基于重電資料的敦煌盆地地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征研究

郭 濤 李竹強(qiáng) 胡加山 林治模 尹克敏 馮國志 魏 敏

（中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院）

0 引言

敦煌盆地整體疊置在塔里木盆地東緣，其東部是華北地塊，北部為準(zhǔn)噶爾板塊，南部為青藏板塊，位于古亞洲構(gòu)造域的中軸上，屬連接不同板塊且分隔和改造古構(gòu)造系的特殊構(gòu)造盆地。敦煌盆地南部受阿爾金左旋走滑斷裂（造山帶）的制約，自早侏羅世末盆內(nèi)經(jīng)歷多期次的走滑拉分運(yùn)動(dòng)，在元古宇結(jié)晶基底上發(fā)育成改造型殘留盆地[1]。經(jīng)歷了多家勘探單位多輪次油氣勘探均尚未取得大的進(jìn)展，可見該地區(qū)地質(zhì)條件極其復(fù)雜?，F(xiàn)有的地震資料深層品質(zhì)差，不能清晰地刻畫盆內(nèi)深層結(jié)構(gòu)屬性，制約了勘探進(jìn)展。而區(qū)內(nèi)有1∶5萬重力資料2.3×104km2、1∶20萬矢量化重力資料2.6×104km2、電法MT大剖面1342km/5條，均位于盆地東部，重電聯(lián)合勘探在研究盆地?cái)嗔颜共技盎捉Y(jié)構(gòu)等方面具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢[2-10]，比如重力能夠快速查清盆地輪廓、斷裂展布及盆山接觸關(guān)系，電磁具有探測深度大、地層結(jié)構(gòu)刻畫能力強(qiáng)的特點(diǎn)。本文基于對區(qū)內(nèi)重力、電法資料的精細(xì)處理，對盆地的斷裂展布、盆地構(gòu)造格局及基底結(jié)構(gòu)作了更為合理的解釋推斷，進(jìn)而深化地質(zhì)認(rèn)識(shí)。

1 巖石與地層物性統(tǒng)計(jì)

巖石與地層的密度、電阻率是重力、電法資料處理解釋的基礎(chǔ)，綜合分析敦煌盆地露頭巖石及鉆測井測試資料，明確了研究區(qū)巖石、地層密度與電阻率的變化規(guī)律（表1）。研究區(qū)內(nèi)沉積地層巖石密度從老到新，逐漸變小，新生界密度為2.1～2.35g/cm3；中生界密度為2.35～2.51g/cm3；元古宇—古生界密度為2.5～2.85g/cm3。區(qū)內(nèi)存在兩個(gè)主要密度界面，即新生界與中生界之間密度差值約0.16g/cm3；中生界與組成盆地基底的元古宇—古生界之間密度差約0.26g/cm3；另外有些地段新生界直接覆蓋于元古宇震旦系基底之上，其界面密度差值大于0.6g/cm3。研究區(qū)總體上分為3個(gè)電性層，第一電性層為第四系，電阻率為10～250Ω·m，為中阻層；第二電性層為新近系—侏羅系，電阻率為8～50Ω·m，為低阻層；第三電性層包括二疊系—震旦系，電阻率為300～2000Ω·m，為高阻層。從物性角度來看，侏羅系的底界面是密度和電性的雙重分界面，中—新生界與元古宇結(jié)晶基底存在明顯的密度、電性差異。

表1 敦煌盆地巖石與地層密度、電性統(tǒng)計(jì)表Table1 Rock、formation density and electrical properties of the Dunhuang Basin

2 重電異常特征

2.1 重力場特征

敦煌盆地受阿爾金走滑斷裂帶影響，重力場值變化比較大，布格重力異常介于-265～-177mGal之間，幅值變化約90mGal。該區(qū)域重力異常整體呈北東東走向，具有“南北分帶、東西分段、南陡北緩”分區(qū)性特點(diǎn)，表現(xiàn)出凹凸相間的構(gòu)造格局；盆地內(nèi)的正負(fù)向構(gòu)造單元與重力異常正負(fù)值區(qū)對應(yīng)，各凹陷分割性較強(qiáng)，封閉的異常等值線所圈定的范圍與沉積凹陷位置對應(yīng)（圖1）。根據(jù)區(qū)域重力異常將敦煌盆地東部劃分為一隆一斜兩坳的構(gòu)造格局，分別為三危山隆起、玉門關(guān)斜坡、安墩坳陷和阿克塞坳陷，兩個(gè)坳陷進(jìn)一步劃分出四凸五凹9個(gè)二級構(gòu)造單元（圖2）。

