准噶尔盆地重磁力场与构造特征分析

2018-03-01郑祺方彭巍巍

中国矿业 2018年2期

郑祺方，彭巍巍，窦洋

(1.中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083；2.中国石油天然气股份有限公司杭州地质研究院，浙江杭州310023)

近年来，随着我国西部大开发战略的深入开展，西部地区已探明的油气资源储量丰富。据统计，目前准噶尔盆地的石油已探明的储量为20.74%，对应的发现率为30%，天然气已探明的储量为3.50%，对应的发现率仅为8%[1-3]，这充分说明了准噶尔盆地油气资源的重要性。从地质构造上看，准噶尔盆地位于哈萨克斯坦古板块、西伯利亚古板块和塔里木古板块的交汇处，属于一个三面被古生代缝合线围绕的大陆板内构造盆地，盆地东西长约700 km，南北宽约370 km，整体呈三角形，其沉积岩最大厚度为15 000 m。西部的湖沼洼地海拔下降到200～400 m，艾比湖水面海拔仅189 m。

目前，我国在准噶尔盆地开展了勘探和研究工作[4-6]。结果表明，基底断裂与盖层断裂之间的耦合方式是制约形成油气田及导致含油气丰度差异的关键条件。而地质体在断裂作用下连续性发生破坏，从而引起断裂带周围的重磁力场发生变化。因此，为了确定油气开采方式，就必须掌握准噶尔盆地基底结构的特征，为确定盖层断裂与油气分布之间的关系提供地质资料和基础依据[7-9]。目前，一些学者对重磁力场与地质构造之间的关系或重磁力场与赋存资源之间的关系进行了研究[11-16]。

本文首先对准噶尔盆地周围的重磁力场特征进行分析，然后结合重磁力场特征研究了地质构造的整体分布情况，分析了准噶尔盆地质活动。

1 准噶尔盆地构造特征

图1表示准噶尔盆地的地质构造单元划分图。准噶尔盆地可划分为北天山山前冲断带、西部隆起、中央坳陷、陆梁隆起、乌伦古坳陷、东部隆起等多个区域。受周围地质构造和板块运动的影响，准噶尔盆地周围出现较多的隆起断裂带，而中间形成了坳陷区域。

图1 准噶尔盆地构造单元划分图

根据侏罗系构造特点，准噶尔盆地可划分为不同的构造区域。从表1中可以看出，准噶尔盆地的地质构造相对复杂。该地区主要由晚侏罗纪、中侏罗纪、早侏罗纪和T3四个地层构成。其中，盆地的南缘和西北缘两区域的晚侏罗纪地层主要由喀拉扎组和齐古组组成；中侏罗纪地层主要由头屯河组和

表1 准噶尔盆地侏罗系划分表

西山窑组组成；早侏罗纪地层主要由三工河组和八道湾组组成；T3地层主要由郝家沟组组成。与南缘和西北缘区域不同，准噶尔盆地东北缘区域的上侏罗纪地层主要由石树沟组组成，中侏罗统地层主要由五彩湾组和西山窑组组成；下侏罗统主要由三工河组和八道湾组组成；T3地层主要由小泉沟组成。

2 准噶尔盆地重磁力场特征分析

2.1 重磁力场数据分析原理

目前，分析重磁力场数据的主要方法有归一化总水平导数法、解析延拓法、滑动平均法等。其中，总水平导数法的应用最为广泛。

1) 总水平导数峰值是重磁力场边缘检测中的重要指标，其值可表示为式(1)。

(1)

式中，THDx和THDy分别x方向和y方向的重力位沿z方向的变化率，其表达式见式(2)。

(2)

式中,Uxy、Uxz、Uyx、Uyz分别为xy方向、xz方向、yx方向和yz方向的重力位场，其表达式见式(3)。

(3)

