三塘湖盆地航磁異常特征及油氣遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)

舒 晴，朱曉穎，高 維，李 瑞，尹 航

1.吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長春 130026 2.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083

0 引言

三塘湖盆地位于新疆維吾爾自治區(qū)東北部，行政區(qū)劃上屬哈密市巴里坤哈薩克自治縣和伊吾縣管轄，盆地呈北西—南東向條帶狀?yuàn)A持于莫?dú)J烏拉山與蘇海圖山之間，東西長約500 km，南北寬40～70 km，盆地面積約23 000 km2[1-7]，是阿爾泰山系內(nèi)的一個(gè)山間盆地[8]，石油和煤炭資源豐富。三塘湖盆地地質(zhì)勘探工作始于20世紀(jì)50年代，1993年，中國石油天然氣總公司在條湖凹陷北小湖構(gòu)造鉆探的塘參1井獲工業(yè)油氣流，是盆地內(nèi)的首次突破[6，9]，經(jīng)過多年勘探開發(fā)，確立了侏羅系、二疊系、石炭系三套主力勘探目的層，產(chǎn)油區(qū)集中在盆地中段條湖、馬朗凹陷，其他地區(qū)勘探開發(fā)程度相對(duì)較低。目前，三塘湖盆地已建成年產(chǎn)百萬噸級(jí)油田，由中國石油天然氣總公司吐哈油田公司負(fù)責(zé)勘探、開發(fā)和運(yùn)營。

2012年至2015年，中國國土資源航空物探遙感中心承擔(dān)了新疆巴里坤—伊吾地區(qū)1∶5萬航磁調(diào)查任務(wù)，首次獲得了三塘湖盆地高精度、大比例尺航磁資料*舒晴，高維，朱曉穎，等. 新疆巴里坤—伊吾地區(qū)1∶5萬航磁調(diào)查綜合研究成果報(bào)告.北京：中國國土資源航空物探遙感中心，2015.。三塘湖盆地火山巖油藏特征及其成藏過程與火山巖密切相關(guān)是進(jìn)行該地區(qū)航磁油氣遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)的地球物理前提。本文以實(shí)測(cè)航磁資料為主，結(jié)合區(qū)域重力、區(qū)域地質(zhì)和實(shí)測(cè)物性等資料，分析了三塘湖盆地航磁異常特征及其與盆地構(gòu)造的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在巖性構(gòu)造填圖和磁性體埋深計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)盆地有利遠(yuǎn)景區(qū)進(jìn)行了初步預(yù)測(cè)，以期對(duì)該地區(qū)下一步油氣勘探工作提供有益參考。

1 區(qū)域構(gòu)造特征

三塘湖盆地位于西伯利亞板塊南緣，屬活動(dòng)邊緣增生體系，北鄰西伯利亞板塊的阿爾泰陸殼，南鄰哈薩克斯坦板塊的北天山古生代活動(dòng)大陸邊緣[10]，如圖1所示[11]。盆地夾持于2條古生代縫合帶之間，疊置于古生代板塊碰撞造山帶之上，南側(cè)為卡拉麥里—莫?dú)J烏拉縫合帶，北側(cè)為扎河壩—阿爾曼太縫合帶[12-13]。

三塘湖盆地是一個(gè)中新生代的沉積盆地，以下石炭統(tǒng)及其以下地層構(gòu)成盆地基底[14]。吐哈油田勘探開發(fā)研究院將盆地演化劃分為泥盆紀(jì)—早石炭世盆地形成階段、晚石炭世—早二疊世雛形盆地發(fā)育階段、晚二疊世前陸盆地發(fā)育階段、中生代坳陷盆地發(fā)育階段和新生代再生前陸盆地發(fā)育階段共5個(gè)演化階段[12]，多期改造造就了現(xiàn)今“南北分帶、東西分塊”的構(gòu)造格局[15]，依據(jù)盆地基底坳隆構(gòu)造格局可劃分為東北沖斷隆起帶、中央坳陷和西南逆沖推覆隆起帶3個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元[16-19](圖2)。盆地中央坳陷帶由西向東發(fā)育有漢水泉凹陷、石頭梅凸起、條湖凹陷、岔哈泉凸起、馬朗凹陷、方方梁凸起、淖毛湖凹陷、葦北凸起、蘇魯克凹陷“五凹四凸”9個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元[16-18]；東北沖斷褶皺帶位于盆地東北部，呈北西向延伸，面積約1萬km2；中央坳陷帶夾峙于南北2個(gè)逆沖推覆體之間，西窄東寬(15～35 km)，由北西向轉(zhuǎn)近東西向延伸的坳陷帶，沉積較厚和較完整的中新生界蓋層3.5 km，面積約0.8萬km2，是盆地油氣資源的主要勘探區(qū)；西南逆沖推覆帶位于盆地西南緣，具有明顯的推覆性質(zhì)，面積約14 km2。

