豫西地区济源凹陷由山地和丘陵组成，地形条件复杂，地震资料品质较差，盆地内断裂形态结构、深部古生界展布特征等不清楚，制约着济源凹陷的油气勘探和资源潜力评价。通过广域电磁法在豫西地区济源凹陷进行方法应用研究，获得了地下真实的电性特征，建立了目标层与视电阻率的电性关系，刻画了工作区目标层的构造特征。查明了济源凹陷西部斜坡的断裂结构特征，新识别出12条断裂；揭示石炭-二叠系厚度分布范围在200～1800m，最大埋深2200m；奥陶系顶界面埋深分布在300～2450m，呈“条带状”展布，得到了地质调查井岩心编录的证实。
济源凹陷位于南华北盆地西北缘，北邻太行山，南邻蒿萁隆起，西连黛眉寨隆起，东以武陟凸起与中牟凹陷相隔，面积2800km² 。该盆地是在华北大型内陆盆地基础上继承和演化而来的叠合沉积盆地，结晶基底由太古代到早元古代结晶岩系和中上元古代和古生代的沉积岩系组成，与华北板块相同。凹陷内地层发育较齐全，自下而上主要发育寒武系、奥陶系马家沟组、石炭系本溪组和太原组、二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组，以及下三叠统刘家沟组、和尚沟组和中三叠统二马营组和油坊庄组。晚三叠世-中侏罗世，济源盆地基底缓慢抬升，盆地不断萎缩，在此构造背景下，自下而上依次沉积上三叠统椿树腰组、谭庄组、下侏罗统鞍腰组、中侏罗统杨树庄组和马凹组。
早古生代济源凹陷受华北板块南缘大陆边缘性质的影响，经历滨浅海相沉降盆地发育期，寒武纪-早奥陶世形成了以局限海相、泥坪相和云坪相为主的碳酸盐岩，到中奥陶世由局限海相转变为开阔海相，主要沉积了奥陶系灰岩；晚古生代初期 ，构造运动导致华北板块北高南低 ，海水退积 ，沉积环境转变为陆表海相和冲积平原相，主要沉积了太原组和山西组含煤层系及石千峰组的砂岩，此时华北地区进入陆相湖盆演化期；从三叠世开始，济源凹陷进入陆相盆地发育期，中三叠世印支运动南华北地台北部抬升，致使大型湖盆向西退缩，形成豫西湖盆；晚三叠世-中侏罗世，济源盆地基底缓慢抬升，盆地不断萎缩，经历了基底隆升、急剧分化、快速充填、萎缩封闭四个阶段。
岩石的电性差异是引起电磁异常的基础，也是划分岩性岩相的依据。物性标本采集和电性参数测定结果表明：石盒子组、山西组与上覆刘家沟组、和尚沟组以及下伏马家沟组均存在明显的电阻率差异(表1)。工作区泥岩、砂岩的电阻率小于200Ω ·m，表现为相对低阻，灰岩的电阻率大1000Ω ·m, 表现为相对高阻。不同岩性之间电阻率的相对差异为广域电磁法的应用提供了良好的地球物理勘探前提。
本次工作共部署7条“丰”字型广域电磁测线(图1b), 总长度100km, 其中L1～L4垂直于构造带， L5～L7与其呈“十”字交叉，点距100m 。频率范围8192～0.00976Hz, 发射电流大于40A, 共布设3个发射场源，发射极距分别为1.1 km 、1.2 km 和1.0 km，收发距11～17 km。
L2剖面：电性特征表现为“中低-中高-低-高”的层状电性特征(图2a)。浅部中低阻层电阻连续性较差，呈“串 珠状”；中部中高阻在南段(点号850～4550)较薄，在中段(点号4550～7850之间)厚度陡然增大；深部低阻呈“南高北低”的特征，在点号8150～8950之间底部高阻向上翘起，导致该段低阻呈倒 “V” 字形，低阻最大深度约2200m。根据电性特征推断出8条断层(图2b), 其中 F2-2 为隐伏断层，位于三叠系之下，切穿二叠系、石炭系、奥陶系和寒武系；F2-6 断层位于3550点附近，断层北倾，导致二叠系陡然增厚；F1-2、F3分别在点号4750和6250附近，切穿三叠系；F2-4 断层北倾，被南倾的F2-5 断层错断，垂直位移约800m, 导致寒武系向上抬升，呈倒“V”字形。
L3剖面：沿测线方向二叠系、三叠系、侏罗系和寒武系均有出露，北部局部地区出露古近系和侏罗系。从二维反演结果分析(图2c)，垂向上电性分层较好，从浅到深，剖面表现为“低-中-高-中-低-高”的层状电性特征。水平方向上表现为浅部的中低阻和中深部的低阻异常连续性均较好；中部的高阻层由多个点状的高阻体组成，推测为地层内含不均匀的地质体。该剖面共识别断层6条(图2d), 其中位于测线北部的F1-4 断层将寒武系错断向上推覆，寒武系的上覆地层被抬升剥蚀，并遭受风化，导致其出露地表。
