三塘湖盆地航磁異常特征及油氣遠景預測

舒 晴，朱曉穎，高 維，李 瑞，尹 航

1.吉林大學地球探測科學與技術學院，長春 130026 2.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083

0 引言

三塘湖盆地位于新疆維吾爾自治區東北部，行政區劃上屬哈密市巴里坤哈薩克自治縣和伊吾縣管轄，盆地呈北西—南東向條帶狀夾持于莫欽烏拉山與蘇海圖山之間，東西長約500 km，南北寬40～70 km，盆地面積約23 000 km2[1-7]，是阿爾泰山系內的一個山間盆地[8]，石油和煤炭資源豐富。三塘湖盆地地質勘探工作始于20世紀50年代，1993年，中國石油天然氣總公司在條湖凹陷北小湖構造鉆探的塘參1井獲工業油氣流，是盆地內的首次突破[6，9]，經過多年勘探開發，確立了侏羅系、二疊系、石炭系三套主力勘探目的層，產油區集中在盆地中段條湖、馬朗凹陷，其他地區勘探開發程度相對較低。目前，三塘湖盆地已建成年產百萬噸級油田，由中國石油天然氣總公司吐哈油田公司負責勘探、開發和運營。

2012年至2015年，中國國土資源航空物探遙感中心承擔了新疆巴里坤—伊吾地區1∶5萬航磁調查任務，首次獲得了三塘湖盆地高精度、大比例尺航磁資料*舒晴，高維，朱曉穎，等. 新疆巴里坤—伊吾地區1∶5萬航磁調查綜合研究成果報告.北京：中國國土資源航空物探遙感中心，2015.。三塘湖盆地火山巖油藏特征及其成藏過程與火山巖密切相關是進行該地區航磁油氣遠景區預測的地球物理前提。本文以實測航磁資料為主，結合區域重力、區域地質和實測物性等資料，分析了三塘湖盆地航磁異常特征及其與盆地構造的對應關系，在巖性構造填圖和磁性體埋深計算的基礎上，對盆地有利遠景區進行了初步預測，以期對該地區下一步油氣勘探工作提供有益參考。

1 區域構造特征

三塘湖盆地位于西伯利亞板塊南緣，屬活動邊緣增生體系，北鄰西伯利亞板塊的阿爾泰陸殼，南鄰哈薩克斯坦板塊的北天山古生代活動大陸邊緣[10]，如圖1所示[11]。盆地夾持于2條古生代縫合帶之間，疊置于古生代板塊碰撞造山帶之上，南側為卡拉麥里—莫欽烏拉縫合帶，北側為扎河壩—阿爾曼太縫合帶[12-13]。

三塘湖盆地是一個中新生代的沉積盆地，以下石炭統及其以下地層構成盆地基底[14]。吐哈油田勘探開發研究院將盆地演化劃分為泥盆紀—早石炭世盆地形成階段、晚石炭世—早二疊世雛形盆地發育階段、晚二疊世前陸盆地發育階段、中生代坳陷盆地發育階段和新生代再生前陸盆地發育階段共5個演化階段[12]，多期改造造就了現今“南北分帶、東西分塊”的構造格局[15]，依據盆地基底坳隆構造格局可劃分為東北沖斷隆起帶、中央坳陷和西南逆沖推覆隆起帶3個一級構造單元[16-19](圖2)。盆地中央坳陷帶由西向東發育有漢水泉凹陷、石頭梅凸起、條湖凹陷、岔哈泉凸起、馬朗凹陷、方方梁凸起、淖毛湖凹陷、葦北凸起、蘇魯克凹陷“五凹四凸”9個二級構造單元[16-18]；東北沖斷褶皺帶位于盆地東北部，呈北西向延伸，面積約1萬km2；中央坳陷帶夾峙于南北2個逆沖推覆體之間，西窄東寬(15～35 km)，由北西向轉近東西向延伸的坳陷帶，沉積較厚和較完整的中新生界蓋層3.5 km，面積約0.8萬km2，是盆地油氣資源的主要勘探區；西南逆沖推覆帶位于盆地西南緣，具有明顯的推覆性質，面積約14 km2。

圖1 三塘湖盆地及鄰區大地構造圖[11]Fig.1 Tectonic map of Santanghu basin and surrounding area[11]

據腳注①修編。圖2 三塘湖盆地構造單元劃分圖Fig.2 Structure division map of Santanghu basin

① 柳益群. 吐哈盆地石炭紀—二疊紀火山巖研究.哈密：吐哈油田勘探開發研究院，1999.

