《准噶尔盆地北缘乌伦古地区火成岩油气藏研究成果》

12.2.1 研究区概况

准噶尔盆地北缘主要包括乌伦古坳陷、陆梁隆起石英滩凸起和石西凹陷、西部隆起乌—夏断裂带及和什托洛盖盆地等构造单元（图12．1），其中乌伦古坳陷形态整体呈菱形展布，主要由两个二级构造单元组成：红岩断阶带和索索泉凹陷。乌伦古坳陷位于准噶尔盆地东北部，区内地形以戈壁和沙漠为主，地势起伏平缓，大致呈东高西低、北高南低的趋势。

图12.1 研究区构造及实测SYX剖面位置示意图

近几年，乌伦古坳陷及邻区石炭系勘探取得重要进展，通过钻探对比研究认为油气来自石炭系烃源岩。邻区陆东—五彩湾地区石炭系获得突破，多口探井获得高产工业油气流，展示了石炭系良好的勘探前景。已有研究认为乌伦古坳陷石炭系具有自生自储的成藏组合特点，勘探潜力较大，是准噶尔盆地北缘下一步突破的重要方向。但由于研究区石炭系埋深跨度大，岩性复杂及分布不稳定，顶部广泛分布的巨厚层火成岩对地震信号具有较强的屏蔽和吸收作用，目前地震资料对石炭系内幕呈空白或杂乱反射，无法满足石炭系火成岩不同岩相预测研究的需求，制约了研究区石炭系油气资源的潜力评价。研究区前期的重磁电资料多以简单处理解释为主，重磁电震联合反演以及全信息综合研究程度不够。因此，本研究以研究区已有地震、重力、磁法和电法资料为基础，设计了一条综合地球物理剖面，开展重磁电震联合处理、解释研究，为石炭系目标评价提供依据。

12.2.2 区域地质地球物理特征

乌伦古坳陷是准噶尔盆地北部的大型Ⅰ级构造单元，主要形成于印支晚期—燕山期。坳陷形态呈菱形展布，北以吐孜托依拉断裂带与乌伦古北隆起带相接，西与石英滩凸起相邻，南与三个泉凸起相接，东以乌伦古东断裂带为界，面积约1．6万km2，占盆地总面积的13％。乌伦古坳陷总体呈现NW-SE走向，主要由两个Ⅱ级构造单元组成：红岩断阶带和索索泉凹陷。索索泉凹陷形似平底锅状，沉积厚度为3000～5000m。红岩断阶带由吐孜托依拉断层、乌伦古北断层、乌伦古东断层和拜尔库都克断层组成，呈阶梯状向南下掉。

乌伦古坳陷的构造发展史，大致可分为两个阶段。第一阶段从三叠纪晚期开始一直持续到侏罗纪晚期，在由北向南的挤压力作用下，该区发生南北沉降分异。北部抬升，形成红岩断阶。南部沉降，但沉降幅度不均衡，向北部逐渐加大，形成北深南浅的索索泉箕状凹陷。在此期间构造运动强烈、断层发育、地层挠曲、局部构造幅度增大。第二阶段发生在白垩纪以后，在此期间构造活动主要以垂直升降作用为主，这一运动使北部地区整体强烈抬升，南部下降，类似“跷跷板”运动。这一时期是坳陷的变革期，它改造了坳陷早期北深南浅的构造格局，使坳陷南深北浅。由于属于基底整体运动，虽然构造规模、强度都较大，但对断裂、局部构造影响并不大，该区早期形成的断裂大部分停止活动或微弱活动。喜山期以后该区构造活动比较微弱，对坳陷的基本构造格局影响不大。

根据研究区钻井资料揭示的地层及青格里地底山和克拉美丽山地层的出露情况看：除局部小范围出露的奥陶系和志留系外，本区最古老地层为泥盆系，其上还发育有石炭系塔木岗组（C1t）、姜巴斯套组（C1j）、黑山头组（C1h）、巴塔玛依内山组（C1bt）、滴水泉组（C1d）、巴山组（C2b），三叠系上统黄山街组（T3h），下侏罗统八道湾组（J1b）、三工河组（J1s），中侏罗统西山窑组（J2x），中上侏罗统石树沟群（J2～3sh）、中上侏罗统头屯河组（J2t），上侏罗统齐古组（J3q），白垩系吐谷鲁群（K1tg）和第三、第四系。

