松遼盆地梨樹斷陷基底巖性的重磁震聯合解釋

關鍵詞： 梨樹斷陷；基底巖性；剝皮法；聯合反演

1 前言

梨樹斷陷位于吉林省四平市梨樹縣以北，跨越梨樹和德惠兩縣。楊大城子鎮以南，萬發鎮—大榆樹鎮—懷德鎮以東，沈洋鎮—玻璃城子鎮以西，面積約2758.2 km2，主要露頭區包括吉林市、磐石市、樺甸市等地。

梨樹斷陷的勘探始于20 世紀80 年代，已經超過30 年的勘探歷程，重力、航磁、地震、鉆井及地球化學等一系列勘探工作都取得了較多的成果，目前進入勘探詳查階段，是松遼盆地重要的油氣勘探區。張利（2011）通過測井和地震資料詳細分析研究了斷陷深部地層[1]；柯欽等（2018）通過連片三維地震處理解釋對邊界控制斷裂進行了分析[2]；李程（2016）利用地球化學方法研究了中央構造帶的烴源巖[3]；王黎等（2014）通過鉆井巖芯、測井資料和地震相，綜合分析了斷陷沉積相特征及演化[4]。梨樹斷陷基底斷裂及火成巖發育，影響地震深層成像，從而影響了地震深層資料的品質。深層研究中多用重磁資料進行綜合解釋。徐宏節等（2013）利用重磁資料對基底巖性進行了研究[5]；李光祥（2016）應用重磁結合測井對地下基巖進行了研究[6]；潘峰（2010）綜合重磁、地震和鉆井對基底巖性和斷裂進行了解釋[7]。由于采用的處理方法的差異和分類標準的不同，所得到的巖性分區差別較大，有的分類過于簡單。本文結合前人研究成果及新測定的巖石物性參數，得到了更加詳細的分類結果，與鉆孔揭示資料有較好的對應關系。

由于該地區構造變動期次多，后期改造強烈，特征復雜，已先后發現了12 個油氣田及多個含油氣構造，但天然氣勘探效率依然較低[8-9]。經過幾十年的勘探，勘探對象逐漸由淺層構造轉到深層構造，有構造油氣藏過渡到構造—巖性和巖性油氣藏[10]。隨著油氣勘探的不斷深入，現在僅僅針對沉積巖的油氣勘探已越來越不能滿足經濟增長的需要，能儲集油氣的非沉積巖儲層已經成為新的關注對象，其中基巖油氣藏就是一個重要的目標。梨樹斷陷多期的構造演化形成了盆地復雜的基底構成，基巖潛山的分布與發育、基巖的儲集性能、成藏組合等基本的油氣成藏地質條件均缺乏系統的研究。研究認為基巖有望成為下一個比較現實的勘探接替新領域， 其中梨樹斷陷基巖鉆井較多， 多種成藏類型均獲發現， 是下步勘探的重點區帶。基底巖性分布特征研究對探索梨樹斷陷基巖油氣藏成藏機制有極大的幫助。

2 地質和地球物理概況

2.1 地質概況

區域構造上，梨樹斷陷位于松遼盆地東南部的東南隆起區的南端，西拉木倫河斷裂和赤峰—開原斷裂之間過渡帶內，東北與德惠斷陷相鄰，西南與柳條斷陷相鄰。外圍北部為楊大城子凸起，西部為沈洋凸起，東部為公主嶺凸起。斷陷由六個次級構造單元組成，分別是桑樹臺洼陷帶、北部斜坡帶、中央構造帶、東南斜坡帶及蘇家屯次洼和雙龍次洼[11-13]（圖1）。

梨樹斷陷作為松遼盆地的一部分其構造背景、特征及形成演化與松遼盆地整體構造作用及應力場一致。先后受到過多期構造運動，地層經過了不同時期的改造變形，形成了斷坳疊置的復合盆地[14]。是一個晚中生代晚侏羅世—白堊紀發育起來的斷陷與坳陷所疊置的陸相含油氣盆地[4]。古生代沉積巖及前寒武系中深變質巖和中生代巖體，構成梨樹斷陷的基底層，基底最大埋深大于萬米。

