综合物探资料在油气地质地球物理综合解释中的应用

蒲 丹，雷 宛，李 怡，王 凯，陈思宇

（成都理工大学 地球物理学院，四川 成都 610059）

0 引言

中上扬子海相盆地作为能源调查评价靶区，其海相碳酸盐岩地层具有优越的原生石油地质条件，拥有多套优质的生储盖组合[1－2].其中，在XF山西侧（处于中上扬子东部边缘与XF山基底拆离造山带之间）已初步圈定油气资源勘探选区[3].由于该地区为多旋回叠合的改造型海相盆地，构造演化史复杂，直接影响油气调查与勘探潜力的评价.该地区虽已完成地质—地球物理剖面、深层地震勘探等物探解释，但因存在基岩裸露、风化强烈、技术方法有限等因素，难以达到预期效果，且除了近期完成的建深1井等钻井外，针对以下古生界为目的层位的已知钻井的物探解释少见.由于南方海相碳酸盐岩地区特殊的地表地形条件和复杂的地震地质条件，地震勘探受到制约，该地区的油气勘探必须立足于其特殊性[4]，针对不同实际情况，采用多种有效勘探方法[5].贾进斗等提出在不同油气勘探阶段、不同地表及地质条件下的重磁电非地震勘探技术，在广西桂中、塔里木盆地塔中、辽河拗陷、准噶尔盆地等地区勘探中取得良好效果，大庆、华北、吐哈等油田也是在非震普查勘探的基础上被发现的[6].于鹏等利用重磁电地震资料联合反演黔中隆起地区的物性结构[7]，郝天珧[8]等采用重磁、MT和浅部地震方法圈划出环渤海残留盆地的宏观分布与前新生代油气勘探有利区.截至2011年末，XF山西侧地区已经施工1∶20万、1∶50万等中小比例尺的重力测量和航空磁测，局部地区实施1∶10万甚至1∶5万的航空磁测；同时，施工3条穿过该区的MT剖面和3条穿过该区的地质—地球物理剖面，但解释成果均局限于单一方法的解释，未从重磁电角度并结合石油地质做出综合物探解释.

为深化XF山西侧构造复杂区深部地质的认识，研究断裂展布和构造单元划分，促进海相油气勘探，笔者提出适合该地区的重磁电资料综合解释方法，建立有利油气构造MT正反演模型，为确定地层展布、深大断裂的分布、有利区带评价和区块优选提供技术支撑.

1 重磁电资料综合解释技术

（1）技术流程：重磁资料解决平面展布问题，电磁法资料揭示纵向变化特征.在综合解释时，需在不同层次上进行有机结合，地质、电磁法资料作为控制和约束机制，形成点；重磁资料反映平面特征，形成面.在全面约束控制下，由点到面，层层约束，结合物性资料，进行综合解释和互约束联合反演[9－12]，确定地层与断裂展布、地下构造样式，利用重磁电模型正反演计算成果，建立油气地质—物探解释模型，提取有利油气的综合物探特征，推断有利油气重点构造带.综合解释方法流程见图1.

图1 综合解释方法流程Fig.1 Flow chart of the integrated geophysical interpretation

（2）解释方法：

1）根据已有的综合地质资料，对重磁异常的特点进行分析，识别并进行目标异常信息的提取.

2）在电磁法MT定性资料分析的基础上，应用多种反演方法，建立电性剖面结构.

3）对经过位场转换的重磁异常，结合地质资料进行定性解释，提出宏观地质结构模型，起到宏观控制作用.

4）对各种信息进行判断、归类、综合，找出相关点并予以解释.利用物性及地质资料和重磁解释成果，建立初始地球物理模型，并进行重力、MT联合反演剖面解释，提出地质结构断面模型.重磁电解释结果互为约束，以物性、地质资料为纽带，进行再处理和再解释.重复以上过程，最终获得较为满意的公共解，即为综合解释结果.

5）结合地质资料，应用重力、MT剖面解释成果，编制主要界面深度图，分析地层发育特征及展布特点.

6）综合研究各种定性、定量计算成果，确定断裂与地层的展布特点和深部发育形态，分析隐伏岩体，油气分布情况.

