何梅興,張耀陽,裴發(fā)根,張小博,王興宇,李顏貴

(中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所,河北廊坊 065000)

銀額盆地西接新疆南天山縫合帶,東連內(nèi)蒙索倫縫合帶,位于中亞造山帶中段塔里木、華北板塊與西伯利亞板塊交匯處。區(qū)域構(gòu)造演化大致經(jīng)歷了中-新元古代沉積變質(zhì)基底形成階段、南華紀(jì)—泥盆紀(jì)洋陸轉(zhuǎn)換階段、石炭紀(jì)—二疊紀(jì)板內(nèi)裂谷盆地演化階段和中生代—新生代內(nèi)陸盆山演化4個階段[1-2]。在早石炭世末期古亞洲洋閉合、碰撞造山期后,形成以伸展背景為主的陸內(nèi)裂谷盆地,在北山和阿拉善地區(qū)形成了巨厚的火山-沉積建造及碎屑巖-碳酸鹽巖建造[3-4]。盆地中生代以來先后經(jīng)歷了“張扭拉分(早侏羅世)—隆升與局部沉降(中侏羅世)—強(qiáng)烈擠壓抬升(晚侏羅世)—張扭拉分(早白堊世)—擠壓推覆(晚白堊世)”的構(gòu)造應(yīng)力作用過程,在古近紀(jì)—新近紀(jì),由于印度板塊向北俯沖及歐亞板塊相撞,使研究區(qū)處于擠壓抬升的構(gòu)造背景[5]。

銀額盆地居延海坳陷石炭—二疊系地層廣泛發(fā)育,石炭系地層巖性主要為礫巖、砂巖、泥巖、火山碎屑巖、流紋巖和安山巖等,二疊系地層巖性主要為碎屑巖、碳酸鹽巖、火山巖、泥巖等。白堊系地層巖性主要為一套河湖相-湖相砂礫巖、泥頁巖及泥灰?guī)r等。其中,白堊系巴音戈壁組和石炭系—二疊系干泉組的有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1—Ⅱ2型為主,熱演化適中[5-6],分別為中生界和古生界油氣勘探目標(biāo)層。根據(jù)小對稱四極法野外露頭測定、測井資料及大地電磁(MT)首支電阻率資料[7-8],由新至老各時代地層的電阻率總體表現(xiàn)為逐漸增大的變化特征,侵入巖體及變質(zhì)巖電阻率較高。

盆地內(nèi)巖漿巖廣泛發(fā)育,造成地震成像效果差,另外受淺部煤層多次波的影響,深層地震成像存在多解性,難以有效識別巖體頂?shù)捉缑婕皟?nèi)部結(jié)構(gòu)?；鹕綆r在地震剖面上常呈似層狀地質(zhì)體整合地分布于沉積地層之中[9],如近年實施的額探2井,火山巖似層狀地震反射被認(rèn)為是沉積地層反射,實際鉆遇了厚層火山巖。盆地內(nèi)石炭系—二疊系地層巖性復(fù)雜,分布差異大,缺乏一種非常有效的勘探手段。而泥巖與圍巖的電阻率差異大,大地電磁測深法對低阻泥巖層的探測較敏感,實際勘探中有很好的應(yīng)用效果。本文在前人研究基礎(chǔ)上,根據(jù)銀額盆地居延海坳陷的大地電磁測深和鉆井等資料,對盆地石炭系—二疊系泥巖層的大地電磁法識別技術(shù)進(jìn)行分析討論,包括理論數(shù)值模擬、視電阻率曲線形態(tài)、一維和二維反演解釋等方面,重點對盆地泥巖層的電性特征進(jìn)行了分析,得到的認(rèn)識將為石炭系—二疊系油氣勘探提供電性特征方面的依據(jù)。

