強(qiáng)洋洋，袁炳強(qiáng)，馬 杰，宋立軍，張春灌

(西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

利用重力資料研究穆格萊德盆地南部新生界分布

強(qiáng)洋洋，袁炳強(qiáng)，馬 杰，宋立軍，張春灌

(西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

為確定勘探程度較低的穆格萊德盆地南部新生界分布特征，利用布格重力異常資料，選取既能利用已有地質(zhì)研究成果約束，又能大體控制研究區(qū)主要構(gòu)造格局的4條重力異常剖面進(jìn)行擬合反演。在對(duì)重力異常進(jìn)行定量與定性解釋的基礎(chǔ)上，應(yīng)用SPSS中的相關(guān)分析(Pearson相關(guān)系數(shù))與回歸分析(曲線估計(jì))原理，計(jì)算出了研究區(qū)的新生界底界埋深。結(jié)果表明：研究區(qū)新生界在隆起區(qū)相對(duì)不發(fā)育，而在凹陷區(qū)厚度較大，平均厚度超過2 200 m。認(rèn)為新生界厚度較大的穆格萊德盆地南部凹陷區(qū)是進(jìn)一步油氣勘探的有利區(qū)。

重力異常；新生界分布；油氣有利區(qū)；穆格萊德盆地

穆格萊德盆地位于非洲東北部南蘇丹境內(nèi)，是南蘇丹境內(nèi)最大的NW—SE向裂谷盆地。該盆地的油氣勘探始于20世紀(jì)70年代，目前已探明的石油地質(zhì)儲(chǔ)量超過14×108t。盡管前人[1-2]對(duì)該盆地的地質(zhì)構(gòu)造、含油氣石油系統(tǒng)等進(jìn)行了大量研究，但研究工作主要集中在盆地北部，而對(duì)盆地南部缺乏鉆井、地震等地質(zhì)研究工作。穆格萊德盆地新生界發(fā)育地區(qū)為重要的油氣勘探靶區(qū)，為擴(kuò)大盆地勘探范圍，即在該盆地南部尋找有利油氣勘探目標(biāo)區(qū)，有必要深入研究盆地南部新生界發(fā)育特征。本文結(jié)合前人有關(guān)研究成果，根據(jù)盆地南部的重力資料，定量擬合了4條重力異常剖面，并以所擬合剖面的新生界底界埋深作為約束條件，同時(shí)結(jié)合研究區(qū)內(nèi)的布格重力異常及利用滑動(dòng)平均濾波法求取的剩余重力異常，運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件中的相關(guān)分析(Pearson相關(guān)系數(shù))與回歸分析(曲線估計(jì))原理，計(jì)算獲得了研究區(qū)的新生界底界埋深，為研究區(qū)進(jìn)一步油氣勘探提供依據(jù)。

1 地球物理背景

1.1 構(gòu)造特征

穆格萊德盆地位于中非走滑斷裂帶東端南側(cè)，地理位置位于東經(jīng)26°～32°，北緯5°～13°，呈長(zhǎng)楔狀，面積約12×104km2。該盆地是在非洲克拉通前寒武系變質(zhì)基底上發(fā)育的中-新生代陸內(nèi)裂陷盆地，其北、東、西向分別與庫(kù)車?yán)璧?、邁盧特盆地、巴加拉地塹相鄰，北東、北西與努巴地塊、達(dá)爾富爾-瓦達(dá)伊地塊相接(圖1,據(jù)IHS數(shù)據(jù)庫(kù)修改)。

穆格萊德盆地的原型為伸展盆地，是由一系列互連的張扭型地塹或半地塹組成，由于受后期區(qū)域構(gòu)造作用的影響，導(dǎo)致盆地內(nèi)不同地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、幾何形態(tài)、構(gòu)造樣式等差異很大。盆地內(nèi)大致發(fā)育未受改造的伸展斷陷、構(gòu)造反轉(zhuǎn)的伸展斷陷和走滑改造的伸展斷陷等類型[3-6]。