解释方法的关键是岩石物性间相互关系的建立及对位场性质的反复认识和解释.在处理软件支持下，提取有用的异常信息，逐步加深对异常性质的认识.在解释过程中，（1～6）所列内容并不是孤立进行的，不同方法之间存在紧密的横向联系，在不同的解释阶段，各个环节也有纵向因果衔接关系，在资料解释上需要经过多次反馈.这种反复过程不是机械地重复，而是使每一种资料得出的解成为另外资料再解释时的约束条件，每次反复都是进一步的认识和约束机制的完善，最终得出满意的地质认识，使具体问题得以解决.

2 应用实例

剖面横穿XF山西侧地区，自西向东穿越贵州省道真仡佬族自治县、沿河土家族自治县、松桃苗族自治县，湖南省凤凰县、麻阳县、溆浦县、冷水江市等，实测长度约为450km.除泥盆、石炭基本缺失外，地层从南华系到第三系均有出露，沉积厚度超过万米.地形以山区为主，西高东低，自西向东穿过上扬子克拉通、XF山陆内造山带、湘中凹陷3个构造区.

2.1 基底起伏形态的重磁异常反映

由1∶100万布格重力异常等值线图与航磁化极异常等值线图知：研究区内布格重力幅值为－140～－30mgal，整体为“西低东高”特征，异常带呈北东走向.低布格重力异常带位于研究区西部，南起于余庆县，沿北西向延伸至正安县，后改为北东向延伸，经过彭水苗族土家族自治县，总体上呈向西“凸”的近北东向低值异常区.剖面西段，道真县至官舟镇以北测线段，低布格重力带幅值为－140～－120mgal，呈宽缓的低值负布格重力异常特征，反映变质基底埋藏深，且埋深变化范围不大；高布格重力异常带南起于麻阳苗族自治县，沿北东向延伸，经过常德市一线，呈狭长高值布格重力条带，幅值最高达－30mgal，剖面中段，麻阳县至火马冲镇测线段，经过高值布格重力异常带，反映变质基底上界面埋深浅；此外，在中部存在向西“凸”的北东向布格重力梯度带，剖面西段，沿河县至松桃县测线段，经过布格重力梯度带，为沿河—松桃—凤凰基底微卷入褶皱带高密度变质基底上界面埋深由西向东变浅所致，且变化范围较大；在研究区东南部，布格重力幅值较西侧的高布格重力带幅值范围明显降低，反映高密度的变质基底上界面埋深增大，但变化范围不大.另外，在新化县西南方及娄底市以北，浅地表发育有较大规模低密度火成岩，与局部低值布格重力异常区域相对应.

研究区内航磁异常值普遍较低，整体显示无磁、弱磁性.以芷江县、松桃县、秀山县、酉阳县一线为西边界，以洪江市、黔江县、溆浦县、安化县一线为东边界，将研究区划分为东部、中部、西部3部分.研究区西部隔槽式褶皱带航磁异常区以北西向低幅值磁异常为主，为一系列的北西向延伸的负磁异常条带，幅值低，在酉阳县、沿河县、芷江县一带，磁异常为宽缓平静的正磁异常，幅值较低，与东部造山带高幅值正磁异常相接；中部变为大规模宽缓平静的高幅值磁异常，幅值最高可达100nT，推测该区磁异常特征主要与XF山陆内造山带的变质基底剧烈向上隆起有密切的关系；东部主要以北东向延伸的磁异常条带为主，呈不相连的长椭圆状正负磁异常条带相间特征，幅值较低，位置对应于湘中凹陷地块，且浅地表多处出露大规模高磁性火成岩体，该区磁异常条带走向与西部磁异常条带走向明显不同，推断研究区走向交错的磁异常特征是由不同地质时期形成的地质体引起的.

2.2 地层机构及展布特征的综合地球物理解释

通过物性资料的收集、MT电法的定性与定量分析（原始曲线类型分析、频率视电阻率等值线图分析、连续介质反演等值线分析）及重力正反演计算，可确定地层（电性层）的垂向结构与横向展布.

