航空重磁综合测量在准噶尔油气资源调查中的应用

张 婉， 王志博， 刘英会， 周坚鑫， 周道卿， 郑祺方

(中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083)



航空重磁综合测量在准噶尔油气资源调查中的应用

张 婉， 王志博， 刘英会， 周坚鑫， 周道卿， 郑祺方

(中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083)

为满足油气资源调查需要、查明准噶尔盆地基底结构、提供新的油气有利勘探区，中国国土资源航空物探遥感中心在准噶尔盆地中西部开展了航空重磁综合调查。通过项目实施，在国内首次实现了航空重磁综合测量，共采集大比例尺(1∶5万)高质量航空重磁数据6.6万测线公里，填补了调查区内大比例尺高精度航空重磁资料的空白，查明了调查区内航空重力场与磁力场特征，为开展基础地质研究和油气资源评价提供了重磁依据，夯实了航空重磁联合测量和综合地质应用研究的基础。

准噶尔盆地； 航空重磁综合测量系统； 油气资源调查

0 引言

准噶尔盆地是我国最重要的油气盆地之一，油气资源丰富，全盆地石油资源量为86.8×108t，天然气资源量为25 098×108m3。但盆地内油气勘探程度整体较低，石油探明率为26.26%，天然气探明率仅为7.86%[1]。在本区以往的物探工作中，地震勘探以区块为主，重力测量以1∶20万或1∶100万的小比例尺调查为主，磁测资料多为20世纪70、80年代的低精度资料，重磁勘探尚未实现全区高精度区域覆盖，因此，现有资料难以满足当前基础地质调查与油气资源评价工作的需要。

准噶尔盆地是典型的具有多套烃源岩、多期成藏特征的复合叠加盆地。由于火山喷发方式多样，在地震剖面上的表现形式不尽相同，加之多期构造运动对火山机构的破坏，很难在地震剖面上识别完整的火山岩，即较难预测有利火山岩的平面分布，致使火山岩地层岩性油气藏勘探面临较大困难[2-4]。而航空重磁勘探对于发现具有高磁、高密特征的火山岩是行之有效的手段，且准噶尔盆地内有磁性的岩石较为丰富，尤其是早古生代中基性和中酸性火山岩普遍具有磁性，古生界与上覆地层密度差异较大，具有良好重磁综合研究的物性前提。因此，利用重磁联合方法研究深部岩性构造和火成岩分布，能够获得更为丰富的地球物理信息，从而能更加深入地研究基础地质和岩性储油构造，这是其他勘探方法难以替代的。

2015年，中国国土资源航空物探遥感中心首次将航空重磁综合测量方法正式应用于陆域油气资源调查，在准噶尔盆地中西部开展了1∶5万航空重磁综合调查工作。

1 研究区概况

1.1 区域地质概况

研究区位于新疆西北部，北邻西伯利亚板块，西接哈萨克斯坦板块，南邻塔里木板块，处于阿尔泰造山带、西准噶尔造山带和天山造山带夹持的三角地带[5]，包含了准噶尔盆地西部、塔城盆地和西准噶尔造山带中的和什托络盖盆地(图1)。

图1 准噶尔盆地中西部航空重磁综合调查区地质简图Fig.1 Geological sketch map of comprehensive airborne gravity and magnetic investigation in the midwest of Junggar Basin and adjacent area

准噶尔盆地属于大型复合叠加沉积盆地，盆地具有双重基底结构特征，晚海西期隆拗构造格局，控制着盆地总体油气生成、运移、聚集、成藏规模。盆地内大部分地区被第四系所覆盖，但周围出露地层相对较为丰富，自下而上发育石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系和新近系[6-7]。盆地内主要烃源层为二叠系，其次为侏罗系、石炭系、三叠系、白垩系和古近系，储集层从石炭系至古近系各个层位都有分布，且均已在其中发现油气藏。随着油气勘探的不断深入，在石炭系—二叠系火山岩特殊岩性储层中已经获得重大突破,该套火山岩规模大、分布广，已成为重要的油气储层[8-14]。

