基于重磁電資料的TC盆地地層結(jié)構(gòu)特征研究

李 琴，陳立卿

（1.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院，山東東營 257022；2.內(nèi)蒙古地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020）

TC盆地位于新疆維吾爾自治區(qū)西北部，是由塔爾巴哈臺山、巴爾魯克山、烏爾喀什爾山環(huán)抱的山間盆地。盆地位于哈薩克斯坦板塊東端西準(zhǔn)噶爾褶皺帶內(nèi)，東西長160km，南北寬90km，面積8 300km2。

與準(zhǔn)噶爾盆地相似，TC 盆地是一個(gè)多旋回的疊加復(fù)合型盆地。時(shí)間上，經(jīng)歷了早古生代洋陸演化階段、晚古生代后碰撞過程及陸內(nèi)盆山演化階段；空間上，位于多單元拼合的褶皺基底之上［1］?，F(xiàn)有資料揭示［1－2］，TC 盆地與準(zhǔn)噶爾盆地的褶皺基底演化存在許多差異，特別是對研究程度較低的TC盆地結(jié)構(gòu)與演化歷史存在較大分歧。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，TC盆地處于哈薩克斯坦板塊和準(zhǔn)噶爾板塊的交界處，屬于哈薩克斯坦板塊的一部分，盆地周圍被北東向、東西向和北西向3組陸緣巖漿弧或陸間裂谷包圍，推測TC 盆地是一古老硬碎塊，承受三方壓力而成為山間斷陷盆地。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，TC盆地應(yīng)是石炭紀(jì)巴爾喀什—準(zhǔn)噶爾的殘余洋盆的邊緣盆地，介于塔爾巴哈臺早古生代島弧構(gòu)造帶與巴爾喀什—準(zhǔn)噶爾的殘余洋盆之間，后期與新生代盆地疊加形成疊合盆地。還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，TC盆地與準(zhǔn)噶爾盆地具有共生關(guān)系，是哈薩克斯坦板塊和準(zhǔn)噶爾板塊碰撞形成雙指向造山楔（不對稱的前陸褶皺－沖斷帶）。

TC盆地的地震、綜合物探資料匱乏。目前，區(qū)內(nèi)開展過1∶200 000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、重磁調(diào)查和航磁測量工作，完成了2條重磁電綜合大剖面和一口井（TC1）鉆探工作。TC1井鉆探揭示該區(qū)石炭系發(fā)育較好的烴源巖，具有一定勘探潛力。但盆地整體研究程度較低，盆地結(jié)構(gòu)特征以及斷裂展布、地層分布規(guī)律尚不明確。我們以2010年區(qū)域重磁電大剖面為出發(fā)點(diǎn)，在全區(qū)物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，通過對剖面重磁電異常特征的分析和解釋，結(jié)合區(qū)域的重力成果，研究分析盆地結(jié)構(gòu)框架、地層分布，尤其是石炭系內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，取得了一些認(rèn)識，為下步勘探工作提供了參考依據(jù)。

1 物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)

巖石密度、磁化率和電阻率的差異是開展重磁電勘探工作的前提，物性參數(shù)的精度直接影響資料處理和成果解釋的精度［3］。物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果來源于3個(gè)方面：①TC地區(qū)及周邊地質(zhì)露頭密度、磁化率和電阻率的物性實(shí)測（表1，表2，表3）；②對視電阻率曲線的首支電阻率進(jìn)行了歸納和統(tǒng)計(jì)（表4）；③研究區(qū)已知測井資料，對電性特征進(jìn)行了細(xì)致的整理和統(tǒng)計(jì)（圖1）。

TC盆地地層物性特點(diǎn)如表5所示。

1）TC盆地周邊露頭主要為石炭系（C）、泥盆系（D）等上古生界，無侏羅系（J）、白堊系（K）等中生界出露。新生界的密度值總體較低，石炭系、泥盆系的密度值較高。因此，研究區(qū)主要存在2個(gè)密度界面：①新生界與下二疊統(tǒng)—石炭系之間，二者的密度差較大，約為0.54g／cm3；②下二疊統(tǒng)—石炭系與泥盆系之間，二者密度差約為0.05g／cm3。盡管下二疊統(tǒng)—石炭系與新生界之間的密度差較大，與泥盆系之間的密度差較小，但是，TC 盆地新生界分布較穩(wěn)定，沉積厚度較薄，對重力異常的貢獻(xiàn)不大，而盆地沉積巨厚的石炭系，對重力異常的貢獻(xiàn)要比新生界大得多。由此可知，下二疊統(tǒng)—石炭系與泥盆系之間的密度界面為本區(qū)的主密度界面。