MT原始曲线形态是电磁波作用于地下非均匀介质形成的地球物理场最真实反映，可反映地下主要电性层的发育.剖面西段（001b～227a测线段）曲线类型主要有3种：向斜核部“HKH”型、翼部“KH”型及背斜“H”型，这是隔槽式褶皱带向斜构造的典型MT测深曲线类型.“HKH”型视电阻率呈“高、低、高、低、高”变化，反映地下介质由浅到深发育5套电性层，分别为T1－P2高阻层、（P1－S）－O3相对低阻层、O2－∈2高阻层、∈1－Pt33低阻层、AnPt33相对高阻层.“KH”型反映浅层T1－P2高阻层被剥蚀.“H”型反映T1－P2高阻层与（P1－S）－O3相对低阻层均被剥蚀.此外，在西段的（227a～270a）测线段曲线类型呈“G”型，其高频段为麻阳盆地低阻盖层，低频段为高阻基底.270a～391x测线段由于各种构造形变，致使曲线类型高频部分明显比前段麻阳盆地“G”型曲线高出一个数量级，但局部低频部分亦有低阻电性层发育；剖面东段主要呈“D”型、局部为“KH”型，但与西段的数值、形态不一致，反映其电性结构与相邻区域差异较大，整条剖面电性层结构划分结果见表1.

表1 剖面电性结构Table 1 The brief table of the electrical structure of Section

连续介质反演等值线图可大致追索出地下电性层（地层）的厚度与展布.特别是以碎屑岩及灰岩为主的∈1－Pt33低阻层在3个构造区有发育，可作为研究区的低阻标志层.

利用重力正演建模理论曲线反演拟合实测的重力曲线的结果，与电法反演结果相互验证、补充，将使解释结果更为可靠.对DZ拗褶带进行密度正反演（见图2）可知：布格重力异常整体呈“西低东高”的低幅值特征，为－120～－125mgal，在测线距离为0～5km范围内，异常值约为－125mgal，低值反映地表出露T－O3低密度地层，平均密度约为2.58g／m3，厚约数百米；下伏厚层O2－∈2于5～10km范围内出露地表，异常值约为－120mgal，平均密度约为2.68g／m3；薄层∈1－Pt33厚度约为1km，发育深度为海拔－4～－5km，平均密度约为2.61g／m3，变质基底上界面埋深约为－5km，较测线东部明显变深，平均密度为2.64g／m3.

图2 DZ拗褶带密度正反演剖面（成图深度10km）Fig.2 Density forward calculation and inversion profile of DZ fault－fold belt（the depth is 10km）

总之，上扬子克拉通电性结构基本一致，向斜核部自上而下发育完整的5套电性层.向斜核部西段电性层发育较全，东段浅部电性层被剥蚀.其中麻阳盆地“低、高”的电性结构代表浅部低阻和深部高阻，浅部低阻层厚度不大，为0～1.5km，西薄东厚，地表出露白垩系，电阻率小于50Ω·m，向下急剧升高到500 Ω·m以上，∈1－Pt33低阻标志层在该区没有显示；XF山陆内造山带可划分3套电性层，其中西缘顺层滑脱带电性层J－T厚度为3km，∈1－Pt33在物探剖面上发育不厚，AnPt33基底以深变质为主.中央造山带∈1－Pt33局部浅部发育，厚度约为1km.东缘冲断带直接出露深变质基底，电阻率值可达数千；湘中凹陷可划分3套电性层，浅部高阻层为C－D电性层，为100Ω·m，层厚变化较大，在凹陷西侧相对较薄，东侧较厚，约为3km.∈1－Pt33发育较为稳定，可进行追踪，厚度大于1km.

2.3 断裂体系的综合地球物理解释

断裂作为含油气盆地中重要的构造，在油气运移和聚集中具有双重作用，对油气运聚成藏的控制作用体现在：提供输导通道和对接条件、提供遮挡条件与构造背景[13－14].前期解剖认为构造抬升和断裂活动是区内与邻区古油藏形成的主要控制因素，其中断裂是决定现今油气保存与勘探选区重要的因素之一，因此，在综合解释过程中，研究断裂及其性质和空间展布尤为重要.电法异常标志主要有：（1）曲线类型形态变化较大；（2）频率视电阻率剖面、一二维反演剖面上等值线扭曲或陡立；（3）电性层发生明显错动或厚度有明显变化.重磁异常标志主要有：（1）线性梯度带；（2）异常特征的分界线；（3）异常线性过渡带；（4）线性异常带；（5）异常的错动；（6）等值线的规则性扭曲；（7）异常等值线疏密突变带；（8）异常宽度突变带；（9）串珠状异常[15].