塔城盆地是在古生代褶皱基底上发育的新生代山间盆地，为多旋回叠加复合型盆地。盆地内几乎全为第四系所覆盖，仅在盆地边缘有少量新生界出露[15-16]。

和什托洛盖盆地是准噶尔西北缘大型逆冲褶皱带上盘以泥盆系—石炭系为基底的中—新生代山间盆地。盆地下部发育晚古生代的石炭系、泥盆系，其上覆盖中生界上三叠统、侏罗系，全区缺失二叠系及中、下三叠统。盖层中，下侏罗统在盆地内广泛发育，沉积厚度占绝对优势，白垩系沉积较薄，新生界厚度仅百余米[17-18]。

1.2 岩石物性特征

岩石物性是减少地球物理多解性的重要约束条件。为获取详实的物性资料，对研究区及周边出露的岩石进行了物性测量，分析整理了不同地层及侵入岩的磁化率、密度特征(表1)，为重磁综合研究提供了物性前提。

1.2.1 磁化率特征

(1)正常沉积岩和沉积变质岩磁性整体较弱，以无或弱磁性岩石为主，具有磁性的岩石主要为火山岩、侵入岩和火成变质岩。

(2)元古宇火成变质岩主要分布于阿勒泰山脉中东部，磁性相对较强，普遍在500×10-5SI以上。

(3)古生界正常沉积岩和酸性火山岩以无或弱磁性为主，但古生代中-基性火山熔岩磁性较强，磁化率普遍在1 500×10-5SI以上，应能够引起比较明显的磁异常。

(4)中生代以无或弱磁性的沉积岩为主，局部分布安山岩夹层，磁化率可达1 000×10-5SI，应是引起盖层局部磁异常的重要地质因素。

(5)古生代侵入岩磁性变化较大，其中，酸性侵入岩磁化率相对较弱，多在500×10-5SI以下，主要引起低幅度磁异常； 中-基性侵入岩普遍具有强磁性，磁化率普遍在2 000×10-5SI以上，应能引起强磁异常。

1.2.2 密度特征

(1)不同时代的地层岩石密度差别明显，从老到新密度明显减弱，元古宇、下古生界、上古生界和中—新生界之间密度差比较明显，存在多个密度界面。其中，古生界与上覆地层密度差最为明显，密度差一般在0.19～0.29 g/cm3之间，应为最重要的区域界面——主密度界面。

(2)同一时代沉积地层各类岩石之间的密度差别较大，总体来看，大体按照灰岩、泥岩、粉砂岩、砂岩、粗砂岩和砂砾岩依次变小。

(3)火成岩密度值变化范围较大，从火山碎屑岩—酸性岩—中性岩—基性岩，密度值显著增高，密度最小的是凝灰岩，为2.50 g/cm3，密度大于2.70 g/cm3的火成岩有安山玢岩、玄武岩、辉绿岩和闪长岩。

(4)古生代侵入岩发育，从酸性到基性均有分布。酸性侵入岩密度相对围岩较小，应能引起重力负异常； 中-基性侵入岩密度相对围岩较大，应能引起重力正异常。

表1 研究区地层及侵入岩实测物性Tab.1 Field properties of intrusive rocks and formation in research areas

2 航空重磁数据测量方法

2.1 系统集成与测试

航空重磁综合测量系统以GT-2A航空重力仪、HC-2000氦光泵磁力仪、DSC-1型航磁数字补偿器和数据收录系统等为核心仪器，辅以配套辅助测量仪器，在严格的技术要求及检测、测试下集合而成(图2)。2015年8月，在航空重磁综合测量系统各项指标测试均达到要求的基础上，以Cessna208型飞机为作业平台，实施了准噶尔盆地中西部油气资源调查工作。

图2 航空重磁综合调查系统集成Fig.2 Integrated system of comprehensive airborne gravity and magnetic investigation

2.2 测网部署及测量比例尺

根据调查区内地质构造，参考区内已有航磁和地面重力资料显示的异常走向，遵循主测线方向垂直或基本垂直地球物理场和主地质构造走向的原则，确定塔城盆地主测线方向为20°200°，切割线方向为110°290°； 准噶尔盆地西部及和什托洛盖主测线方向为0°180°，切割线方向90°270°。测量比例尺为1∶5万，测线间距为500 m，切割线间距为10 000 m，组成500 m×10 000 m测网。

2.3 导航定位

测量飞行导航使用HD01双星座全球卫星导航定位系统。该系统能够提供飞机的三维空间位置、飞行航向、飞行高度、飞行速度等多种导航信息。实际测量飞行中，HD01定位系统同时接收美国和俄罗斯2组不同星座卫星信号，定位精度可达到1.6 m。