梨樹斷陷總體呈北北東向展布，是一個單斷式的箕狀斷陷，是一個西斷東超的單斷式斷陷盆地。下部是西斷東超，地層由西部向東部斜坡帶逐層超覆，到北部楊大城子凸起上地層急劇減薄，從上到下地層遭受剝蝕。該斷陷盆地內存在斷陷層和坳陷層兩套地層，斷陷層主要有上侏羅統火石嶺組、下白堊統沙河子組、營城組、登婁庫組，坳陷層有下白堊統泉頭組、上白堊統青山組、姚家組、嫩江組和第四系[15]。盆地形成、發展、消亡是經歷多期構造有關，控制了盆地的沉積層發育、斷裂及巖漿活動、圈閉構造及油氣生成和聚集等。

晚侏羅世—早白堊世時期太平洋板塊對東部大陸邊緣斜向俯沖時，形成了以北北東—北東向深大斷裂帶、火山帶與斷陷帶。梨樹斷陷在這一時期開始形成斷陷盆地，沉積一套火山巖、火山碎屑巖夾濱－淺湖相砂、泥巖的火石嶺組。

2.1 地球物理概況

2.1.1 物性特征

由于松遼地區勘探程度較高，前人對該區域巖石物性參數作了大量的統計分析工作[5，7]。結合前人的成果和部分樣品測試結果歸納了梨樹斷陷的物性特征。

（1）密度特征

基底上部存在四個密度界面：第四系和上白堊、上白堊和下白堊、下白堊營城組和沙河子組、基底頂面。基底以下包括上古生界、下古生界和元古界三個密度層。

梨樹斷陷的基底頂面為火石嶺組的底界面（地震T5反射面）。基底面以下地層密度情況如下：南樓山組主要巖性為安山巖、英安巖和碳質頁巖，為中高密度層，密度值為2.66×103 kg/m3。二疊系和石炭系各組的密度比較接近，主要巖性為板巖、砂巖和灰巖，也為中高密度層，密度為2.60×103～2.68×103 kg/m3。志留系石縫組與奧陶系燒鍋屯巖組主要巖性為變質砂巖、片巖和火山碎屑巖，密度都較高，屬高密度層，密度為2.72×103～2.76×103kg/m3。古生界基底頂面與上覆蓋層之間為一個密度界面。古老結晶基底密度達到2.70×103～2.85×103 kg/m3，表現為高密特征。

梨樹斷陷中巖體的密度變化較大。如輝石閃長巖的密度為2.84×103 kg/m3，二長花崗巖的密度為2.58×103kg/m3 ～2.6×103 kg/m3， 而角閃輝長巖的密度高達3.23×103kg/m3。酸性巖體為中高密度體，中性與基性巖體屬高密度體，巖體由酸性—中性—基性密度逐漸增加。

（2）磁性特征

沉積層除了含火山碎屑巖的火石嶺組外基本無磁性。

基底面以下地層磁化率情況如下：南樓山組的磁化率為242×10-5 SI ， 屬于中高磁化率層。古生界基底中二疊系、石炭系各組的磁化率比較接近，磁化率在5×10-5～17×10-5 SI 之間變化，基本可認為無磁性。志留系石縫組與奧陶系放牛溝火山巖的磁化率為中強磁性，磁化率為1508×10-5～3383×10-5 SI，而奧陶系燒鍋屯巖組片巖磁化率僅44×10-5 SI，為無磁到弱磁性。元古界片巖磁化率值為865×10-5 SI，可視為中等磁性。古生界基底頂面與上覆蓋層之間磁性差異較大，可以為一個磁化率界面。侵入巖體的磁性隨巖性的變化而有較大變化，總體上酸性巖—中性巖—基性巖磁性逐漸增強，酸性巖磁性最弱，基性巖磁性最強。正長花崗巖和二長花崗巖磁性很弱，其他類型的花崗巖和閃長巖磁性都比較強，而且變化范圍大，平均值在1200×10-5 SI 左右，最高的輝石閃長巖為8836×10-5 SI。但是考慮到酸性侵入巖如花崗巖具有較大規模，而且厚度較大，因此在磁力上往往表現為中到強的磁異常特征。

