利用重力和大地電磁測深資料研究大慶探區(qū)外圍丹青河林場—道臺橋剖面的斷裂及構(gòu)造分區(qū).docx

1、第33卷第】期2009年2月物探與化探GEOPHYSICAL&GEOCHEMICALEXPLORATIONVol.33,No.1Ecb.,2009利用重力和大地電磁測深資料研究大慶探區(qū)外圍丹青河林場一道臺橋剖面的斷裂及構(gòu)造分區(qū)劉燕戌I,孟令順I(yè),杜曉鵑'，許家姝'，張明仁2,呂偉星3(1.吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林長春130026；2.吉林省地球物理勘察院，吉林長春130012；3.武警黃金第五支隊，陜西西安710100)摘要:在波數(shù)域應(yīng)用重力歸一化總梯度及相位法研究了4種典型的臺階模型，討論rgh場等值線和相位曲線與臺階斷面的對應(yīng)關(guān)系;應(yīng)用該方法對大慶探區(qū)外

2、圍丹吉河林場一道臺橋剖面(簡稱DB4剖面)野外實測的高精度取力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,劃分出8條斷裂;通過與項目組大地電磁測深的反演結(jié)果進(jìn)行對比.研究了依蘭一依通斷裂帶、牡丹江斷裂和勃利盆地的西緣邊界斷裂;綜合重力與大地電磁測深數(shù)據(jù).劃分了剖面的構(gòu)造分區(qū)并作出地質(zhì)解釋。由于斷裂構(gòu)造與生油凹陷的發(fā)育和油氣圈閉的形成密切相關(guān),筆者旨在研究DB4剖面的主要斷裂和構(gòu)造特點，從而為在大慶探區(qū)外圍進(jìn)一步優(yōu)選汕氣區(qū)提供地球物理佐證。關(guān)鍵詞：而力歸一化總梯度及相位法;大地電磁測深;斷裂;構(gòu)造分區(qū)中圖分類號：P631文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-8918(2009)01-0010-06收稿日期：2OO7-10-10,

3、修回日期：2008-03-19基金項目：國家油氣重大專項(XQ-2004-07)資助項目大慶探區(qū)外圍中新生代斷陷盆地群演化與油氣遠(yuǎn)景由國家油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查與評價專項資助，旨在研究大慶探區(qū)外圍的盆地類型和演化規(guī)律，查明盆地群的油氣潛力，優(yōu)選有利勘探的戰(zhàn)略目標(biāo)區(qū)。2005年，項目組在選區(qū)內(nèi)布設(shè)了7條1：10萬的高精度野外實測地球物理剖面，目的在于查明大慶外圍盆地重要構(gòu)造帶的地球物理場特征。筆者對其中一條編號為DB4的剖面資料進(jìn)行分析，并在波數(shù)域應(yīng)用重力歸一化總梯度及相位法劃分出8條斷裂，與大地電磁測深的反演結(jié)果進(jìn)行對比后，作出相關(guān)的地質(zhì)解釋。1波數(shù)域重力歸一化總梯度及相位法的理論基礎(chǔ)和模型分析

4、1.1原理重力歸一化總梯度法是由前蘇聯(lián)學(xué)者別廖茲金等訂于20世紀(jì)60年代末提出的，用來尋找儲存油氣的斷裂構(gòu)造，重力歸一化相位法由賽薩等人提出，增加了與梯度圖對應(yīng)的相位圖，適用于確定斷裂構(gòu)造的空間位置。由于重力位及其導(dǎo)數(shù)在場源體以外的空間都是解析函數(shù)，在場源內(nèi)部沒有解析性，因此尋找失去解析性的奇點是確定場源位置的關(guān)鍵。該奇點在歸一化梯度圖中表現(xiàn)為梯度的極值點，在相位圖中表現(xiàn)為相位的轉(zhuǎn)折點。由于在空間域進(jìn)行，汁算速度較慢，識別斷裂構(gòu)造的效果欠佳。筆者采用的波數(shù)域重力歸一化總梯度及相位法就是在別廖茲金原有的理論基礎(chǔ)匕在波數(shù)域內(nèi)進(jìn)行位場轉(zhuǎn)換，利用快速傅立葉變換對理論模型和實際構(gòu)造進(jìn)行計算和分析，由此提