结合剖面重磁电异常信息正反演结果及区域重磁信息，划分剖面上断裂的大致位置、纵向延伸与空间展布.确定该剖面有29条断裂，其中：一级断裂2条，二级断裂4条，特点是：延伸长，断裂两侧地层有明显差异，落差较大；是划分二级构造单元或者三级构造单元的边界断裂，在重磁场上有一定反应，表现为重力导数异常极值带、视电阻率等值线梯度带或不同异常的分界.三级断裂10条，特点是：规模小于一级断裂或者二级断裂，延伸较短，断层落差小；是划分次级构造带的边界断裂，对沉积盖层厚度有控制作用，物探标志是视电阻率等值线出现封闭、扭曲，电性层层位变化，重磁力异常梯度带或者不同异常的分界，方向导数极值带等.四级断裂13条，断裂规模延伸小于一二三级断裂，对沉积盖层厚度控制作用不明显.

部分典型断裂认识：

（1）综合地质资料显示，DZ—YH—XS隔槽式褶皱带与XS—ST—FH基底微卷入褶皱带的边界断裂—岑龙断层，以及钟灵复式背斜带东部边界的断裂—新华断层的断层性质均为正断层；而综合物探剖面显示，断层上升盘地表出露下古生界地层，断层下降盘地表出露晚元古界地层，两盘地层层序与正断层应有的地层层序不符.因此，结合相关地质资料，物探剖面信息推测断层存在多期断裂活动，钟灵复式背斜带隆起时期早于岑龙正断层及新华正断层的活动时期.

（2）增加对平移断层性质的研究，总结XF山造山带两侧的多次推覆构造的视电阻率异常特征，MT反演断面图上表现为规模较大的视电阻率低值异常带，电阻率值为数十，通过低阻带可较好地确定多次推覆构造的空间展布，具有低阻滑脱带的断裂有F21、F22、F25.

2.4 有利油气生储盖组合的地球物理异常特征

剖面所涉油气保存单元实际位置与范围见图3.结合物探与地质资料：上扬子地块是油气地质调查的重点地区，XF山西侧地区震旦系灯影组与寒武系武陵—芙蓉统发育巨厚的海相白云岩沉积，分布广泛，油气圈闭类型为岩性圈闭、构造—岩性复合圈闭及岩溶圈闭，白云岩储层勘探潜力巨大[16－18].在测线范围内，优选黔中及其周缘地区的道真—凤冈前锋和褶断区，以及铜仁—岑巩叠瓦冲断带西段作为油气地质—物探综合解释的重点区带.

图3 研究区构造与油气保存单元Fig.3 The map of geological structure and oil－gas preservation unit

研究区划分两套“生、储、盖”组合，即上组合和下组合.由于上组合“生、储、盖”各套地层为上古生界地层，埋深较浅，且向上隆起剥蚀严重，失去油气地质意义.

下组合具有两套“生、储、盖”组合：其一以震旦系灯影组白云岩或灯影组上部古风化壳为目的层，陡山沱组为烃源岩层，下寒武统泥岩为区域盖层；其二以灯影组白云岩及相邻古风化壳为目的层，下寒武统为烃源岩层和盖层.复向斜的下组合盖层残余厚度较大，保存条件相对较好，可作为勘探重点[19].涉及的电性层有（P1—）S—O3低阻层、O2—∈2高阻层及∈1－Pt33低阻层（见图4）.

图4 DZ拗褶带油气藏最终模型Fig.4 The map of DZ fault－fold belt＇s final oil and gas reservoir geological model

（P1—）S—O3低阻层：包括志留系下统韩家店组及龙马溪组炭质页岩盖层，视电阻率为70～80 Ω·m，在DZ向斜、务川向斜、平阳盖复向斜及蛮子耍—水井湾复向斜核部发育，厚度较薄，约数百米，横向上较为连续，由于埋深较浅，封盖效果受到影响.由综合解释成果推断，作为有利封盖的位置为DZ复向斜测线段，在该段埋深较深，海拔约为－1km，为有利盖层的发育及封盖效果提供保障.

O2—∈2高阻层：在有利测线段内均有分布，发育较厚且稳定，约为2km，受浅部构造影响较小，视电阻率约为500Ω·m.下组合盖层中奥陶统湄潭大湾组灰黄色泥岩、灰岩发育于该电性层，由于发育深度浅，厚度较薄，仅能作为局部盖层；此外，重要储层清虚洞组、寒武系娄山关群、下奥陶统桐梓组及红花园组鲕粒灰岩为该高阻电性层的主体，视电阻率值显示为高阻特征，幅值为400～500Ω·m，横向上连续性较好，纵向上，深度变化不大，风化剥蚀程度低，显示良好的封盖及储集前提，应作为区域有利储层进行重点研究.