表1 TC盆地露頭密度、磁化率實(shí)測統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表2 TC盆地露頭電阻率實(shí)測統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表3 TC盆地下二疊統(tǒng)—石炭系巖石物性特征統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表4 TC盆地MT 測線首支電阻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖1 TC1井電測井曲線

2）正常碎屑巖磁性較弱，火成巖磁性一般較強(qiáng)，尤其是基性、超基性火成巖磁性最強(qiáng)。

3）本區(qū)地層縱向上主要分為5套電性層。第①電性層：第四系（Q）的電阻率略大于古近系和新近系的電阻率，呈表層高阻特征；第②電性層：古近系和新近系的電阻率最低，呈低阻特征；第③電性層：下二疊統(tǒng)（P1）—上石炭統(tǒng)（C2）巖性組合主要為火山巖，其電阻率明顯高于上覆新生界的電阻率和下伏姜巴斯套組的電阻率，呈現(xiàn)高阻特征；第④電性層：下石炭統(tǒng)（C1）主要為一套碎屑巖建造，其電阻率低于上石炭統(tǒng)和下伏泥盆系的電阻率，呈相對低阻特征；第⑤電性層：泥盆系（D）的電阻率高于上覆下石炭統(tǒng)的電阻率，總體表現(xiàn)為高阻特征。新生界的電阻率遠(yuǎn)低于古生界的電阻率，總體表現(xiàn)為低阻特征，石炭系內(nèi)部火山巖建造地層和碎屑巖建造地層間存在電性差異，泥盆系總體表現(xiàn)為高阻特征。露頭資料（表5）與電測井資料（圖1）顯示的結(jié)果基本一致，但由于鉆探深度不夠，電測井沒有下石炭統(tǒng)的資料，露頭資料把二疊系（P）與上石炭統(tǒng)作為一套高阻層來對待，雖然電測井的資料顯示，在2 000m 左右的深度，上石炭統(tǒng)內(nèi)部還存在一個(gè)較為明顯的電性變化臺階，但自二疊系開始，整體為高阻特征。

表5 TC盆地地層物性特征

2 重、磁、電異常特征

2.1 重力異常特征

布格重力異常［3］是地下所有密度不均勻體的綜合反映，局部構(gòu)造引起的局部重力異常信息疊加在布格重力異常中［4－5］。在地質(zhì)體規(guī)模較小或埋藏較深時(shí)，布格重力異常上反映不清晰，剩余重力異常去除區(qū)域背景場后，局部重力異常得到明顯的增強(qiáng)［6－7］。

在布格重力異常上延不同高度，可獲得剩余重力異常。TC盆地的基底埋深在10km 左右，本次采用的上延高度為20km。從剩余重力異常來看，TC2010＿ne01測線（圖2）異常呈高、低相間分布，除30～55km 的重力高值較突出外，其它重力局部異常高值規(guī)模較小，但異常相間高低變化梯度較大，顯示該區(qū)自西向東中淺層橫向上的接觸關(guān)系較為陡直；TC2010＿sn02測線（圖3）局部異常特征較為清晰，自南向北，呈現(xiàn)“兩低夾一高”的格局，并且在重力異常低值中還能發(fā)現(xiàn)有較小幅度的局部重力異常高值。

2.2 磁力異常特征

磁力異常是由地下磁性物質(zhì)引起的，異常受磁性體的磁化強(qiáng)度和磁化方向雙重作用［7－8］。分析磁力異常首先要進(jìn)行化極處理，將磁性體的磁化方向由斜磁化轉(zhuǎn)為垂直磁化，從而使磁力異常與磁性體位置垂直對應(yīng)，提高磁力異常的解釋精度。

向上延拓20km 獲得剩余磁力異常，有效剔除了磁力化極異常中的區(qū)域背景場（基底深層磁源的磁異常），突出了基巖巖性的相對差異［9］。物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，本區(qū)火成巖主要發(fā)育在上石炭統(tǒng)地層中，所以剩余磁力異常主要是上古生界磁異常的綜合反映。