为提高测量中的飞机定位精度，测量使用后处理差分GPS系统进行精确定位。以差分GPS地面站为基准站，以飞机作为空中移动站载体进行后处理定位方式。定位系统采用Ashtech双频接收机进行观测，系统采样频率2 Hz，地、空接收机均使用双频天线，与国家级数据网位置同步观测得到基准站位置。根据差分GPS系统性能参数，差分动态测量的定位精度为5.0 mm。

2.4 辅助测量

辅助测量主要包括： ①视察飞行，即了解测区地形与气象特征以保证人员及飞机安全； ②磁补偿，即消除飞机对磁场的影响，本次补偿补后标准差为0.035 nT，满足设计指标要求的补后标准差小于0.08 nT； ③重力动态精度测试，以检查航重系统在飞行状态下工作是否正常，工作中2个架次的重力动态精度测试结果为0.748 mGal，满足设计指标要求的内符合精度好于0.8 mGal； ④重复线测量，即检查测量系统一致性及时间滞后改正量的确定，测量中选取了总工作量的2%进行重复测量，满足了检测及滞后校正的要求。

3 主要成果

准噶尔盆地中西部是我国首次应用航空重磁综合测量系统的航空地球物理调查区，该区获取1∶5万高质量航空重磁数据66 000测线公里，填补了调查区内大比例尺高精度航空重磁资料的空白。测量结果显示，调查区内重磁异常信息丰富，充分反映了区内复杂的地质构造。

为便于航空重磁资料对比研究，以泊松公式为指导，对航磁数据进行消除或减少斜磁化影响化极处理，对航空布格重力数据进行垂向一次导数处理，实现了重磁资料的“等效”对应(图3)。通过重磁资料联合对比研究，结合地质、地震和钻井等资料，在调查区的基底性质、构造特征等方面取得了一定的认识。

图3 准噶尔盆地中西部航磁ΔT化极阴影图(左)和航空布格重力垂向一次导数阴影图(右)Fig.3 Aeromagnetic ΔT data with reduced to the pole (left) and first derivative map of airborne bouguer gravity in vertical direction (right) in the midwest of Junggar Basin

3.1 明确了塔城盆地基底性质

在航磁ΔT化极图(图3左)上，塔城盆地表现为复杂变化的强磁异常区，异常形态变化多样，强弱差别较大，多见幅值高于200 nT的强磁异常。区内异常呈整体变化快、局部杂乱的特点，是典型的火成岩异常特征的表现。

在构造位置上，塔城盆地位于阿尔泰造山带与西准造山带所夹持的三角部位，构造位置独特，岩浆活动剧烈、频繁，发育加里东和早、中海西期岩浆岩。据地质和化探资料[19]，该区早、中古生代岩浆岩来源较深，火成岩中有大量幔源岩浆融入，幔源岩浆上涌侵入早期地层或喷发成岩，形成中-基性火山岩、中-基性侵入岩、I型和A型花岗岩等具有较强磁性的岩石。同时，该时期剧烈的岩浆活动将早期地层强烈改造，尤其早石炭世末期的鄯善运动，使下石炭统及以下地层发生变质，形成褶皱。

根据实测物性资料推断，早、中古生代火成岩应是引起塔城盆地复杂变化强磁异常特征的主要地质因素。在布格重力垂导图(图3右)上，高值重力异常与高幅度强磁异常相对应，进一步说明区内高磁、高密的异常特征是中-基性火成岩的反映。

综合重磁异常特征、区域地质资料及物性资料，认为塔城盆地基底为被火成岩强烈改造的早—中古生代褶皱变质基底。

3.2 塔城中央断陷具有一定找油气潜力

在航磁ΔT化极图(图3左)上，塔城盆地南、北两侧以高频异常为主，基底埋藏较浅，为基底隆(凸)起构造的表现； 而该区中部为宽缓正磁异常带，基底埋藏相对较深，局部盖层厚度大于3 km，且异常带南北两侧均有明显降低的梯度带控制，在构造上应为断陷的反映，称为塔城中央断陷。

在航空布格重力垂导图(图3右)上，塔城盆地中部呈一条“U”型重力负异常带，与宽缓的航磁正磁异常带相对应。结合地质及物性资料，认为是具有一定埋深的沉积断陷的反映，尤其是“U”型重力负异常带右半段的NE向负异常带，应为整个塔城中央断陷沉积中心。经深度计算，该区自晚古生代以来接受的后期沉积盖层(新生代盖层)厚度约为 3 km，具有一定的找油潜力。