∈1－Pt33低阻层：作为该条剖面重要的标志层，是划分变质基底上界面的主要参考，视电阻率低，一般小于10Ω·m，最低可达4Ω·m.下组合重要的烃源岩（下寒武统牛蹄塘组、震旦系灯影组及陡山沱组）及储集层（震旦系灯影组）均发育于该电性层，MT反演剖面上，横向连续性较好，成层分布，但在ZL复向斜带，由于基底剧烈向上隆起，剥蚀严重，在蛮子耍—水井湾复向斜带东翼受深大断裂慈利—保靖断裂的影响，该低阻电性层封闭并明显错段.在DZ—YH—XS隔槽式褶皱带西段发育较深，海拔约为－3km，东段埋深明显减小，具有区域有利生储前提.

为了验证物探解释成果，对比实测数据与模型数据的吻合程度以提高解释的精度，据此推断有利油气重点区带及目的储层的空间展布特征，对剖面典型构造建立MT油气藏模型，并进行模型正反演计算和分析.

其中DZ拗褶带分析成果：

参照物性统计资料，选取各层合适的电阻率参数，结合已有物探剖面及地质资料，模型的反演剖面图与实测资料拟合较好，形象地反映地下“高、低、高、低、高”的5套电性层的空间分布形态，模型中各套地层的厚度、埋深等空间展布特征可直接作为地质解释的参考（见图5）.

图5 DZ拗褶带油气藏最终模型反演剖面Fig.5 The map of DZ fault－fold belt＇s inversion profile including final oil and gas models

位于第Ⅱ套电性层内有利油气储层（红色填充）对应于O2－∈2高阻电性层内下奥陶统红花园组、桐梓组及娄山关群白云岩，厚度较厚，约为2km，模型较好地反映储层起伏形态，在DZ向斜核部埋藏较深，海拔约为－3km，翼部较浅，上覆盖层具有一定厚度，5套电性层发育完整，且断裂不甚发育.在DZ拗褶带内，烃源岩发育保存条件良好，盖层发育较厚，封闭效果较好，因此，推断DZ拗褶带具有油气成藏前提.

对PYG复向斜带及MZS复向斜测线段进行MT油气藏模型正反演，结果表明，MT断面在三段重点测线段内显示“生、储、盖”各套电性层发育较齐全，油气目的储层具有一定厚度，受断层影响较少，保存条件较好，构成油气成藏前提.根据综合解释成果，推断DZ拗褶带为重点有利油气构造带，PYG复向斜带及MZS复向斜具有一定研究意义，区域有利目的储层为下组合的下奥陶统红花园组、桐梓组及娄山关群白云岩，在MT断面上赋存的层位位于中奥陶统至中寒武统（O2—∈2）高阻电性层上部.

3 结论

（1）单一物探方法具有局限性，特别是在地形地质条件复杂的碳酸盐岩地区，对具体勘探目标的解释存在“多解性”，难以对地下信息做出全面、合理的解释.采用重磁电资料与地质资料联合解释，综合研究地质体，对解释结果相互验证、补充，能够有效地克服单一方法的片面性，使解释结果接近实际地质情况.

（2）结合地质资料、前一阶段重磁电模型正演计算与分析成果及大地电磁油气藏模型正反演计算成果，大致确定基底起伏形态，划分3个构造单元的电性、密度结构，确定剖面上29条断裂的展布，其中剖面中、东段最多发育3套电性层，且构造运动强烈，断裂较发育，隆起剥蚀严重，不利于油气的保存，而剖面西段即上扬子克拉通电性层可完整发育5套电性层，受断层影响小，保存条件好，构成油气成藏的前提.

（3）应用MT油气藏模型正反演技术完成典型构造的正反演计算，总结有利油气生储盖组合的地球物理异常特征，结合地质资料，圈出剖面有利的油气构造带，即剖面西段的DZ拗褶带、PYG复向斜带及MZS复向斜，东段主力盖层剥蚀破坏、断裂破坏严重，不利于油气保存.有利目的储层为下组合油气成藏组合的下奥陶统红花园组、桐梓组及娄山关群白云岩.

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