研究区内基本缺失了二叠系地层，乌伦古坳陷主要沉积了上三叠统地层，侏罗系地层在乌伦古坳陷有一个较明显的沉积中心，北缘西部逐渐转变为斜坡，沉积中心南移。白垩系地层在研究区广泛沉积。

岩层的物性参数是进行资料解释的基础，通过实际采集标本测试，并收集研究区及邻区已有物性资料（表12．1），进行统计分析和地球物理建模（表12．2）。

表12.1 石炭系岩石标本岩石密度、磁化率统计表

（续表）

数据来源于《准噶尔盆地北缘地震、重磁电资料采集与联合反演技术攻关（重磁电部分）成果报告》，中国科学院地质与地球物理研究所，2011年。

表12.2 研究区岩石物性模型

经统计分析，区内岩石密度分布有如下特征：

（1）沉积岩密度值变化范围在1．67～2．89g/cm3，密度值一般随时代变老而增高，常见值2．60±0．05g/cm3。

（2）岩浆岩密度值变化范围在2．50～2．91g/cm3，密度值从酸性到中性、基性成增高趋势。岩性密度从小到大依次为：英安岩2．50g/cm3，全蚀变超基性岩2．58g/cm3，花岗岩2．60g/cm3，流纹岩2．60g/cm3，凝灰岩2．51g/cm3，火山角砾岩2．61g/cm3，安山岩2．65g/cm3，英安斑岩2．66g/cm3，霏细岩2．70g/cm3，辉绿岩2．71g/cm3，安山玢岩2．74g/cm3，玄武岩2．78g/cm3；闪长玢岩2．83g/cm3，闪长岩2．85g/cm3。

区内岩石磁化率强度有着明显的差异：

（1）沉积岩类：主要为中新生界陆相沉积岩类，属弱磁性或无磁性。

（2）火成岩：磁化率一般为（10～4000）×10－6。花岗岩、英安斑岩磁性较弱，一般不超过100×10－6；火成岩磁化率从小到大依次为凝灰岩14×10－6、英安斑岩18×10－6、花岗岩19×10－6、霏细岩135×10－6、英安岩175×10－6、安山岩205×10－6、闪长玢岩265×10－6、火山角砾岩454×10－6、安山玢岩537×10－6、辉绿岩810×10－6、全蚀变超基性岩1391× 10－6、玄武岩1764×10－6、流纹岩1928×10－6、闪长岩2369×10－6。

电性特征：火成岩的电阻率明显高于碎屑岩，由高到低的变化规律为：花岗岩、玄武岩（700～5000Ω·m），安山岩（200～400Ω·m），流纹岩（100～250Ω·m），辉绿岩（100～150Ω·m），火山角砾岩、火山碎屑岩（20～70Ω·m）和凝灰岩（10～70Ω·m）。

石炭系岩石物性特征：

根据岩石物性统计分析可以得出，石炭系岩石密度由低至高依次为：凝灰岩、砂砾岩、火山角砾岩、安山岩、辉绿岩、玄武岩、闪长岩。

石炭系岩石磁性由弱到强依次为：砂砾岩、凝灰岩、安山岩、火山角砾岩、辉绿岩、玄武岩、闪长岩。

石炭系中火成岩电阻率由低到高依次为：凝灰岩、流纹岩、安山岩、玄武岩。

玄武岩、辉绿岩、闪长岩为高磁性、高密度、高电阻率；流纹岩、安山岩、火山角砾岩为中等磁性、中等密度、中高电阻率；凝灰岩为低磁性、低密度、中等电阻率；英安岩为中低磁性、低密度；砂砾岩为无磁性、较低密度。

经过对各地层单元的密度差异分析，区内以系划分存在5个密度界面：白垩系顶界面、侏罗系顶界面、石炭系顶界面、奥陶系顶界面、莫霍面。

除莫霍面外，密度差最大的是白垩系与上覆地层之间的界面，但本区新生界地层很薄，不作为主要密度界面。另外一个密度差较大的界面就是石炭系顶界面，与上覆地层的密度差为0．18g/cm3，作为研究区的重力基底。奥陶系和上古生界之间也存在一定密度差，约为0．10g/cm3。