圖1 三塘湖盆地及鄰區(qū)大地構(gòu)造圖[11]Fig.1 Tectonic map of Santanghu basin and surrounding area[11]

據(jù)腳注①修編。圖2 三塘湖盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.2 Structure division map of Santanghu basin

① 柳益群. 吐哈盆地石炭紀(jì)—二疊紀(jì)火山巖研究.哈密：吐哈油田勘探開發(fā)研究院，1999.

2 磁場(chǎng)和重力場(chǎng)特征

航磁異常(ΔT)化極等值線平面圖(圖3)顯示三塘湖盆地呈現(xiàn)出“南北分帶、東西分塊”的磁場(chǎng)特征，與盆地構(gòu)造格架基本吻合。即，其西南正磁異常帶對(duì)應(yīng)盆地西南逆沖推覆隆起帶，中部負(fù)磁背景上疊加寬緩正磁局部異常部分對(duì)應(yīng)盆地中央坳陷，北東側(cè)正負(fù)變化磁異常帶邊界對(duì)應(yīng)盆地中央斷裂(卡拉塔格斷裂)，北東對(duì)應(yīng)盆地東北沖斷隆起帶。三塘湖中央坳陷內(nèi)，從北西至南東，磁場(chǎng)總體呈現(xiàn)為正負(fù)相間的特征：漢水泉凹陷部分分布有2塊北西走向條帶狀正磁局部異常；石頭梅凸起整體對(duì)應(yīng)平緩負(fù)磁場(chǎng)；條湖凹陷部分為團(tuán)塊狀弱緩正磁異常；岔哈泉凸起對(duì)應(yīng)正負(fù)伴生強(qiáng)磁異常；馬朗凹陷分為2部分，北部為平緩變化負(fù)磁場(chǎng)區(qū)，南部為負(fù)磁場(chǎng)區(qū)上疊加了弱緩變化條帶狀、團(tuán)塊狀正異常；方方梁凸起對(duì)應(yīng)正負(fù)伴生強(qiáng)磁異常；淖毛湖凹陷為升高變化正磁場(chǎng)區(qū)，總體梯度變化不大；葦北凸起對(duì)應(yīng)正負(fù)伴生強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)；蘇魯克凹陷對(duì)應(yīng)平緩變化升高正磁場(chǎng)區(qū)。

三塘湖盆地布格重力異常(圖4)反映了基地起伏，與航磁反映的盆地構(gòu)造格架基本吻合。盆地西南逆沖推覆隆起帶在布格重力異常圖上為明顯的重力高，重力梯度帶對(duì)應(yīng)了中央坳陷邊界；東北沖斷隆起帶在重力異常圖上表現(xiàn)為升高梯度帶，對(duì)應(yīng)盆地中央斷裂，但總體不明顯；盆地中央坳陷主體表現(xiàn)為從北西至南東的重力低，其中漢水泉凹陷東南段和條湖凹陷西北段為整個(gè)盆地重力值最低，對(duì)應(yīng)基底埋深最大；淖毛湖凹陷重力反映的范圍與構(gòu)造圈定邊界略有出入；蘇魯克凹陷整體對(duì)應(yīng)重力高。

