东海陆架盆地构造划分的高精度重磁解释技术

姚 刚，董向欣，李丽丽，马国庆，孟令顺

1.中海石油(中国)有限公司上海分公司，上海 200030 2.吉林大学地球探测科学与技术学院，长春 130026

0 引言

东海陆架盆地地质条件复杂，地质构造活动性强、埋深大、改造强烈，地震勘探在揭示构造方面得不到良好的反射资料。重磁数据具备面积广、深度大、构造界线异常变化明显，且对于覆盖区也有较好的应用等特点，因此选择重磁数据来划分东海陆架盆地的构造分布。以往重磁数据边界识别大多是利用数据水平导数极值与垂直导数零值来进行[1-6]，但是由于导数的数值随着深度的增加呈现距离的三次方衰减，因此无法给出较深构造的位置。均衡边界识别滤波器利用了一阶水平与垂直导数的比值来进行，但是识别结果存在一定的发散性。本文提出增强型局部相位边界识别法，利用一阶水平和二阶水平导数的比值来进行构造识别，可有效提高结果的分辨率，且未使用垂直导数，不会由于垂直导数计算而增大噪声的干扰。欧拉反褶积法利用重磁异常及其导数在给定构造指数的情况下计算构造的位置信息[7-8]。构造指数是描述地质体形态的参数，在实际数据解释中往往需依据数据特征来给定；由于会存在较大的人为误差，从而造成反演结果的不准确。本文提出优化欧拉反褶积法，首先采用场分离技术获得区域背景异常，然后利用剩余异常进行欧拉反演，获得地质构造的位置信息。该方法可将构造指数作为未知数进行求解，从而避免了人为给定的误差，提高了计算结果的精度。

东海陆架盆地(25°22′N—33°38′N、120°50′E— 129°00′E)处于欧亚板块、太平洋板块及菲律宾板块的汇聚部位，亚洲东部板块活动边缘；区域上包括两盆三隆5个主要的一级大地构造单元，由西向东依次为：闽浙隆起区、东海陆架盆地、钓鱼岛隆褶带、冲绳海槽盆地和琉球隆褶区；平面上呈北北东向狭长带状展布[9-10]；是我国近海油气资源丰富的新生代盆地，具有与国内外海相地区基本类似的成盆、成烃、成藏的地质环境与条件。该盆地形成于晚三叠世，晚侏罗世古太平洋板块俯冲方向转变后,中国东部进入持续拉张背景[11-12]。在这种汇聚背景下，华南板块以东的东海盆地发生了从中心向边缘的跃迁。上新世初以来，伴随欧亚和菲律宾板块的碰撞,南琉球群岛顺时针旋转45°～50°，使得冲绳海槽弧后盆地进入强烈拉张阶段，这一构造过程至今还在持续中[13-16]。由于长期处于板块俯冲的前缘，东海盆地平均热流值高于全球活动大陆边缘盆地平均值20 mW/m2，这一现象对于东海盆地乃至周缘盆地固、液矿物形成具有重要意义[17]。

本文采用增强型局部相位边界识别技术和优化欧拉反褶积法进行东海陆架盆地构造划分，以提高识别结果的水平和垂直分辨率，降低噪声和人为参数设定的干扰，并综合两种方法识别东海陆架盆地的构造分布特征，为区域油气勘探提供基础资料。

1 方法原理

1.1 增强型局部相位边界识别技术

局部相位(local pahse, LP)边界识别技术根据重磁异常一阶水平导数极值点和垂直导数零值点与地质体边界的对应关系，采用水平与垂直导数的比值来获得地质体的边界信息，其表达式为

]。

(1)

Pil=

(2)

式中：Pil为增强型局部相位边界识别结果；mean为取算数平均值。根据位场条件的拉普拉斯方程可知，式(2)中的二阶垂直导数可采用如下的水平导数来计算：

(3)

因此，增强型局部相位边界识别技术不需要垂直导数的计算，可有效地降低噪声的干扰。

通过棱柱体产生的重力异常(g)来试验方法的准确性。地下埋藏2个深度分别为15和20 m的棱柱体I和棱柱体II，在理论重力异常中加上5%的高斯噪声，叠加异常如图1a所示，其中白色虚线为地质体在地表水平位置的投影。图1b为总水平导数边界识别结果，该方法能清晰地获得浅部地质体的范围，但较深地质体的边界模糊。图1c为常规局部相位边界识别结果，可以看出该方法能同时识别不同深度地质体的边界，但结果发散，不易于解释。图1d为增强型局部相位边界识别结果，可以看出该方法能更加清晰和收敛地识别边界，易于解释。

1.2 优化欧拉反褶积法

常规欧拉反褶积方程的表达式为

(4)

a.原始重力异常；b. 总水平导数计算结果；c. 局部相位边界识别结果；d. 增强型局部相位边界识别结果。图1 不同方法的边界识别结果Fig.1 Edge detection results by different methods

式中：(x,y,z)为已知的观测点坐标；(x0,y0,z0)为待求的场源体中心坐标；B为未知背景场值；N为构造指数，不同地质构造对应特定的构造指数。

为了避免构造指数误差所带来的影响，提出优化欧拉反褶积法。通过频谱分析手段获得目标体的异常f-B，从而表达式改写为

(5)

