率的变化是岩性粒度大小及富水性、水质等因素综合作用的结果。

另外，在洪积倾斜平原和冲洪平原的接触地段，存在一条明显的近南北向的低阻条带，结合地质背景，这个低阻条带反映了洪积平原前缘细粒带的分布，细粒带是由于洪积作用水动力减少而形成的砂质黏土为主的沉积物，电阻率则普遍较低。

对比盆地北部和南部的特征，北部电阻率明显稍高于南部，这个电阻率变化的主因可能是岩性大小的变化，从盆地地势状况、黄河的水动力变化特点[8]可知，南部沉积物相对较粗，而北部则普遍较细。此外，电阻率的垂向变化特征一定程度上也反映了地层的分布，从电性结构分布图看，盆地北部2 km深度内基本都是低阻分布区，而盆地南部深度存在高阻隆起的现象，这个电性变化反映了北部第四系乃至新生界厚度大而南部较薄且深部有中生界隆升的特征。

4 第四系分布特征

4.1 第四系厚度

前人利用盆地内的钻孔资料以及少量的地球物理特征对盆地第四系厚度变化进行过研究[1]。本次系统分析覆盖整个银川盆地的电性结构特征，综合地震勘探、钻探等成果资料[9—11]，对第四系厚度特征进行更为精细的刻画。由图6可知，从西向东，第四系厚度从山前500～700 m到平原区厚度达到900 m以上；东部沿惠农—平罗—通伏—灵武一线，第四系由厚变薄，厚度从平原区500～700 m锐减至100 m左右，这一变化也清晰地反映了黄河断裂的位置及延伸情况。这些特征明显反映了银川盆地第四系沉积受北北东向断裂所控制。同时，以平罗—惠农连线为界以东，第四系厚度的明显变薄也间接反映了陶乐台地下伏地层在该区域内隆起，钻探结果也验证了这一推断。

另外，由北向南第四系厚度表现为逐渐变薄趋势。南部青铜峡冲积扇区域第四系厚度相对较薄，大致在400～500 m。叶盛以北，第四系厚度明显增加，在贺兰至大武口之间达到最厚，推断该区域第四系厚度最厚1 700 m左右，可能为银川断陷盆地沉降中心，后期在张性构造应力场作用下持续向北、向南及东西两侧扩展，最终形成了银川平原的构造形态；惠农以北区域东西方向第四系厚度变化也清晰地反映了石嘴山盆地的构造形态。

4.2 第四系沉积物的分布规律

根据电性结构的分析，以及已知钻孔岩性对比，初步推断解译了盆地岩性结构（图7）。由图7可知，研究区自上而下第四系颗粒粒径由细到粗细相间，含水层呈厚层状较连续分布，中部平原及黄河附近，上部细粒发育，主要由细砂、中砂组成，下部主要由粗砂、砾石和黏土互层。

研究区西北部边界至黄河再至东部边界，地貌类型依次是山前倾斜平原、冲洪积平原、河湖积平原以及黄河冲积平原。从模拟结果平面图来看，西部山前地带颗粒粒径较大，岩性多为卵砾石、砂砾石，反映出贺兰山山前倾斜平原第四系发育良好；东南部灵吴平原、中部平原湖泊分布区颗粒粒径较小。

5 结论

（1）通过电性剖面分析和解译，基本划定了整个银川盆地第四系厚度分布规律，第四系分布主体受盆地内四条北北东向断裂控制，而形成断陷式的沉降，厚度最大约1 700 m。

（2）通过大量物探数据，初步建立了银川盆地基本的三维电性模型。

（3）统计分析了银川盆地不同水文地质单元钻孔岩性分布，结合电阻率参数，模拟了第四系岩性分布特点：总体在垂向上表现为自上而下沉积物颗粒粒径由细到粗细相间，含水层呈厚层状较连续分布；横向上西部山前地带颗粒粒径较大，中东部及东南部等一些湖泊分布区颗粒粒径较小。

参考文献：

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