5、高計算速度，并通過對等值線梯度帶和相位曲線的分析識別相應(yīng)的構(gòu)造類型。12計算方法設(shè)地面重力函數(shù)為K(x,o)=g(*,0),經(jīng)離散傅立葉變換后的頻譜為1心Sg(u,0)=T7g(x,0)exp-2TTi(mj/M)o(1)式中北為波數(shù)域的圓波數(shù)，膽為X方向采樣總點數(shù),x=mdx.dx為采樣點距湖=(-M/2)-1,-(M/財/2-1,財/2。利用波數(shù)域位場轉(zhuǎn)換求得波數(shù)域中的位場導(dǎo)數(shù)，然后利用快速傅立葉逆變換得到重力g對為、z的偏導(dǎo)數(shù)：K,=Sg(",0)exp(2”zp)2iriupexp-o(2)-M-l匕=福£Sg(u,0)exp(2”z"),exp-2iri

6、(mj/M)o(3)在式(2)和式(3)中引用p作為濾波因子，用來圓滑向下延拓和求解導(dǎo)數(shù)過程中產(chǎn)生的異常干擾,P=魚*芳斜打'N為諧波數(shù)。將所得帶入重力歸一化總梯度和相位表達(dá)式，得G"(x,z)=窘號=G(x,z)J吃3,z)+1777彩成3,z)+MG)巾(%,z)=arctan梢*匕S,z)(4)(5)式中,z為向下延拓的計算深度;C",z)為向下延拓z深度的歸一化總梯度值，依(x,z)為相位值。1.3模型分析為了識別剖面的斷裂構(gòu)造，在以下的分析中將一些地質(zhì)構(gòu)造等效為理論模型，研究不同斷裂形成的梯度場和相位之間的關(guān)系1.3.1鉛垂臺階研究鉛垂臺階目的在于識別界線

7、清楚的接觸帶以及高角度的斷裂構(gòu)造。圖1為二度體鉛垂臺階模型，參數(shù)設(shè)定為：禹=1km,力2=3km,°=0.5g/cm3,/V=6()n圖1(a)中，由于二度體在刀軸正方向無限延伸,C"場等值線在斷面左側(cè)稀疏,右側(cè)密集;所有等值線沒有閉合，在場源位置不存在極值點，但深度1km以下值為0.1,0.2的等值線在臺階的斷而位置明顯向下突出，對應(yīng)臺階的埋深位置。圖1(b)中,3條曲線在斷面位置的相位均有明顯變化,3個角點的連線對應(yīng)于臺階的空間位置C審/AA-一一一A審/AA-一一一A圖2(a)中，所有等值線同鉛垂臺階一樣沒有閉合區(qū)，在場源位置不存在極值點，但深度1km以下的等值線較為

8、密集且依次向下突出，形成梯度帶的趨勢偏向臺階斷面一側(cè)，對應(yīng)臺階的埋深位置。圖2(b)中,3條相位曲線的變化位置依次向左突出，其圖2鉛垂臺階G”場等值線和相位曲線1.3.3逆斷層模型圖3為2個傾斜臺階組成的逆斷層模型，參數(shù)設(shè)定為:上盤站=0.5km,h2=1.5km；下盤么=2km,h4=3km；a=135°,a=0.5g/cm3,JI=85O經(jīng)計算,G場等值線的極大值為8.2。圖3(a)中異常中心略偏向"軸的正方向，對應(yīng)著上、下盤錯開的位置;異常中心兩側(cè)的等值線形成密集的梯度帶,。.1、0.2和0.5的等值線向，軸兩側(cè)延伸，對應(yīng)著場源位置。圖3(b)中,6條相位曲線的起伏逐

9、漸加強(qiáng)，深度13km曲線的角點連線對應(yīng)了兩盤錯開的斜-10565tox/kmx/kma=135o"Fl_<c)7(oa地質(zhì)模型;b-G場等值線；c-G場相位曲線。其他圖同。圖1鉛垂臺階G"場等值線和相位曲線1.3.2傾斜臺階模型研究該模型可以用來識別傾斜的接觸帶以及傾斜斷裂。圖2為二度體傾斜臺階模型,參數(shù)設(shè)定為:=1km,h2=3km,a=0.5g/cm3,a=45°,/V=65O圖3逆斷層G"場等值線和相位曲線1.3.4正斷層模型圖4為2個傾斜臺階組成的正斷層模型。參數(shù)的選擇同逆斷層模型。經(jīng)計算,C"場等值線的極大值為8.3。圖4(a)

