東海陸架盆地構造劃分的高精度重磁解釋技術

姚 剛，董向欣，李麗麗，馬國慶，孟令順

1.中海石油(中國)有限公司上海分公司，上海 200030 2.吉林大學地球探測科學與技術學院，長春 130026

0 引言

東海陸架盆地地質條件復雜，地質構造活動性強、埋深大、改造強烈，地震勘探在揭示構造方面得不到良好的反射資料。重磁數據具備面積廣、深度大、構造界線異常變化明顯，且對于覆蓋區也有較好的應用等特點，因此選擇重磁數據來劃分東海陸架盆地的構造分布。以往重磁數據邊界識別大多是利用數據水平導數極值與垂直導數零值來進行[1-6]，但是由于導數的數值隨著深度的增加呈現距離的三次方衰減，因此無法給出較深構造的位置。均衡邊界識別濾波器利用了一階水平與垂直導數的比值來進行，但是識別結果存在一定的發散性。本文提出增強型局部相位邊界識別法，利用一階水平和二階水平導數的比值來進行構造識別，可有效提高結果的分辨率，且未使用垂直導數，不會由于垂直導數計算而增大噪聲的干擾。歐拉反褶積法利用重磁異常及其導數在給定構造指數的情況下計算構造的位置信息[7-8]。構造指數是描述地質體形態的參數，在實際數據解釋中往往需依據數據特征來給定；由于會存在較大的人為誤差，從而造成反演結果的不準確。本文提出優化歐拉反褶積法，首先采用場分離技術獲得區域背景異常，然后利用剩余異常進行歐拉反演，獲得地質構造的位置信息。該方法可將構造指數作為未知數進行求解，從而避免了人為給定的誤差，提高了計算結果的精度。

東海陸架盆地(25°22′N—33°38′N、120°50′E— 129°00′E)處于歐亞板塊、太平洋板塊及菲律賓板塊的匯聚部位，亞洲東部板塊活動邊緣；區域上包括兩盆三隆5個主要的一級大地構造單元，由西向東依次為：閩浙隆起區、東海陸架盆地、釣魚島隆褶帶、沖繩海槽盆地和琉球隆褶區；平面上呈北北東向狹長帶狀展布[9-10]；是我國近海油氣資源豐富的新生代盆地，具有與國內外海相地區基本類似的成盆、成烴、成藏的地質環境與條件。該盆地形成于晚三疊世，晚侏羅世古太平洋板塊俯沖方向轉變后,中國東部進入持續拉張背景[11-12]。在這種匯聚背景下，華南板塊以東的東海盆地發生了從中心向邊緣的躍遷。上新世初以來，伴隨歐亞和菲律賓板塊的碰撞,南琉球群島順時針旋轉45°～50°，使得沖繩海槽弧后盆地進入強烈拉張階段，這一構造過程至今還在持續中[13-16]。由于長期處于板塊俯沖的前緣，東海盆地平均熱流值高于全球活動大陸邊緣盆地平均值20 mW/m2，這一現象對于東海盆地乃至周緣盆地固、液礦物形成具有重要意義[17]。

本文采用增強型局部相位邊界識別技術和優化歐拉反褶積法進行東海陸架盆地構造劃分，以提高識別結果的水平和垂直分辨率，降低噪聲和人為參數設定的干擾，并綜合兩種方法識別東海陸架盆地的構造分布特征，為區域油氣勘探提供基礎資料。

1 方法原理

1.1 增強型局部相位邊界識別技術

局部相位(local pahse, LP)邊界識別技術根據重磁異常一階水平導數極值點和垂直導數零值點與地質體邊界的對應關系，采用水平與垂直導數的比值來獲得地質體的邊界信息，其表達式為

]。

(1)

Pil=

(2)

式中：Pil為增強型局部相位邊界識別結果；mean為取算數平均值。根據位場條件的拉普拉斯方程可知，式(2)中的二階垂直導數可采用如下的水平導數來計算：

(3)

因此，增強型局部相位邊界識別技術不需要垂直導數的計算，可有效地降低噪聲的干擾。

通過棱柱體產生的重力異常(g)來試驗方法的準確性。地下埋藏2個深度分別為15和20 m的棱柱體I和棱柱體II，在理論重力異常中加上5%的高斯噪聲，疊加異常如圖1a所示，其中白色虛線為地質體在地表水平位置的投影。圖1b為總水平導數邊界識別結果，該方法能清晰地獲得淺部地質體的范圍，但較深地質體的邊界模糊。圖1c為常規局部相位邊界識別結果，可以看出該方法能同時識別不同深度地質體的邊界，但結果發散，不易于解釋。圖1d為增強型局部相位邊界識別結果，可以看出該方法能更加清晰和收斂地識別邊界，易于解釋。

1.2 優化歐拉反褶積法

常規歐拉反褶積方程的表達式為

(4)

a.原始重力異常；b. 總水平導數計算結果；c. 局部相位邊界識別結果；d. 增強型局部相位邊界識別結果。圖1 不同方法的邊界識別結果Fig.1 Edge detection results by different methods

式中：(x,y,z)為已知的觀測點坐標；(x0,y0,z0)為待求的場源體中心坐標；B為未知背景場值；N為構造指數，不同地質構造對應特定的構造指數。

為了避免構造指數誤差所帶來的影響，提出優化歐拉反褶積法。通過頻譜分析手段獲得目標體的異常f-B，從而表達式改寫為

(5)