3.3 和什托洛盖中央凸起是有利油气构造部位

和什托洛盖盆地及周边主要发育无或弱磁性上古生界石炭系、泥盆系和中生界侏罗系地层，在磁场和重力场上均为宽缓的NEE向负异常带，与周围的磁场和重力场存在明显的差别，充分反映了山间盆地的特征。

在航空布格重力垂导图(图3右)上，和什托洛盖盆地内呈现了东西2个重力低值区和1个中间重力高值区，形成了两凹夹一凸的构造格局。根据区域地质资料，该区自海西晚期形成褶皱基底后，构造活动不强烈，岩浆岩活动较弱，长期处于缓慢沉降状态，较为稳定地接受了后期中生界和新生界盖层的沉积[17-18]。针对此种地质特征，认为和什托洛盖盆地内位于2个凹陷中间的中央凸起为有利的油气构造部位，有较好的找油气潜力。

3.4 准噶尔盆地车排子斜坡带油气勘探潜力巨大

研究区内涉及了准噶尔盆地西部，主要包括准噶尔盆地西北缘NE向逆冲构造带、车排子斜坡带和南缘坳陷。

准噶尔盆地西部在航磁化极图(图3左)上，以近SN向红车断裂带为界，东部为正异常区，西部负异常区，主要为深部不同性质的前寒武纪结晶基底的反映。其中，东部为强磁性的刚性结晶基底(陆核)，西部为弱磁性塑性结晶基底(TTG)。

在航空布格重力垂导图(图3右)上，准噶尔盆地西部表现为由北向南缓慢降低的梯级带和南部区域负异常，反映了该区域晚古生代的构造格架。缓慢降低的重力梯级带为车排子斜坡带的显示，南部区域负异常呈近EW向展布，为南部坳陷的异常特征。

经重磁异常深度计算及与收集到的地震钻井资料对比，车排子斜坡带在石炭纪以来后期沉积盖层厚度在3～5 km之间，各层发育较为齐全，尤其发育石炭系优质烃源岩。在图3(右)上，车排子斜坡带上存在较多局部高值异常，认为是盆地基底构造及其继承性构造的反映，这些局部构造位置优越，是油气勘探的有利部位，应为下一步油气勘探的重点目标。

4 结论

准噶尔盆地中西部航空重磁综合调查是航空重磁综合测量系统首次应用于油气资源调查工作，获取了高质量的航空重磁数据，为解决区内重要地质问题、地面油气勘探部署决策提供了可靠的地球物理依据。

(1)航空重磁综合测量首次应用于我国陆域油气资源调查，获取了6.6万测线公里的高质量航空重磁数据，开启了航空物探综合调查的新篇章，为区内开展基础地质研究和油气资源评价提供了可靠的地球物理依据。

(2)依据航空重磁数据，结合相关地质资料，认为塔城盆地基底是被火成岩强烈改造的早—中古生代褶皱变质基底。

(3)在塔城盆地内划分出的塔城中央断陷，经重磁异常深度计算，认为自晚古生代以来接受后期沉积盖层(新生代盖层)的厚度约为3 km，具有一定的找油潜力。

(4)和什托洛盖中央凸起，作为和什托洛盖盆地内2个凹陷之间的过渡构造带，是油气聚集的有利构造部位。

(5)车排子斜坡带自石炭纪以来，后期沉积盖层厚度在3～5 km之间，发育石炭系优质烃源岩，是油气勘探的有利部位，应为进一步油气勘探的重点目标。

(6)与其他工作手段相比，航空重磁综合调查方法能够同步、快速采集磁场和重力场信息，具有同步、快速、高效、覆盖面广的优点，是快速查明主要油气盆地结构、提供新的油气有利勘探区的有效手段。建议今后在矿权空白区或油田退出区更多部署航空重磁综合调查工作，以充分发挥航空重磁勘探在油气资料调查中的基础优势。

[1]国土资源部油气资源战略研究中心.新疆地区油气资源评价[M].北京:中国大地出版社,2014:70-105.

[2]熊盛青.我国航空重磁勘探技术现状与发展趋势[J].地球物理学进展,2009,24(1):113-117.

[3]熊盛青.发展中国航空物探技术有关问题的思考[J].中国地质,2009,36(6):1366-1374.

