準(zhǔn)噶爾盆地重磁力場與構(gòu)造特征分析

鄭祺方，彭巍巍，竇 洋

(1.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083；2.中國石油天然氣股份有限公司杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州310023)

近年來，隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的深入開展，西部地區(qū)已探明的油氣資源儲量豐富。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前準(zhǔn)噶爾盆地的石油已探明的儲量為20.74%，對應(yīng)的發(fā)現(xiàn)率為30%，天然氣已探明的儲量為3.50%，對應(yīng)的發(fā)現(xiàn)率僅為8%[1-3]，這充分說明了準(zhǔn)噶爾盆地油氣資源的重要性。從地質(zhì)構(gòu)造上看，準(zhǔn)噶爾盆地位于哈薩克斯坦古板塊、西伯利亞古板塊和塔里木古板塊的交匯處，屬于一個三面被古生代縫合線圍繞的大陸板內(nèi)構(gòu)造盆地，盆地東西長約700 km，南北寬約370 km，整體呈三角形，其沉積巖最大厚度為15 000 m。西部的湖沼洼地海拔下降到200～400 m，艾比湖水面海拔僅189 m。

目前，我國在準(zhǔn)噶爾盆地開展了勘探和研究工作[4-6]。結(jié)果表明，基底斷裂與蓋層斷裂之間的耦合方式是制約形成油氣田及導(dǎo)致含油氣豐度差異的關(guān)鍵條件。而地質(zhì)體在斷裂作用下連續(xù)性發(fā)生破壞，從而引起斷裂帶周圍的重磁力場發(fā)生變化。因此，為了確定油氣開采方式，就必須掌握準(zhǔn)噶爾盆地基底結(jié)構(gòu)的特征，為確定蓋層斷裂與油氣分布之間的關(guān)系提供地質(zhì)資料和基礎(chǔ)依據(jù)[7-9]。目前，一些學(xué)者對重磁力場與地質(zhì)構(gòu)造之間的關(guān)系或重磁力場與賦存資源之間的關(guān)系進(jìn)行了研究[11-16]。

本文首先對準(zhǔn)噶爾盆地周圍的重磁力場特征進(jìn)行分析，然后結(jié)合重磁力場特征研究了地質(zhì)構(gòu)造的整體分布情況，分析了準(zhǔn)噶爾盆地質(zhì)活動。

1 準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造特征

圖1表示準(zhǔn)噶爾盆地的地質(zhì)構(gòu)造單元劃分圖。準(zhǔn)噶爾盆地可劃分為北天山山前沖斷帶、西部隆起、中央坳陷、陸梁隆起、烏倫古坳陷、東部隆起等多個區(qū)域。受周圍地質(zhì)構(gòu)造和板塊運(yùn)動的影響，準(zhǔn)噶爾盆地周圍出現(xiàn)較多的隆起斷裂帶，而中間形成了坳陷區(qū)域。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造單元劃分圖

根據(jù)侏羅系構(gòu)造特點(diǎn)，準(zhǔn)噶爾盆地可劃分為不同的構(gòu)造區(qū)域。從表1中可以看出，準(zhǔn)噶爾盆地的地質(zhì)構(gòu)造相對復(fù)雜。該地區(qū)主要由晚侏羅紀(jì)、中侏羅紀(jì)、早侏羅紀(jì)和T3四個地層構(gòu)成。其中，盆地的南緣和西北緣兩區(qū)域的晚侏羅紀(jì)地層主要由喀拉扎組和齊古組組成； 中侏羅紀(jì)地層主要由頭屯河組和

表1 準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系劃分表

西山窯組組成；早侏羅紀(jì)地層主要由三工河組和八道灣組組成；T3地層主要由郝家溝組組成。與南緣和西北緣區(qū)域不同，準(zhǔn)噶爾盆地東北緣區(qū)域的上侏羅紀(jì)地層主要由石樹溝組組成，中侏羅統(tǒng)地層主要由五彩灣組和西山窯組組成；下侏羅統(tǒng)主要由三工河組和八道灣組組成；T3地層主要由小泉溝組成。