（3）阻抗特征

花崗巖均方根振幅值較低，相對阻抗中—強；火山巖均方根振幅和相對阻抗變化均比較大，無明顯規律性；變余砂礫巖均方根振幅較低，相對阻抗變化范圍較大；板巖、千枚巖與石英巖、石英片巖無法區分，它們均方根振幅值均中—弱，相對阻抗較低；片麻巖為主的深變質巖均方根振幅值和相對阻抗值均屬中等，分布范圍小；灰巖僅被一口井揭示，均方根振幅值高，相對阻抗值中等。

2.1.2 重磁異常特征

梨樹斷陷布格重力異常（圖2）主體呈北東走向，在楊大城子以北和沈洋南局部呈東西走向。北東走向的異常在孤家子和育林被北西走向異常錯斷。最小異常值為-28mGal，最大異常值為5 mGal。研究區中間為高值異常，向北西和南東兩側逐漸降低。中間高值異常帶被孤家子到楊大城子北東走向的異常次低和沈洋到榆樹臺之間的近東西走向的低值異常分為三個圈閉，分別是桑樹臺西的北東走向高值異常圈閉、和氣鄉北東走向高值異常圈閉、八屋東北東走向的次高值圈閉，構成東西兩個高值帶夾一個次高值異常帶。最大異常值分別位于榆樹臺西和和氣鄉東北。兩個主要的低值異常區一個分部在北部三縣堡周圍，最小值小于-28 mGal，走向為北東東到近東西。另一個位于西南萬發到朝陽坡，呈北東走向，最小值小于-26 mGal。

梨樹斷陷磁力ΔT 異常值以負值異常為主（圖3），最低異常為 -280 nT，異常主體走向為北東向。秦家臺至育林低值異常圈閉和榆樹臺低值異常圈閉都成北東走向。正異常主要分布在西北和東部，最大值400 nT。正值異常主要以圈閉出現，東嶺南正值圈閉最大值大于80 nT，大榆樹到和氣正值圈閉最大值大于170 nT。這兩個正值圈閉均為北東走向。十屋負異常圈閉、小城子正異常圈閉和朝陽坡負異常圈閉呈北西走向，將北東走向的異常切斷。

3 基底巖性的研究

3.1 基底異常的處理

在有地震資料控制的地區，剝皮法是重磁異常處理中的常用方法[16]。利用地震可以將基底起伏及蓋層中密度界面固定下來，從而可以將基底以上部分重力效應去除，所以叫剝皮法。利用地震解釋的結果，首先分別選出基底頂面、沙河子組頂面以及登婁庫組頂面的深度數據，再利用巖石物性資料求取界面間地層巖石的平均密度。利用得到的深度數據和密度數據對這三個密度界面正演計算出重力效應。

建模過程只將基底面以上地層中密度界面以及剩余密度納入正演計算范疇。根據地震反射面深度建立相應的密度層深度模型。從而計算出基底上覆蓋層的重力效應。利用小波分析、滑動平均和異常延拓等方法對重磁異常進行分離，將各種方法計算結果對比分析得到區域異常，作為基底以下的背景重力效應。剝去基底以上異常和區域異常得到基底的剩余異常。

為了提高分辨率，對基底剩余重力和磁力異常分別求垂向一階導數和垂向二階導數。圖 4a 為基底重力剩余異常垂向二階導數結果，圖 4b 為基底磁力剩余異常垂向二階導數結果。將鉆孔揭示的基底巖性同導數圖進行對比，分析不同巖性與異常值正負之間的對應關系。通過對比，石英巖、片巖等中等變質巖對應相對重力高異常和相對磁力低異常，鉆孔SN7 和L1 在基底揭示的巖性為云母石英巖，SN8 揭示為云母片巖，位于對應的異常范圍內，但SN21 揭示的為片巖，可異常為重力低和磁力低，估計與；千枚巖等中等變質巖對應相對重力高異常和相對磁力高異常；灰巖對應相對低重力異常和相對低磁力異常，鉆孔SN64 揭示的基底巖性為灰巖，正好符合異常的表現；石炭系和二疊系上統的砂泥巖對應相對低磁力異常和相對重力低；二疊系下統的砂泥巖對應相對磁力低和相對重力高；花崗巖大部分對應磁力低和重力低，鉆孔SN128 揭示的就是花崗巖，對應異常磁力低和重力低，個別對應磁力低和重力高，鉆孔SN153 為花崗碎斑巖，鉆孔Y202 為花崗巖。大部分鉆孔揭示基底巖性與物性推測的異常都有較好的對應關系。 僅SN156 井片麻巖重力表現為重力高和磁力低，沒有對應通常的異常關系。