1.2 地層

穆格萊德盆地發(fā)育下白堊統(tǒng)、 上白堊統(tǒng)、 第三系、第四系。鉆井資料揭示，盆地蓋層自上而下可分為6套巖石組合：

圖1 穆格萊德盆地構(gòu)造略圖

(1)騰迪組(E3)，主要為灰色泥巖，湖相沉積。

(2)森納組(E2)，灰色泥巖為主夾砂巖，主要為泛濫平原相沉積。

(3)阿馬勒組(K2)，紅色塊狀砂巖為主，河流-泛濫平原相沉積。

(4)達(dá)爾富爾群(K2)，暗色泥巖為主夾砂巖，深湖相沉積為主，為區(qū)域蓋層。

(5)苯蒂烏組(K1)，紅色砂巖為主夾薄層泥巖，河流-淺湖相沉積，為主力儲(chǔ)油層。

(6)阿布加布拉組上部(K1)，泥、砂巖互層，為河流-淺湖-深湖相,其中發(fā)育深湖、半深湖相主力生油層。

(7)阿布加布拉組下部(K1)，河流相沉積[7]。

1.3 地球物理特征

穆格萊德盆地南部物性資料匱乏，因此利用勘探程度較高的北部地區(qū)資料。為確定研究區(qū)地層密度特征，整理分析了穆格萊德盆地北部的地震研究成果，在地震解釋剖面[8]上進(jìn)行了重力異常反演，進(jìn)而確定了盆地北部的地層密度。盆地北部發(fā)育4個(gè)密度層：新生界、上白堊統(tǒng)、下白堊統(tǒng)、基底；發(fā)育3個(gè)密度界面：新生界底界、上白堊統(tǒng)底界、下白堊統(tǒng)底界(基底頂界)。新生界為第一密度層，平均密度為2.24×103kg/m3；上白堊統(tǒng)為第二密度層，平均密度為2.42×103kg/m3；下白堊統(tǒng)為第三密度層，平均密度為2.65×103kg/m3；基底為第四密度層，平均密度為2.75×103kg/m3。

2 重力異常特征及剖面擬合

2.1 布格重力異常特征

整理了穆格萊德盆地的重力資料，并編繪出了穆格萊德盆地南部的布格重力異常平面等值線圖(圖2，其布格重力數(shù)據(jù)來源于Getech公司)。

圖2 穆格萊德盆地南部布格重力異常與擬合剖面位置疊合圖(蘭色線段為擬合剖面)

由圖2看出，穆格萊德盆地南部的布格重力異常等值線宏觀走向?yàn)镹W—SE向，高低相間(反映了穆格萊德盆地南部處于不同的沉積環(huán)境及具有不同的沉積特征)，其間發(fā)育密集的重力梯級(jí)帶。研究區(qū)的布格重力異常具有明顯的分區(qū)性，總體反映為兩低夾一高，即2個(gè)重力低區(qū)及1個(gè)重力高區(qū)：東北部阿多克-博爾地區(qū)為一北東向條帶狀的重力低區(qū)，西部伊羅勒地區(qū)為一相對(duì)寬緩的重力高區(qū)，南部為一北西向的重力低區(qū)。

一般而言，重力高反映高密度的基底埋深相對(duì)較淺，基底相對(duì)隆起；重力低反映基底埋深相對(duì)較深，上覆蓋層較厚；重力梯級(jí)帶反映斷裂構(gòu)造[9]。對(duì)比地表地質(zhì)圖，重力低區(qū)范圍基本與地表覆蓋的新生界對(duì)應(yīng)。由此可推測(cè)：研究區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，基底隆凹相間且起伏較大。

2.2 剖面擬合分析

為了能控制研究區(qū)新生界的宏觀分布，根據(jù)研究區(qū)的布格重力異常分布特征，選擇了既能控制研究區(qū)主要凹陷，又能為研究區(qū)進(jìn)一步面積反演提供約束的4條剖面(剖面位置見圖2)。鑒于前人在該研究區(qū)的地質(zhì)工作程度低，導(dǎo)致缺乏重力異常定量解釋的約束條件。為了能相對(duì)準(zhǔn)確地求取研究區(qū)新生界埋深，利用上述在盆地北部應(yīng)用地震結(jié)果擬合的地層密度資料，使用正反演模擬軟件，對(duì)盆地南部4條剖面進(jìn)行定量擬合，結(jié)果如圖3所示。

圖3 重力異常剖面擬合圖

剖面擬合顯示(圖3)：研究區(qū)重力高是基底隆起的反映，重力低則是中新生代沉積地層的反映。研究區(qū)中新生界受斷陷控制，主要分布于重力低值區(qū)，在重力高值區(qū)缺失上、下白堊統(tǒng)，上白堊統(tǒng)厚度小于下白堊統(tǒng)。剖面擬合結(jié)果表明，穆格萊德盆地南部新生界發(fā)育，一般厚度大于2 km，在凹陷處厚度最大可達(dá)3 km。

