重震聯合解釋技術在新疆羅布泊羅北凹地西部的應用

明圓圓，李秋辰，牛雪，謝興隆，郭淑君

（中國地質調查局水文地質環境地質調查中心，保定，071051）

鉀鹽作為我國重要礦產之一，一直是我國急缺礦產的重要組成部分[1]。目前我國主要的鉀鹽礦以地表富鉀鹵水礦產為主[2-3]，主要的鹵水鉀鹽礦區位于青海的察爾汗鹽湖以及羅布泊羅北凹地，由于長期開采，導致鹵水中鉀鹽品位降低，兩個鉀鹽主產區面臨資源短缺局面，兩大鉀鹽主產區尋找鉀鹽第二空間[4]，向深部探索。目前針對鉀鹽的深部地層勘探包括重磁電震等多種方法。鉀鹽礦產與周圍地層存在明顯的密度差，使得探測深度大、成本相對低、效率高的重力勘探越來越多應用到鉀鹽勘探中[5-11]，但同時重力勘探對深部地層以及構造界面具有多解性[12-16]。

羅北超大型鉀鹽礦床處于羅布泊北部羅北凹地第四系沉積地層中，為一大型含鉀鹵水礦床[17]。孟貴祥等[17]2009年首次將重力方法引入到羅布泊鉀鹽勘探中，研究表明羅布泊深部地層（200～1 000 m）可能存在一個更老的蒸發沉積旋回，主要沉積中心和濃縮中心位于羅布泊西部，分布面積和地層厚度均較大，具有良好的成鉀潛力與找礦空間[2]。本次將重力勘探剖面AB部署在羅北凹地的西部地區，同時部署了一條地震剖面A1B（圖1）進行重震聯合反演。由于工作條件限制，對羅布泊深部重點區域的鉀鹽地震勘探測線較短，探測深度有限，而重力勘探覆蓋面廣，但垂向分辨較低，重震聯合反演可以彌補重力資料和地震資料的缺陷。因此本文利用已有地質資料以及地震解譯資料[18-24]作為約束條件，對羅北凹地深部找鉀重點區域北部的庫魯克塔格山前斷陷盆地進行了重震聯合反演[25]，對羅北凹地西部第四紀地層、基底及斷裂有更進一步的的認識。

圖1 羅布泊鹽湖區域地質及重震剖面位置示意圖Fig.1 Regional geology in Lop Nur Lake and the location of gravity profile and seismic profile

1 盆地結構探測

地震與重力勘探線位置見圖1，實測數據經各項改正后得到布格重力異常，異常曲線見圖2紅色實線所示，異常整體呈高-低-高走勢。結合圖1所示測線位置，異常值由剖面西北向東南一直下降，在8.5 km處達到最低，而后呈上升趨勢。測區屬庫魯克塔格山前斷陷盆地地貌，盆地內主要為湖相沉積的粉細砂、亞粘土、泥巖及化學沉積物，地表被第四系全新統覆蓋。根據異常整體特征，推斷該重力剖面穿過整個沉積盆地，異常值最低處為第四系松散物堆積最厚的地方，即沉積盆地中心。

科鉀1井（LDK01井）作為羅布泊深部鉀鹽找礦鉆井，是迄今為止羅布泊地區最深的鉀鹽科探井，終孔深度為781.50 m[2]，位于本次工作東部（圖1）。以收集到的鉆井密度資料和對應井深作為已知條件，對第四系沉積盆地基底進行約束反演及正演擬合（圖2）。剖面西北部存在一明顯凹陷區域，其第四系中心沉積厚度接近2 000 m。表明該區域堆積了巨厚的第四系沉積物，形成在一定深度上封閉的次級盆地，推斷其為尋找隱伏鉀鹽礦的有利區域[26]。

2 重震聯合反演

由于位場反演本身固有的多解性和實際地質情況的復雜性，單一方法反演解釋具有較大難度，因此重震聯合反演有助于提高反演解釋結果的可靠性。

圖2 重力異常第四系基底反演與正演擬合圖Fig.2 Quaternary basement inversion and forward fitting of gravity anomaly

2.1 工作方法

重震聯合反演解釋是在GM-SYS重磁擬合軟件平臺上實現的，該軟件平臺的最大優點是可以方便地加載地震剖面、鉆井資料及實測重磁數據，在地震解釋的基礎上，通過重磁建模擬合實測重磁數據來進行各種物探資料的聯合反演解釋[26]。

本文利用該平臺對重力剖面進行精細聯合、約束及人機交互反演,求出剖面通過地段的第四系地質斷面,進而研究斷陷盆地內主要地層的宏觀分布規律、構造特征及盆地與周邊構造單元的接觸關系,為尋找深部隱伏鉀鹽礦床的有利地段提供依據[27]。