1 大地電磁(MT)數(shù)據(jù)采集與處理

1.1 數(shù)據(jù)采集

在居延海坳陷內(nèi),以往工作主要針對以白堊系和石炭系—二疊系為目標(biāo)層實施地震勘探和鉆探調(diào)查,我們將以往地震資料和鉆井資料作為約束電磁法的資料,實現(xiàn)資料結(jié)果可互相對比,選取泥巖層相對發(fā)育的鉆井,結(jié)合鉆井資料和地震資料,開展了大狐貍山、額探2井、蒙額參1井和蒙額參3井4條測線進(jìn)行MT測量,如圖1中的藍(lán)色實線所示,MT測線的測點數(shù)量分別為18,9,50和9個。

圖1 銀額盆地居延海坳陷區(qū)域及測線位置

野外觀測系統(tǒng)采用大地電磁測量系統(tǒng)V5-2000,正“十”形布設(shè)測量裝置,同時測量天然電磁場5個分量(Ex,Ey,Hx,Hy,Hz,其中,E,H分別表示電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度;x,y,z表示坐標(biāo)方向),測點點距為200～1000m,觀測頻率范圍為0.001～320.000Hz。

采集的天然大地電磁場信號強(qiáng)度與雷電信號、地磁脈動和磁暴等場源有關(guān),具有很寬的頻率范圍,但在0.1～1.0Hz左右電磁場強(qiáng)度很弱,俗稱“死頻段”,為了提高此頻段數(shù)據(jù)的信噪比,野外工作中電場和磁場信號接收的增益參數(shù)設(shè)置為“high”,即電道和磁道的增益為16倍,由實測視電阻率曲線對比結(jié)果(圖2) 可以看出,“死頻段”的數(shù)據(jù)質(zhì)量得到明顯改善。另外,研究區(qū)為戈壁地區(qū),地表較為干旱,野外工作的電極采用布袋裝泥土澆灌的方式,降低了電極接地電阻,保證了數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量。測區(qū)附近干擾較小,數(shù)據(jù)質(zhì)量較高,曲線類型主要為H型。

圖2 同一測點不同增益參數(shù)觀測的視電阻率曲線a 正常增益視電阻率曲線; b 高增益視電阻率曲線

1.2 數(shù)據(jù)處理

利用數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件對天然電磁場時間序列進(jìn)行Robust方法估算,估算出實測坐標(biāo)系的阻抗張量元素,實測數(shù)據(jù)反演前需要對阻抗張量進(jìn)行維性分析和電性主軸統(tǒng)計分析,以確定主要電性結(jié)構(gòu)的維數(shù)和走向。維性分析可以提供地質(zhì)構(gòu)造隨深度變化的信息。圖3a顯示了蒙額參3井剖面的二維偏離度擬斷面,多數(shù)測點0.001Hz頻段以上的二維偏離度普遍小于0.4,說明沿剖面電性總體上具有二維特性。相位張量方法不受電場局部畸變的影響,不需要區(qū)域構(gòu)造的二維性假設(shè)[10],居延海坳陷構(gòu)造走向主要為SW-NE向;圖3b顯示了蒙額參3井剖面的電性主軸角統(tǒng)計玫瑰圖,電性主軸角約為北偏東47°,與地質(zhì)構(gòu)造走向基本一致,正南北的測量坐標(biāo)系需旋轉(zhuǎn)至電性主軸角,即順時針旋轉(zhuǎn)47°,阻抗張量旋轉(zhuǎn)至主軸方向后,獲得TE和TM相應(yīng)的視電阻率和阻抗相位,然后采用非線性共軛梯度反演方法可獲得研究區(qū)的二維電性結(jié)構(gòu)[11]。

圖3 蒙額參3井剖面偏離度擬斷面(a)及電性主軸統(tǒng)計結(jié)果玫瑰圖(b)

2 正演模擬與可行性分析

銀額盆地地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,石炭系—二疊系地層分布規(guī)律不清,為了使大地電磁法探測低阻泥巖層有更好的應(yīng)用效果,有必要進(jìn)行大地電磁法理論模擬分析。銀額盆地從石炭紀(jì)—新近紀(jì)先后經(jīng)歷了擠壓抬升階段(石炭紀(jì)—二疊紀(jì))—坳陷階段(侏羅紀(jì))—斷陷階段(白堊紀(jì))—裂陷階段(古近紀(jì)—新近紀(jì)),另外,受阿爾金走滑斷裂和區(qū)域性張扭性走滑應(yīng)力場影響,居延海坳陷的地震剖面常顯示為不對稱的箕狀凹陷[12],根據(jù)地震剖面資料建立理論地質(zhì)-電性模型。