3 新生界底界深度求取

3.1 重力異常分區(qū)

在缺乏相關(guān)資料約束的情況下，根據(jù)布格重力異常應(yīng)用連續(xù)密度界面反演法大體確定研究區(qū)的新生界分布時(shí)其精度有限[10]，故采用SPSS統(tǒng)計(jì)中的相關(guān)分析求取。為了相對(duì)準(zhǔn)確確定研究區(qū)的新生界發(fā)育特征，根據(jù)研究區(qū)的布格重力異常特征，首先對(duì)異常區(qū)進(jìn)行分區(qū)，分別將研究區(qū)東北部的重力低值區(qū)、西部的重力高值區(qū)、南部的重力低值區(qū)劃分為1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)(圖4)。

圖4 重力異常分區(qū)

3.2 新生界底界深度求取

利用研究區(qū)所擬合的4條重力剖面及重力異常分區(qū)圖，再結(jié)合布格重力異常及滑動(dòng)平均濾波的剩余重力異常，通過SPSS軟件中的相關(guān)分析(Pearson相關(guān)系數(shù))與回歸分析(曲線估計(jì))原理，計(jì)算新生界的底界埋深。

3.2.1 SPSS方法原理 在SPSS相關(guān)分析中，Pearson相關(guān)系數(shù)是一種簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)分析和計(jì)算的方法，是對(duì)定距連續(xù)變量的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算式為

3.2.2 新生界底界深度的求取 應(yīng)用向上延拓、趨勢(shì)分析、滑動(dòng)平均等方法對(duì)重力異常進(jìn)行分離，對(duì)比分析后選擇效果較好的滑動(dòng)平均濾波法求取剩余重力異常。利用布格重力異常以及滑動(dòng)平均求取的剩余重力異常與在前述4條擬合剖面上提取的新生界底界埋深進(jìn)行相關(guān)分析-回歸分析,分別求取了1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)的Pearson相關(guān)系數(shù)及曲線模型方程。

由表1分析：滑動(dòng)平均濾波170km剩余重力異常，與新生界深度相關(guān)性最高(r=0.759)，同時(shí)“顯著性(雙側(cè))”結(jié)果為0.00，遠(yuǎn)小于0.01，所以具備顯著性。因此，對(duì)滑動(dòng)平均濾波170 km求取的剩余重力異常與新生界埋深進(jìn)行回歸分析，并構(gòu)建回歸曲線方程模型(表2)。

由表2可以看出，擬合度最好的是三次曲線模型(r2=0.623)。據(jù)此，本文選取三次曲線作為曲線擬合模型，然后對(duì)其系數(shù)顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)(表3—表4)。

表1 1區(qū)的相關(guān)性

*在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。 **滑動(dòng)剩余異常為布格重力值減去滑動(dòng)平均濾波法求取的值(窗長(zhǎng)為50 km時(shí)，稱滑動(dòng)平均濾波50 km剩余重力異常)，量綱為10-5m·s-2；顯著性(雙側(cè))是對(duì)相關(guān)系數(shù)的顯著性檢測(cè)；N為分析數(shù)據(jù)的總量。

表2 1區(qū)模型分析匯總

注：r2為可決系數(shù)，r2越大說明擬合度越好；調(diào)整r2為校正可決系數(shù)。

表3 三次曲線模型系數(shù)方差

表4 三次曲線模型回歸系數(shù)

注：用經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)來擬合模型，則模型中將不會(huì)出現(xiàn)截距。

方差分析是對(duì)整個(gè)模型曲線的檢驗(yàn)，是對(duì)模型中被解釋變量與所有解釋變量之間的關(guān)系在總體上是否顯著做出的推斷。S值遠(yuǎn)小于0.01說明模型成立的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義非常顯著。

從表3中看出：F統(tǒng)計(jì)量為66.030；S為0.000；殘差平方和減小了，顯然方程顯著。同時(shí)，從表4中：回歸系數(shù)自變量項(xiàng)S的值為0.000，具備顯著相關(guān)性，顯然該模型系數(shù)顯著非0；同理，常數(shù)的S值也接近0，常數(shù)顯著不為0[12]。也就是說三次曲線模型適合擬合求取1區(qū)的新生界底界埋深。則其模型曲線(圖5)及其回歸方程：