2 磁場和重力場特征

航磁異常(ΔT)化極等值線平面圖(圖3)顯示三塘湖盆地呈現出“南北分帶、東西分塊”的磁場特征，與盆地構造格架基本吻合。即，其西南正磁異常帶對應盆地西南逆沖推覆隆起帶，中部負磁背景上疊加寬緩正磁局部異常部分對應盆地中央坳陷，北東側正負變化磁異常帶邊界對應盆地中央斷裂(卡拉塔格斷裂)，北東對應盆地東北沖斷隆起帶。三塘湖中央坳陷內，從北西至南東，磁場總體呈現為正負相間的特征：漢水泉凹陷部分分布有2塊北西走向條帶狀正磁局部異常；石頭梅凸起整體對應平緩負磁場；條湖凹陷部分為團塊狀弱緩正磁異常；岔哈泉凸起對應正負伴生強磁異常；馬朗凹陷分為2部分，北部為平緩變化負磁場區，南部為負磁場區上疊加了弱緩變化條帶狀、團塊狀正異常；方方梁凸起對應正負伴生強磁異常；淖毛湖凹陷為升高變化正磁場區，總體梯度變化不大；葦北凸起對應正負伴生強磁場區；蘇魯克凹陷對應平緩變化升高正磁場區。

三塘湖盆地布格重力異常(圖4)反映了基地起伏，與航磁反映的盆地構造格架基本吻合。盆地西南逆沖推覆隆起帶在布格重力異常圖上為明顯的重力高，重力梯度帶對應了中央坳陷邊界；東北沖斷隆起帶在重力異常圖上表現為升高梯度帶，對應盆地中央斷裂，但總體不明顯；盆地中央坳陷主體表現為從北西至南東的重力低，其中漢水泉凹陷東南段和條湖凹陷西北段為整個盆地重力值最低，對應基底埋深最大；淖毛湖凹陷重力反映的范圍與構造圈定邊界略有出入；蘇魯克凹陷整體對應重力高。

3 航磁反映的火山巖構造

根據三塘湖火山巖油氣藏的成藏特征，圈定盆地內火山巖尤其是隱伏火山巖分布范圍，是進行航磁油氣遠景預測的重要內容。利用航磁異常等值線平面圖圈定磁性地質體分布范圍，根據磁異常特征和其他地質資料進行綜合推斷解釋，結合野外實地踏勘和物性測量，確定磁性地質體性質，是航磁巖性填圖的基本工作方法。三塘湖盆地火山巖分布廣泛，巖性主要為玄武巖、橄欖玄武巖、安山巖、橄欖輝石安山巖等，受區內主要斷裂控制，呈北西走向條帶狀分布。盆地西南逆沖推覆隆起帶出露的卡拉崗組，巖性主要為安山巖、英安巖、英安玢巖、橄欖輝石安山玢巖、英安質晶屑凝灰巖、安山質晶屑凝灰巖，實測平均磁化率為1 805×10-5～2 963×10-5SI，磁化率最高達5 889×10-5SI；東北沖斷隆起帶出露的哈爾加烏組，巖性主要為安山玢巖、玄武巖、拉斑玄武巖，平均磁化率為1 076×10-5～2 605×10-5SI，磁化率最高達2 632×10-5SI；盆地東北緣白石湖地區強烈風化的中基性火山巖磁化率均值達1 124×10-5SI。由此可見，三塘湖盆地中基性火山巖具有強磁性，是引起區域強磁異常的主要原因。

圖3 三塘湖盆地ΔT化極等值線平面圖Fig.3 Contour map of aeromagnetic total field intensity anomaly (RTP) of Santanghu basin

圖4 三塘湖盆地布格重力異常等值線平面圖Fig.4 Contour map of Bouguer gravity amoaly of Santanghu basin