依據(jù)以往統(tǒng)計的各地層巖性電阻率,合理設(shè)定理論模型的電阻率參數(shù)[13],理論模型如圖4a所示:第1層為新近系沉積層,電阻率為70Ω·m,厚度為300m;第2層為白堊系沉積層,電阻率為30Ω·m,最大厚度為900m;第3層為二疊系—侏羅系沉積層,電阻率為600Ω·m,厚度為1500m;第4層為石炭系—二疊系低阻泥巖層,電阻率為10Ω·m,厚度為400m;第5層為基底層,電阻率為500Ω·m。為了保證計算精度,向左、向右各擴(kuò)展5個網(wǎng)格,模擬有效范圍為10.0km×8.0km,橫向為20個500m等間距網(wǎng)格,縱向為30個淺密深疏的網(wǎng)格,采用有限元法進(jìn)行模擬計算[14],頻率范圍為0.001～320.000Hz,共40個頻點,反演計算時加入2%隨機(jī)誤差值。利用非線性共軛梯度反演方法對響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演,TE+TM模式結(jié)合了TE模式和TM模式的優(yōu)點,采用該模式的反演結(jié)果如圖4b所示,可以看出,反演結(jié)果與理論模型較為一致,較好地反映了地層的分布形態(tài)。從理論模型①,②,③,④處的正演響應(yīng)結(jié)果(圖5)可知,在頻段0.1～100.0Hz范圍視電阻率曲線表現(xiàn)為“W”型的雙低阻層特征,石炭系—二疊系低阻泥巖層對應(yīng)為第2低阻層。對比不同測點的正演響應(yīng)結(jié)果,在泥巖層埋深越淺或凹陷深度越小處,第2低阻泥巖層的響應(yīng)越明顯,反之,在泥巖層埋深越深或凹陷深度越大處,第2低阻泥巖層正演響應(yīng)結(jié)果分辨率越低。在凹陷深處,對比兩種模式的正演響應(yīng),yx模式對第2低阻層的響應(yīng)更為明顯。

圖4 理論模型(a)與反演結(jié)果(b)

圖5 剖面不同位置理論模型正演響應(yīng)視電阻率曲線a 2.0km處; b 4.0km處; c 6.0km處; d 8.0km處

3 MT反演結(jié)果分析

首先分析北山地區(qū)大狐貍山地表分布的石炭系—二疊系干泉組泥巖層的電性特征,然后根據(jù)蒙額參3井揭示的厚層石炭系—二疊系泥巖層,對蒙額參3井作井旁測深一維反演并劃分電性標(biāo)志層,結(jié)合額探2井和蒙額參1井揭示的火山巖體分布和二維電阻率剖面電性特征,分析巖漿巖電性及地震反射特征。另外,為了定量分析各組地層的電阻率范圍,結(jié)合測井資料和井旁大地電磁測深資料一維反演結(jié)果,統(tǒng)計分析白堊系、二疊系—石炭系和巖漿巖的電阻率特征。

3.1 石炭系—二疊系泥巖層電性特征

在居延海坳陷西北緣的大狐貍山地區(qū)出露一段石炭系—二疊系干泉組泥巖層,因其厚度較大,碎屑巖段完整,因而常作為參考對比剖面。前人曾對居延海坳陷北緣大狐貍山地區(qū)的石炭系—二疊系干泉組火山巖鋯石U-Pb測年和干泉組烴源巖的生物標(biāo)志化合物進(jìn)行了研究[15-16],但未開展過地球物理剖面調(diào)查。區(qū)內(nèi)斷裂褶皺發(fā)育,華力西期的火山和巖漿侵入活動強(qiáng)烈(圖6),干泉組出露的下段碎屑巖段巖性為灰粉砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、長石砂巖等,上段火山巖段為安山巖、玄武巖、凝灰熔巖等[16]。

