准噶尔盆地乌伦古凹陷电性结构特征

陈清礼，黄江衡，戴泽麟，贾宛瑜，薛毛毛，叶甘

长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 武汉 430100

准噶尔盆地作为中国西部有利的油气战略接替区，已经成为西部油气勘探的热点区域和前沿领域[1]。前人对该地区已有许多研究，陈俊湘等[2]推测准噶尔盆地缺失深变质岩系结晶基底；张季生等[3]通过航磁异常认为准噶尔盆地有着强磁性的薄板状结晶基底，且推测其是由太古宙和下元古代组成的；李德江等[4]在准噶尔盆地建立全盆地和全层位的层序地层格架；曲国胜等[5-6]把准噶尔盆地地壳结构分为沉积盖层、古生界褶皱基底层和前寒武系结晶地壳层，并认为后两层组成“双层基底”；齐雪峰等[7]阐明了准噶尔盆地腹部深层古隆起和断裂特征；陈占坤等[8]指出乌伦古凹陷的油气勘探方向为边缘深大断裂带附近及石炭系不整合面附近；王学斌等[9]通过对二维地震剖面进行构造解释，结合平衡剖面正演方法对乌伦古凹陷内逆冲推覆构造进行研究；文磊等[10]探讨了准噶尔盆地乌伦古凹陷中-新生代构造演化及成因机制；周惠等[11]通过对低频可控震源采集的地震资料进行研究，得到了乌伦古凹陷北部区域石炭系火山岩分布特征；罗卫锋等[12]通过大地电磁测深法推测出准噶尔盆地乌伦古凹陷北部的石炭系分布特征。但是，从地下介质导电性对研究区进行地下地层结构分析，前人的研究深度不够，且范围不大。大地电磁测深法[13-14]拥有勘探深度大、不受高阻层屏蔽和施工简便等优点，弥补了由于火成岩的屏蔽作用导致石炭系地震勘探信噪比低、反射界面不清的不足[12]。本文以大地电磁测深法为基础，对准噶尔盆地乌伦古凹陷腹部地下电性结构进行分析，结合钻井、地震、测井、地质露头等资料进行综合解释，分析结果对研究区的地质结构研究起到积极作用。井位

1 工区地球物理特征

乌伦古凹陷由索索泉凹陷、红岩断阶两个二级构造单元组成，地层自下而上分别为石炭系、三叠系、侏罗系、白垩系及古近系、新近系，其中二叠系缺失。乌伦古凹陷发育有3套烃源岩，分别是石炭系滴水泉组半深湖相烃源岩，三叠系黄山街组深湖-半深湖相烃源岩和侏罗系八道湾组滨浅湖相烃源岩[8]。

工区内的地球物理特征是综合地质解释的基础工作，主要参数有岩石的电阻率、密度、磁性等参数。其中，对电法资料解释特别重要的参数是电阻率。

1.1 地层岩石密度特征

依据青格里底山区岩石样本密度统计分析结果，区内岩石密度分布有如下特征：沉积岩密度值变化范围在1.67～2.78 g/cm3，密度值一般随时代变老(或埋深增加)而增高，常见值(2.61±0.04)g/cm3；岩浆岩密度值变化范围在2.51～2.94 g/cm3，密度值从酸性到中性、基性有明显的增高现象，随着产出时代的变老有明显的递增趋势[15]。

1.2 地层岩石磁性特征

根据研究区各地层岩石样本磁化率统计数据以及准噶尔盆地青格里底山、滴南-白家海以及克拉美丽山3个地区石炭系各种岩性的岩石样本的磁化率统计数据，得出以下结论：

1)沉积岩类。主要为中新生界陆相沉积岩类，属弱磁性或无磁性，磁化率为(1～158)×10-6SI。

2)火成岩。磁化率一般为(10～4 000)×10-6SI。花岗岩、英安斑岩磁性较弱，一般不超过100×10-6SI；玄武岩、超基性岩、闪长岩磁化率最高，超过1 000×10-6SI。构成了研究区主要的局部磁性异常反映。火成岩磁化率从小到大依次为：凝灰岩14×10-6SI，英安斑岩18×10-6SI，花岗岩19×10-6SI，霏细岩135×10-6SI，英安岩175×10-6SI，安山岩205×10-6SI，闪长玢岩265×10-6SI，火山角砾岩454×10-6SI，安山玢岩537×10-6SI，辉绿岩810×10-6SI，全蚀变超基性岩1 391×10-6SI ，玄武岩1 764×10-6SI，流纹岩1 928×10-6SI，闪长岩2 369×10-6SI。

1.3 电性特征

索索泉凹陷、红岩断阶带视电阻率曲线类型为 AK 型电性层，呈低、次低、次高、高、低的变化特征，极小值在 1～0.1 Hz之间[12]。统计分析了滴北1井、伦2井、乌参1井各地层的电阻率，结果见表1。

表1 地层电阻率统计表

2 资料采集

研究工区位于东经86°30′～89°30′，北纬46°30′～45°30′之间，属于准噶尔盆地北缘，具体位置及测线分布如图1所示。测线长度213 km，点距1 km，共213个观测点。数据采集使用MTU-5A大地电磁测深系统，采用四分量张量观测方式，即Ex、Ey、Hx、Hy分量。Ex、Hx布设方向与测线方向相同，Ey、Hy布设方向与测线方向垂直。通过采用合理选择点位、延长观测时间、选择弱干扰时间段等手段得到较好的原始资料。

3 资料处理和反演

本次资料处理的软件使用的是加拿大凤凰地球物理公司的SSMT2000和长江大学地球物理与石油资源学院独立开发的电法资料处理软件MT Data Processing，反演采用的软件是WingLink。