2.2 電性結(jié)構(gòu)特征

由于受地形、特殊巖性體及布極等條件限制，電磁勘探資料品質(zhì)受到很大程度影響，會(huì)造成電阻率曲線畸變或者靜態(tài)效應(yīng)畸變，在地形起伏點(diǎn)附近出現(xiàn)反演電阻率“掛面條”現(xiàn)象。常規(guī)的空間濾波法和比值法等技術(shù)都存在不同程度的方法缺陷，使反演結(jié)果出現(xiàn)假異常層或假構(gòu)造，效果不理想。敦煌盆地地表起伏復(fù)雜，地表起伏對電阻率曲線形態(tài)變化的影響大，本次處理在基于電性各向同性理論基礎(chǔ)上[11-16]，采用層狀模型延拓法消除與測點(diǎn)高程位置有關(guān)的穩(wěn)定場的影響，其技術(shù)關(guān)鍵是在扣除地形引起的畸變影響后，引入位場延拓方法抑制高頻信息，將與高程有關(guān)的穩(wěn)定場進(jìn)行校正。設(shè)計(jì)了一組起伏地形—深部隆起構(gòu)造地質(zhì)模型（圖3），通過對理論模型的模擬正反演計(jì)算，可以看出延拓法較常規(guī)方法能最大程度上消除或抵制地形起伏對電磁資料的影響，在高阻隆起構(gòu)造頂界面的刻畫、起伏地形交接處的刻畫等方面均有較好的結(jié)果（圖4、圖5）。

敦煌盆地大地電磁測線共有5條，測線位置如圖6所示，經(jīng)過精細(xì)的預(yù)處理合理、有效消除靜態(tài)位移、噪聲及飛點(diǎn)等各種干擾因素，反演處理獲取地下各測點(diǎn)不同深度介質(zhì)的視電阻率值，反演剖面清晰反映出電性分層、斷層、構(gòu)造邊界以及基底起伏情況。南北向MT-654測線電阻率—深度反演剖面顯示該區(qū)斷層均為大角度的逆斷層，推測其主要受阿爾金左旋走滑大斷裂的影響所致，由南向北依次反映了阿爾金山、紅柳溝凹陷、三危山隆起、五墩凹陷、玉門關(guān)斜坡等5個(gè)構(gòu)造單元。不同的構(gòu)造單元電性差異較大，盆地中部三危山隆起元古宇變質(zhì)巖及中酸性侵入花崗巖大范圍出露，電性反映為高阻，五墩凹陷電性為低阻，是中—新生界沉積地層的反映，受三危山隆起影響表

現(xiàn)出南坡陡北坡緩的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（圖7）。南北向MT-546測線與MT-654測線反演結(jié)果類似，其電阻率—深度反演剖面顯示斷裂延伸性較好，在紅柳溝凹陷南部，阿爾金山前存在逆掩推覆構(gòu)造，埋藏最深處達(dá)3km（圖8）。東西向MT-448測線穿越灣窯凹陷、南湖北凸起、五墩凹陷、三危山隆起和大壩凹陷幾個(gè)構(gòu)造單元，反演結(jié)果表明三危山隆起西側(cè)以逆斷層與五墩凹陷接觸，有明顯的逆掩推覆現(xiàn)象，三危山隆起、大壩凹陷西側(cè)斷層發(fā)育，東西向巖性發(fā)育有差異（圖9）。

圖1 敦煌盆地重力異常圖Fig.1 Gravity anomaly distribution in the Dunhuang Basin

圖2 敦煌盆地東部構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.2 Structural unit division in eastern Dunhuang Basin

圖3 起伏地形—深部隆起構(gòu)造地質(zhì)模型Fig.3 Tectonic geological model of undulating terrains-deep uplifts

圖4 理論模型常規(guī)法反演剖面Fig.4 Inversion section of the theoretical model by conventional method

圖5 理論模型延拓法反演剖面Fig.5 Inversion section of the theoretical model by extension method

圖6 電法測線位置示意圖Fig.6 Schematic location of electrical survey lines

圖7 MT-654測線反演成像解釋推斷圖Fig.7 Inversion imaging interpretation and inference of MT-654 line

圖8 MT-546測線反演成像解釋推斷圖Fig.8 Inversion imaging interpretation and inference of MT-546 line

圖9 MT-448測線反演成像解釋推斷圖Fig.9 Inversion imaging interpretation and inference of MT-448 line