圖6 L01剖面地層與大地電磁測點分布

大狐貍山剖面電性總體特征為淺部低阻、深部高阻(圖7),剖面淺層的低-次高阻異常為石炭系—二疊系碎屑巖反映,中深層高阻異常為侵入巖、火山巖或結(jié)晶基底的反映。測點范圍H102～H120對應(yīng)為干泉組下段,主要反映為低阻異常的細(xì)砂巖、泥巖等,低阻異常分布為北淺南厚,最大埋深約1000m。測點范圍H122～H130對應(yīng)為干泉組上段,主要反映為中高阻異常的火山巖,下部發(fā)育低阻異常,與干泉組下段的低阻異常連續(xù),可推測測點范圍H122～H130下部0.2～1.0km分布的是干泉組下段,干泉組上段只發(fā)育在淺部的局部范圍。因區(qū)域上華力西期火山活動較為頻繁,尤其在中石炭世火山活動最為強(qiáng)烈,火山巖巖性主要為玄武巖、安山巖、英安巖等高阻體,干泉組以下高阻異常大面積分布,測點H100地表分布巖漿巖,因此可推測高阻異常為火山巖體的反映。測點范圍H100～H104對應(yīng)了地表發(fā)育的斷裂分布,斷裂走向為NW-SE,電性特征近似直立狀,依據(jù)低阻異常范圍及深度,斷裂發(fā)育深度2.0km以上。

圖7 二維電阻率剖面綜合地質(zhì)解釋(L01剖面)

受加里東、華力西期近南北方向水平擠壓的影響,盆地西北緣發(fā)育近東西—北西向區(qū)域構(gòu)造,古生代地層沿英安山—大狐貍山—黃石坪一線的地層多發(fā)生形變后彎曲、倒轉(zhuǎn)形成軸向近北西向的英安山—大狐貍山向斜[16],大狐貍山剖面電性特征與構(gòu)造特征一致,反映了地層褶皺變形強(qiáng)烈,火山巖、侵入巖分布廣布。在晚石炭世—二疊紀(jì),區(qū)域上廣泛發(fā)育以隆坳相間的盆嶺構(gòu)造,沉積相帶受不同的沉積古地理環(huán)境控制[17]。受印支期和燕山期長期隆升的影響,石炭系—二疊系地層遭受后期剝蝕后,剖面中的低阻異常分布反映了泥巖層局部殘留,干泉組泥巖層為在擠壓環(huán)境下局部殘留保存,與區(qū)域構(gòu)造演化緊密相關(guān)。

3.2 石炭系—二疊系泥巖層電性層識別

蒙額參3井旁測深一維反演結(jié)果反映了石炭系—白堊系的電性特征,根據(jù)電性分層特征可劃分電性標(biāo)志層(圖8)。剖面位于居延海坳陷東南部的吉格達(dá)凹陷,與綠園隆起相鄰,蒙額參3井揭示了坳陷東部發(fā)育了相對較厚的石炭系—二疊系泥巖地層。蒙額參3井深2850m,二疊系上統(tǒng)(1655～2289m)巖性主要為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等;二疊系中下統(tǒng)(2289～2542m)巖性主要為泥巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等;上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)干泉組(2542～2712m)巖性主要為泥巖、白云質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖等,底部發(fā)育華力西期侵入巖[18-19]。