3 航磁反映的火山巖構(gòu)造

根據(jù)三塘湖火山巖油氣藏的成藏特征，圈定盆地內(nèi)火山巖尤其是隱伏火山巖分布范圍，是進(jìn)行航磁油氣遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)的重要內(nèi)容。利用航磁異常等值線平面圖圈定磁性地質(zhì)體分布范圍，根據(jù)磁異常特征和其他地質(zhì)資料進(jìn)行綜合推斷解釋，結(jié)合野外實(shí)地踏勘和物性測(cè)量，確定磁性地質(zhì)體性質(zhì)，是航磁巖性填圖的基本工作方法。三塘湖盆地火山巖分布廣泛，巖性主要為玄武巖、橄欖玄武巖、安山巖、橄欖輝石安山巖等，受區(qū)內(nèi)主要斷裂控制，呈北西走向條帶狀分布。盆地西南逆沖推覆隆起帶出露的卡拉崗組，巖性主要為安山巖、英安巖、英安玢巖、橄欖輝石安山玢巖、英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，實(shí)測(cè)平均磁化率為1 805×10-5～2 963×10-5SI，磁化率最高達(dá)5 889×10-5SI；東北沖斷隆起帶出露的哈爾加烏組，巖性主要為安山玢巖、玄武巖、拉斑玄武巖，平均磁化率為1 076×10-5～2 605×10-5SI，磁化率最高達(dá)2 632×10-5SI；盆地東北緣白石湖地區(qū)強(qiáng)烈風(fēng)化的中基性火山巖磁化率均值達(dá)1 124×10-5SI。由此可見，三塘湖盆地中基性火山巖具有強(qiáng)磁性，是引起區(qū)域強(qiáng)磁異常的主要原因。

圖3 三塘湖盆地ΔT化極等值線平面圖Fig.3 Contour map of aeromagnetic total field intensity anomaly (RTP) of Santanghu basin

圖4 三塘湖盆地布格重力異常等值線平面圖Fig.4 Contour map of Bouguer gravity amoaly of Santanghu basin

航磁圈定三塘湖盆地火山巖分布如圖5所示，盆地西南逆沖推覆隆起和東北沖斷隆起帶在航磁圖上表現(xiàn)比較明顯，與地質(zhì)建造構(gòu)造圖基本一致，火山巖在這2個(gè)區(qū)域地表均有出露。盆地中央坳陷中的正磁異常，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)情況推斷為隱伏中基性火山巖引起，主要依據(jù)如下：1)從周邊出露地質(zhì)體來看，覆蓋區(qū)兩邊均為火山巖地層，未見有侵入巖出露。2)根據(jù)布格重力異常等值線平面圖，正磁局部異常區(qū)對(duì)應(yīng)重力低，說明基底較深，如果異常源為中酸性侵入巖，其密度為2.80～3.07 g/cm3，相對(duì)于地殼平均密度而言，應(yīng)該有質(zhì)量盈余，不會(huì)表現(xiàn)出重力低；而受風(fēng)化淋濾作用較強(qiáng)的火山巖，孔隙度大、密度較低，在引起磁異常的同時(shí)，在布格重力異常上不會(huì)引起升高重力異常，因此，局部正磁異常推斷為隱伏火山巖更為合理。3)條湖凹陷和馬朗凹陷鉆孔資料顯示，火山巖地層風(fēng)化殼為主要油氣儲(chǔ)層，巖性主要為杏仁狀安山巖、杏仁狀玄武巖。

圖5 三塘湖盆地航磁推斷火山巖分布圖Fig.5 Volcanics distribution in Santanghu basin based on aeromagnetic interpretation

4 磁性體埋深計(jì)算

為了更好地進(jìn)行三塘湖油氣盆地航磁解釋，基于ΔT化極平面網(wǎng)格數(shù)據(jù)，使用航遙中心自主研制的地球物理數(shù)據(jù)處理解釋軟件GeoProbe Mager，采用歐拉反褶積方法對(duì)三塘湖盆地磁性體埋深進(jìn)行了自動(dòng)反演計(jì)算。數(shù)據(jù)處理方法如下：1)自動(dòng)判斷和搜索航磁局部異常，并確定異常范圍；2)采用0～4范圍內(nèi)的構(gòu)造指數(shù)固定步長對(duì)局部異常進(jìn)行擬合，再利用局部異常和背景場(chǎng)相關(guān)關(guān)系確定構(gòu)造指數(shù)；3)根據(jù)確定的構(gòu)造指數(shù)，在局部異常范圍內(nèi)利用歐拉反褶積方法反演磁性體埋深；4)對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行聚散度判斷，保留可靠性較高的計(jì)算結(jié)果，最終獲得盆地內(nèi)深度點(diǎn)22 326個(gè)。