3 斷裂特征

利用重力異常識(shí)別斷裂的方法技術(shù)有很多種[17-21]，一般而言，重力梯級帶與控制凹陷盆地沉積的同生斷裂密切相關(guān)。本文主要采用重力異常水平梯度處理，把重力梯級帶轉(zhuǎn)換為重力水平梯度異常極值帶，幅值大小反映斷裂的埋深、規(guī)模，極大值走向的突變或錯(cuò)斷代表斷裂被切割和錯(cuò)開。

敦煌盆地重力水平總梯度處理結(jié)果顯示區(qū)內(nèi)主要發(fā)育近東西向、北東向和北西向3組斷裂體系（圖10），與電性剖面斷裂識(shí)別結(jié)果基本一致（圖7至圖9）。斷裂構(gòu)造規(guī)模表現(xiàn)為近東西向和北東向斷裂橫向延伸長、切割深、區(qū)域性控制作用明顯，基本控制著盆地的發(fā)展演化及中—新生代沉積層的分布特征；北西向斷裂規(guī)模較小，在不同地段切割東西向、北東向斷裂的特征明顯，它對盆地次級構(gòu)造單元及單元邊界有一定的控制作用。根據(jù)斷裂規(guī)模判斷斷裂生成順序?yàn)椤跋葨|西向，后北東向和北西向”，異常的錯(cuò)斷現(xiàn)象說明近東西向、北東向斷裂具有多期活動(dòng)性的特點(diǎn)。

圖10 敦煌盆地重力異常水平總梯度與斷裂展布圖Fig.10 Total horizontal gradient of gravity anomalies and fault distribution in the Dunhuang Basin

4 基底結(jié)構(gòu)

根據(jù)地面地質(zhì)調(diào)查與地震地質(zhì)資料的分析，目前認(rèn)為敦煌盆地的侏羅系直接不整合于元古宇結(jié)晶基底之上。東西向橫穿盆地的MT-448電法測線反演剖面較好地反映出高阻的變質(zhì)結(jié)晶基底和低阻的中—新生代沉積地層展布特征，各凹陷分割性比較強(qiáng)，基底埋深均較淺，結(jié)合重力異常剖面和電法反演剖面，建立了結(jié)晶基底的分布（圖11）。

重力場是不同深度和不同尺度源體的位場疊加，利用濾波、延拓、剝層分離、趨勢分析及小波變換等場源分離方法，可以從疊加異常中分離出由勘探目標(biāo)引起的異常，從而反映不同深度層次的構(gòu)造特征。由敦煌盆地物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，該區(qū)元古宇與上覆侏羅系存在0.26g/cm3的密度差，侏羅系與結(jié)晶基底的界面是該區(qū)重要的物性分界面，結(jié)合電法反演結(jié)果，綜合認(rèn)為該區(qū)基巖頂面的起伏引起較大范圍的重力異常，區(qū)域重力異常主要反映了結(jié)晶基底起伏變化特征（圖11）。以電法刻畫的基底界面深度為約束，對區(qū)域重力異常開展Parker界面迭代反演，預(yù)測了基底的形態(tài)與埋深（圖12）。由圖12可見，盆地基底大致呈北東東向延伸的狹長構(gòu)造形態(tài)，基底埋深均較淺，盆內(nèi)主要發(fā)育5個(gè)局部沉積中心，分別位于灣窯凹陷、五墩凹陷、安西凹陷、紅柳溝凹陷及大壩凹陷內(nèi)，各凹陷分布零散，其中五墩凹陷與紅柳溝凹陷基底埋深最大，最深處約3400m，灣窯凹陷與大壩凹陷次之，最大埋深約為2900m，與電性結(jié)構(gòu)顯示結(jié)果一致（圖7至圖9）。

圖11 MT-448測線反演成像和剖面重力異常疊合圖Fig.11 Overlay of inversion imaging and profile gravity anomaly of MT-448 line

圖12 敦煌盆地基底埋深預(yù)測圖Fig.12 Prediction of basement depth in the Dunhuang Basin

5 結(jié)論

重電聯(lián)合解釋有效克服了單一方法的片面性，重力異常能定性刻畫平面斷裂展布及基底結(jié)構(gòu)，大地電磁層位模型延拓技術(shù)最大程度上消除或抵制了地形起伏對電磁資料的影響，使反演剖面定量刻畫斷裂展布及基底起伏。

綜合研究表明，敦煌盆地內(nèi)斷裂均為高角度逆斷層，近東西走向，由斷裂控制的各凹陷具有分割性強(qiáng)的特點(diǎn)。盆地基底為元古宇變質(zhì)基底，整體埋深較淺，盆地內(nèi)沉積地層橫向發(fā)育厚度變化較大，五墩凹陷為沉積中心，具有較好的勘探前景。