準(zhǔn)噶爾盆地烏倫古凹陷電性結(jié)構(gòu)特征

陳清禮，黃江衡，戴澤麟，賈宛瑜，薛毛毛，葉甘

長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢 430100

準(zhǔn)噶爾盆地作為中國西部有利的油氣戰(zhàn)略接替區(qū)，已經(jīng)成為西部油氣勘探的熱點(diǎn)區(qū)域和前沿領(lǐng)域[1]。前人對(duì)該地區(qū)已有許多研究，陳俊湘等[2]推測準(zhǔn)噶爾盆地缺失深變質(zhì)巖系結(jié)晶基底；張季生等[3]通過航磁異常認(rèn)為準(zhǔn)噶爾盆地有著強(qiáng)磁性的薄板狀結(jié)晶基底，且推測其是由太古宙和下元古代組成的；李德江等[4]在準(zhǔn)噶爾盆地建立全盆地和全層位的層序地層格架；曲國勝等[5-6]把準(zhǔn)噶爾盆地地殼結(jié)構(gòu)分為沉積蓋層、古生界褶皺基底層和前寒武系結(jié)晶地殼層，并認(rèn)為后兩層組成“雙層基底”；齊雪峰等[7]闡明了準(zhǔn)噶爾盆地腹部深層古隆起和斷裂特征；陳占坤等[8]指出烏倫古凹陷的油氣勘探方向?yàn)檫吘壣畲髷嗔褞Ц浇笆肯挡徽厦娓浇?；王學(xué)斌等[9]通過對(duì)二維地震剖面進(jìn)行構(gòu)造解釋，結(jié)合平衡剖面正演方法對(duì)烏倫古凹陷內(nèi)逆沖推覆構(gòu)造進(jìn)行研究；文磊等[10]探討了準(zhǔn)噶爾盆地烏倫古凹陷中-新生代構(gòu)造演化及成因機(jī)制；周惠等[11]通過對(duì)低頻可控震源采集的地震資料進(jìn)行研究，得到了烏倫古凹陷北部區(qū)域石炭系火山巖分布特征；羅衛(wèi)鋒等[12]通過大地電磁測深法推測出準(zhǔn)噶爾盆地烏倫古凹陷北部的石炭系分布特征。但是，從地下介質(zhì)導(dǎo)電性對(duì)研究區(qū)進(jìn)行地下地層結(jié)構(gòu)分析，前人的研究深度不夠，且范圍不大。大地電磁測深法[13-14]擁有勘探深度大、不受高阻層屏蔽和施工簡便等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了由于火成巖的屏蔽作用導(dǎo)致石炭系地震勘探信噪比低、反射界面不清的不足[12]。本文以大地電磁測深法為基礎(chǔ)，對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地烏倫古凹陷腹部地下電性結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合鉆井、地震、測井、地質(zhì)露頭等資料進(jìn)行綜合解釋，分析結(jié)果對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究起到積極作用。井位

1 工區(qū)地球物理特征

烏倫古凹陷由索索泉凹陷、紅巖斷階兩個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元組成，地層自下而上分別為石炭系、三疊系、侏羅系、白堊系及古近系、新近系，其中二疊系缺失。烏倫古凹陷發(fā)育有3套烴源巖，分別是石炭系滴水泉組半深湖相烴源巖，三疊系黃山街組深湖-半深湖相烴源巖和侏羅系八道灣組濱淺湖相烴源巖[8]。

工區(qū)內(nèi)的地球物理特征是綜合地質(zhì)解釋的基礎(chǔ)工作，主要參數(shù)有巖石的電阻率、密度、磁性等參數(shù)。其中，對(duì)電法資料解釋特別重要的參數(shù)是電阻率。

1.1 地層巖石密度特征

依據(jù)青格里底山區(qū)巖石樣本密度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，區(qū)內(nèi)巖石密度分布有如下特征：沉積巖密度值變化范圍在1.67～2.78 g/cm3，密度值一般隨時(shí)代變老(或埋深增加)而增高，常見值(2.61±0.04)g/cm3；巖漿巖密度值變化范圍在2.51～2.94 g/cm3，密度值從酸性到中性、基性有明顯的增高現(xiàn)象，隨著產(chǎn)出時(shí)代的變老有明顯的遞增趨勢(shì)[15]。

1.2 地層巖石磁性特征

根據(jù)研究區(qū)各地層巖石樣本磁化率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及準(zhǔn)噶爾盆地青格里底山、滴南-白家海以及克拉美麗山3個(gè)地區(qū)石炭系各種巖性的巖石樣本的磁化率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：