采用Occam方法進(jìn)行一維反演,在擬合數(shù)據(jù)的同時尋求地質(zhì)模型的光滑效果,反演結(jié)果與側(cè)向電阻率較為一致(圖8)。白堊系蘇紅圖組具有分層的電性特征,中上段主要呈次高阻電性特征,為組內(nèi)砂巖、玄武巖巖性的反映;中段受玄武巖高阻體影響,側(cè)向電阻率波動較大;下段明顯呈低阻電性特征,為組內(nèi)泥巖巖性的反映。巴音戈壁組在吉格達(dá)凹陷內(nèi)相對不發(fā)育,表現(xiàn)為低阻電性特征,為組內(nèi)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖巖性的反映。巴音戈壁組低阻層的底界可作為二疊系的頂界面,可作為劃分白堊系和二疊系的電性標(biāo)志層。二疊系與上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)干泉組可統(tǒng)一劃分為次高阻層,二疊系劃為次高阻層的中上段,干泉組劃為次高阻層的下段。干泉組側(cè)向電阻率波動較大,與含白云質(zhì)泥巖和粉砂質(zhì)泥巖有關(guān),干泉組下部的鉀長花崗巖明顯表現(xiàn)為高阻層,高阻層頂界面可作為干泉組泥巖層底界。

圖8 蒙額參3井巖性描述及電阻率測井曲線與大地電磁一維反演結(jié)果

蒙額參3井電阻率剖面揭示了該區(qū)“次高阻—低阻—次高阻—高阻”的電性特征(圖9),從淺到深清楚反映了地層與電性結(jié)構(gòu)的關(guān)系。白堊系呈上部次高阻—下部低阻的特征,電阻率為1～30Ω·m,上部次高阻層為蘇紅圖組砂巖、玄武巖巖性的反映,下部的低阻層為巴音戈壁組泥巖巖性的反映,低阻地層產(chǎn)狀平緩,反映了沉積穩(wěn)定,后期構(gòu)造改造相對弱。早白堊世,在區(qū)域張力背景下,尤其受阿爾金東延斷裂帶的走滑、局部張扭作用影響,該區(qū)發(fā)育斷陷盆地,在測點104至測點106處深度1.4km以下,電阻率等值線向下扭曲為斷陷盆地發(fā)育正斷層的電性特征。二疊系位于次高阻中上段,電阻率約為30～80Ω·m,電阻率等值線波動明顯變強(qiáng),反映了地層受到擠壓并發(fā)生彎曲。上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)干泉組位于次高阻下段,電阻率為60～80Ω·m,與二疊系屬于同一構(gòu)造層。蒙額參3井2.7km深處見華力西期侵入巖,干泉組下部存在兩處高阻異常區(qū),電阻率大于100Ω·m,可推測此兩處發(fā)育侵入巖體。

圖9 二維電阻率剖面綜合地質(zhì)解釋結(jié)果(L04剖面)

3.3 巖漿巖電性及地震反射特征

居延海坳陷西部的烏珠爾凹陷,與北山地區(qū)相鄰,額探2井和蒙額參1井揭示了該區(qū)發(fā)育大規(guī)模的火山巖體,二疊系巖性主要為泥巖、含礫砂巖、礫巖和煤層,偶有火山巖發(fā)育等,上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)干泉組巖性主要為中酸性火山巖[20-21]。

額探2井電阻率剖面總體反映了淺部低阻層、下部發(fā)育大面積高阻異常的電性結(jié)構(gòu),以“低—次高—高”為主要電性特征(圖10)。二疊系(676～968m)巖性主要為泥巖、含礫砂巖,上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)干泉組(968～1948m)巖性以中酸性火山巖為主。剖面上部0.67km深度發(fā)育低阻層,電阻率小于20Ω·m,反映了白堊系至第四系地層分布,發(fā)育規(guī)模較小、深度相對較淺。次高阻層深度為0.67～1.00km,電阻率為20～100Ω·m,對應(yīng)于二疊系分布,相對于蒙額參3井,二疊系厚度較薄,反映了在盆地邊緣地區(qū)石炭系—二疊系剝蝕嚴(yán)重。在1.0km剖面下部大面積分布高阻異常,電阻率為100～20000Ω·m,電阻率較高,結(jié)合鉆井鉆遇的下部中酸性火山巖,可以推測下部存在大面積分布火山巖,也說明了在盆地邊緣地區(qū)火山巖體較為發(fā)育。電性界面顯示了石炭系—二疊系產(chǎn)狀較平緩,構(gòu)造變形弱,而盆地周緣的北山地區(qū)石炭系與二疊系地層高角度傾斜,發(fā)育緊閉褶皺,變形強(qiáng)烈,盆地內(nèi)部與周緣露頭區(qū)石炭系—二疊系的強(qiáng)烈變形形成了鮮明對比。