2 準(zhǔn)噶爾盆地重磁力場特征分析

2.1 重磁力場數(shù)據(jù)分析原理

目前，分析重磁力場數(shù)據(jù)的主要方法有歸一化總水平導(dǎo)數(shù)法、解析延拓法、滑動平均法等。其中，總水平導(dǎo)數(shù)法的應(yīng)用最為廣泛。

1) 總水平導(dǎo)數(shù)峰值是重磁力場邊緣檢測中的重要指標(biāo)，其值可表示為式(1)。

(1)

式中，THDx和THDy分別x方向和y方向的重力位沿z方向的變化率，其表達(dá)式見式(2)。

(2)

式中,Uxy、Uxz、Uyx、Uyz分別為xy方向、xz方向、yx方向和yz方向的重力位場，其表達(dá)式見式(3)。

(3)

式中R為點(diǎn)(x,y,z)到點(diǎn)dm的距離。

該方法的實(shí)質(zhì)是通過計(jì)算異?？偹綄?dǎo)數(shù)的最大值，來確定和識別地質(zhì)構(gòu)造的邊界位置。與垂向?qū)?shù)法相比，水平總梯度法的測量精度更高。

通過水平總梯度法對實(shí)測結(jié)果進(jìn)行分析，進(jìn)而識別出不同構(gòu)造的邊界，進(jìn)一步分析該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特征，如斷裂帶、地塹、高山等。

2.2 垂直重磁力場特征分析

圖2為準(zhǔn)噶爾盆地垂直重磁力場的分布特征。圖2中深色區(qū)域表示垂直重磁力場的高值區(qū)域，淺色區(qū)域表示垂直重磁力場的低值區(qū)域。從圖2可以看出，在北天山山前沖斷帶，垂直重力磁力場的值較高，顯示為大面積的深色區(qū)域。在準(zhǔn)噶爾盆地的東北部區(qū)域，青格里底山斷裂帶和克拉美麗斷裂帶一帶也出現(xiàn)了顯著的垂直重力磁力場異常區(qū)。在盆地的中部的中央坳陷區(qū)存在局部的垂直重力負(fù)磁力場異常區(qū)，這可能由于火山巖活動造成的，表明這些區(qū)域存在一些低谷，或者斷裂破碎帶等，進(jìn)而引起了異常的垂直負(fù)磁力場區(qū)域。

2.3 重磁力場特征分析

圖3為準(zhǔn)噶爾盆地重磁力場中重力異常分布。從圖3可看出，準(zhǔn)噶爾盆地區(qū)域的重力值分布廣，變化范圍大，最小值為～280 mGal，最大值為～80 mGal。結(jié)合圖1可知，準(zhǔn)噶爾盆地南緣的重力值最低，在依林黑比爾根山附近形成了長條分布的山前沖斷帶。準(zhǔn)噶爾盆地中間區(qū)域形成一個較大的重力梯度帶，該區(qū)域的重力值上升到～100 mGal，且呈長條狀油西向東延伸，為凹陷區(qū)；準(zhǔn)噶爾盆地西北部區(qū)域，其重力場值較高，說明該區(qū)域形成較高的隆起；準(zhǔn)噶爾盆地中南部地區(qū)整體表現(xiàn)為“東西寬，南北窄”的狹長重力負(fù)異常區(qū)。總體上來看，準(zhǔn)噶爾盆地區(qū)域的重力場呈現(xiàn)“南低北高”的特征，且在山前帶形成了顯著的應(yīng)力梯度，說明該地區(qū)的重力差值較大。結(jié)合圖2可以看出，克拉美麗山前坳陷區(qū)內(nèi)的局部構(gòu)造和斷裂帶也極為發(fā)育。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地垂直重磁力場分量圖