三塘湖盆地磁性體埋深(圖6)對(duì)盆地“南北分帶”的總體構(gòu)架反映較為清晰，對(duì)中央坳陷“東西分塊”的總體特征有所體現(xiàn)，但與“五凹四凸”的二級(jí)構(gòu)造單元?jiǎng)澐纸缇€并不嚴(yán)格一致：漢水泉凹陷磁性體埋深總體較深，其中北東和南西兩端2個(gè)磁性基底最深達(dá)4.8 km，反映蓋層厚度大；石頭梅凸起磁性體頂面深度較周邊而言更深，其中西南端最深達(dá)3 852 m，與其地質(zhì)上凸起劃分得并不一致；條湖凹陷北東和南西端蓋層厚度能達(dá)到2 500 m，中部大部分地區(qū)厚度小于1 000 m；岔哈泉凸起除周邊部分區(qū)域深度達(dá)2 000 m，中部多數(shù)地方埋深小于1 000 m；馬朗凹陷分為2部分，北西段深度小于1 000 m，南西段整體表現(xiàn)為凹陷區(qū)，就局部而言表現(xiàn)為兩凹夾一凸，東部凹陷區(qū)磁性體埋深最大達(dá)到3 389 m，西部凹陷區(qū)埋深最大達(dá)4 378 m，該區(qū)為三塘湖油田主要產(chǎn)油區(qū)；方方梁凸起夾于馬朗凹陷和淖毛湖凹陷之間，中部部分地區(qū)蓋層厚度超過2 000 m；淖毛湖凹陷蓋層厚度多數(shù)在2 000 m以上，最深達(dá)4 148 m；葦北凸起除中部部分地區(qū)深度超過1 500 m，其余部分深度多為1 000 m以下；蘇魯克凹陷蓋層總體厚度在1 500 m以上，其中部分地方最深達(dá)到3 000 m左右。

總體而言，磁性體埋深計(jì)算結(jié)果反映了盆地磁性基底的相對(duì)起伏情況，但石頭梅凸起與條湖凹陷地區(qū)反映效果與地質(zhì)上構(gòu)造單元的劃分不太一致，這與兩方面原因有關(guān)：1)磁性體埋深采用歐拉反褶積方法全自動(dòng)計(jì)算，由于缺乏鉆孔資料約束，沒有可靠的磁性體埋深數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，因此，部分地區(qū)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性可能會(huì)受影響，僅供參考；2)三塘湖盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐职姹竞芏啵粯?gòu)造單元界線不同研究機(jī)構(gòu)劃分結(jié)果不同，同一研究機(jī)構(gòu)在不同時(shí)段劃分的結(jié)果也有差別，因此，地質(zhì)上的構(gòu)造單元?jiǎng)澐址椒ㄒ矁H供參考，文中引用的是吐哈油田勘探開發(fā)研究院1999年的劃分方案*柳益群. 吐哈盆地石炭紀(jì)—二疊紀(jì)火山巖研究. 哈密：吐哈油田勘探開發(fā)研究院，1999.。

圖6 三塘湖盆地磁性體埋深等值線平面圖Fig.6 Contour map of depth of the magnetic body in Santanghu basin

5 航磁油氣遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)

三塘湖盆地火山巖油氣藏主要分布于石炭系、二疊系火山巖中，主要形成于二疊紀(jì)末—三疊紀(jì)海西印支期和侏羅紀(jì)末—白堊紀(jì)末期的燕山期，油氣藏的形成及后期調(diào)整與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)?；鹕綆r油氣藏具多期運(yùn)聚、多期成藏和多期調(diào)整改造成藏特征，其成藏模式為以火山巖風(fēng)化殼為儲(chǔ)集層、下覆湖相泥巖為烴源巖油氣在構(gòu)造背景下，沿不整合面聚集成藏，形成下生上儲(chǔ)地層型油藏組合模式[3，16]。

目前，已發(fā)現(xiàn)的油藏主要集中分布在條湖—馬朗生油凹陷及其周緣，其油藏按圈閉類型可以劃分為2類，一類是風(fēng)化殼地層型油氣藏，另一類是火山巖內(nèi)幕巖性型油氣藏。經(jīng)分析認(rèn)為，上石炭統(tǒng)卡拉崗組和二疊系條湖組火山巖油藏同屬于典型的風(fēng)化殼地層型油藏，以下生上儲(chǔ)式組合為主，主要特點(diǎn)是分布于不整合面附近、火山巖風(fēng)化殼為儲(chǔ)層?；鹕綆r油藏含油層段的巖性主要為杏仁狀安山巖、自碎角礫安山巖、杏仁狀玄武巖等，儲(chǔ)集空間為風(fēng)化淋濾作用形成的孔縫組合，巖性、巖相及后期改造作用控制了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能進(jìn)而控制了含油氣性及產(chǎn)能。上石炭統(tǒng)哈爾加烏組火山巖油藏屬于火山巖內(nèi)幕巖性型油藏，哈爾加烏組火山巖與烴源巖互層烴源巖生成的油氣沿?cái)嗔鸦蛑苯舆\(yùn)聚于火山巖風(fēng)化體內(nèi)聚集成藏，屬于源內(nèi)自生自儲(chǔ)式油藏，巖相、噴發(fā)間歇期溶蝕改造和裂縫發(fā)育程度是成藏的關(guān)鍵[16]。