TC2010＿ne01測線（圖4）剩余磁力異常較為復(fù)雜，正磁異常發(fā)育但雜亂，整條剖面沒有明顯的磁場平靜區(qū)；21～30 和65～75km 附近磁異常變化劇烈，幅度和梯度均較大。TC2010＿sn02 測線（圖5）的磁場特征與TC2010＿ne01 線基本類似，30～35km 附近磁異常變化劇烈，幅度高、梯度大。

2.3 電性異常特征

2.3.1 二維反演電阻率剖面特征分析

兩條電法測線反演電阻率剖面（圖6，圖7）的宏觀電性結(jié)構(gòu)［10－11］具有相似性?？v向上，剖面從上至下基本呈現(xiàn)表層高阻—上低阻—次高阻—下低阻—高阻特征；橫向上，表層高阻、上低阻層連續(xù)分布，次高阻層（或相對高阻層）、下低阻層分布與高阻層起伏關(guān)系密切。當(dāng)高阻層向上隆起且埋深較淺時(shí)，次高阻層和下低阻層缺失，當(dāng)高阻層向下沉陷且埋藏較深時(shí)，次高阻層和下低阻層等電性層發(fā)育齊全?？偟膩砜矗咦鑼映尸F(xiàn)凹凸分布格局，并且埋深高點(diǎn)與低點(diǎn)之間海拔相差較大，約為3 000m。

圖4 TC2010＿ne01測線磁力異常剖面

TC2010＿ne01線走（圖6）向?yàn)楸睎|方向，反演電阻率剖面次高阻層（相對高阻）、下低阻層被隆起狀高阻分隔成4塊，總體來看，次高阻層、下低阻層分布不連續(xù)，測線東段電阻率呈高阻特征，缺失表層高阻（第四系Q）、上低阻層（新近系N）、次高阻層（二疊系P—上石炭統(tǒng)C2）、下低阻層（下石炭統(tǒng)C1）。TC2010＿sn02線（圖7）為近南、北走向，南端電阻率基本上呈次高阻—高阻特征，中北部高阻層（42～55km）向上隆起將兩側(cè)次高阻層—下低阻層分隔成南、北兩部分。

2.3.2 電性層標(biāo)定

反演電阻率剖面電性層位的標(biāo)定［12－13］主要依據(jù)地層電性特征（表2）及TC1井實(shí)鉆（圖1）結(jié)果。表層存在一套相對高阻層，反演電阻率為20～40Ω·m，地表對應(yīng)第四系覆蓋區(qū)，這套相對高阻層的厚度總體較薄，約為100～300 m，根據(jù)巖石地層電阻率的高低對應(yīng)關(guān)系，確定這套表層高阻層的層位為第四系；表層高阻層之下發(fā)育一套低阻層，二維反演電阻率值小于30Ω·m，根據(jù)地層巖石電阻率的高、低對應(yīng)關(guān)系確定為新近系—古近系的反映。

新近系—古近系之下存在一套次高阻層，二維反演電阻率值約為30～150Ω·m，而且這套次高阻層分布不連續(xù)；在次高阻層之下存在一套低阻或相對低阻層，二維反演電阻率為10～150Ω·m。盆地周邊地質(zhì)露頭調(diào)查結(jié)果顯示［2］，下二疊統(tǒng)—上石炭統(tǒng)主要為一套火成巖建造地層，而下石炭統(tǒng)上部存在一套正常沉積的細(xì)碎屑巖，下部由碎屑巖和火成巖組成。從巖石電性統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，火成巖電阻率要遠(yuǎn)大于正常沉積的碎屑巖電阻率，因此推斷次高阻層為下二疊統(tǒng)和上石炭統(tǒng)的反映，相對低阻層為下石炭統(tǒng)碎屑巖層的反映。值得提出的是，下二疊統(tǒng)—上石炭統(tǒng)不僅發(fā)育火成巖（主要為火山噴發(fā)巖），同時(shí)也發(fā)育碎屑巖（火山碎屑巖及正常沉積碎屑巖），而且火成巖層與碎屑巖層基本呈互層關(guān)系。限于MT 勘探精度，二維反演電阻率剖面分辨不出厚度較薄的巖層，所以在二維反演電阻率剖面上，下二疊統(tǒng)及上石炭統(tǒng)火成巖與碎屑巖的綜合表現(xiàn)為次高阻層。