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地重磁力場中重力異常分布圖

2.4 重磁力場與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系

根據(jù)準(zhǔn)噶爾盆地重磁力場特征，按照斷裂構(gòu)造與重磁力關(guān)系的推斷和依據(jù)，并結(jié)合已探明的相關(guān)地質(zhì)資料，準(zhǔn)噶爾盆地區(qū)域內(nèi)的重磁力場與斷層分布的關(guān)系如圖4所示。表2為圖4中選取的部分異常區(qū)的重磁力特征及相應(yīng)的地表特征等內(nèi)容。從表2中可以看出，在準(zhǔn)噶爾盆地的同一地質(zhì)構(gòu)造中，由于重磁力場的不同，同一區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造可能存在較大的差別。

圖5和圖6分別表示準(zhǔn)噶爾盆地區(qū)域中侏羅統(tǒng)時期西山窯組在不同重磁力場下對應(yīng)的地質(zhì)特征。在高重磁力場條件下，該區(qū)域易形成山丘、丘陵等地質(zhì)構(gòu)造；而在低重磁力場條件下，該區(qū)域往往形成平谷，且呈波浪狀，表明該區(qū)域可能經(jīng)歷過河流沖刷等作用而形成波浪狀平谷。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地重磁力場與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系圖

異常區(qū)編號異常特征地表特征推斷解釋M-1異常線梯度帶、異常寬度突變形成以基底斷裂為主的盆地外邊緣凸起和凹陷間隔的網(wǎng)狀斷裂構(gòu)造主要以百口泉斷裂和克烏斷裂為主控?cái)嗔袽-2線性梯度帶和重力高與重力低相間盆地東北緣受力強(qiáng)度較大,盆地內(nèi)部網(wǎng)狀斷裂構(gòu)架以吐絲托依拉斷裂、陸北斷裂為主控?cái)嗔袽-3條帶狀負(fù)磁力場異常區(qū)分布主要為基底斷裂形成的南緣凹陷以霍瑪吐斷裂、托北斷裂為主控?cái)嗔袽-4由西南向東北逐漸過渡分布的磁力異常區(qū)發(fā)育有小規(guī)模的次級斷裂,為后期相互擠壓后形成的斷裂與東西向斷裂相互切割形成

圖5 中侏羅統(tǒng)西山窯組高重磁力場區(qū)

圖6 中侏羅統(tǒng)西山窯組低重磁力場區(qū)

綜上，分析重磁力場的特征可以較準(zhǔn)確地推斷出盆地中斷裂帶的位置，但無法確定斷裂的傾向。當(dāng)兩個斷層相距較近時，斷層產(chǎn)生的重磁力場相互疊加，改變了兩個斷層之間重磁力場的分布狀態(tài)，使得無法確定兩個斷層的產(chǎn)狀特征。因此，在分析盆地中的斷裂位置、深度及其長度時，還應(yīng)結(jié)合其他地質(zhì)資料及該地區(qū)相關(guān)的地震資料等加以確定。

3 結(jié) 論

1) 歸一化總水平導(dǎo)數(shù)法能夠較好地識別地質(zhì)構(gòu)造的邊界，為分析重磁力場的特征和斷裂帶的識別提供了依據(jù)。

2) 通過對準(zhǔn)噶爾盆地重磁力場數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，表明準(zhǔn)噶爾盆地的東北部區(qū)域，青格里底山斷裂帶和克拉美麗斷裂帶均呈現(xiàn)了顯著的垂直重力磁力場異常區(qū)，在盆地的中部區(qū)域存在局部垂直負(fù)重磁力場異常區(qū)。

3) 準(zhǔn)噶爾盆地邊緣的重磁力場較強(qiáng)，斷裂分布及規(guī)模十分明顯，結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造特征可以發(fā)現(xiàn)，這主要是早期的地殼擠壓碰撞造成的。而在盆地的中部重磁力場普遍較弱，且存在部分負(fù)磁力場異常區(qū)，相應(yīng)地?cái)嗔寻l(fā)育程度較低。

4) 準(zhǔn)噶爾盆地中南部地區(qū)整體表現(xiàn)為“東西寬，南北窄”的狹長重力負(fù)異常區(qū)，且在中央坳陷區(qū)內(nèi)存在顯著的垂直重力負(fù)磁力場異常區(qū)，這可能是由火山巖活動造成的。

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