2.2 重震聯合反演

重力剖面總長度為24 500 m（圖2），地震剖面總長度為5 500 m（圖3、圖4）。

反演流程如下：（1）根據地震時間剖面，拾取Q1-Q4界面深度及斷層位置信息（圖4）。（2）在GM-SYS重磁擬合軟件中加載實測重力剖面和由基底反演解譯出的第四系基底深度，根據地震剖面確定的地震反射波阻特征建立起描述第四系各地層底界分布特征的地層結構模型，并結合LDK01 井物性參數（表1），輸入各組地層平均密度。（3）輸入地層平均密度后會正演出該套地層的理論重力異常，與實測異常相比會有較大差異。通過修改、校正待解釋層初始模型的底界角點坐標、形態、深度等，計算機會實時正演擬合理論重力異常曲線，反復將該理論重力異常曲線與實測異常曲線進行對比，當兩者基本擬合時，即可認為所設計的待解釋層模型較好地反映了地下地質結構和地層物性特征[26]。

2.3 聯合反演解釋成果

利用該部分淺層地震可靠解釋成果做約束條件，以地質資料和LDK01井獲取物性參數為依據，參考基底反演得出的第四系基底埋深，給出了最終解釋結果（圖4），主要包括以下幾個方面。

2.3.1 地層結構

根據地震反射波同相軸和LDK01 井綜合柱狀圖，將第四系地層分為四段：全新統（Q4）、上更新統（Q3）、中更新統（Q2）、下更新統（Q1）（圖4）。結合地震資料和鉆孔資料可知，Q4全新統主要地層為鈣芒硝層及淤泥層，少見白鈉鎂礬層，平均密度2.16 g/cm3；Q3上更新統地層主要為鈣芒硝含鹵水鉀礦層，其次為淤泥粘土層，少見砂礫層和白鈉鎂礬層，平均密度2.3 g/cm3；Q2中更新統地層主要為砂礫層和粘性土泥砂層，見少數鈣芒硝層，平均密度2.22 g/cm3；Q1下更新統地層為淤泥粘性土層和砂礫石層，密度2.07～2.12 g/cm3。研究表明，羅北凹地鹵水鉀鹽礦床主要賦存在Q3和Q4層位中[1]。根據解譯出的地層模型，將Q3和Q4沉積較厚的區域作為鹵水鉀鹽賦存區域，為鹵水鉀鹽礦床的尋找提供依據。

圖3 DZ01地震解譯結果Fig.3 Seismicinterpretation results of DZ01

圖4 重震聯合反演解譯成果圖Fig.4 Joint inversioninterpretation result of gravity and seismic profile

表1 LDK01井巖性密度統計表Table 1 Lithologic density statistics of well LDK01

2.3.2 地質構造

該區域推斷5 條正斷層，分別命名為F1、F2、F3、F4、F5，構造方向為北東向。其中F4 斷裂與前人解譯的羅北西2號斷陷帶[28]的東邊界重合。根據地面地質調查發現，該斷裂下盤出露地表地層為上更新統的一套化學沉積地層，形成了雅丹地貌，上盤為全新統的化學沉積地層，故該斷裂形成于上更新世以后。同時早更新世晚期以來，區域構造應力轉變為北東-南西[29]。F2斷裂和F3斷裂共同控制，形成了羅北凹地次級斷陷盆地，為第四系埋深最大區域。

2.3.3 儲層特征

羅布泊羅北凹地超大型鉀鹽礦床儲藏于第四系鈣芒硝巖中，后續的研究發現，羅布泊鹽湖存在地塹式斷陷帶[30]，這些斷陷帶具有明顯的儲鹵特征。推斷F1-F5 為控制成鉀凹地、儲集富鉀鹵水、張性斷裂控制的地塹式斷裂帶。

3 結論

（1）以收集到的鉆井密度資料和對應井深作為已知條件，通過基底約束反演得出該地區第四系沉積盆地最大埋深在1 800 m以上，擴大了尋找鉀鹽的深度范圍。

（2）通過對羅北凹地西部重震剖面聯合反演，查明了測區0～1 000 m深度范圍內的地層結構和斷裂構造展布情況，從地層結構、地質構造、儲層特征三個方面對第四系地層、基底及斷裂有了進一步的認識，為羅布泊固液相鉀鹽資源評價提供了新的解釋依據。

（3）地震勘探測線較短，研究范圍有限，重力勘探覆蓋面廣，但垂向分辨較低，重震聯合反演可以彌補重力資料和地震資料的缺陷，有效地發揮重力、地震勘探手段各自的技術優勢，使各種資料相互補充、驗證，使解釋的地質成果更加趨近實際地質。