新生界底界埋深y=2 514.580 017 299 166-72.960 916 931 657 89x+5.660 995 221 159 427x2+0.231 155 398 351 637x3。其中x為滑動(dòng)平均170 km剩余重力值。

圖5 1區(qū)計(jì)算模型曲線

然后，將1區(qū)滑動(dòng)平均濾波170 km剩余重力值代入該回歸方程進(jìn)行計(jì)算，獲得1區(qū)的新生界底界埋深。

同理求得了2區(qū)、3區(qū)的曲線模型及回歸方程。

2區(qū)的布格重力異常與新生界埋深深度的Pearson相關(guān)系數(shù)最大，為0.689(顯著相關(guān))，然后對(duì)其進(jìn)行回歸分析，獲得了2區(qū)的模型曲線(圖6)及回歸方程：

新生界底界埋深y=e5.859 099 586 522 346-0.025 163 217 820 488 59x，

其中x為布格重力值。

圖6 2區(qū)計(jì)算模型曲線

3區(qū)的滑動(dòng)平均濾波38 km剩余重力異常與新生界深度相關(guān)參數(shù)最大，為0.760，然后對(duì)其進(jìn)行回歸分析，獲得了3區(qū)的模型曲線(圖7)及回歸方程：

新生界底界埋深y=2 541.827 282 644 656+(-51.046 736 086 763 97x-4.942 882 193 002 406x2-1.332 257 042 614 381x3，其中x為滑動(dòng)平均38 km剩余重力值。

圖7 3區(qū)計(jì)算模型曲線圖

最后，將1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)所求取的新生界底界埋深匯總，即獲得了穆格萊德盆地南部新生界的底界埋藏深度(圖8)。

圖8 穆格萊德盆地南部新生界底界埋深

3.2.3 新生界底界埋深特征 由圖8可見，穆格萊德盆地南部的新生界底界埋深差異較大，新生界底界面呈北西—南東向隆—坳相間的構(gòu)造格局。伊羅勒前寒武系隆起地區(qū)新生界厚度較小，阿多克—杜克法維勒—孔戈?duì)枴栆粠Ъ爸彀偷臇|北側(cè)為大范圍的凹陷區(qū)，新生界發(fā)育，厚度均在2 km以上，應(yīng)該是盆地南部進(jìn)一步油氣勘探的重要目標(biāo)區(qū)。另外，在伊羅勒西南新生界發(fā)育，其最大埋深達(dá)3 800 m，也值得進(jìn)一步關(guān)注。

4 結(jié) 論

(1)在石油地質(zhì)工作程度較低的穆格萊德盆地南部地區(qū)，根據(jù)重力資料，應(yīng)用SPSS統(tǒng)計(jì)分析中的相關(guān)分析-回歸分析可相對(duì)準(zhǔn)確地求取新生界分布特征。此方法計(jì)算速度快、簡(jiǎn)便，而且在約束條件缺乏的地區(qū)計(jì)算結(jié)果精度相對(duì)較高。

(2)穆格萊德盆地南部的新生界厚度差異較大。其中，在伊羅勒前寒武系隆起地區(qū)，新生界相對(duì)不發(fā)育；在阿多克—杜克法維勒—孔戈?duì)柕貐^(qū)及伊羅勒西南處的凹陷區(qū)新生界厚度較大，平均厚度超過2 200 m。新生界厚度較大區(qū)域應(yīng)是研究區(qū)進(jìn)一步油氣勘探的有利區(qū)域。

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責(zé)任編輯：王 輝

2014-10-15

國(guó)家重大專項(xiàng)“非洲-中東重點(diǎn)勘探區(qū)油氣地質(zhì)評(píng)價(jià)及關(guān)鍵技術(shù)研究——非洲部分地區(qū)重磁電資料處理”(編號(hào)：CRI2012RCPG0132NNN)；西安石油大學(xué)研究生創(chuàng)新基金(項(xiàng)目編號(hào)：2013cx120213)

強(qiáng)洋洋(1989-)，女 碩士研究生，主要從事綜合地球物理勘探研究。E-mail：1390363329@qq.com

1673-064X(2015)03-0018-06

TE122.2+5

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