在石炭系次高阻層、低阻層之下為高阻基底，反演電阻率一般在300Ω·m 以上，根據(jù)地層巖石電阻率的高低關(guān)系，推測其主要為泥盆系、志留系的反映。

3 盆地構(gòu)造、地層展布特征

3.1 斷裂發(fā)育特征

斷裂是構(gòu)造活動的一種重要表現(xiàn)形式。研究斷裂的發(fā)生、發(fā)展及相互關(guān)系，有利于對盆地（凹陷）發(fā)展、構(gòu)造運(yùn)動性質(zhì)、沉積地層分布及局部構(gòu)造的研究［13－14］。斷裂構(gòu)造造成地層的錯(cuò)位，當(dāng)達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，兩側(cè)可形成一定的密度、磁化率和電性差異，從而引起各種不同性質(zhì)的異常。本次斷裂解釋的主要依據(jù)是：①重力異常線性梯級帶、異常分區(qū)、扭曲等（圖8）；②電法剖面上電性層的錯(cuò)斷、等值線的畸變等（圖9）。

橫向上，由于斷裂兩側(cè)不同的地質(zhì)塊體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和電阻率均存在差異，使斷裂在反演電阻率剖面上一般表現(xiàn)為電阻率突變帶或具有不同電阻率團(tuán)塊體的接觸帶，或是同一電性層的扭曲等。重力資料顯示，本區(qū)主要發(fā)育5條區(qū)域性大斷裂，這5條區(qū)域性斷裂對石炭系的沉積具有明顯控制作用。斷裂走向由北東方向逐漸轉(zhuǎn)為近東西方向，平面上呈向西撒開、向東收斂的展布特征。其中，北東、近東西向斷裂控制了盆地邊界，盆地北部以東西向構(gòu)造為主，盆地中部，北東、北西向斷裂都在區(qū)域重力水平總梯度圖上有所反映，哈巴克隆起上多發(fā)育北西向斷裂，在額敏坳陷內(nèi)發(fā)育一些北東向次級斷裂。盆地南部邊界受北東向斷裂控制，這一方向與準(zhǔn)噶爾西北緣的方向一致，具有顯著的擠壓性質(zhì)，斷層面向南傾斜，山區(qū)向北逆沖；TC 盆地與謝米斯臺山之間主要是以高角度逆斷裂接觸，未見古生界露頭由山區(qū)向盆地推覆。

3.2 構(gòu)造區(qū)劃與地層分布

電性剖面及TC1井資料表明，本區(qū)新生界地層厚度一般在500～1 000m，且分布穩(wěn)定。根據(jù)地層巖石密度資料分析，新生界底面是盆地的主要密度界面，此外石炭系與泥盆系之間也存在一定的密度差，剩余重力異常大致反映基底的起伏形態(tài)。由于基底地層密度要大于新生界及石炭系地層的密度，因此，剩余重力負(fù)異常的大小反映了基底埋藏深度，異常幅度越大反映基底埋藏越深，而剩余重力正異常則反映基底埋藏較淺，或出露地表。

TC2010＿ne01測線剩余重力異常（圖2）顯示，TC盆地南部主要發(fā)育4個(gè)幅度較大的負(fù)異常帶，中間被重力正異常分隔，反映盆地南部凹陷帶連通性不強(qiáng)，可能由4 個(gè)凹陷組成。TC2010＿sn02 測線剩余重力異常（圖3）顯示，TC 盆地南、北各發(fā)育了一較大幅度的負(fù)異常帶，由中部重力正異常帶分割成南、北兩部分。說明盆地南、北各發(fā)育一坳陷帶，中部為一個(gè)隆起帶。電法（MT）二維連續(xù)反演電阻率剖面同樣揭示了盆地南北方向具有“兩坳夾一隆”結(jié)構(gòu)。根據(jù)重力和電法（MT）資料，我們將TC盆地劃分為額敏坳陷、哈巴克隆起和庫吉坳陷（圖9，圖10）。

額敏坳陷：位于盆地南部，謝米斯臺山及巴爾魯克山南，北東走向。從上至下發(fā)育的地層主要為新近系、古近系、下二疊統(tǒng)、上石炭統(tǒng)和下石炭統(tǒng)。石炭系底界具有一定的起伏性，在TC2010＿ne01線MT 剖面上顯示，凸起上厚度一般為2 000～3 500m，凹陷內(nèi)厚度一般為4 000～5 500m。下石炭統(tǒng)呈凹凸相間分布格局，主要由4個(gè)殘留沉降中心組成，且厚度東薄西厚，在坳陷的東部TC1井處下石炭統(tǒng)厚度約為1 500～2 000m，另外3個(gè)沉降中心下石炭厚度較厚，最厚處可達(dá)3 500m。坳陷西部下石炭沉降中心走向近東西向，而坳陷的東部下石炭統(tǒng)殘留沉降中心走向則為北東向，且東部下石炭統(tǒng)沉降中心靠近謝米斯臺山前，反映坳陷具有東南深西北淺的特征。