圖10 二維電阻率剖面綜合地質(zhì)解釋(L02剖面)

過額探2井的二維地震剖面(圖11),揭示了白堊系蘇紅圖組表現(xiàn)為中強(qiáng)振幅、中低頻反射特征,連續(xù)性較好,反映了地層連續(xù)沉積;巴音戈壁組表現(xiàn)為弱振幅、中等頻率、弱連續(xù)反射特征,反映了以泥巖、砂礫巖巖性地層的反射特點,底界為中強(qiáng)振幅、較連續(xù)的波峰,與下伏二疊系的分界面較明顯;二疊系表現(xiàn)為強(qiáng)振幅、中低頻反射特征,連續(xù)性好,底界平行整合、強(qiáng)振幅、連續(xù)的波峰,反映了碎屑巖、火山巖巖性地層的反射特點;上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)干泉組巖性以中酸性火山巖為主,地震反射能量不均衡,時斷時續(xù)。

圖11 過額探2井二維地震反射剖面

蒙額參1井揭示了二疊系地層(576～1534m)巖性成分較為復(fù)雜,巖性以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主,夾礫巖和煤層,電性整體表現(xiàn)為次高阻特征(圖12)。石炭系—二疊系干泉組(1534～3200m)鉆孔未鉆遇底界,巖性主要為安山巖、安山玄武巖,整體表現(xiàn)為高阻異常特征。剖面東西部深1.0～2.0km,下部存在大范圍高阻異常,電阻率最高大于10000Ω·m,結(jié)合蒙額參1井鉆遇的巨厚層火山巖,推測下部存在大范圍的火山巖體。依據(jù)電阻率等值線扭曲,推測凹陷中部存在3條深斷裂,斷裂發(fā)育深度大于8.0km,深斷裂切穿石炭系—二疊系,其中F1和F3斷裂發(fā)育與火山巖體分布有密切聯(lián)系。

蒙額參1井剖面電性結(jié)構(gòu)反映了烏珠爾凹陷的基本構(gòu)造特征(圖12),總體呈剖面中部發(fā)育次凹,東西兩端基底凸起。剖面西部中高阻電性界面呈西高東低,較為連續(xù),起伏幅度小,表明了石炭系—二疊系地層連續(xù)。剖面東部中高阻電性界面波動相對明顯,表明了石炭系—二疊系內(nèi)斷裂發(fā)育,地層受擠壓發(fā)生了逆沖推覆構(gòu)造。與額探2井剖面交叉處都顯示了上部相對低阻層厚度小于1.0km,下部發(fā)育厚高阻層,表明了反演結(jié)果具有可對比性。

圖12 二維電阻率剖面綜合地質(zhì)解釋結(jié)果(L03剖面)

3.4 地層電阻率統(tǒng)計

以上定性分析了居延海坳陷石炭系—二疊系的電性特征,由于坳陷內(nèi)不同位置的構(gòu)造與沉積背景不同,同組地層巖性成分必然存在差異,同組地層電阻率也存在變化,以固定的電阻率劃分各凹陷同組地層厚度誤差較大,定量統(tǒng)計各凹陷的各組地層電阻率范圍,對地層識別、地層厚度劃分、巖性分析和油氣勘探都有重要作用。

如圖13至圖16所示,結(jié)合9口井的測井資料各組地層界面,對井旁大地電磁資料進(jìn)行一維反演,取其電阻率,統(tǒng)計各組地層的電阻率。地層電阻率總體規(guī)律為地層越老電阻率越大,電阻率從小到大順序為白堊系蘇紅圖組、白堊系巴音戈壁組、石炭系—二疊系巖漿巖,其中巖漿巖的電阻率較高,區(qū)域上坳陷西部電阻率整體偏大。坳陷東部石炭系—二疊系發(fā)育厚度大,巖漿巖埋深大,相對有利于油氣成藏。