研究区有一个主要磁性界面：元古界顶界面是研究区的主要磁性界面，反映深部的结晶基底，而局部磁异常则反映石炭系火成岩的分布与性质。

研究区电性结构：高阻（R）—低阻（K）—相对高阻（J）—次高阻（T）—高阻（C）。

12.2.3 基础资料

研究区已积累各种比例尺的地面重力、磁力、电法、航空磁力测量资料，本次研究采用了覆盖准噶尔北缘的重磁数据。实测剖面长136km，重磁采集点距200m，电磁测深采用EMAP方式，点距200m。为了综合地球物理处理解释需要，收集了本区已有的地震与电磁测深资料。

1）平面重磁场特征

乌伦古地区布格重力异常总体特征为NW与NWW向（图12．2），东北部与东南部是规模宏大的重力高异常带，而中部和西南部是重力低异常带，最大幅值约为－170mGal，最小幅值约为－86mGal，幅值变化约80mGal。研究区石炭系地层顶界面起伏及岩性变化是影响本区重力异常的主要因素，反映了海西期褶皱基底的起伏。东北部重力异常升高带是红岩断阶的反映，中部重力低异常带是索索泉凹陷的反映。

图12.2 研究区布格重力异常

研究区的航磁异常呈NW走向，东北高、东南低，幅值在－700～580nT变化（图12．3）。地面磁测的磁异常整体特征与航磁异常有一定差别，NW走向更加明显，幅值变化范围增大，变化范围－2000～1600nT。浅层磁性体的异常反映明显，高频信息增多。研究区具有磁性的岩石与地层主要是石炭系火成岩和深部前寒武强磁性结晶基底，局部磁异常反映石炭系火成岩，区域磁异常反映前寒武结晶基底的起伏。索索泉凹陷区由于石炭系地层埋深较大，火成岩引起的局部异常很弱，强大的区域背景场对石炭系火成岩产生的磁异常有很强的掩盖作用。

图12.3 研究区磁异常（航空磁测）

2）剖面重磁电特征（图12．4、图12．5）

实测SYX剖面的重力异常曲线整体变化平缓，测线西部和东部均为相对重力高，中部为相对重力低，测线东部有一个局部重力低，与断裂和岩性不均匀体分布有关。磁异常的高频异常很多，表明浅部地层含有较多的磁性不均匀体。整体上西段为相对磁力高，曲线平缓；而东段的磁异常变化剧烈，整体表现杂乱，局部异常较多。

图12.4 SYX剖面重磁异常及剖面位置图

图12.5 SYX剖面二维电阻率反演结果

实测的SYX电磁测深剖面采用EMAP采集方式，点距200m，检查点比例3％，数据质量佳。根据统计的地球物理特征，作为剖面的反演与地质解释的参考。反演结果中明显可见低阻盖层向西有缓倾斜的变化，凹陷由浅变深；中部高阻层厚度较大，电阻率东部较高，中西段较低。其下有一低阻层潜伏。

由于第四系与第三系地层很薄，难以作为独立的电性划出，故与白垩系归并成一个电性层。白垩系为浅表低阻异常，电阻率为4～14Ω·m。

侏罗系呈次高阻，电性断面上J2与J1电性差异不明显，由上而下，电性由低到高变化，电阻率为13～42Ω·m。

三叠系电性升高，为次高阻，处于由中高到高的过渡带位置，电阻率为17～56Ω·m。

石炭系电性整体为高阻，电阻率总体上不低于20Ω·m。石炭系内岩性复杂，由西向东，可见7个高阻圈闭，推测与局部火成岩分布有关。

12.2.4 资料处理解释思路与流程

针对研究区存在的难点，采用了综合地球物理反演与解释技术。以研究区岩石地球物理性质（磁性、密度、电性、波速）特征，对重磁电资料进行精细处理与综合解释，同时结合地震资料和研究区已有认识，获得研究区构造（断裂、火成岩展布、基底性质）信息，结合该区油气地质条件，圈划油气有利区（图12．6）。

