重磁综合解释在冀北—晋北地区油气勘探中的应用

2022-09-27陈江源刘波陈志财陈志鹏王海红石连成

地质找矿论丛 2022年3期

陈江源，刘波，陈志财，陈志鹏，王海红，石连成

(1.核工业航测遥感中心，石家庄 050002；2.中核集团铀资源地球物理勘查技术中心(重点实验室)，石家庄 050002；3.河北省航空探测与遥感技术重点实验室，石家庄 050002)

0 引言

研究区范围较大，跨及山西大同市，河北张家口市、承德市及内蒙古自治区乌盟、锡盟南部等地区，面积约11.64×104km2。该区覆盖有1∶5万、1∶10万、1∶20万等不同比例尺航空物探资料，大部分资料是由核工业航测遥感中心和中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心测量完成[1-2]。

国内学者较早开始对研究区元古界的地层特征、残留地层的分布、沉积相的主要类型和沉积体系的展布、出露油苗的分布、古油藏的分布等进行了大量的野外地质工作，取得了较多的研究成果[3-8]。通过地球物理特征所反映的深部信息，有助于深化油气地质找矿的认识[9]。为加快研究区油气勘探步伐，本次利用现有重磁资料重新进行连片处理，在最新石油地质理论指导下开展综合解释，推断最有利的油气远景区，指出下一步油气勘探目标。

1 区域地质概况

1.1 大地构造背景

研究区大地构造位置位于华北地台北缘(图1)，其北部边缘属内蒙地槽，以南属华北地台区[10]。

图1 研究区大地构造位置Fig.1 Geotectonic location map of the study area

1.2 地层

研究区内地层发育较完整，出露较齐全。除缺失志留系、泥盆系外，太古界、元古界、古生界、中生界、新生界所属各地层在区内均有分布和出露。其中，中生界主要分布于中新生代强烈坳陷地带，古老结晶基底岩系大部分被侏罗系掩盖，侏罗-白垩地层组合是本区重要的成煤和油页岩建造之一，含煤层系中的有机质成分也具生成油气的条件[11-15]。

1.3 岩浆岩

研究区内岩浆岩十分发育，尤以中生代为主，侵入岩和火山岩出露面积占基岩面积34%。侵入岩以中酸性岩为主，基性、超基性岩体数量多，但面积小，碱性岩体最少。火山岩以安山岩、流纹岩为主。

1.4 构造

研究区已知断裂构造主要有深断裂3条，即康保—围场、内蒙地轴南缘和太行山深断裂带。大断裂4条，即沽源—张北、马市口—松枝口、密云—喜峰口和平坊—桑园大断裂。

2 岩石物性特征

2.1 岩石磁性特征

从岩石磁化率及剩余磁化强度柱状图(图2)中可以看出：沉积岩类均属弱磁性或无磁性层，磁化率为10×10-5～30×10-5SI；变质岩类属太古界深变质岩，磁性最强，磁化率为1100×10-5～2130×10-5SI，平均值1650×10-5SI，分布面积广，构成区域性磁性界面；火山岩、火山碎屑岩类如玄武岩磁性较强，磁化率为100×10-5～1600×10-5SI；侵入岩类如加里东期和华力西期中性、中酸性侵入岩磁性较强，磁化率一般为n×10-5～n×100×10-5SI，可形成局部强磁异常。基性-超基性脉岩磁性最强，磁化率高达n×100×10-5～n×1000×10-5SI。

图2 研究区岩石磁化率及剩余磁化强度柱状图Fig.2 Column of susceptibility and residual magnetization of rocks in the study area

2.2 岩石密度特征

从岩石密度参数柱状图(图3)中可以看出：区内地层岩石密度由老到新可分为3个密度层，中新生代陆相碎屑岩密度最小，一般<2.0 g/cm3，其中新近系汉诺坝组玄武岩、白女羊盘组火山熔岩、大青山组杂色碎屑岩密度较大，一般为2.4～2.7 g/cm3；古生代海相、海陆交互相碎屑岩密度中等，一般为2.6 t/m3左右；太古界岩石密度最大，可达2.94 g/cm3。区内岩浆岩总体表现为“随侵入体形成时代由新到老”、侵入岩的密度随着岩石基性成分的增加而增大，随着酸性成分的增加而减小的总体变化趋势。

图3 研究区岩石密度参数柱状图Fig.3 Column of density parameters of the rocks

3 数据处理

本次数据处理主要使用加拿大Geosoft公司的地球物理数据处理软件、中国地质大学提供的MAPGIS 6.7成图软件，以及近年来核工业航测遥感中心开发的各种专用软件，完成工区航磁数据拼接、位场转换及反演数据处理，编制各种基础图件、转换图件和推断解释成果图件。航磁数据处理流程见图4所示。