1)沉積巖類。主要為中新生界陸相沉積巖類，屬弱磁性或無磁性，磁化率為(1～158)×10-6SI。

2)火成巖。磁化率一般為(10～4 000)×10-6SI。花崗巖、英安斑巖磁性較弱，一般不超過100×10-6SI；玄武巖、超基性巖、閃長巖磁化率最高，超過1 000×10-6SI。構(gòu)成了研究區(qū)主要的局部磁性異常反映?；鸪蓭r磁化率從小到大依次為：凝灰?guī)r14×10-6SI，英安斑巖18×10-6SI，花崗巖19×10-6SI，霏細(xì)巖135×10-6SI，英安巖175×10-6SI，安山巖205×10-6SI，閃長玢巖265×10-6SI，火山角礫巖454×10-6SI，安山玢巖537×10-6SI，輝綠巖810×10-6SI，全蝕變超基性巖1 391×10-6SI ，玄武巖1 764×10-6SI，流紋巖1 928×10-6SI，閃長巖2 369×10-6SI。

1.3 電性特征

索索泉凹陷、紅巖斷階帶視電阻率曲線類型為 AK 型電性層，呈低、次低、次高、高、低的變化特征，極小值在 1～0.1 Hz之間[12]。統(tǒng)計(jì)分析了滴北1井、倫2井、烏參1井各地層的電阻率，結(jié)果見表1。

表1 地層電阻率統(tǒng)計(jì)表

2 資料采集

研究工區(qū)位于東經(jīng)86°30′～89°30′，北緯46°30′～45°30′之間，屬于準(zhǔn)噶爾盆地北緣，具體位置及測線分布如圖1所示。測線長度213 km，點(diǎn)距1 km，共213個(gè)觀測點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集使用MTU-5A大地電磁測深系統(tǒng)，采用四分量張量觀測方式，即Ex、Ey、Hx、Hy分量。Ex、Hx布設(shè)方向與測線方向相同，Ey、Hy布設(shè)方向與測線方向垂直。通過采用合理選擇點(diǎn)位、延長觀測時(shí)間、選擇弱干擾時(shí)間段等手段得到較好的原始資料。

3 資料處理和反演

本次資料處理的軟件使用的是加拿大鳳凰地球物理公司的SSMT2000和長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院獨(dú)立開發(fā)的電法資料處理軟件MT Data Processing，反演采用的軟件是WingLink。

3.1 視電阻率曲線的平滑處理

由于觀測資料受到各種人為和工業(yè)干擾因素的影響，觀測數(shù)據(jù)中不可避免地包含有噪音。通過遠(yuǎn)參考處理與ROBUST處理后的視電阻率曲線，可能仍然包含飛點(diǎn)或不光滑，這將使反演結(jié)果發(fā)生嚴(yán)重畸變。因此有必要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行手工編輯、平滑，刪除飛點(diǎn)等處理；還應(yīng)按照曲線的形態(tài)特征，對(duì)偏離趨勢(shì)太遠(yuǎn)的飛點(diǎn)進(jìn)行平滑處理。

平滑處理工作是在WingLink軟件系統(tǒng)中進(jìn)行的。為了提高處理的效率，為將來的工作奠定基礎(chǔ)，筆者建立了準(zhǔn)噶爾盆地烏倫古凹陷電法資料數(shù)據(jù)庫。先進(jìn)行手工平滑，再進(jìn)行自動(dòng)平滑。

3.2 靜態(tài)偏移校正

靜態(tài)偏移的原因是近地表存在局部電性不均勻體。不均勻體邊界突變方向上存在一電場E時(shí)，就會(huì)在其上積累電荷[16]，可使電場數(shù)據(jù)向上或向下移動(dòng)一個(gè)常數(shù)，且與頻率無關(guān)，因而視電阻率曲線也沿縱軸在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中發(fā)生上下平移，從而導(dǎo)致TE和TM兩條曲線分離[17-18]。靜位移的干擾造成視電阻率曲線的平移往往可達(dá)幾個(gè)級(jí)次，用有靜態(tài)位移的曲線進(jìn)行反演和解釋，不僅會(huì)使巖層的電阻率產(chǎn)生很大誤差，而且推斷的深度也會(huì)產(chǎn)生較大誤差。

圖1 大地電磁測深測線位置圖(據(jù)文獻(xiàn)[12]，有修改)Fig.1 Location map of magnetotelluric sounding line(Modified according to literature[12])

依據(jù)測點(diǎn)處地表地層的電阻率，采用平移的方式進(jìn)行的靜態(tài)偏移校正。平移的標(biāo)準(zhǔn)是首支視電阻率曲線移動(dòng)到地表露頭的電阻率[19]。

3.3 反演方法

為了得到整條測線的電阻率斷面圖，采用Occam反演方法對(duì)視電阻率資料進(jìn)行了反演計(jì)算。Occam反演方法首先由 CONSTABLE 等[20]于1987年提出，其認(rèn)為在反演中為了獲得最優(yōu)解，反演的模型應(yīng)盡可能的簡單、光滑。反演的目標(biāo)函數(shù)U為[21]：