式中R为点(x,y,z)到点dm的距离。

该方法的实质是通过计算异常总水平导数的最大值，来确定和识别地质构造的边界位置。与垂向导数法相比，水平总梯度法的测量精度更高。

通过水平总梯度法对实测结果进行分析，进而识别出不同构造的边界，进一步分析该地区的地质构造特征，如断裂带、地堑、高山等。

2.2 垂直重磁力场特征分析

图2为准噶尔盆地垂直重磁力场的分布特征。图2中深色区域表示垂直重磁力场的高值区域，浅色区域表示垂直重磁力场的低值区域。从图2可以看出，在北天山山前冲断带，垂直重力磁力场的值较高，显示为大面积的深色区域。在准噶尔盆地的东北部区域，青格里底山断裂带和克拉美丽断裂带一带也出现了显著的垂直重力磁力场异常区。在盆地的中部的中央坳陷区存在局部的垂直重力负磁力场异常区，这可能由于火山岩活动造成的，表明这些区域存在一些低谷，或者断裂破碎带等，进而引起了异常的垂直负磁力场区域。

2.3 重磁力场特征分析

图3为准噶尔盆地重磁力场中重力异常分布。从图3可看出，准噶尔盆地区域的重力值分布广，变化范围大，最小值为～280 mGal，最大值为～80 mGal。结合图1可知，准噶尔盆地南缘的重力值最低，在依林黑比尔根山附近形成了长条分布的山前冲断带。准噶尔盆地中间区域形成一个较大的重力梯度带，该区域的重力值上升到～100 mGal，且呈长条状油西向东延伸，为凹陷区；准噶尔盆地西北部区域，其重力场值较高，说明该区域形成较高的隆起；准噶尔盆地中南部地区整体表现为“东西宽，南北窄”的狭长重力负异常区。总体上来看，准噶尔盆地区域的重力场呈现“南低北高”的特征，且在山前带形成了显著的应力梯度，说明该地区的重力差值较大。结合图2可以看出，克拉美丽山前坳陷区内的局部构造和断裂带也极为发育。

图2 准噶尔盆地垂直重磁力场分量图

图3 准噶尔盆地重磁力场中重力异常分布图

2.4 重磁力场与地质构造的关系

根据准噶尔盆地重磁力场特征，按照断裂构造与重磁力关系的推断和依据，并结合已探明的相关地质资料，准噶尔盆地区域内的重磁力场与断层分布的关系如图4所示。表2为图4中选取的部分异常区的重磁力特征及相应的地表特征等内容。从表2中可以看出，在准噶尔盆地的同一地质构造中，由于重磁力场的不同，同一区域的地质构造可能存在较大的差别。

图5和图6分别表示准噶尔盆地区域中侏罗统时期西山窑组在不同重磁力场下对应的地质特征。在高重磁力场条件下，该区域易形成山丘、丘陵等地质构造；而在低重磁力场条件下，该区域往往形成平谷，且呈波浪状，表明该区域可能经历过河流冲刷等作用而形成波浪状平谷。

图4 准噶尔盆地重磁力场与地质构造的关系图

异常区编号异常特征地表特征推断解释M-1异常线梯度带、异常宽度突变形成以基底断裂为主的盆地外边缘凸起和凹陷间隔的网状断裂构造主要以百口泉断裂和克乌断裂为主控断裂M-2线性梯度带和重力高与重力低相间盆地东北缘受力强度较大,盆地内部网状断裂构架以吐丝托依拉断裂、陆北断裂为主控断裂M-3条带状负磁力场异常区分布主要为基底断裂形成的南缘凹陷以霍玛吐断裂、托北断裂为主控断裂M-4由西南向东北逐渐过渡分布的磁力异常区发育有小规模的次级断裂,为后期相互挤压后形成的断裂与东西向断裂相互切割形成

图5 中侏罗统西山窑组高重磁力场区

图6 中侏罗统西山窑组低重磁力场区

综上，分析重磁力场的特征可以较准确地推断出盆地中断裂带的位置，但无法确定断裂的倾向。当两个断层相距较近时，断层产生的重磁力场相互叠加，改变了两个断层之间重磁力场的分布状态，使得无法确定两个断层的产状特征。因此，在分析盆地中的断裂位置、深度及其长度时，还应结合其他地质资料及该地区相关的地震资料等加以确定。