通过场分离手段获得背景异常B，将构造指数N与位置参数一起作为未知数进行反演，能更有效地完成异常的解释工作。在实际数据计算中将重磁异常组合为矩阵进行联合反演。

通过上下叠加圆柱体产生的重力异常试验方法的应用效果。浅部地质体埋深均为10 m，深部地质体埋深约为70 m，两组深浅异常体分别位于距离剖面起点60和120 m处，其引起的重力异常及模型如图2所示。

对比常规欧拉反褶积法和优化欧拉反褶积法的反演结果(图3)，反演得到的位置参数采用“+”表示。图3a为构造指数为0.5时反演得到的结果，可

以看到结果发散，深度为4 m处存在集中的反演结果，与真实值差距较大。图3b为构造指数为1.0时反演得到的结果，可以看出结果的集中深度为8 m。图3c为构造指数为1.5时的反演结果，可以看出结果相对集中在9 m，但依旧存在一定的误差。构造指数的准确性直接关系着反演结果的精度，异常体不规则以及异常之间的相互叠加均会造成构造指数的改变；因此，对于未知地区，构造指数是难以判定的，此时只能用单一规则模型的理论构造指数(图3a、b、c中的构造指数)代替。由于异常的相互叠加，理论构造指数情况反演结果仍存在较大的误差。图3d为优化欧拉反褶积法结果，其中，反演得出的构造指数为1.3±0.2，其平均深度为(9.6±1.2)m，与真实值接近，且集中。

a. 圆柱体模型产生的叠加重力异常；b. 圆柱体模型。图2 圆柱体模型及其重力异常Fig.2 Horizontal cylinder model and gravity anomaly

a. N=0.5，常规欧拉反褶积法；b. N=1.0，常规欧拉反褶积法；c. N=1.5，常规欧拉反褶积法；d. 优化欧拉反褶积法。图3 欧拉模型反演结果Fig.3 Inversion results of model by Euler deconvolution methods

因此，构造指数会由于异常体的叠加而发生变化，当存在背景异常且多个地质体同时存在时，构造指数本身发生变化后不单一，如采用单一的构造指数进行反演，则反演结果精度较低；采用优化欧拉反褶积法的反演策略，即计算构造指数的方式更加合理，且计算结果更加准确。

2 东海陆架盆地重磁构造划分

通过合作单位广州海洋局、中国地质调查局提供的1∶100万和1∶50万的海域重磁异常图进行拼接、滤波以及网格化处理，获得整个东海盆地的1∶100万(118°E—132°E、23°N—40°N)重磁数据(图4)。

a. 自由空气重力异常；b. 航磁异常。图4 东海地区重磁异常 Fig.4 Gravity andaeromagnetic anomalies of East China Sea

a. 重力边界识别结果；b. 磁力边界识别结果。图5 重磁增强型局部相位边界识别结果Fig.5 Edge detection results of gravity and magnetic data by improved local phase edge detection method

东海陆架盆地由一系列二级坳陷与隆起组成，平面展布具有东西分带、南北分段的特征。东西向由西至东依次为西部坳陷带、中央隆起带和东部坳陷带。西部坳陷带由北而南依次为：虎皮礁隆起、长江凹陷、钱塘凹陷和福州凹陷；中央隆起带为渔山东隆起；东部坳陷带即浙东坳陷带(福州凹陷、西湖凹陷和钓北凹陷)。

采用增强型局部相位边界识别滤波技术对重磁数据进行处理获得地质构造的位置信息，结果如图5所示。增强型局部相位边界识别方法结果的极大值表征构造的位置信息。为了验证识别结果，利用重磁异常联合的优化欧拉反褶积法计算构造的分布，结果如图6所示。

图6 重磁优化欧拉反褶积处理结果Fig.6 Optimized Euler deconvolution results of gravity and magnetic data

根据重磁增强型局部相位边界识别结果和优化欧拉反褶积结果来划分地区断裂分布，并将其与已有地质断裂进行对比，采用棕色线来标注重磁解释新增加断裂，结果如图7所示。

通过重磁数据划分出断裂200多条，与地质断裂重合率超过70%，且推断出新的断裂31条(棕色标注)。通过断裂结果可以看出：东海陆架盆地呈现北东走向；且由于地区经历多期构造运动，所以整个东海陆架盆地是由多个小型凹陷组成的，凹陷与隆起带之间存在平移断层进行分隔。断裂位置的厘定对于分析区域构造背景和判定油气潜力具有重要的价值。

3 结论

1)本文提出增强型局部相位边界识别法和优化欧拉反褶积法来划定东海盆地的构造分布。增强型局部相位边界识别法利用一阶和二阶水平导数的比值来进行边界的识别，其能有效地均衡不同深度地质构造的效应，提高了深部构造的分辨率，能更加清晰和准确地获得地质构造的位置信息；优化欧拉反褶积法避免了构造指数选取误差的影响，从而能更加准确地计算地质体的位置信息。

2)理论模型表明增强型局部相位边界识别法能更加清晰和准确地划分地质体的边界，优化欧拉反褶积法可有效地去除背景异常的干扰，获得更加准确的结果。

3)依据重磁增强型局部相位结果和优化欧拉反褶积结果划定了东海陆架盆地构造分布，划分结果与已知地质构造吻合，且新推断出31条隐伏断裂，为分析区域构造背景和评估油气潜力提供了基础资料。

谨以此文纪念时代楷模黄大年教授。

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