對(duì)該測線的電法資料進(jìn)行處理和反演后，得到其Occam反演電阻率斷面圖(見圖2)。圖3是6050號(hào)測點(diǎn)的反演擬合效果圖。表2為部分測點(diǎn)的RMS(均方根)。統(tǒng)計(jì)全部測點(diǎn)RMS，得出其平均值為0.361。通過對(duì)比測點(diǎn)的實(shí)測曲線與響應(yīng)曲線，曲線之間的擬合情況較好，且測點(diǎn)的RMS較低，說明反演結(jié)果具有較高可靠度。

4 綜合地質(zhì)解釋

以電法資料為主，結(jié)合重力、磁法、鉆井、地震、測井和地質(zhì)露頭資料，對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地烏倫古凹陷進(jìn)行綜合地質(zhì)解釋。電法資料的電阻率剖面，揭示的是電阻率參數(shù)的空間變化情況。由于電阻率與地質(zhì)體之間并非一一對(duì)應(yīng)，同一種巖石可能具有不同的電阻率，同一電阻率也可能代表多種不同的地質(zhì)體。因此需要綜合各種不同資料，盡可能客觀準(zhǔn)確地進(jìn)行電性層的地質(zhì)歸位。

烏倫古凹陷可劃分為基底和沉積蓋層兩部分，而蓋層自下而上又劃分為上石炭統(tǒng)-二疊系、三疊系-侏羅系、白堊系-古近系、新近系-第四系共4個(gè)構(gòu)造層序[22]。巖性特征為：太古界和元古界地層為深變質(zhì)巖類和混合巖類；下古生界巖性基本上以中酸性火山巖和碎屑巖為主；上古生界巖相建造復(fù)雜，既有陸相沉積，又有濱海相或海陸交互相碎屑巖沉積；中生界以陸相沉積為主，以碎屑巖或碳酸鹽巖建造為主；新生界在研究區(qū)以陸相沉積為主。電性特征為：基底電性為高阻，蓋層為中低阻特性[5]。

測線的西北端點(diǎn)坐標(biāo)為(15 493 966.100,51 609 69.700)，東南端點(diǎn)坐標(biāo)為(15 680 208.900,50 596 36.200)，測線由西北向東南橫跨整個(gè)烏倫古凹陷(見圖1)，經(jīng)過倫6井。倫6井鉆穿6個(gè)地層，從上到下依次為：清水河組、頭屯河組、西山窯組、三工河組、八道灣組、白堿灘組和石炭系，在井下2 285 m出鉆遇石炭系(見表3)。

圖2 Occam反演電阻率斷面圖Fig.2 Occam inversion resistivity profile

注：綠色曲線為實(shí)測曲線，紫色曲線為響應(yīng)曲線。RMS為0.106 6。圖3 6050號(hào)測點(diǎn)反演擬合效果圖圖3 Inversion fitting effect of line 6050

表3 倫6井隨鉆分層表

依據(jù)烏倫古凹陷的電阻率斷面圖以及鉆井層位標(biāo)定，對(duì)該測線剖面進(jìn)行了地質(zhì)層位的劃分(見圖4)。從下到上，基底之上依次為：石炭系、白堿灘組、八道灣組、三工河組、西山窯組、頭屯河組和清水河組。由圖4可知，左右兩側(cè)有高阻異常，左側(cè)對(duì)應(yīng)烏倫古凹陷西北端，高阻異常從地下2 000 m到地下8 000 m，右側(cè)對(duì)應(yīng)烏倫古凹陷東南端，高阻異常從地下2 000 m到地下6 000 m。電法資料的地質(zhì)解釋結(jié)果與該測線對(duì)應(yīng)的地震解釋結(jié)果(見圖5)基本一致。

圖4 反演電阻率斷面綜合地質(zhì)解釋圖Fig.4 Inverse resistivity cross section integrated geological interpretation map

圖5 與大地電磁測深測線對(duì)應(yīng)的地震解釋剖面Fig.5 Seismic interpretation profile corresponding to magnetotelluric sounding line

5 結(jié)論

1)電法資料能比較清晰地揭示準(zhǔn)噶爾盆地烏倫古凹陷地下地層的構(gòu)造形態(tài)，與研究區(qū)的地震解釋基本一致，與地震資料能夠較好的互相驗(yàn)證。

2)電法資料能夠較清晰地揭示準(zhǔn)噶爾盆地烏倫古凹陷石炭系頂界面的構(gòu)造形態(tài)，彌補(bǔ)了地震勘探深層信噪比低、反射界面不清的不足。

3)從反演電阻率斷面綜合地質(zhì)解釋圖上看，烏倫古凹陷西北端和東南端地下存在高阻異常，基底中存在低阻異常。