利用重力和大地电磁测深资料研究大庆探区外围丹青河林场—道台桥剖面的断裂及构造分区.docx

1、第33卷第】期2009年2月物探与化探GEOPHYSICAL&GEOCHEMICALEXPLORATIONVol.33,No.1Ecb.,2009利用重力和大地电磁测深资料研究大庆探区外围丹青河林场一道台桥剖面的断裂及构造分区刘燕戌I,孟令顺I,杜晓鹃'，许家姝'，张明仁2,吕伟星3(1.吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林长春130026；2.吉林省地球物理勘察院，吉林长春130012；3.武警黄金第五支队，陕西西安710100)摘要:在波数域应用重力归一化总梯度及相位法研究了4种典型的台阶模型，讨论rgh场等值线和相位曲线与台阶断面的对应关系;应用该方法对大庆探区外

2、围丹吉河林场一道台桥剖面(简称DB4剖面)野外实测的高精度取力数据进行处理,划分出8条断裂;通过与项目组大地电磁测深的反演结果进行对比.研究了依兰一依通断裂带、牡丹江断裂和勃利盆地的西缘边界断裂;综合重力与大地电磁测深数据.划分了剖面的构造分区并作出地质解释。由于断裂构造与生油凹陷的发育和油气圈闭的形成密切相关,笔者旨在研究DB4剖面的主要断裂和构造特点，从而为在大庆探区外围进一步优选汕气区提供地球物理佐证。关键词：而力归一化总梯度及相位法;大地电磁测深;断裂;构造分区中图分类号：P631文献标识码：A文章编号：1000-8918(2009)01-0010-06收稿日期：2OO7-10-10,

3、修回日期：2008-03-19基金项目：国家油气重大专项(XQ-2004-07)资助项目大庆探区外围中新生代断陷盆地群演化与油气远景由国家油气资源战略选区调查与评价专项资助，旨在研究大庆探区外围的盆地类型和演化规律，查明盆地群的油气潜力，优选有利勘探的战略目标区。2005年，项目组在选区内布设了7条1：10万的高精度野外实测地球物理剖面，目的在于查明大庆外围盆地重要构造带的地球物理场特征。笔者对其中一条编号为DB4的剖面资料进行分析，并在波数域应用重力归一化总梯度及相位法划分出8条断裂，与大地电磁测深的反演结果进行对比后，作出相关的地质解释。1波数域重力归一化总梯度及相位法的理论基础和模型分析

4、1.1原理重力归一化总梯度法是由前苏联学者别廖兹金等订于20世纪60年代末提出的，用来寻找储存油气的断裂构造，重力归一化相位法由赛萨等人提出，增加了与梯度图对应的相位图，适用于确定断裂构造的空间位置。由于重力位及其导数在场源体以外的空间都是解析函数，在场源内部没有解析性，因此寻找失去解析性的奇点是确定场源位置的关键。该奇点在归一化梯度图中表现为梯度的极值点，在相位图中表现为相位的转折点。由于在空间域进行，汁算速度较慢，识别断裂构造的效果欠佳。笔者采用的波数域重力归一化总梯度及相位法就是在别廖兹金原有的理论基础匕在波数域内进行位场转换，利用快速傅立叶变换对理论模型和实际构造进行计算和分析，由此提

5、高计算速度，并通过对等值线梯度带和相位曲线的分析识别相应的构造类型。12计算方法设地面重力函数为K(x,o)=g(*,0),经离散傅立叶变换后的频谱为1心Sg(u,0)=T7g(x,0)exp-2TTi(mj/M)o(1)式中北为波数域的圆波数，胆为X方向采样总点数,x=mdx.dx为采样点距湖=(-M/2)-1,-(M/财/2-1,财/2。利用波数域位场转换求得波数域中的位场导数，然后利用快速傅立叶逆变换得到重力g对为、z的偏导数：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作为滤波因子，用来圆滑向下延拓和求解导数过程中产生的异常干扰,P=鱼*芳斜打'N为谐波数。将所得带入重力归一化总梯度和相位表达式，得G"(x,z)=窘号=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为向下延拓的计算深度;C",z)为向下延拓z深度的归一化总梯度值，依(x,z)为相位值。1.3模型分析为了识别剖面的断裂构造，在以下的分析中将一些地质构造等效为理论模型，研究不同断裂形成的梯度场和相位之间的关系1.3.1铅垂台阶研究铅垂台阶目的在于识别界线

7、清楚的接触带以及高角度的断裂构造。图1为二度体铅垂台阶模型，参数设定为：禹=1km,力2=3km,°=0.5g/cm3,/V=6()n图1(a)中，由于二度体在刀轴正方向无限延伸,C"场等值线在断面左侧稀疏,右侧密集;所有等值线没有闭合，在场源位置不存在极值点，但深度1km以下值为0.1,0.2的等值线在台阶的断而位置明显向下突出，对应台阶的埋深位置。图1(b)中,3条曲线在断面位置的相位均有明显变化,3个角点的连线对应于台阶的空间位置C审/AA-一一一A审/AA-一一一A图2(a)中，所有等值线同铅垂台阶一样没有闭合区，在场源位置不存在极值点，但深度1km以下的等值线较为