圖13 白堊系蘇紅圖組地層電阻率統(tǒng)計結(jié)果及頂、底界面深度

圖14 白堊系巴音戈壁組地層電阻率統(tǒng)計結(jié)果及頂、底界面深度

圖15 石炭系—二疊系組地層電阻率統(tǒng)計結(jié)果及頂、底界面深度

圖16 巖漿巖地層電阻率統(tǒng)計結(jié)果及頂、底界面深度

4 討論

4.1 石炭系—二疊系泥巖層電性特征

由額探2井、蒙額參1井和蒙額參3井的電阻率反演剖面可知,從新到老的地層電阻率基本上從低到高,白堊系整體呈低阻異常,而前石炭系呈高阻異常,石炭系—二疊系表現(xiàn)為低阻—次高阻層,總體上白堊系、石炭系—二疊系與前石炭系之間存在明顯的電性界面。白堊系低阻層底界面作為石炭系—二疊系的頂界面,但當(dāng)二疊系泥巖層發(fā)育程度高時,因電磁法探測的體積效應(yīng),二疊系上部電性特征也表現(xiàn)為低阻特征,造成白堊系與二疊系之間的界面模糊。蒙額參3井剖面中二疊系發(fā)育大套泥巖層,二疊系的頂、底界面電阻率都比額探2井剖面中的低,具體表現(xiàn)為厚層的低阻—次高阻層,因此剖面中出現(xiàn)厚層的低阻—次高阻層時,可推測二疊系發(fā)育了大套泥巖層。

與二疊系屬于同一構(gòu)造層的石炭系—二疊系干泉組,由于靠近下部的高阻區(qū),通常表現(xiàn)為次高阻層的下段。由于居延海坳陷內(nèi)巖漿巖極度發(fā)育,尤其是盆地周緣,干泉組泥巖層難以保存。因泥巖層電阻率較低,當(dāng)干泉組泥巖層發(fā)育厚度大于400m時,也可造成二疊系次高阻層下部形成低阻層,如蒙額參3井剖面(圖9)中測點106、測點108下部1.6～3.2km的低阻異常,縱向上形成雙低阻層。

建立的理論模型顯示了大地電磁法能夠識別出兩套低阻薄泥巖層,具體表現(xiàn)為在中頻段0.1～100.0Hz范圍視電阻率曲線為雙低阻值特征,反演識別的分辨率與泥巖層的電阻率、埋藏深度和厚度等相關(guān),理論上泥巖層厚度越大、電阻率差異越大、埋藏越淺越好分辨。但銀額盆地的石炭系—二疊系巖性復(fù)雜,不同巖性具有不同的電性特征,當(dāng)巖性主要為礫巖、砂巖和泥巖時,電性特征通常表現(xiàn)為低阻—次高阻,當(dāng)巖性為火山碎屑巖、流紋巖、安山巖和碳酸鹽巖時,電性特征表現(xiàn)為明顯的高阻異常。

4.2 巖漿巖電性特征

額探2井和蒙額參1井揭示了二疊系下部發(fā)育巨厚火山巖,電性特征表現(xiàn)為大面積高阻異常。巖漿噴出地表后堆積在正常沉積層上,易形成大面積、巨厚層狀的火山巖,利用電磁法探測巨厚火山巖高阻層下部的泥巖薄層,受大地電磁法的分辨率限制,實際探測效果與泥巖薄層的厚度、深度和電阻率等因素密切相關(guān)。

蒙額參3井揭示了干泉組下部發(fā)育侵入巖,電性特征表現(xiàn)為局部團(tuán)塊狀高阻異常。侵入巖的分布通常沿深部斷裂侵入,侵入巖分布受斷裂控制,蒙額參3井的侵入巖體呈柱體狀。由于侵入巖體局部分布,對應(yīng)于高阻異常局部分布,對分析判斷泥巖層分布更為有利。

加里東-早華力西期構(gòu)造帶強(qiáng)烈活動,該區(qū)形成若干個陸內(nèi)裂谷或裂陷盆地,廣泛發(fā)育多期次火山噴發(fā)和侵入巖體,石炭系和二疊系主要以海陸交互相火山巖、碎屑巖夾碳酸鹽巖建造[2],地層中發(fā)育的巖漿巖電阻率非常高,遠(yuǎn)高于其它時代地層。