10、中異常中心略偏向，軸的反方向，對應(yīng)看上、下盤錯開的位置；異常中心兩側(cè)的等值線形成密集的梯度帶，值為0.1、0.2和0.5的等值線向丸軸兩側(cè)延伸，對應(yīng)著場源位置。圖4(b)中，深度0.5-3km的相位起伏逐漸加強(qiáng)，在深13km曲線的角點連線對應(yīng)了兩盤錯開的斜面。圖4正斷層G"場等值線和相位曲線由此可見，對于某些斷裂構(gòu)造，例如鉛垂臺階和傾斜臺階，它們的梯度場沒有極值，不存在別廖茲金提出的奇點，在這種情況下，需要根據(jù)等值線梯度帶的密集程度，傾向以及相位曲線的角點位置來確定場源位置;當(dāng)斷裂構(gòu)造等效為較復(fù)雜的臺階組合時，等值線的極值區(qū)及其周圍梯度帶往往對應(yīng)著斷裂上、下盤的錯移位置，需要結(jié)合相位

11、曲線的角點位置來確定斷裂的走向和位置。2DB4剖面的數(shù)據(jù)處理(圖5)。從西北端的丹青河林場開始，中間橫穿松花江，經(jīng)過依蘭縣，止于東南端的道臺橋鎮(zhèn)。該剖面從E129°15'15”、N46°12'07始，終于E129°50'51”、N46°35r05路線約長度72成。圖5DB4剖面位置2.2數(shù)據(jù)處理及斷裂劃分DB4剖面共有71個重力測點，將野外實際采集的地面豆力異常經(jīng)過緯度、高度、中間層以及地形改正后,得到剖面的布格重力異常。對布格重力異常進(jìn)行3點圓滑后(目的在于消除異常產(chǎn)生的噪聲,避免避一步處理過程中降低數(shù)據(jù)的信噪比)帶入波數(shù)域重力

12、歸一化總梯度及相位法的相關(guān)公式進(jìn)行計算,通過向下延拓，得到整條剖面各個深度的一階水平導(dǎo)數(shù)和一階垂向?qū)?shù)，從而計算出歸一化總梯度值和相位值。圖6為利用計算所得數(shù)據(jù)繪成的DB4剖面斷裂構(gòu)造分析圖。2.1剖面位置及概況DB4剖面位于黑龍江省東部，走向接近北西向圖6(a)為剖面的地形圖。地形兩端高，中間低，西北端高程為200m，東南端高程為135.8m,中1k/M底/i1J1/基底、F>F：F,F,%F*F,F,a-地形圖;b-布格或力異常曲線;c一重力歸一化總梯度等值線;d-逾力歸化相位曲線;。一斷裂構(gòu)造圖6DB4剖面斷裂構(gòu)造分析間位置依蘭縣處(松花江位置)地形最低，高程為95.1mo圖6(b

13、)為原始布格重力異常曲線圖。整條曲線的形態(tài)較為簡單。異常變化以依蘭一伊通斷裂為分界線，該斷裂兩側(cè)布格重力異常差值很大。西部為重力低值帶，在32km處，異常達(dá)到最低值，只有-245.8xIO"m/sj該重力低值帶對應(yīng)著深部的基底凹陷帶;東部為重力高值帶，最高值為197.4x10-6m/$2,位于49km處；在30-40km處(依蘭縣附近)表現(xiàn)出一個重力臺階式異常，而此類異常通常對應(yīng)著-個深大斷裂。圖6(c)為重力歸一化總梯度等值線圖，圖中西側(cè)等值線比東側(cè)稀疏。西側(cè)等值線沒有出現(xiàn)極值，說明對應(yīng)的斷裂構(gòu)造比較簡單；自剖面20km處向東，出現(xiàn)幾個等值線梯度密集的區(qū)域，說明有斷裂構(gòu)造存在。圖6