图4 航磁数据处理流程框图Fig.4 Flow chart for aeromagnetic data procession

3.1 拼接与调平

数据调平处理采用分区切割线法和多区规则网数据拼接法。在调平处理的基础上，进行了航磁数据的网格化处理，编制平面图和各种位场转换图件。网格化方法采用最小曲率法。在较好地反映区域场的同时，也可兼顾突出局部异常特征。

3.2 位场转换处理

为更好地突出、增强与不同深度地质体(层)有关的有用信息，对研究区航磁△T数据进行位场转换处理，主要包括磁场化极、向上延拓、水平与垂直方向求导、磁性界面反演等。

4 重磁推断解释

4.1 航磁推断解释

根据磁场分布特征、磁场值及磁异常梯度变化等要素，将磁场分为3个大的磁场区(图5)，即西南部磁场区(Ⅰ)、中北部磁场区(Ⅱ)和东北部磁场区(Ⅲ)。

图5 研究区磁场分区图Fig.5 Map showing division of magnetic fields in the study area

西南部磁场区(Ⅰ)：南北跨凉城断隆和山西台隆两个构造单元。该磁场区西北部磁场以近EW向展布为主；中南部磁场呈NE向、NEE向展布，主体受NE向构造控制，磁场面貌从南向北呈现“负-正”相间变化的特点，反映各次级构造单元的沉积盖层组合存在明显的磁性差异。

中北部磁场区(Ⅱ)：表现为平缓变化的负背景上局部叠加强磁异常特征，总体呈近东西向展布，受构造控制，中间夹有断续正磁异常带，推测为太古界深变质岩引起。

东北部磁场区(Ⅲ)：表现为正磁场背景，南北部为正负变化磁场，北部强磁异常为晚侏罗世中酸性火山岩引起，南部强磁异常为中-晚侏罗世火山岩及燕山期中酸性岩体引起。

4.2 布格重力场地质解释

通过对收集的1∶20万部分区域重力资料拼接处理编制了布格重力异常等值图。从图6中可以看出，从东南→西北依次表现为重力高、重力偏高和重力低值三个异常带的分区特征。东南部重力高值场反映出南部坳陷区古太古界结晶基底变质岩系密度大；中部大范围的重力偏高值场反映中部隆起区新太古界基底中深变质岩系密度值具有中等变化的特征；西北部重力低值场反映北部坳陷区中新生代碎屑岩、火山岩以及花岗质混合岩、片麻岩等基底岩系具有密度值小的的重力场特征。

图6 研究区中部布格重力异常等值线平面图Fig.6 Plan of Bouguer gravity anomaly contour of the middle part of the study area

研究区中部重力偏高值异常区，对应太古界基岩出露区；北部重力低值异常区，对应航磁推断解释的北部凹陷带位置。

4.3 结晶基底埋深

结晶基底主要由太古界变质岩组成，平均埋深约为3000 m，最大埋深超过7000 m。从结晶基底埋深等值平面图(图7)可以看出，结晶基底顶界面起伏变化较大，总体上呈“两坳夹一隆”(北部坳陷带、中部隆起带和南部坳陷带)的构造格局。在坳陷带内埋深具有东浅西深、北浅南深的特点，坳陷带内的次级构造单元明显受EW向、NE向、NW向三组深断裂或大断裂控制。据区域地质资料，本区太古界结晶基底遍布全区(除东北部正蓝旗—多伦一带出露二叠纪褶皱基底外)。南部坳陷带内沉积盖层包括中上元古界和古生界、中生界和新生界；中部隆起带中沉积盖层主要包括中上元古界、少量寒武系，个别坳陷发育中新生界；北部坳陷带盖层主要为中生界和新生界，缺少古生界存在的地质依据。

图7 研究区结晶基底埋深等值线平面图Fig.7 Plan of the buried depth contour of basement in the study ares

5 油气成矿预测

5.1 油气成藏条件

根据航磁解释成果，对研究区油气成藏条件总结如下：

(1)构造条件。构造类型多以潜山披覆构造、超覆不整合以及盆缘断阶带、构造斜坡带为主。本次共推断解释了38个凹陷，基底深度大于4000 m的深凹陷主要分布在平鲁—大同、蔚广、商都—张北、沽源—多伦以及围场等地，航磁资料解释的斜坡带多数分布在含油沉积建造厚度较大的凹陷两侧，这些是油气运移的主要渠道和有利存储部位。

(2)生储盖条件。北部坳陷带中集宁、高乌素、四道沟、大头山、五一凹陷，以及南部坳陷带中的平鲁、左云、大同、峰峪北、应县、朔州、阳原、蔚县、宣化、怀来等凹陷基底埋藏深，生油岩系多，沉积厚度较大，生油条件较为有利。研究区内赋存有多种类型的储集岩，如陆相碎屑沉积岩、中浅变质岩及火山岩-火山碎屑沉积岩等。区内生储盖组合有洪水庄组、铁岭组暗色泥、页岩(生)—雾迷山组白云岩(储)—洪水庄组泥、页岩(盖)；另一套为铁岭组、下马岭组暗色泥、页岩(盖)—铁岭组白云岩(盖)—下马岭组泥、页岩(盖)。