哈巴克隆起：位于盆地中部，主要受南北兩條近東西向斷裂控制，隆起東窄西寬，近東西向展布，從上至下主要發(fā)育新近系、古近系、下石炭統(tǒng)，可能殘留較薄的下二疊統(tǒng)及上石炭統(tǒng)。TC2010＿sn02線電性剖面顯示石炭系底界埋深約為1 000～2 000m。

庫吉坳陷：位于盆地北部，塔爾巴哈臺山南，近東西走向，受到塔爾巴哈臺山南斷裂、阿不都拉斷裂控制，主要發(fā)育地層為新近系、古近系、下二疊統(tǒng)—上石炭統(tǒng)、下石炭統(tǒng)。TC2010＿sn02 線電性剖面顯示石炭系底界埋深約為4 000～5 500m；上石炭統(tǒng)及下二疊統(tǒng)厚度約1 500～2 500m。總體來看，上石炭統(tǒng)及下二疊統(tǒng)殘留厚度與地層起伏關(guān)系密切，在凹陷內(nèi)其分布較厚，一般在1 500m以上，在凸起上其殘留較薄，僅為幾百米，甚至剝蝕殆盡。

圖10 TC盆地構(gòu)造單元

4 勘探潛力分析

TC盆地及周邊山區(qū)中泥盆世至晚石炭世發(fā)育淺海、濱淺海環(huán)境，大范圍沉積泥質(zhì)巖和生物碎屑灰?guī)r，為烴源巖的形成提供了優(yōu)越的地質(zhì)條件。露頭區(qū)資料揭示，南部地區(qū)海相地層更為發(fā)育，烴源巖條件好于北部［1－2］。

重磁、MT 勘探成果顯示，TC盆地南部額敏坳陷及北部庫吉坳陷發(fā)育新生界、下二疊統(tǒng)—上石炭統(tǒng)、下石炭統(tǒng)。在兩條電法MT 反演電阻率剖面上均可以看出，在下石炭統(tǒng)發(fā)育一套低阻特征、厚度較大的碎屑巖，如其具有生烴能力，將會成為潛在的烴源巖。

從TC2010＿sn02線反演電阻率剖面（圖7）可以看出，額敏坳陷下石炭統(tǒng)低阻層較庫吉坳陷更為發(fā)育，說明額敏坳陷泥巖等細(xì)碎屑巖規(guī)模要比庫吉坳陷的大，而額敏坳陷面積要遠(yuǎn)比庫吉坳陷面積大，且額敏坳陷發(fā)育4個(gè)石炭系殘留沉降中心，石炭系呈凹凸相間分布，局部構(gòu)造也較發(fā)育。TC2010＿sn02線揭示額敏中央凸起南北兩側(cè)均發(fā)育深大斷裂，溝通了較厚的下石炭統(tǒng)低阻碎屑巖層。因此，分析認(rèn)為額敏坳陷為TC 盆地含油氣相對有利區(qū)。

5 結(jié)束語

1）重磁電資料顯示TC 盆地為“兩坳夾一隆”結(jié)構(gòu)，即庫吉坳陷、額敏坳陷、哈巴克隆起。石炭系底界埋深在庫吉坳陷約4 000～5 500m，在額敏坳陷約為3 500～6 000m，在哈巴克隆起上約1 500～3 000m。

2）TC盆地發(fā)育南北2個(gè)C—P1殘留沉降帶，分別為額敏坳陷、庫吉坳陷。C1分布廣泛，在庫吉坳陷殘留厚度約為1 500～3 000m；在額敏坳陷呈凹凸相間分布，主要存在4個(gè)C1殘留沉降中心，凹陷內(nèi)厚度約為2 000～3 500m，凸起上厚度約為1 000～1 500m。C2—P1分布較為局限，主要分布在坳陷內(nèi)，厚度約為1 000～2 500m。

3）區(qū)域重力資料分辨率過低，僅有兩條綜合剖面，限制了對于石炭系地質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，建議在本區(qū)進(jìn)一步開展1∶50 000重磁勘探和電法勘探工作。

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