3.2 基底巖性分布

根據基底巖性地震屬性特征、鉆井資料、物性數據，將基底剩余重力和磁力異常比較，剩余異常的相對高低基本與已知基底巖性有較好的對應關系。根據從已知到未知的原則， 對異常進行類比分析，我們得到梨樹斷陷基底巖性分布圖（圖5）。

梨樹斷陷基底巖性可劃分為花崗巖相區、變余砂礫巖相區，板巖、千枚巖等淺變質巖相區，石英巖、石英片巖等中變質巖相區，片麻巖、碎裂巖等深變質巖相區、灰巖相區以及火山巖相區等幾個不同的單元。

花崗巖巖相基底巖性表現為均方根振幅屬性中—弱，相對阻抗值較高，波形變化大且連續性差，呈低密度、中—高磁性特征。基底巖性重力異常上表現為負重力異常，基底磁力異常上表現為低—中正磁力異常。主要分布在斷陷的四周，斷陷內部異常分布在十屋南和榆樹臺北。

灰巖巖相在基底巖性表現為高均方根振幅值，中等相對阻抗值，波形完整，連續性好；低密度、無磁—弱磁特征。分布在斷陷的北部八屋和楊大城子附近。

火山巖巖相基底巖性表現為均方根振幅和相對阻抗變化大，不能確定范圍，波形不完整且連續性差，僅局部連續，呈中密度、高磁性特征。分布在榆樹臺附近，大部分分布在斷陷北部八屋以北。

深變質巖巖相基底巖性表現為中等均方根振幅值和相對阻抗值，波形變化大，連續性中—差，呈高密度、高磁性特征。主要為片麻巖，范圍很小，分布在斷陷十屋地區。

中變質巖巖相基底巖性表現為中弱均方根振幅值和相對阻抗值，波形變化大，連續性差，呈高密度、中—高密度磁性。主要包括石英巖、千枚巖及元古界片巖等，分布在桑樹臺附近和小城子西南。

淺變質巖巖相基底巖性表現為中弱均方根振幅值和相對阻抗值，波形變化大，連續性差，呈高密度、中磁性特征，為斷陷內基底巖性的主體，主要為奧陶系的片巖，在斷陷內大面積分布。

變質砂礫巖也屬于淺變質巖，但本文將其單獨歸于一類。其巖相基底巖性表現為低—中均方根振幅值，相對阻抗值變化大，呈低密度，無磁性特征。主要分布在大榆樹到秦家屯之間。

4 結論

梨樹斷陷基底巖性分為六個大類，花崗巖主要分布在斷陷的四周，斷陷內部分布在十屋南和榆樹臺北；火山巖分布在榆樹臺附近，大部分分布在斷陷北部八屋以北；灰巖分布在斷陷的北部八屋和楊大城子附近，呈零星分布；深變質巖為片麻巖，范圍很小，分布在斷陷北部；中變質巖分布在桑樹臺附近和小城子西南，包括石英巖、千枚巖及元古界片巖等；淺變質巖為斷陷內基底巖性的主體，在斷陷內大面積分布，包括奧陶系的片巖、灰巖等；變質砂泥巖也屬于淺變質巖，主要分布在大榆樹到秦家屯之間，本文將其單獨歸于一類。

基底巖性有明顯的分區性，火山巖和花崗巖主要分布在東部、南部和北部，斷陷內部和西部主要為板巖/ 千枚巖和石英（片）巖，片麻巖和灰巖為零星分布。

致謝：項目進行中得到無錫石油地質研究所盆地室專家學者的幫助和支持，一并表示感謝。