14、(d)為向下延拓15km的重力歸一化相位曲線圖，相位在等值線密集的地區(qū)存在明顯變化。綜合圖6(c)、(d),根據(jù)等值線梯度帶的密集程度、傾向以及相位曲線的角點位置,繪成圖6(e)的斷裂構(gòu)造圖。圖中劃分出8條斷裂，分別記為RF8o其中，斷裂F|傾向東南，對應(yīng)的地表位置為丹青河林場附近，、2傾向西北，這2條斷裂形成的梯度場和相位曲線比較對稱，屬于基底小斷裂。1?11器髯舞藉昌組成的斷裂為依蘭一伊通斷裂帶，其中F3傾向西北,孔走向直立并穿過重力基底,F傾向東南。F,是深大斷裂，即為該斷裂帶的主斷裂為，位于依蘭縣附近，對應(yīng)著重力的臺階式異常°F6和F7為牡丹江斷裂，傾向同為西北。F8位于整條

15、剖面的最東端(地表位置為勃利地區(qū))，穿過基底，傾向東南。由剖面東南端已經(jīng)進(jìn)入勃利盆地西部，因此推斷F8與該盆地有接觸關(guān)系，應(yīng)為勃利盆地的西緣邊界斷裂。3地球物理解釋3.1大地電磁測深反演結(jié)果大地電磁測深(簡稱MT)與重力數(shù)據(jù)同期采集于DB4剖面，剖面總體為北西向，從西北端的劈山嶺開始，中經(jīng)依蘭縣，止于東南端的道臺橋鎮(zhèn)，長約67km,位于重力剖面的東南側(cè)。根據(jù)采集的8個測點數(shù)據(jù),MT組采用TE和TM兩種極化模式對剖面進(jìn)行二維聯(lián)合反演，得到DB4剖面電法地質(zhì)解釋圖(圖7)。利用該圖中的電性特征推斷出剖面內(nèi)部的8條斷裂，分別記為L卜其中G為依蘭一伊通斷裂帶,f6和&為牡丹江斷裂，為勃利盆地西

16、緣邊界斷裂。整條剖面的電阻率西側(cè)高于東側(cè)，在中間依蘭縣附近的地區(qū)出現(xiàn)2個局部低阻區(qū)域。一一基底與上她層界經(jīng)勇山嶺oOta20x/km依3054050it臺橋60M70圖7DB4剖面電法地質(zhì)解釋3-2重力與MT反演結(jié)果的對比將圖6(c)與圖7進(jìn)行對比，做出如下解釋。(1) 基底斷裂和F?為利用重力資料劃分的2條斷裂，由于路線原因，在電法圖中沒有體現(xiàn)。(2) 對依蘭一依通斷裂帶的理解：依據(jù)重力資料，將F3F5劃分在依蘭一依通斷裂帶中，對應(yīng)電法資料解釋的匕此范圍內(nèi)布格重力異常幅度有明顯改變，布格重力異常在3040km內(nèi)有梯度帶,出現(xiàn)重力低值，加之電阻率在此處垂向上的變化,說明該區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜

17、。區(qū)域重力圖中依蘭伊通斷裂帶走向北東，經(jīng)伊通、舒蘭、依蘭、佳木斯到蘿北出境俄羅斯，向南西經(jīng)吉林、沈陽與邳城一廬江斷裂相連，在區(qū)域重力場上顯示為正異常和負(fù)異常的分界線，沿斷裂帶分布有一系列串珠狀重力正異常與負(fù)異常，兩側(cè)梯度變化較大刃。筆者識別的斷裂位于依蘭段，利用電法和重力識別該段的斷裂都表現(xiàn)為一組斷裂帶的形式,展布寬度均為20余千米。(3) 牡丹江斷裂由寧安，經(jīng)牡丹江、依蘭、佳木斯到嘉蔭過黑龍江進(jìn)入俄羅斯境內(nèi)，走向近南北ZF。重力識別的F6和F7斷裂為牡丹江斷裂，對應(yīng)于電法的f6和位置在依蘭一佳木斯方向，斷裂展布寬度4km左右，電法識別f,為主斷裂,f6為次一級斷裂。(4) 關(guān)于勃利盆地西緣邊