4.3 地球物理解釋

研究區(qū)的石炭系—二疊系巖性成分復(fù)雜,但泥巖普遍發(fā)育,是石炭系—二疊系重要的巖石類型,其分布區(qū)域廣,賦存層位多,尤其是二疊系[22]。大地電磁法勘測結(jié)果表明蒙額參3井剖面侵入巖體局部分布,鉆井揭示了石炭系—二疊系發(fā)育厚泥巖層,與吉格達(dá)凹陷和烏珠爾凹陷的石炭系—二疊系泥巖層發(fā)育程度相比,吉格達(dá)凹陷的石炭系—二疊系油氣資源前景更為良好。另外,鉆井資料揭示石炭系—二疊系干泉組中多數(shù)發(fā)育巖體,但干泉組上部的二疊系泥巖層發(fā)育良好,因此,二疊系具有較大油氣資源潛力。

在地球物理調(diào)查方法技術(shù)方面,銀額盆地石炭系—二疊系地球物理研究程度還較低,其中石炭系—二疊系干泉組的勘探和認(rèn)識程度極低,近年在銀額盆地居延海坳陷內(nèi)實施的蒙額參1井、額探3井等鉆井資料揭示石炭系—二疊系中火山巖體非常發(fā)育,與原先主要根據(jù)地震資料預(yù)測的石炭系—二疊系干泉組泥巖層位分布存在較大誤差。因火山巖體與碎屑巖電阻率差異較大,利用大地電磁法分析其電性特征,可有效推測地層的巖性,但僅依據(jù)電性參數(shù)推測會造成多解性,還需結(jié)合密度、磁性和波速等參數(shù)。總之,結(jié)合地質(zhì)資料,開展綜合地球物理分析研究,才能有效提高綜合地球物理油氣地質(zhì)解釋的準(zhǔn)確度。

5 結(jié)論

本文通過大地電磁法數(shù)值理論模擬與實際觀測相結(jié)合的手段,對銀額盆地居延海坳陷石炭系—二疊系泥巖層和巖漿巖電性特征進(jìn)行了分析研究,得出如下結(jié)論。

1) 石炭系—二疊系泥巖層與其它地層電阻率差異明顯,為大地電磁法勘探提供了物性基礎(chǔ)。構(gòu)建的理論模型反演結(jié)果表明,大地電磁測深能較好分辨出埋深4.0km之內(nèi)的雙低阻泥巖層分布。

2) 石炭系—二疊系泥巖層表現(xiàn)為低阻層或次高阻薄層狀,具體表現(xiàn)特征與巖性成分、埋藏深度和厚度等相關(guān)。以白堊系低阻層為頂界和巖漿巖或石炭系高阻層為底界,可有效劃分出石炭系—二疊系泥巖層分布。

3) 大狐貍山剖面電性特征反映了地層褶皺變形強(qiáng)烈,干泉組泥巖層為擠壓背景下的局部殘留。坳陷西北盆緣發(fā)育大范圍的高阻異常,其電阻率遠(yuǎn)高于其它地層的電阻率,反映了火山巖體廣泛發(fā)育?；鹕綆r和侵入巖電性特征分別表現(xiàn)為巨厚層狀和柱體狀,采用大地電磁法識別巨厚層狀巖體中的薄層泥巖難度大。

4) 大地電磁測深結(jié)果顯示,二疊系下部巖漿巖發(fā)育,二疊系泥巖層普遍發(fā)育良好。井旁大地電磁資料統(tǒng)計結(jié)果表明,地層越老電阻率越大,坳陷東部泥巖層相對發(fā)育,具有較好油氣資源潛力,其石炭系—二疊系電阻率比坳陷西部的電阻率低。定量統(tǒng)計的地層電阻率為坳陷內(nèi)的地層識別、厚度劃分和巖性分析等提供了電性依據(jù)。