根據(jù)三塘湖盆地已發(fā)現(xiàn)的油氣儲(chǔ)層的巖性特征，結(jié)合周邊實(shí)測(cè)物性資料，認(rèn)為三塘湖油田儲(chǔ)層具有強(qiáng)磁性，即便風(fēng)化后磁性有所減弱，依然能夠引起明顯的航磁局部異常?；鹕綆r本身不能生成有機(jī)烴類，因此，與有效烴源巖匹配是成藏的關(guān)鍵，臨近生烴凹陷的火山巖圈閉有利于成藏[16]。綜合火山巖分布和磁性體埋深(圖7)推斷，馬朗凹陷南部凹陷區(qū)有近東西走向條帶狀分布強(qiáng)磁性隱伏火山巖存在，其對(duì)應(yīng)的航磁局部異常是含油磁性火山巖儲(chǔ)層在航磁圖上的直接體現(xiàn)，該區(qū)同時(shí)也是目前三塘湖油田主要開采區(qū)。據(jù)此，可以推斷三塘湖盆地中央坳陷內(nèi)其他次級(jí)凹陷中心，同時(shí)有隱伏火山巖圈定的區(qū)域具有尋找類似火山巖油藏的良好前景。具體而言：漢水泉凹陷區(qū)中的2個(gè)凹陷中心、條湖凹陷區(qū)北段凹陷中心均有隱伏磁性火山巖存在，在布格重力異常圖上，該三處同為三塘湖中央坳陷主體，與馬朗凹陷產(chǎn)油區(qū)具有相同的地質(zhì)演化過程和油氣成藏條件，應(yīng)作為該區(qū)油氣勘探重點(diǎn)區(qū)域；石頭梅凸起和岔哈泉凸起區(qū)在布格重力異常上并沒有明顯表現(xiàn)，僅是相對(duì)而言，以上兩區(qū)中的磁性體埋藏較深的次級(jí)凹陷中心，同時(shí)對(duì)應(yīng)隱伏火山巖圈定區(qū)域，可作為重要油氣勘探方向；方方梁凸起及其以南區(qū)域，就布格重力異常反應(yīng)而言，其與漢水泉凹陷至馬朗凹陷一帶在油氣成藏地質(zhì)條件的繼承性有待進(jìn)一步研究，其中磁性體埋深圈定的凹陷區(qū)域與推斷隱伏火山巖圈定區(qū)域可作為下一步油氣勘探工作的預(yù)研區(qū)。

圖7 三塘湖盆地磁性體埋深與推斷火山巖分布疊加效果圖Fig.7 Image of volcanics distribution overlapped on the contour map of depth of the magnetic body in Santanghu basin

6 結(jié)論

1)三塘湖盆地高精度航磁測(cè)量獲取了豐富的地磁場(chǎng)信息，磁異常特征清晰反映了盆地“南北分帶、東西分塊”的整體構(gòu)造格架，與盆地區(qū)域構(gòu)造特征基本吻合。

2)以航磁資料為基礎(chǔ)，綜合區(qū)域地質(zhì)、區(qū)域重力等資料，結(jié)合實(shí)地踏勘和物性測(cè)量結(jié)果，圈定了三塘湖盆地火山巖分布范圍，這對(duì)中央坳陷帶中隱伏火山巖的推斷解釋對(duì)尋找火山巖儲(chǔ)層具有指導(dǎo)意義。

3)基于歐拉反褶積方法計(jì)算了磁性體埋深，初步反映了盆地磁性基底起伏情況，結(jié)合盆地火山巖油氣成藏特征和火山巖分布情況，航磁綜合解釋認(rèn)為盆地中央坳陷內(nèi)存在隱伏火山巖的次級(jí)凹陷中心具有良好找油前景，并提出了勘探方向和工作重點(diǎn)，為下一步油氣勘探工作提供了參考和借鑒。

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