18、界，斷陷盆地的外形受斷層線控制。勃利盆地發(fā)育中生代沉積建造，是一個中生代斷陷盆地。和4的對應(yīng)關(guān)系表明，電法和重力2種方法在勃利盆地西部都識別出斷裂，確定該盆地在西部邊界上存在斷層。3.3地質(zhì)解釋參閱相關(guān)資料“-5,結(jié)合電法的分區(qū)解釋，將剖面從西至東劃分為小興安嶺隆起、湯原斷陷、依蘭凹陷、鍋盔山隆起和勃利盆地5個構(gòu)造分區(qū)。(1) 小興安嶺隆起：位于G以西地區(qū)。該區(qū)域地形商程由200m逐漸降低至100m,重力異常處于負(fù)低值帶，平均值為-200xlO-6mA?,為地殼加厚引起，從查閱的重力資料上看，沉積厚度平均達(dá)2.5km。測區(qū)西北側(cè)，電阻率值為2k。-m,巖性可能為震且紀(jì)的花崗巖和炭巖，表層有約1

19、km厚的低阻層,對應(yīng)著第四系和新近系的砂礫巖。(2) 湯原斷陷：位于f3-f4之間(對應(yīng)著F4)o該斷陷是重力異常由負(fù)到正的轉(zhuǎn)折點，但在地形上沒有反映。在該區(qū)域左端，重力異常呈凹兜狀，明顯表現(xiàn)出低值(-246xIO*mA?),說明斷陷內(nèi)充填有巨厚低密度物質(zhì)。從電性資料上看，斷陷內(nèi)部為中間偏高阻，上、下低阻的格局，電阻率在最低處只有幾到幾十歐姆米。沉積過程中，可能有部分巖漿侵入到中間位置的巖層，從而造成其電阻率偏高。(3) 依蘭凹陷:位于電法斷裂f4-f7之間。與前者合并，統(tǒng)稱為湯原斷陷的西南角，被次-級斷裂分成多塊。該區(qū)域地表平坦，重力異常出現(xiàn)200x10'6ni/s2的高值。電性資料

20、反映該區(qū)域上部為低阻，中間為中阻，下部為高阻，從地表至地R電阻率緩慢變大。在電法斷裂&西側(cè)有一片低阻延深5km,可以看作是電性基底，可能為F白堊統(tǒng)或上侏羅統(tǒng)的砂巖或粉砂巖。位于依蘭縣下部也有一片低阻區(qū)存在，如果為沉積層，基底深達(dá)1.5kmo依蘭凹陷內(nèi)部重力數(shù)據(jù)和電性都比較夏雜，可以看出該凹陷內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜,地層成層性差，說明此區(qū)域曾經(jīng)受到較強(qiáng)地質(zhì)構(gòu)造運動的影響。(4) 鍋盔山隆起：位于&門之間(對應(yīng)F7F'),寬度10余千米。該地段屬F鍋盔山隆起的北緣,地形略有起伏，重力異常為正值，最大值達(dá)到200xl0-6m/s2o電性構(gòu)造較為簡單，除了上部有一小層低阻外,其余都為高阻

21、，高阻物質(zhì)可能是元占界花崗巖。該隆起是湯原斷陷向勃利盆地的過渡帶C(5) 勃利盆地:位于f8斷裂以東地區(qū)(對應(yīng)F8以東)，屬勃利盆地的西部。地形上有小起伏，重力異常由正值下降到零值左右。電阻率總體較低，一般為100O-m左右，分析為上侏羅統(tǒng)地層,該地層厚度達(dá)到20km,頂部分布有少量的白堊系地層。4結(jié)語(1) 在波數(shù)域應(yīng)用重力歸一化總梯度及相位法分析模型數(shù)據(jù)，對如何利用GH場等值線和相位曲線的特征來確定場源位置進(jìn)行了討論。(2) 應(yīng)用該方法處理DB4剖面的實測數(shù)據(jù)，劃分出8條斷裂，識別出依蘭一伊通斷裂群，牡丹江斷裂和勃利盆地西緣邊界，研究了剖面上的重要構(gòu)造和盆地邊界構(gòu)造。(3) 將重力劃分結(jié)果