综上所述，认为研究区沉积凹陷盆地具备了一定生油条件和局部油气聚集的构造条件，并且以往在不同地区发现有油气显示和油苗分布。

5.2 航磁△T反演剖面地质解释

以平鲁—大同坳陷A—A′剖面为例进行航磁反演地质解释：

该剖面位于高墙框—吴家窑—下社镇一线，基底形态为“两凹夹一凸”(图8)。剖面西段为平鲁坳陷，基底西缓东陡，埋深达6000 m；东段为大同凹陷中的应县凹陷，呈“Ⅴ”形，西陡东缓，埋深最大超过7000 m。中部的鹅毛口凸起将两个坳陷单元分割。剖面基底为太古界桑干群，平鲁坳陷、大同坳陷沉积盖层组合在深部相似，主要为寒武-奥陶系和石炭-二叠系。平鲁坳陷中生界地层出露地表，地层总厚度约2000 m；应县凹陷及应县斜坡带地表为第四系覆盖，新生界平均厚度近2000 m，中生界侏罗-白垩系厚度为1500～2000 m。两个凹陷古生界厚度近5000 m。

图8 平鲁—大同坳陷反演剖面图(A—A′)Fig.8 Inversion profile of Pinglu-Datong depression (A—A′)

5.3 油气有利区预测

根据航磁反演基底深度、布格重力及油气地质等资料，优选了大同、商都、宣怀、多伦—蓝旗和围场5个重点含油气盆地，预测油气有利区9个(图9)。

图9 油气有利区预测分布图Fig.9 Map showing distribution of the predicted potential areas for oil-gas prospecting

(1)含油气有利区预测判据

预测油气有利区预测判据如下：①凹陷形态宽缓，面积大，基底埋藏深；②凹陷中局部凸起、斜坡带等发育，为含油气地层厚度较大的凹陷所包围，有利于油气的向上聚集、储存；③有航磁局部异常分布，局部构造有利储集岩类型组合；④具有较好的生烃岩系和储盖组合；⑤有微磁异常分布，微磁异常对油气聚集有间接指示作用。

(2)油气有利区分析

根据磁重综合解释结果，结合上述预测判据，共选取了9片油气有利区(见图9)，其中Ⅰ类有利区3个，分别为毛家皂—大营公社有利区(Ⅰ1)、高乌素—十八顷公社有利区(Ⅰ2)、大北沟公社有利区(Ⅰ3)。Ⅱ类有利区6个，分别为山阴县—神头镇有利区(Ⅱ1)、北水泉—南留庄有利区(Ⅱ2)、下花园有利区(Ⅱ3)、大六号公社有利区(Ⅱ4)、兴盛公社有利区(Ⅱ5)、燕格柏公社有利区(Ⅱ6)。

以下重点介绍Ⅰ类有利区：

毛家皂—大营公社有利区(Ⅰ1)：该区位于大同坳陷东部，面积约709 km2。有利区北段跨及大同凹陷与峰峪北凹陷的鞍部，中段位于应县凹陷与大同凹陷的鞍部，南段位于应县凹陷东部，向东跨及应县斜坡带。周边3个凹陷埋深均大于6000 m，面积均大于1000 m2。有利区受NE向F8控制，断裂构造、不整合面构造为油气主要运移通道，储集岩主要包括碳酸盐岩、河湖相碎屑岩及少量火山岩。可能存在古生界、中生界侏罗系、白垩系等3套生烃岩系。区内有HC-3、HC-4、HC-5、HC-6号局部异常分布，推测为太古界古潜山构造，HC-4号异常附近有一个微磁异常。此外该区还是侏罗系煤层气聚集区。

高乌素—十八顷公社有利区(Ⅰ2)：该区位于商都坳陷西侧，面积约398 km2。西邻商都—曹四夭斜坡带，商都坳陷面积大于1500 m2，基底埋深超过5000 m。有利区受F18、F2-1断裂控制。断裂构造、不整合面构造为油气主要运移通道，储集岩主要包括河湖相碎屑岩、火山-火山碎屑岩。可能存在下白垩统巴彦花群、第三系等2套生烃岩系。区内有HC-35、HC-36号局部异常，推测为古生界古潜山构造，另有两个微磁异常分布。

大北沟公社有利区(Ⅰ3)：该区位于正蓝旗东侧，面积约433 km2。有利区西段位于蓝旗凹陷，东段处于多伦凹陷与蓝旗凹陷之间的鞍部，蓝旗凹陷和多伦凹陷总面积接近2000 m2，基底埋深超过4000 m。有利区受F9、F10断裂控制。断裂构造、不整合面构造为油气主要运移通道，储集岩主要包括海相碎屑岩、火山-火山碎屑岩。中上侏罗统可能存在2套生烃岩系。区内有HC-46、HC-47号局部异常，推测HC-46为古生界古潜山构造，HC-47为燕山期花岗岩引起的局部凸起构造。