3.1 视电阻率曲线的平滑处理

由于观测资料受到各种人为和工业干扰因素的影响，观测数据中不可避免地包含有噪音。通过远参考处理与ROBUST处理后的视电阻率曲线，可能仍然包含飞点或不光滑，这将使反演结果发生严重畸变。因此有必要对数据进行手工编辑、平滑，删除飞点等处理；还应按照曲线的形态特征，对偏离趋势太远的飞点进行平滑处理。

平滑处理工作是在WingLink软件系统中进行的。为了提高处理的效率，为将来的工作奠定基础，笔者建立了准噶尔盆地乌伦古凹陷电法资料数据库。先进行手工平滑，再进行自动平滑。

3.2 静态偏移校正

静态偏移的原因是近地表存在局部电性不均匀体。不均匀体边界突变方向上存在一电场E时，就会在其上积累电荷[16]，可使电场数据向上或向下移动一个常数，且与频率无关，因而视电阻率曲线也沿纵轴在双对数坐标中发生上下平移，从而导致TE和TM两条曲线分离[17-18]。静位移的干扰造成视电阻率曲线的平移往往可达几个级次，用有静态位移的曲线进行反演和解释，不仅会使岩层的电阻率产生很大误差，而且推断的深度也会产生较大误差。

图1 大地电磁测深测线位置图(据文献[12]，有修改)Fig.1 Location map of magnetotelluric sounding line(Modified according to literature[12])

依据测点处地表地层的电阻率，采用平移的方式进行的静态偏移校正。平移的标准是首支视电阻率曲线移动到地表露头的电阻率[19]。

3.3 反演方法

为了得到整条测线的电阻率断面图，采用Occam反演方法对视电阻率资料进行了反演计算。Occam反演方法首先由 CONSTABLE 等[20]于1987年提出，其认为在反演中为了获得最优解，反演的模型应尽可能的简单、光滑。反演的目标函数U为[21]：

对该测线的电法资料进行处理和反演后，得到其Occam反演电阻率断面图(见图2)。图3是6050号测点的反演拟合效果图。表2为部分测点的RMS(均方根)。统计全部测点RMS，得出其平均值为0.361。通过对比测点的实测曲线与响应曲线，曲线之间的拟合情况较好，且测点的RMS较低，说明反演结果具有较高可靠度。

4 综合地质解释

以电法资料为主，结合重力、磁法、钻井、地震、测井和地质露头资料，对准噶尔盆地乌伦古凹陷进行综合地质解释。电法资料的电阻率剖面，揭示的是电阻率参数的空间变化情况。由于电阻率与地质体之间并非一一对应，同一种岩石可能具有不同的电阻率，同一电阻率也可能代表多种不同的地质体。因此需要综合各种不同资料，尽可能客观准确地进行电性层的地质归位。

乌伦古凹陷可划分为基底和沉积盖层两部分，而盖层自下而上又划分为上石炭统-二叠系、三叠系-侏罗系、白垩系-古近系、新近系-第四系共4个构造层序[22]。岩性特征为：太古界和元古界地层为深变质岩类和混合岩类；下古生界岩性基本上以中酸性火山岩和碎屑岩为主；上古生界岩相建造复杂，既有陆相沉积，又有滨海相或海陆交互相碎屑岩沉积；中生界以陆相沉积为主，以碎屑岩或碳酸盐岩建造为主；新生界在研究区以陆相沉积为主。电性特征为：基底电性为高阻，盖层为中低阻特性[5]。

测线的西北端点坐标为(15 493 966.100,51 609 69.700)，东南端点坐标为(15 680 208.900,50 596 36.200)，测线由西北向东南横跨整个乌伦古凹陷(见图1)，经过伦6井。伦6井钻穿6个地层，从上到下依次为：清水河组、头屯河组、西山窑组、三工河组、八道湾组、白碱滩组和石炭系，在井下2 285 m出钻遇石炭系(见表3)。

图2 Occam反演电阻率断面图Fig.2 Occam inversion resistivity profile

注：绿色曲线为实测曲线，紫色曲线为响应曲线。RMS为0.106 6。图3 6050号测点反演拟合效果图图3 Inversion fitting effect of line 6050

表3 伦6井随钻分层表

依据乌伦古凹陷的电阻率断面图以及钻井层位标定，对该测线剖面进行了地质层位的划分(见图4)。从下到上，基底之上依次为：石炭系、白碱滩组、八道湾组、三工河组、西山窑组、头屯河组和清水河组。由图4可知，左右两侧有高阻异常，左侧对应乌伦古凹陷西北端，高阻异常从地下2 000 m到地下8 000 m，右侧对应乌伦古凹陷东南端，高阻异常从地下2 000 m到地下6 000 m。电法资料的地质解释结果与该测线对应的地震解释结果(见图5)基本一致。

图4 反演电阻率断面综合地质解释图Fig.4 Inverse resistivity cross section integrated geological interpretation map

图5 与大地电磁测深测线对应的地震解释剖面Fig.5 Seismic interpretation profile corresponding to magnetotelluric sounding line

5 结论

1)电法资料能比较清晰地揭示准噶尔盆地乌伦古凹陷地下地层的构造形态，与研究区的地震解释基本一致，与地震资料能够较好的互相验证。

2)电法资料能够较清晰地揭示准噶尔盆地乌伦古凹陷石炭系顶界面的构造形态，弥补了地震勘探深层信噪比低、反射界面不清的不足。

3)从反演电阻率断面综合地质解释图上看，乌伦古凹陷西北端和东南端地下存在高阻异常，基底中存在低阻异常。