8、密集且依次向下突出，形成梯度带的趋势偏向台阶断面一侧，对应台阶的埋深位置。图2(b)中,3条相位曲线的变化位置依次向左突出，其图2铅垂台阶G”场等值线和相位曲线1.3.3逆断层模型图3为2个倾斜台阶组成的逆断层模型，参数设定为:上盘站=0.5km,h2=1.5km；下盘么=2km,h4=3km；a=135°,a=0.5g/cm3,JI=85O经计算,G场等值线的极大值为8.2。图3(a)中异常中心略偏向"轴的正方向，对应着上、下盘错开的位置;异常中心两侧的等值线形成密集的梯度带,。.1、0.2和0.5的等值线向，轴两侧延伸，对应着场源位置。图3(b)中,6条相位曲线的起伏逐

9、渐加强，深度13km曲线的角点连线对应了两盘错开的斜-10565tox/kmx/kma=135o"Fl_<c)7(oa地质模型;b-G场等值线；c-G场相位曲线。其他图同。图1铅垂台阶G"场等值线和相位曲线1.3.2倾斜台阶模型研究该模型可以用来识别倾斜的接触带以及倾斜断裂。图2为二度体倾斜台阶模型,参数设定为:=1km,h2=3km,a=0.5g/cm3,a=45°,/V=65O图3逆断层G"场等值线和相位曲线1.3.4正断层模型图4为2个倾斜台阶组成的正断层模型。参数的选择同逆断层模型。经计算,C"场等值线的极大值为8.3。图4(a)

10、中异常中心略偏向，轴的反方向，对应看上、下盘错开的位置；异常中心两侧的等值线形成密集的梯度带，值为0.1、0.2和0.5的等值线向丸轴两侧延伸，对应着场源位置。图4(b)中，深度0.5-3km的相位起伏逐渐加强，在深13km曲线的角点连线对应了两盘错开的斜面。图4正断层G"场等值线和相位曲线由此可见，对于某些断裂构造，例如铅垂台阶和倾斜台阶，它们的梯度场没有极值，不存在别廖兹金提出的奇点，在这种情况下，需要根据等值线梯度带的密集程度，倾向以及相位曲线的角点位置来确定场源位置;当断裂构造等效为较复杂的台阶组合时，等值线的极值区及其周围梯度带往往对应着断裂上、下盘的错移位置，需要结合相位

11、曲线的角点位置来确定断裂的走向和位置。2DB4剖面的数据处理(图5)。从西北端的丹青河林场开始，中间横穿松花江，经过依兰县，止于东南端的道台桥镇。该剖面从E129°15'15”、N46°12'07始，终于E129°50'51”、N46°35r05路线约长度72成。图5DB4剖面位置2.2数据处理及断裂划分DB4剖面共有71个重力测点，将野外实际采集的地面豆力异常经过纬度、高度、中间层以及地形改正后,得到剖面的布格重力异常。对布格重力异常进行3点圆滑后(目的在于消除异常产生的噪声,避免避一步处理过程中降低数据的信噪比)带入波数域重力

12、归一化总梯度及相位法的相关公式进行计算,通过向下延拓，得到整条剖面各个深度的一阶水平导数和一阶垂向导数，从而计算出归一化总梯度值和相位值。图6为利用计算所得数据绘成的DB4剖面断裂构造分析图。2.1剖面位置及概况DB4剖面位于黑龙江省东部，走向接近北西向图6(a)为剖面的地形图。地形两端高，中间低，西北端高程为200m，东南端高程为135.8m,中1k/M底/i1J1/基底、F>F：F,F,%F*F,F,a-地形图;b-布格或力异常曲线;c一重力归一化总梯度等值线;d-逾力归化相位曲线;。一断裂构造图6DB4剖面断裂构造分析间位置依兰县处(松花江位置)地形最低，高程为95.1mo图6(b

13、)为原始布格重力异常曲线图。整条曲线的形态较为简单。异常变化以依兰一伊通断裂为分界线，该断裂两侧布格重力异常差值很大。西部为重力低值带，在32km处，异常达到最低值，只有-245.8xIO"m/sj该重力低值带对应着深部的基底凹陷带;东部为重力高值带，最高值为197.4x10-6m/$2,位于49km处；在30-40km处(依兰县附近)表现出一个重力台阶式异常，而此类异常通常对应着-个深大断裂。图6(c)为重力归一化总梯度等值线图，图中西侧等值线比东侧稀疏。西侧等值线没有出现极值，说明对应的断裂构造比较简单；自剖面20km处向东，出现几个等值线梯度密集的区域，说明有断裂构造存在。图6