航磁圈定三塘湖盆地火山巖分布如圖5所示，盆地西南逆沖推覆隆起和東北沖斷隆起帶在航磁圖上表現比較明顯，與地質建造構造圖基本一致，火山巖在這2個區域地表均有出露。盆地中央坳陷中的正磁異常，根據區域地質情況推斷為隱伏中基性火山巖引起，主要依據如下：1)從周邊出露地質體來看，覆蓋區兩邊均為火山巖地層，未見有侵入巖出露。2)根據布格重力異常等值線平面圖，正磁局部異常區對應重力低，說明基底較深，如果異常源為中酸性侵入巖，其密度為2.80～3.07 g/cm3，相對于地殼平均密度而言，應該有質量盈余，不會表現出重力低；而受風化淋濾作用較強的火山巖，孔隙度大、密度較低，在引起磁異常的同時，在布格重力異常上不會引起升高重力異常，因此，局部正磁異常推斷為隱伏火山巖更為合理。3)條湖凹陷和馬朗凹陷鉆孔資料顯示，火山巖地層風化殼為主要油氣儲層，巖性主要為杏仁狀安山巖、杏仁狀玄武巖。

圖5 三塘湖盆地航磁推斷火山巖分布圖Fig.5 Volcanics distribution in Santanghu basin based on aeromagnetic interpretation

4 磁性體埋深計算

為了更好地進行三塘湖油氣盆地航磁解釋，基于ΔT化極平面網格數據，使用航遙中心自主研制的地球物理數據處理解釋軟件GeoProbe Mager，采用歐拉反褶積方法對三塘湖盆地磁性體埋深進行了自動反演計算。數據處理方法如下：1)自動判斷和搜索航磁局部異常，并確定異常范圍；2)采用0～4范圍內的構造指數固定步長對局部異常進行擬合，再利用局部異常和背景場相關關系確定構造指數；3)根據確定的構造指數，在局部異常范圍內利用歐拉反褶積方法反演磁性體埋深；4)對反演結果進行聚散度判斷，保留可靠性較高的計算結果，最終獲得盆地內深度點22 326個。

三塘湖盆地磁性體埋深(圖6)對盆地“南北分帶”的總體構架反映較為清晰，對中央坳陷“東西分塊”的總體特征有所體現，但與“五凹四凸”的二級構造單元劃分界線并不嚴格一致：漢水泉凹陷磁性體埋深總體較深，其中北東和南西兩端2個磁性基底最深達4.8 km，反映蓋層厚度大；石頭梅凸起磁性體頂面深度較周邊而言更深，其中西南端最深達3 852 m，與其地質上凸起劃分得并不一致；條湖凹陷北東和南西端蓋層厚度能達到2 500 m，中部大部分地區厚度小于1 000 m；岔哈泉凸起除周邊部分區域深度達2 000 m，中部多數地方埋深小于1 000 m；馬朗凹陷分為2部分，北西段深度小于1 000 m，南西段整體表現為凹陷區，就局部而言表現為兩凹夾一凸，東部凹陷區磁性體埋深最大達到3 389 m，西部凹陷區埋深最大達4 378 m，該區為三塘湖油田主要產油區；方方梁凸起夾于馬朗凹陷和淖毛湖凹陷之間，中部部分地區蓋層厚度超過2 000 m；淖毛湖凹陷蓋層厚度多數在2 000 m以上，最深達4 148 m；葦北凸起除中部部分地區深度超過1 500 m，其余部分深度多為1 000 m以下；蘇魯克凹陷蓋層總體厚度在1 500 m以上，其中部分地方最深達到3 000 m左右。

總體而言，磁性體埋深計算結果反映了盆地磁性基底的相對起伏情況，但石頭梅凸起與條湖凹陷地區反映效果與地質上構造單元的劃分不太一致，這與兩方面原因有關：1)磁性體埋深采用歐拉反褶積方法全自動計算，由于缺乏鉆孔資料約束，沒有可靠的磁性體埋深數據對計算結果進行修正，因此，部分地區計算結果的準確性可能會受影響，僅供參考；2)三塘湖盆地構造單元劃分版本很多，同一構造單元界線不同研究機構劃分結果不同，同一研究機構在不同時段劃分的結果也有差別，因此，地質上的構造單元劃分方法也僅供參考，文中引用的是吐哈油田勘探開發研究院1999年的劃分方案*柳益群. 吐哈盆地石炭紀—二疊紀火山巖研究. 哈密：吐哈油田勘探開發研究院，1999.。

圖6 三塘湖盆地磁性體埋深等值線平面圖Fig.6 Contour map of depth of the magnetic body in Santanghu basin

