重震联合解释技术在新疆罗布泊罗北凹地西部的应用

2021-05-11明圆圆李秋辰牛雪谢兴隆郭淑君

华北地质 2021年1期

明圆圆，李秋辰，牛雪，谢兴隆，郭淑君

（中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，保定，071051）

钾盐作为我国重要矿产之一，一直是我国急缺矿产的重要组成部分[1]。目前我国主要的钾盐矿以地表富钾卤水矿产为主[2-3]，主要的卤水钾盐矿区位于青海的察尔汗盐湖以及罗布泊罗北凹地，由于长期开采，导致卤水中钾盐品位降低，两个钾盐主产区面临资源短缺局面，两大钾盐主产区寻找钾盐第二空间[4]，向深部探索。目前针对钾盐的深部地层勘探包括重磁电震等多种方法。钾盐矿产与周围地层存在明显的密度差，使得探测深度大、成本相对低、效率高的重力勘探越来越多应用到钾盐勘探中[5-11]，但同时重力勘探对深部地层以及构造界面具有多解性[12-16]。

罗北超大型钾盐矿床处于罗布泊北部罗北凹地第四系沉积地层中，为一大型含钾卤水矿床[17]。孟贵祥等[17]2009年首次将重力方法引入到罗布泊钾盐勘探中，研究表明罗布泊深部地层（200～1 000 m）可能存在一个更老的蒸发沉积旋回，主要沉积中心和浓缩中心位于罗布泊西部，分布面积和地层厚度均较大，具有良好的成钾潜力与找矿空间[2]。本次将重力勘探剖面AB部署在罗北凹地的西部地区，同时部署了一条地震剖面A1B（图1）进行重震联合反演。由于工作条件限制，对罗布泊深部重点区域的钾盐地震勘探测线较短，探测深度有限，而重力勘探覆盖面广，但垂向分辨较低，重震联合反演可以弥补重力资料和地震资料的缺陷。因此本文利用已有地质资料以及地震解译资料[18-24]作为约束条件，对罗北凹地深部找钾重点区域北部的库鲁克塔格山前断陷盆地进行了重震联合反演[25]，对罗北凹地西部第四纪地层、基底及断裂有更进一步的的认识。

图1 罗布泊盐湖区域地质及重震剖面位置示意图Fig.1 Regional geology in Lop Nur Lake and the location of gravity profile and seismic profile

1 盆地结构探测

地震与重力勘探线位置见图1，实测数据经各项改正后得到布格重力异常，异常曲线见图2红色实线所示，异常整体呈高-低-高走势。结合图1所示测线位置，异常值由剖面西北向东南一直下降，在8.5 km处达到最低，而后呈上升趋势。测区属库鲁克塔格山前断陷盆地地貌，盆地内主要为湖相沉积的粉细砂、亚粘土、泥岩及化学沉积物，地表被第四系全新统覆盖。根据异常整体特征，推断该重力剖面穿过整个沉积盆地，异常值最低处为第四系松散物堆积最厚的地方，即沉积盆地中心。

科钾1井（LDK01井）作为罗布泊深部钾盐找矿钻井，是迄今为止罗布泊地区最深的钾盐科探井，终孔深度为781.50 m[2]，位于本次工作东部（图1）。以收集到的钻井密度资料和对应井深作为已知条件，对第四系沉积盆地基底进行约束反演及正演拟合（图2）。剖面西北部存在一明显凹陷区域，其第四系中心沉积厚度接近2 000 m。表明该区域堆积了巨厚的第四系沉积物，形成在一定深度上封闭的次级盆地，推断其为寻找隐伏钾盐矿的有利区域[26]。

2 重震联合反演

由于位场反演本身固有的多解性和实际地质情况的复杂性，单一方法反演解释具有较大难度，因此重震联合反演有助于提高反演解释结果的可靠性。

图2 重力异常第四系基底反演与正演拟合图Fig.2 Quaternary basement inversion and forward fitting of gravity anomaly