[4]张玄杰,陈斌,朱卫平,等.大连周边海域航空重力调查方法及重要成果[J].中国地质调查,2016,3(2):40-45.

[5]陈发景,汪新文,汪新伟.准噶尔盆地的原型和构造演化[J].地学前缘,2005,12(3):77-89.

[6]张善文.准噶尔盆地盆缘地层不整合油气成藏特征及勘探展望[J].石油实验地质,2013,35(3):231-237.

[7]何登发,陈新发,张义杰,等.准噶尔盆地油气富集规律[J].石油学报,2004,25(3):1-10.

[8]况军,齐雪峰.准噶尔前陆盆地构造特征与油气勘探方向[J].新疆石油地质,2006,27(1):5-9.

[9]康玉柱.准噶尔盆地古生界油气前景与勘探方向[J].新疆石油地质,2010,31(5):449-453.

[10]郑建平,王方正,成中梅,等.拼合的准噶尔盆地基底:基底火山岩Sr-Nd同位素证据[J].地球科学：中国地质大学学报,2000,25(2):179-185.

[11]何登发,陈新发,况军,等.准噶尔盆地石炭系油气成藏组合特征及勘探前景[J].石油学报,2010,31(1):1-11.

[12]李丕龙.准噶尔盆地石油地质特征与大油气田勘探方向[J].石油学报,2005,26(6):7-9.

[13]林隆栋.准噶尔盆地油气勘探新思路[J].新疆石油地质,2007,28(6):661-667.

[14]匡立春,吕焕通,齐雪峰,等.准噶尔盆地岩性油气藏勘探成果和方向[J].石油勘探与开发,2005,32(6):32-37.

[15]冯乾文,郑光华,张晓帆,等.塔城盆地石炭系基底的重磁电震联合反演[J].新疆大学学报：自然科学版,2009,26(2):242-246.

[16]吕铁良,曲彦胜,王圣柱,等.塔城盆地构造演化及对油气成藏的影响[J].特种油气藏,2015,22(1):41-45.

[17]胡杨,郭峰,刘见宝,等.和什托洛盖盆地构造演化及油气成藏条件[J].西南石油大学学报：自然科学版,2011,33(5):68-74.

[18]渠洪杰,胡健民,李玮,等.新疆西北部和什托洛盖盆地早中生代沉积特征及构造演化[J].地质学报,2008,82(4):441-450.

[19]周涛发,袁峰,范裕,等.西准噶尔萨吾尔地区A型花岗岩的地球动力学意义:来自岩石地球化学和锆石SHRIMP定年的证据[J].中国科学 D辑:地球科学,2006,36(1):39-48.

(责任编辑： 刘永权)

Application of comprehensive airborne gravity and magnetic investigation in oil and gas resources survey in Junggar Basin

ZHANG Wan, WANG Zhibo, LIU Yinghui, ZHOU Jianxin, ZHOU Daoqing, ZHENG Qifang

(ChinaAeroGeophysicalSurveyandRemoteSensingCenterforLandandResources,Beijing100083,China)

China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources carried out a comprehensive investigation on airbone gravity and maganetic in the midwest of Junggar Basin for the first time to serve oil and gas resources survey, find out the base structure of Junggar Basin and provide new favorable oil and gas exploration area. With high quality 1∶50 000 gravity data of 66 000 km, this study has filled a research gap of high-precision airborne gravity and magnetic exploration in this investigated areas. The features of gravity field and magnetic field have also been investigated in the study areas, providing gravity and magnetic basis for fundamental geology study of oil and gas resources assessment and building a solid foundation for the study of comprehensive gravity and magnetic investigation and the application of integrated geology.

Junggar Basin; comprehensive gravity and magnetic investigation system; oil and gas resources survey

张婉，王志博，刘英会，等.航空重磁综合测量在准噶尔油气资源调查中的应用[J].中国地质调查,2016,3(6):10-16.

2016-07-25；

2016-10-08。

中国地质调查局 “羌塘及塔里木等盆地航空物探调查(编号： DD20160065)” 和“准噶尔盆地中西部航空重磁综合调查(编号： DD2016006507)”项目联合资助。

张婉(1982—)，女，高级工程师，主要从事航空物探数据资料处理与综合解释研究工作。Email: zhangwan102@163.com。

P631.125; P631.222; P618.13

A

2095-8706(2016)06-0010-07