準噶爾盆地烏倫古凹陷電性結構特征

陳清禮，黃江衡，戴澤麟，賈宛瑜，薛毛毛，葉甘

長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 武漢 430100

準噶爾盆地作為中國西部有利的油氣戰略接替區，已經成為西部油氣勘探的熱點區域和前沿領域[1]。前人對該地區已有許多研究，陳俊湘等[2]推測準噶爾盆地缺失深變質巖系結晶基底；張季生等[3]通過航磁異常認為準噶爾盆地有著強磁性的薄板狀結晶基底，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]把準噶爾盆地地殼結構分為沉積蓋層、古生界褶皺基底層和前寒武系結晶地殼層，并認為后兩層組成“雙層基底”；齊雪峰等[7]闡明了準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為邊緣深大斷裂帶附近及石炭系不整合面附近；王學斌等[9]通過對二維地震剖面進行構造解釋，結合平衡剖面正演方法對烏倫古凹陷內逆沖推覆構造進行研究；文磊等[10]探討了準噶爾盆地烏倫古凹陷中-新生代構造演化及成因機制；周惠等[11]通過對低頻可控震源采集的地震資料進行研究，得到了烏倫古凹陷北部區域石炭系火山巖分布特征；羅衛鋒等[12]通過大地電磁測深法推測出準噶爾盆地烏倫古凹陷北部的石炭系分布特征。但是，從地下介質導電性對研究區進行地下地層結構分析，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點，彌補了由于火成巖的屏蔽作用導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，對準噶爾盆地烏倫古凹陷腹部地下電性結構進行分析，結合鉆井、地震、測井、地質露頭等資料進行綜合解釋，分析結果對研究區的地質結構研究起到積極作用。井位

1 工區地球物理特征

烏倫古凹陷由索索泉凹陷、紅巖斷階兩個二級構造單元組成，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]。

工區內的地球物理特征是綜合地質解釋的基礎工作，主要參數有巖石的電阻率、密度、磁性等參數。其中，對電法資料解釋特別重要的參數是電阻率。

1.1 地層巖石密度特征

依據青格里底山區巖石樣本密度統計分析結果，區內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象，隨著產出時代的變老有明顯的遞增趨勢[15]。

1.2 地層巖石磁性特征

根據研究區各地層巖石樣本磁化率統計數據以及準噶爾盆地青格里底山、滴南-白家海以及克拉美麗山3個地區石炭系各種巖性的巖石樣本的磁化率統計數據，得出以下結論：

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?；◢弾r、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。構成了研究區主要的局部磁性異常反映?；鸪蓭r磁化率從小到大依次為：凝灰巖14×10-6SI，英安斑巖18×10-6SI，花崗巖19×10-6SI，霏細巖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]。統計分析了滴北1井、倫2井、烏參1井各地層的電阻率，結果見表1。

表1 地層電阻率統計表

2 資料采集

研究工區位于東經86°30′～89°30′，北緯46°30′～45°30′之間，屬于準噶爾盆地北緣，具體位置及測線分布如圖1所示。測線長度213 km，點距1 km，共213個觀測點。數據采集使用MTU-5A大地電磁測深系統，采用四分量張量觀測方式，即Ex、Ey、Hx、Hy分量。Ex、Hx布設方向與測線方向相同，Ey、Hy布設方向與測線方向垂直。通過采用合理選擇點位、延長觀測時間、選擇弱干擾時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和長江大學地球物理與石油資源學院獨立開發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干擾因素的影響，觀測數據中不可避免地包含有噪音。通過遠參考處理與ROBUST處理后的視電阻率曲線，可能仍然包含飛點或不光滑，這將使反演結果發生嚴重畸變。因此有必要對數據進行手工編輯、平滑，刪除飛點等處理；還應按照曲線的形態特征，對偏離趨勢太遠的飛點進行平滑處理。

平滑處理工作是在WingLink軟件系統中進行的。為了提高處理的效率，為將來的工作奠定基礎，筆者建立了準噶爾盆地烏倫古凹陷電法資料數據庫。先進行手工平滑，再進行自動平滑。

3.2 靜態偏移校正

靜態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，就會在其上積累電荷[16]，可使電場數據向上或向下移動一個常數，且與頻率無關，因而視電阻率曲線也沿縱軸在雙對數坐標中發生上下平移，從而導致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幾個級次，用有靜態位移的曲線進行反演和解釋，不僅會使巖層的電阻率產生很大誤差，而且推斷的深度也會產生較大誤差。

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

依據測點處地表地層的電阻率，采用平移的方式進行的靜態偏移校正。平移的標準是首支視電阻率曲線移動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反演方法對視電阻率資料進行了反演計算。Occam反演方法首先由 CONSTABLE 等[20]于1987年提出，其認為在反演中為了獲得最優解，反演的模型應盡可能的簡單、光滑。反演的目標函數U為[21]：

對該測線的電法資料進行處理和反演后，得到其Occam反演電阻率斷面圖(見圖2)。圖3是6050號測點的反演擬合效果圖。表2為部分測點的RMS(均方根)。統計全部測點RMS，得出其平均值為0.361。通過對比測點的實測曲線與響應曲線，曲線之間的擬合情況較好，且測點的RMS較低，說明反演結果具有較高可靠度。

4 綜合地質解釋

以電法資料為主，結合重力、磁法、鉆井、地震、測井和地質露頭資料，對準噶爾盆地烏倫古凹陷進行綜合地質解釋。電法資料的電阻率剖面，揭示的是電阻率參數的空間變化情況。由于電阻率與地質體之間并非一一對應，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體。因此需要綜合各種不同資料，盡可能客觀準確地進行電性層的地質歸位。

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-二疊系、三疊系-侏羅系、白堊系-古近系、新近系-第四系共4個構造層序[22]。巖性特征為：太古界和元古界地層為深變質巖類和混合巖類；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]。

測線的西北端點坐標為(15 493 966.100,51 609 69.700)，東南端點坐標為(15 680 208.900,50 596 36.200)，測線由西北向東南橫跨整個烏倫古凹陷(見圖1)，經過倫6井。倫6井鉆穿6個地層，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：綠色曲線為實測曲線，紫色曲線為響應曲線。RMS為0.106 6。圖3 6050號測點反演擬合效果圖圖3 Inversion fitting effect of line 6050

表3 倫6井隨鉆分層表

依據烏倫古凹陷的電阻率斷面圖以及鉆井層位標定，對該測線剖面進行了地質層位的劃分(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，左右兩側有高阻異常，左側對應烏倫古凹陷西北端，高阻異常從地下2 000 m到地下8 000 m，右側對應烏倫古凹陷東南端，高阻異常從地下2 000 m到地下6 000 m。電法資料的地質解釋結果與該測線對應的地震解釋結果(見圖5)基本一致。

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

圖5 與大地電磁測深測線對應的地震解釋剖面Fig.5 Seismic interpretation profile corresponding to magnetotelluric sounding line

5 結論

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

2)電法資料能夠較清晰地揭示準噶爾盆地烏倫古凹陷石炭系頂界面的構造形態，彌補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。