L6剖面：该剖面整体表现为“低-中高-中低高”的层状电性特征(图3a) 。浅部中低阻连续性较好，在3350～4150点号之间被局部高阻分割；中深部的中高阻连续性较差，在3250～3850点号之间有明显错动，西段的中高阻相对下降，东段相对上升；深部中低阻和底部高阻层都呈“西高东低”的电性特征。结合工作区的地质资料，认为浅部中低阻主要为油坊庄组、二马营组和和尚沟组；中高阻的顶部主要为石千峰组，该组地层自西向东厚度逐渐增大，西段厚度约450m, 东段厚度约600m；中高阻的底部对应上石盒子组、下石盒子组、山西组、太原组和石炭系，与深部低阻的过渡带为奥陶系；底部中低阻为寒武系，在0～7050点号之间，基底向上隆起，厚度变薄，总体表现为“西高东低、西薄东厚”的特征。
据电性特征共识别断层12条(图3b)。F1-1、F2-1断层分别位于950点和4050点附近，显示为中高阻电性层的错动， 断层西侧电性层下降，东侧电性层上升，F1-1 断层隐伏于浅部的低阻层之下， F2-1 断层错断了浅部的低阻及中深部中高阻； F2-2 断层位于测线6850点号附近，该断层隐伏于高阻层之下，切穿深部的中低阻层，电性显示为电阻率值的突变带；F1、F2、F3、F1-5、F2-7等5条断层均隐伏于浅部低阻层之下，电性特征均表现为电阻率等值线的扭曲；F4位于13850点附近，隐伏于浅部低阻层之下，断层切穿中高阻层和深部的低阻层，断层西侧低阻层上升，东侧低阻层下降；F5断层位于16850点附近，切穿中高阻层，被断层 F4 截断；F6 断层位于17450点附近，切割中高阻层，断层西侧中高阻层上升，东侧中高阻层下降。
整体看，电阻率断面分层清晰，能够反映地层展布特征。结合岩性标本的物性参数以及前期综合地质工作，认为地表至海拔高程0m之间为中低阻层，具有一定连续性，主要为三叠系油坊庄组、二马营组和和尚沟组的砂岩、粉砂岩、 泥岩；海拔高程0～-1000m 之间为中高阻层，该中高阻顶部为二叠系石千峰组石英砾岩，该组地层自东向西厚度逐渐增大，该中高阻底部对应二叠系石盒子组、山西组和石炭系的砂岩、砂质泥岩；海拔高程-1000～-2500m之间为中低阻层，该层顶部低阻为奥陶系的灰岩、灰质泥岩，底部的中阻为寒武系的白云质泥岩、白云质灰岩， 该电性数据与南华北盆地长页1井电性数据基本一致。同时，工作区断裂发育，广域电磁法基本查明工作区内断裂展布特征。
豫西地区济源凹陷发育上古生界山西-太原组的暗色泥岩和煤系烃源岩，三叠系底部的石英砂岩和长石砂岩、二叠系大套长石砂岩及三角洲砂岩可作为储层，同时推测发育自生自储、上生下储、下生上储三套有利生储盖组合， 石炭-二叠系具有一定泥页岩气勘探开发潜力。有资料显示南华北盆地发现下古生界寒武系海相烃源岩，并具有一定的生烃潜力，是值得进一步勘探的有利目标。然而，南华北盆地济源凹陷构造复杂，特别是济源凹陷西斜坡的油气勘探程度低。为确定济源凹陷西斜坡石炭-二叠系及下古生界地层存在与否，以此次广域电磁法反演电阻率解释剖面图、石炭-二叠系厚度等值线图和奥陶系顶面等值线图为依据，结合地表露头及地质条件综合研究，部署了豫济地1井(图4)。由图4可看出，该井位附近断裂构造不发育，对油气的保存相对较好。同时，预计该井钻遇石炭-二叠系地层位置在750m左右，并且在1700m左右进入下古生界。
豫济地1井岩心编录显示，该井最终揭示石炭- 二叠系厚度728 .69m, 在1696.69m进入奥陶系，在 2067m钻遇寒武系(未穿),共揭示寒武系厚度263m。同时，该钻井钻遇古生界油气显示共计15层，进一步证实了古生界具有一定的油气成藏条件。值得注意的是，首次在豫西地区济源凹陷西斜坡下古生界寒武系见到较好的气测显示，也揭示了下古生界碳酸盐岩具有一定的勘探潜力，拓展了豫西地区油气调查新层系。
从豫济地1井钻遇各地层垂向特征可知，石炭-二叠系厚度、及奥陶系顶面深度与广域电磁法反演电阻率剖面图和下古生界等值线图具有较好的对应性，说明广域电磁法在济源凹陷西斜坡这种构造较复杂的山地、丘陵地区有一定的适用性，较好地印证了广域电磁法在本地区油气探勘的有效性，为该地区的油气勘探提供重要依据。同时，由于广域电磁法还具有勘探费用低、勘探深度大、数据精度高、设备简便、反映地下电阻率变化较真实等特点，可以应用到类似地区。
（1）在济源凹陷西斜坡油气勘探中，首次采用广域电磁法，查明了该区地下深部主要电性结构，识别了断裂12条，建立了构造格架，揭示上古生界低阻区域石炭-二叠系的厚度分布在200～1800m, 下古生界顶面埋深分布在300～2450m, 并得到钻孔验证。同时，拓展了豫西地区下古生界寒武系勘探层系，验证了广域电磁法在该区油气勘探中的有效性。
（2）广域电磁法是揭示济源凹陷西斜坡地层厚度和埋深的有效勘探方法，为豫济地1井的部署提供了依据， 也为该地区油气勘探提供了一种较为有效的地球物理勘探方法，此次工作对今后在同类型盆地中开展油气勘探具有参考意义。