图12.6 研究思路与技术流程

12.2.5 物性界面的反演与解释

根据研究区的地球物理模型，该区有5个密度层，浅部层为石炭系以上地层，深部层为莫霍面，石炭系顶界面为主要重力基底，中深部的奥陶系顶界面可形成另一个密度界面。(www.xing528.com)

1）奥陶系顶界面埋深

为了获得奥陶系顶界面的重力效应，就必须设法消除浅部各界面重力效应及深部与莫霍面等有关的重力效应，然后再用界面反演方法反演奥陶系顶界面。

由于研究区浅层资料比较详细，白垩系、侏罗系、三叠系地层底界面可通过地震资料勾绘出埋深图，因此采用立方体公式正演计算这三个界面的重力效应（图12．7），并将其剥离。对比前期研究，采用小波分析方法分离出莫霍面的重力效应。剥离浅层和深部场的重力效应后得到与奥陶系顶界面有关的剩余重力异常。利用Park重力反演方法，对剩余重力异常进行反演，以SYX线的电法处理解释为约束条件，平均深度取值为15km，求取本区奥陶系顶界面深度（图12．8）。

图12.7 白垩系、侏罗系、三叠系地层及莫霍面产生的重力效应

图12.8 奥陶系顶界面埋深图

反演的奥陶系顶界面形态特征与坳陷整体特征近似，呈现NW SE走向，索索泉凹陷可达15km深度，表明该区上古生界（主要是石炭系和泥盆系）巨厚。

2）磁性基底

首先把斜磁化的ΔT磁异常转换成磁极的磁力异常，然后对化极异常进行小波分析以及上延处理，取小波分析5阶逼近结果作为区域磁异常。

从研究区岩石物性资料可知，本区最大的磁性差界面是元古界顶面。马宗晋等（2001）认为准噶尔盆地前寒武结晶基底顶面埋深为24～28km，褶皱基底顶面埋深6～16km。此外，张季生等（2004）由航磁异常判断准噶尔盆地基底性质为太古代或早元古代陆壳，并模拟得到古老结晶基底的埋深约为35km。但考虑到北疆地区的居里等温面深度为35km左右，认为前者的推断较可靠，本次磁性基底的平均埋深取26km，采用Park法反演得到磁性基底埋深（图12．9）。

反演磁性基底的结果表明：研究区东北和西南相对较浅，西北向的凹陷埋深相对较大，最浅约24km，最深约28km。

图12.9 磁性基底埋深图

12.2.6 断裂、火成岩重磁信息提取

断裂在重磁异常图上一般表现为沿一定方向延伸的重磁梯级带或重磁异常等值线的扭曲。直接应用重磁异常图确定断层的位置时存在一定的不准确性。为了能较准确地确定断裂的平面位置，对重磁异常进行了特殊处理，把重磁梯级带转换为重磁梯度异常极值线，它提高了重磁异常对断裂的分辨能力，可进一步突出断裂位置以及次级断裂。

由重磁异常数据经过处理以后得到了不同的处理结果，如重磁数据在各个方向上的水平导数、不同深度向上的延拓、总梯度模及图像增强处理等。这些结果反映的面貌不尽相同，可用来划分不同走向的断裂。

（1）火成岩重磁异常标志：磁力局部高值异常、磁力局部低值异常、磁力正负伴生异常、重力局部低值异常、重力局部高值异常、串珠状重磁异常。

（2）断裂与火成岩标志的相关性：断裂是岩浆活动的主要通道，大多数的火成岩分布在断裂带或其两侧，相当多的火成岩则分布在不同方向断裂的交汇处。所以对这两者异常信息的提取与判别可结合在一起。

结合位场分离技术，采用多种重磁异常提取技术，如小波分析方法、倾斜角处理、插值切割方法、总梯度模法、方向导数、立体阴影图、图像增强等，对研究区基础资料进行处理分析，可以提取研究区的断裂、火成岩信息（图12．10、图12．11）。磁力垂直一次导数、磁力垂直二次导数异常等不同的图件反映了本区石炭系以及基岩深层磁性体的不同表现特征。倾斜角处理和插值切割方法压制了背景异常，使局部异常得到突出，利用它可以较好地提取弱的局部磁力异常信息，从而为火成岩研究提供更丰富的信息。磁力化极异常带有较强的深层磁源的磁异常背景，剩余磁力异常则相对主要反映石炭系火成岩的磁性总体效应。在区域异常成分中主要是深层磁源体的贡献，但也有石炭系磁性层中层状喷发岩的贡献；局部磁力异常则由侵入岩体和喷发岩产生。