5 航磁油氣遠景預測

三塘湖盆地火山巖油氣藏主要分布于石炭系、二疊系火山巖中，主要形成于二疊紀末—三疊紀海西印支期和侏羅紀末—白堊紀末期的燕山期，油氣藏的形成及后期調整與構造運動密切相關。火山巖油氣藏具多期運聚、多期成藏和多期調整改造成藏特征，其成藏模式為以火山巖風化殼為儲集層、下覆湖相泥巖為烴源巖油氣在構造背景下，沿不整合面聚集成藏，形成下生上儲地層型油藏組合模式[3，16]。

目前，已發現的油藏主要集中分布在條湖—馬朗生油凹陷及其周緣，其油藏按圈閉類型可以劃分為2類，一類是風化殼地層型油氣藏，另一類是火山巖內幕巖性型油氣藏。經分析認為，上石炭統卡拉崗組和二疊系條湖組火山巖油藏同屬于典型的風化殼地層型油藏，以下生上儲式組合為主，主要特點是分布于不整合面附近、火山巖風化殼為儲層?；鹕綆r油藏含油層段的巖性主要為杏仁狀安山巖、自碎角礫安山巖、杏仁狀玄武巖等，儲集空間為風化淋濾作用形成的孔縫組合，巖性、巖相及后期改造作用控制了儲層的儲集性能進而控制了含油氣性及產能。上石炭統哈爾加烏組火山巖油藏屬于火山巖內幕巖性型油藏，哈爾加烏組火山巖與烴源巖互層烴源巖生成的油氣沿斷裂或直接運聚于火山巖風化體內聚集成藏，屬于源內自生自儲式油藏，巖相、噴發間歇期溶蝕改造和裂縫發育程度是成藏的關鍵[16]。

根據三塘湖盆地已發現的油氣儲層的巖性特征，結合周邊實測物性資料，認為三塘湖油田儲層具有強磁性，即便風化后磁性有所減弱，依然能夠引起明顯的航磁局部異常。火山巖本身不能生成有機烴類，因此，與有效烴源巖匹配是成藏的關鍵，臨近生烴凹陷的火山巖圈閉有利于成藏[16]。綜合火山巖分布和磁性體埋深(圖7)推斷，馬朗凹陷南部凹陷區有近東西走向條帶狀分布強磁性隱伏火山巖存在，其對應的航磁局部異常是含油磁性火山巖儲層在航磁圖上的直接體現，該區同時也是目前三塘湖油田主要開采區。據此，可以推斷三塘湖盆地中央坳陷內其他次級凹陷中心，同時有隱伏火山巖圈定的區域具有尋找類似火山巖油藏的良好前景。具體而言：漢水泉凹陷區中的2個凹陷中心、條湖凹陷區北段凹陷中心均有隱伏磁性火山巖存在，在布格重力異常圖上，該三處同為三塘湖中央坳陷主體，與馬朗凹陷產油區具有相同的地質演化過程和油氣成藏條件，應作為該區油氣勘探重點區域；石頭梅凸起和岔哈泉凸起區在布格重力異常上并沒有明顯表現，僅是相對而言，以上兩區中的磁性體埋藏較深的次級凹陷中心，同時對應隱伏火山巖圈定區域，可作為重要油氣勘探方向；方方梁凸起及其以南區域，就布格重力異常反應而言，其與漢水泉凹陷至馬朗凹陷一帶在油氣成藏地質條件的繼承性有待進一步研究，其中磁性體埋深圈定的凹陷區域與推斷隱伏火山巖圈定區域可作為下一步油氣勘探工作的預研區。

圖7 三塘湖盆地磁性體埋深與推斷火山巖分布疊加效果圖Fig.7 Image of volcanics distribution overlapped on the contour map of depth of the magnetic body in Santanghu basin

6 結論

1)三塘湖盆地高精度航磁測量獲取了豐富的地磁場信息，磁異常特征清晰反映了盆地“南北分帶、東西分塊”的整體構造格架，與盆地區域構造特征基本吻合。

2)以航磁資料為基礎，綜合區域地質、區域重力等資料，結合實地踏勘和物性測量結果，圈定了三塘湖盆地火山巖分布范圍，這對中央坳陷帶中隱伏火山巖的推斷解釋對尋找火山巖儲層具有指導意義。

3)基于歐拉反褶積方法計算了磁性體埋深，初步反映了盆地磁性基底起伏情況，結合盆地火山巖油氣成藏特征和火山巖分布情況，航磁綜合解釋認為盆地中央坳陷內存在隱伏火山巖的次級凹陷中心具有良好找油前景，并提出了勘探方向和工作重點，為下一步油氣勘探工作提供了參考和借鑒。

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