22、與大地電磁測深的反演結(jié)果進(jìn)行對比分析，認(rèn)為依蘭一伊通斷裂群在剖面位置展布寬度為20km左右，牡丹江斷裂的展布寬度為4km左右，勃利盆地西緣邊界存在斷層。(4) 綜合重力與電法資料，劃分r剖面的地質(zhì)構(gòu)造分區(qū)并作出相關(guān)地質(zhì)解釋。對現(xiàn)有的地球物理資料進(jìn)行了補(bǔ)充，為油氣盆地的進(jìn)-步劃定提供了位場和電場依據(jù)。參考文獻(xiàn)：1 別列茲金B(yǎng)M.物探數(shù)據(jù)的總梯度解釋法M.陸克.劉文錦，焦恩富譯.北京:地質(zhì)出版社,1994.2 量煥成.重磁勘探教程M.北京:地質(zhì)出版社,1993.3 張鳳耳，張鳳旭，劉財，等.利用重力歸一化總梯度及相位法研究斷裂構(gòu)造JL吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版),2005,35(1).4 大慶油山石

23、油地質(zhì)志編寫組.中國石油地質(zhì)志卷2(I)M.北京：石油工業(yè)出版社,1993.5 黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)局.黑兆江省區(qū)域地成志第33號M.北京:地質(zhì)出版社，1993.6 張風(fēng)旭，孟令順,林澤富.等.黑龍江省虎林盆地敢力異常、基底構(gòu)造及油氣遠(yuǎn)景區(qū)J.吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版).2004,34(4).7J吳燕風(fēng).單汝儉，周富祥，等.柬力歸一化總梯度及其相位的性置方法研究世界地質(zhì)：1996.15(3).8 肖一鳴.張林祥.重力歸一化總梯度法在尋找油氣中的應(yīng)用J.石油地球物理勘探,1984,1(3).9 曾華霖，李小孟,姚長利，等.改進(jìn)的重力歸一化總梯度法及其在勝利油區(qū)油氣藏探測中的應(yīng)用效果UL石油勘探與開發(fā)

24、.1999,26(6).101張風(fēng)旭.孟令順,張風(fēng)琴，等.波數(shù)域童力歸一化總梯度法中的圓滑濾波因子JJ.物探與化探,2005,29(3):248.ASTUDYOFFRACTURESANDSTRUCTURALDIVISIONALONGTHEDANQINGHEFORESTDAOTAIQIAOSECTIONONTHEPERIPHERYOFDAQINGPROSPECTINGAREAUSINGGRAVITYANDMAGNETOTELLURICSOUNDINGDATALIUYan-xu1,MENGLing-shun1,DUXiao-juan1,XUJia-zhu1,ZHANGMing-ren2,LUWei

25、-xing3(1.CollegeofGm-ExplorationScienceandTechnology,JilinUniversity,Changchun130026,China；2.JilinIrutituteofGeophysicalExpaloraiion,Changchun130012,ChinaNo.5BtanchPartyofGoldExploration,PcoleiArmedPolice,Xihn710100,China)Abstract:Usingthemethodofnormalizedfullgradientofgravityanomalyanditsphaseinth

26、ewave-numberdomain,thispaperstudiedfourtypicalstaircasemodels,discussedtherelationshipbetweentheG"fieldcontourandthephasecurve,processedthehighprecisiongravitydataonthebasisofthemeasurementsmadealongtheDanqingheforest-Daotaiqiaosection(calledDB4forshort)ontheperipheryofDaqingprospectingareaandr

27、ecognizedeightfractures.ThroughacomparisonwiththeinversionresultsfromthemagnetoteUuricmethod,theauthorsinvestigatedYilan-Yitongfractures,MudanjiangfracturesandthewestedgefractureofBoliBasin,andalsosummedupthegravityandmagnetoteUuricdatatoperformstructuraldivisionofthissectionandmakegeologicalinterpretation.Asfracturesarecloselyrelatedtotheformationofsourcedepressionsandtheentrapmentofoilandgas,theauthorsprobedintothemainfracturesintheDB4sectionandtheircharacteristicssoastoprovidethegeophysicalevidenceforlocatingthepromisingoilandgasdi