在多种方法交叉对比基础上，结合已有地震解释和钻井结果进行对比验证，可知这些方法的结果对断裂、火成岩的分布有较好的吻合，可作为全区火成岩分布预测的依据。基于综合处理解释，在研究区划出主要断裂13条、火成岩体37个。

图12.10 磁异常倾斜角处理（a）与小波分析提取局部场（b）

图12.11 磁异常差值切割法处理（a）与局部重磁异常叠合图（b）

准噶尔盆地断裂发育主要有三期，即海西运动期、燕山运动期和喜马拉雅运动期；断裂的展布具有明显的方向性，其中以NE向、NW向和近EW向占主导。乌伦古坳陷内已发现的断层以逆断层为主，偶见正断层（图12．12）。断层形成期主要集中在印支—燕山期，喜山期部分断层可能继续活动，对油气的运聚起到了一定的改造作用。

图12.12 乌伦古地区断裂火成岩分布图

火成岩在全区内大范围分布，呈NW向条带状或团块状分布，与本区的断裂走向大体一致，说明火成岩的分布受断裂体系的控制。根据火成岩的物性特征，将其分成三类：①密度较高且磁性较强的岩石归为中基性岩类，如玄武岩、辉绿岩、闪长岩等；②密度中等或较低、磁性中等归为中酸性岩类，如安山岩、火成角砾岩、流纹岩等；③低磁局部异常与低重力局部异常，则可认为是弱磁性和较低密度的凝灰岩引起。

若考虑构造因素，则火成岩的局部异常特征将比较复杂。由于研究区的凝灰岩分布广泛，且不是关注的目标，研究主要圈划了中基性岩和中酸性岩的分布。

如图12．12所示，研究区一共圈划出37个火成岩体，分区性比较明显：①图中1～2号火成岩体位于红岩断阶段以北，磁异常表现为强烈高值与低值伴生的特征，推测为强磁性基性侵入岩。②图中3～28号火成岩体主要位于索索泉凹陷内，表现为中低重力异常和中等磁异常，推测为较强磁性、密度较低的安山岩、火成角砾岩、流纹岩等中酸性火成岩引起。③图中29～37号火成岩体主要位于陆东隆起内，主要表现为高磁性、高密度的特征，推测为以玄武岩、辉绿岩、闪长岩等为主的中基性岩体。

12.2.7 联合反演与综合解释

1）联合反演

重磁电震联合反演的目的就是要克服单一依靠地震资料难以进行地质解释的困难，充分发挥各种地球物理方法的优势，达到方法的优势互补和综合的地质效果。选取SYX测线进行了人机交互联合反演，为了得到正确的反演结果，首先需要构建合理的初始模型。根据SYX测线的地震解释结果，可以建立石炭系以上地层模型。中深部地质模型则通过电磁测深和平面重磁数据处理结果来约束。

为了得到地质分层的辅助依据，对SYX测线的电磁测深剖面进行了梯度处理［图12．13（a）］，将二维反演的电阻率断面沿深度方向求导数，取其梯度行迹，以电性变化出现的极值，对应于地层界面。同时，考虑到地球物理区域性环境变化对断面上地质体的电性存在影响采用了残差处理［图12．13（b）］，即对二维反演电阻率断面进行大幅度的平面圆滑处理获得区域场断面，从反演断面中减去该区域场，突出地质目标的局部异常，该处理可以有效显示地质与岩性变化。

图12.13 SYX测线电磁处理结果

（a）梯度处理；（b）残差处理

基于上述资料，建立了该剖面的联合反演初始模型。在此基础上，通过人机交互的方式修改初始地质模型，并实时地进行重磁交互反演，使之拟合观测重磁值，从而获得剖面的最终地质结果。