通過場分離手段獲得背景異常B，將構造指數N與位置參數一起作為未知數進行反演，能更有效地完成異常的解釋工作。在實際數據計算中將重磁異常組合為矩陣進行聯合反演。

通過上下疊加圓柱體產生的重力異常試驗方法的應用效果。淺部地質體埋深均為10 m，深部地質體埋深約為70 m，兩組深淺異常體分別位于距離剖面起點60和120 m處，其引起的重力異常及模型如圖2所示。

對比常規歐拉反褶積法和優化歐拉反褶積法的反演結果(圖3)，反演得到的位置參數采用“+”表示。圖3a為構造指數為0.5時反演得到的結果，可

以看到結果發散，深度為4 m處存在集中的反演結果，與真實值差距較大。圖3b為構造指數為1.0時反演得到的結果，可以看出結果的集中深度為8 m。圖3c為構造指數為1.5時的反演結果，可以看出結果相對集中在9 m，但依舊存在一定的誤差。構造指數的準確性直接關系著反演結果的精度，異常體不規則以及異常之間的相互疊加均會造成構造指數的改變；因此，對于未知地區，構造指數是難以判定的，此時只能用單一規則模型的理論構造指數(圖3a、b、c中的構造指數)代替。由于異常的相互疊加，理論構造指數情況反演結果仍存在較大的誤差。圖3d為優化歐拉反褶積法結果，其中，反演得出的構造指數為1.3±0.2，其平均深度為(9.6±1.2)m，與真實值接近，且集中。

a. 圓柱體模型產生的疊加重力異常；b. 圓柱體模型。圖2 圓柱體模型及其重力異常Fig.2 Horizontal cylinder model and gravity anomaly

a. N=0.5，常規歐拉反褶積法；b. N=1.0，常規歐拉反褶積法；c. N=1.5，常規歐拉反褶積法；d. 優化歐拉反褶積法。圖3 歐拉模型反演結果Fig.3 Inversion results of model by Euler deconvolution methods

因此，構造指數會由于異常體的疊加而發生變化，當存在背景異常且多個地質體同時存在時，構造指數本身發生變化后不單一，如采用單一的構造指數進行反演，則反演結果精度較低；采用優化歐拉反褶積法的反演策略，即計算構造指數的方式更加合理，且計算結果更加準確。

2 東海陸架盆地重磁構造劃分

通過合作單位廣州海洋局、中國地質調查局提供的1∶100萬和1∶50萬的海域重磁異常圖進行拼接、濾波以及網格化處理，獲得整個東海盆地的1∶100萬(118°E—132°E、23°N—40°N)重磁數據(圖4)。

a. 自由空氣重力異常；b. 航磁異常。圖4 東海地區重磁異常 Fig.4 Gravity andaeromagnetic anomalies of East China Sea

a. 重力邊界識別結果；b. 磁力邊界識別結果。圖5 重磁增強型局部相位邊界識別結果Fig.5 Edge detection results of gravity and magnetic data by improved local phase edge detection method

東海陸架盆地由一系列二級坳陷與隆起組成，平面展布具有東西分帶、南北分段的特征。東西向由西至東依次為西部坳陷帶、中央隆起帶和東部坳陷帶。西部坳陷帶由北而南依次為：虎皮礁隆起、長江凹陷、錢塘凹陷和福州凹陷；中央隆起帶為漁山東隆起；東部坳陷帶即浙東坳陷帶(福州凹陷、西湖凹陷和釣北凹陷)。

采用增強型局部相位邊界識別濾波技術對重磁數據進行處理獲得地質構造的位置信息，結果如圖5所示。增強型局部相位邊界識別方法結果的極大值表征構造的位置信息。為了驗證識別結果，利用重磁異常聯合的優化歐拉反褶積法計算構造的分布，結果如圖6所示。

圖6 重磁優化歐拉反褶積處理結果Fig.6 Optimized Euler deconvolution results of gravity and magnetic data

根據重磁增強型局部相位邊界識別結果和優化歐拉反褶積結果來劃分地區斷裂分布，并將其與已有地質斷裂進行對比，采用棕色線來標注重磁解釋新增加斷裂，結果如圖7所示。

通過重磁數據劃分出斷裂200多條，與地質斷裂重合率超過70%，且推斷出新的斷裂31條(棕色標注)。通過斷裂結果可以看出：東海陸架盆地呈現北東走向；且由于地區經歷多期構造運動，所以整個東海陸架盆地是由多個小型凹陷組成的，凹陷與隆起帶之間存在平移斷層進行分隔。斷裂位置的厘定對于分析區域構造背景和判定油氣潛力具有重要的價值。

3 結論

1)本文提出增強型局部相位邊界識別法和優化歐拉反褶積法來劃定東海盆地的構造分布。增強型局部相位邊界識別法利用一階和二階水平導數的比值來進行邊界的識別，其能有效地均衡不同深度地質構造的效應，提高了深部構造的分辨率，能更加清晰和準確地獲得地質構造的位置信息；優化歐拉反褶積法避免了構造指數選取誤差的影響，從而能更加準確地計算地質體的位置信息。

2)理論模型表明增強型局部相位邊界識別法能更加清晰和準確地劃分地質體的邊界，優化歐拉反褶積法可有效地去除背景異常的干擾，獲得更加準確的結果。

3)依據重磁增強型局部相位結果和優化歐拉反褶積結果劃定了東海陸架盆地構造分布，劃分結果與已知地質構造吻合，且新推斷出31條隱伏斷裂，為分析區域構造背景和評估油氣潛力提供了基礎資料。

謹以此文紀念時代楷模黃大年教授。

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