2.1 工作方法

重震联合反演解释是在GM-SYS重磁拟合软件平台上实现的，该软件平台的最大优点是可以方便地加载地震剖面、钻井资料及实测重磁数据，在地震解释的基础上，通过重磁建模拟合实测重磁数据来进行各种物探资料的联合反演解释[26]。

本文利用该平台对重力剖面进行精细联合、约束及人机交互反演,求出剖面通过地段的第四系地质断面,进而研究断陷盆地内主要地层的宏观分布规律、构造特征及盆地与周边构造单元的接触关系,为寻找深部隐伏钾盐矿床的有利地段提供依据[27]。

2.2 重震联合反演

重力剖面总长度为24 500 m（图2），地震剖面总长度为5 500 m（图3、图4）。

反演流程如下：（1）根据地震时间剖面，拾取Q1-Q4界面深度及断层位置信息（图4）。（2）在GM-SYS重磁拟合软件中加载实测重力剖面和由基底反演解译出的第四系基底深度，根据地震剖面确定的地震反射波阻特征建立起描述第四系各地层底界分布特征的地层结构模型，并结合LDK01 井物性参数（表1），输入各组地层平均密度。（3）输入地层平均密度后会正演出该套地层的理论重力异常，与实测异常相比会有较大差异。通过修改、校正待解释层初始模型的底界角点坐标、形态、深度等，计算机会实时正演拟合理论重力异常曲线，反复将该理论重力异常曲线与实测异常曲线进行对比，当两者基本拟合时，即可认为所设计的待解释层模型较好地反映了地下地质结构和地层物性特征[26]。

2.3 联合反演解释成果

利用该部分浅层地震可靠解释成果做约束条件，以地质资料和LDK01井获取物性参数为依据，参考基底反演得出的第四系基底埋深，给出了最终解释结果（图4），主要包括以下几个方面。

2.3.1 地层结构

根据地震反射波同相轴和LDK01 井综合柱状图，将第四系地层分为四段：全新统（Q4）、上更新统（Q3）、中更新统（Q2）、下更新统（Q1）（图4）。结合地震资料和钻孔资料可知，Q4全新统主要地层为钙芒硝层及淤泥层，少见白钠镁矾层，平均密度2.16 g/cm3；Q3上更新统地层主要为钙芒硝含卤水钾矿层，其次为淤泥粘土层，少见砂砾层和白钠镁矾层，平均密度2.3 g/cm3；Q2中更新统地层主要为砂砾层和粘性土泥砂层，见少数钙芒硝层，平均密度2.22 g/cm3；Q1下更新统地层为淤泥粘性土层和砂砾石层，密度2.07～2.12 g/cm3。研究表明，罗北凹地卤水钾盐矿床主要赋存在Q3和Q4层位中[1]。根据解译出的地层模型，将Q3和Q4沉积较厚的区域作为卤水钾盐赋存区域，为卤水钾盐矿床的寻找提供依据。

图3 DZ01地震解译结果Fig.3 Seismicinterpretation results of DZ01

图4 重震联合反演解译成果图Fig.4 Joint inversioninterpretation result of gravity and seismic profile

表1 LDK01井岩性密度统计表Table 1 Lithologic density statistics of well LDK01

2.3.2 地质构造

该区域推断5 条正断层，分别命名为F1、F2、F3、F4、F5，构造方向为北东向。其中F4 断裂与前人解译的罗北西2号断陷带[28]的东边界重合。根据地面地质调查发现，该断裂下盘出露地表地层为上更新统的一套化学沉积地层，形成了雅丹地貌，上盘为全新统的化学沉积地层，故该断裂形成于上更新世以后。同时早更新世晚期以来，区域构造应力转变为北东-南西[29]。F2断裂和F3断裂共同控制，形成了罗北凹地次级断陷盆地，为第四系埋深最大区域。

2.3.3 储层特征

罗布泊罗北凹地超大型钾盐矿床储藏于第四系钙芒硝岩中，后续的研究发现，罗布泊盐湖存在地堑式断陷带[30]，这些断陷带具有明显的储卤特征。推断F1-F5 为控制成钾凹地、储集富钾卤水、张性断裂控制的地堑式断裂带。