从SYX线联合反演的综合地质解释结果来看（图12．14），石炭系顶层发育厚薄不一的凝灰岩，呈现东厚西薄的特征。在凝灰岩下层则分布有6个高磁的火成岩体，多以水平层状产出。在测线中段和西段，根据电法资料推断出一个石炭系内部的相对低阻层，可能是石炭系中的正常沉积层，根据研究区其他的电法资料，解释为泥岩。中段埋深在6．5km，西段埋深很大（大于7km）。

图12.14 SYX测线二度半重磁拟合结果与综合地质解释图

2）火成岩岩相分布特征

结合平面和剖面的反演结果，对研究区的火成岩岩相分布特征进行了初步分析。根据火成作用的特点及岩浆活动的相对强度，根据古玉田的火成岩岩相划分方案［1］，将喷发岩岩相划分为：近口相（喷发 溢流相）、过渡相（溢流相）和远口相（火成碎屑 碎屑岩相）。

利用不同岩性、岩相在剩余磁力异常、磁力垂直二次导数异常、倾斜角处理等磁力图件上表现出的不同异常特征，结合钻井、露头、SYX测线综合解释等资料，对区内火成岩平面分布特征及火成岩岩相进行了划分（图12．15）。

研究区主要有两类磁力异常：高频磁力异常，呈等轴状、环状及串珠状展布，主要为侵入岩的反映；中低频磁力异常，主要为喷发岩的反映。

根据解释的研究区火成岩岩相分布，其基本特征如下：①索索泉凹陷北坡及红岩断阶带进一步划分出8个喷发岩体，呈NW向展布；②南部磁异常带划分出3个喷发岩体，规模较小，磁异常幅度相对较低，且变化平缓，推断主要为溢流相喷发岩，呈层状分布；③三个泉凸起以及陆南凸起圈画出2个规模较大的喷发岩体。

图12.15 研究区火成岩岩相分布图

12.2.8 油气有利区圈划

1）基本油气地质条件

乌伦古地区沉积盖层以陆源碎屑岩为主，局部发育煤层。沉积盖层中发育两套烃源岩：侏罗系、三叠系。坳陷内多口井钻遇了侏罗系烃源岩，从有机质丰度分析，基本达到了中等烃源岩，但从其热演化分析，侏罗系有效烃源岩主要分布在坳陷的深埋区，分布范围局限。总体分析为一套未熟—成熟、差—中等烃源岩。三叠系烃源岩，有机质丰度高，达到了好烃源岩的标准，有机质类型Ⅲ-Ⅱ2，但多数井处于未熟—低熟演化阶段，仅在深埋区达到了成熟演化阶段，成熟面积约3500km2，具有一定的供烃潜力。

周边地区多处露头显示C1存在烃源岩，露头、钻井及油气对比表明乌伦古发育C烃源岩，石炭系烃源岩厚度、分布范围、潜力不明确。

已有地质与地球物理研究表明，准噶尔盆地北缘石炭系地层具有很好的成藏组合条件。研究区石炭系储层主要以火成岩储层为主，有较好的储盖组合。

石炭纪的各类火成岩广泛分布于准噶尔盆地东部地区，主要以基性火成岩喷发为主，其次是中酸性—酸性火成岩分布，其岩性组合为玄武岩—安山岩—流纹岩组合。

2）油气有利区推测

结合研究区的地质条件状况，圈划火成岩油气有利区的基本原则为：①火成岩发育程度；②断裂发育程度及与火成岩关系；③火成岩相带情况。

项目收集了研究区前期的6条电法剖面成果资料，其中圈划出石炭系低阻层的有3条，解释为石炭系中正常沉积层，岩性为泥岩，推测可能为烃源岩。结合SYX电法剖面的解释结果，对研究区石炭系中的低阻层平面分布进行了初步圈划，为油气有利区的圈划作参考。

根据圈划的石炭系低阻层的平面分布，结合油气有利区基本原则，圈划了3个油气有利区：①索索泉凹陷北坡：火成岩分布广泛，断裂发育，以喷发相和溢流相为主，近烃源岩，有利成藏，属于有利区。②索索泉凹陷东南部：火成岩零星发育，近烃源岩，断裂不甚发育，属于较有利区。③索索泉凹陷与石英滩凸起交界处：火成岩发育，以喷发相和溢流相为主，基底断裂发育，远烃源岩，属于较有利区。