14、(d)为向下延拓15km的重力归一化相位曲线图，相位在等值线密集的地区存在明显变化。综合图6(c)、(d),根据等值线梯度带的密集程度、倾向以及相位曲线的角点位置,绘成图6(e)的断裂构造图。图中划分出8条断裂，分别记为RF8o其中，断裂F|倾向东南，对应的地表位置为丹青河林场附近，、2倾向西北，这2条断裂形成的梯度场和相位曲线比较对称，属于基底小断裂。1?11器髯舞藉昌组成的断裂为依兰一伊通断裂带，其中F3倾向西北,孔走向直立并穿过重力基底,F倾向东南。F,是深大断裂，即为该断裂带的主断裂为，位于依兰县附近，对应着重力的台阶式异常°F6和F7为牡丹江断裂，倾向同为西北。F8位于整条

15、剖面的最东端(地表位置为勃利地区)，穿过基底，倾向东南。由剖面东南端已经进入勃利盆地西部，因此推断F8与该盆地有接触关系，应为勃利盆地的西缘边界断裂。3地球物理解释3.1大地电磁测深反演结果大地电磁测深(简称MT)与重力数据同期采集于DB4剖面，剖面总体为北西向，从西北端的劈山岭开始，中经依兰县，止于东南端的道台桥镇，长约67km,位于重力剖面的东南侧。根据采集的8个测点数据,MT组采用TE和TM两种极化模式对剖面进行二维联合反演，得到DB4剖面电法地质解释图(图7)。利用该图中的电性特征推断出剖面内部的8条断裂，分别记为L卜其中G为依兰一伊通断裂带,f6和&为牡丹江断裂，为勃利盆地西

16、缘边界断裂。整条剖面的电阻率西侧高于东侧，在中间依兰县附近的地区出现2个局部低阻区域。一一基底与上她层界经勇山岭oOta20x/km依3054050it台桥60M70图7DB4剖面电法地质解释3-2重力与MT反演结果的对比将图6(c)与图7进行对比，做出如下解释。(1) 基底断裂和F?为利用重力资料划分的2条断裂，由于路线原因，在电法图中没有体现。(2) 对依兰一依通断裂带的理解：依据重力资料，将F3F5划分在依兰一依通断裂带中，对应电法资料解释的匕此范围内布格重力异常幅度有明显改变，布格重力异常在3040km内有梯度带,出现重力低值，加之电阻率在此处垂向上的变化,说明该区域的地质构造比较复杂

17、。区域重力图中依兰伊通断裂带走向北东，经伊通、舒兰、依兰、佳木斯到萝北出境俄罗斯，向南西经吉林、沈阳与邳城一庐江断裂相连，在区域重力场上显示为正异常和负异常的分界线，沿断裂带分布有一系列串珠状重力正异常与负异常，两侧梯度变化较大刃。笔者识别的断裂位于依兰段，利用电法和重力识别该段的断裂都表现为一组断裂带的形式,展布宽度均为20余千米。(3) 牡丹江断裂由宁安，经牡丹江、依兰、佳木斯到嘉荫过黑龙江进入俄罗斯境内，走向近南北ZF。重力识别的F6和F7断裂为牡丹江断裂，对应于电法的f6和位置在依兰一佳木斯方向，断裂展布宽度4km左右，电法识别f,为主断裂,f6为次一级断裂。(4) 关于勃利盆地西缘边

18、界，断陷盆地的外形受断层线控制。勃利盆地发育中生代沉积建造，是一个中生代断陷盆地。和4的对应关系表明，电法和重力2种方法在勃利盆地西部都识别出断裂，确定该盆地在西部边界上存在断层。3.3地质解释参阅相关资料“-5,结合电法的分区解释，将剖面从西至东划分为小兴安岭隆起、汤原断陷、依兰凹陷、锅盔山隆起和勃利盆地5个构造分区。(1) 小兴安岭隆起：位于G以西地区。该区域地形商程由200m逐渐降低至100m,重力异常处于负低值带，平均值为-200xlO-6mA?,为地壳加厚引起，从查阅的重力资料上看，沉积厚度平均达2.5km。测区西北侧，电阻率值为2k。-m,岩性可能为震且纪的花岗岩和炭岩，表层有约1

19、km厚的低阻层,对应着第四系和新近系的砂砾岩。(2) 汤原断陷：位于f3-f4之间(对应着F4)o该断陷是重力异常由负到正的转折点，但在地形上没有反映。在该区域左端，重力异常呈凹兜状，明显表现出低值(-246xIO*mA?),说明断陷内充填有巨厚低密度物质。从电性资料上看，断陷内部为中间偏高阻，上、下低阻的格局，电阻率在最低处只有几到几十欧姆米。沉积过程中，可能有部分岩浆侵入到中间位置的岩层，从而造成其电阻率偏高。(3) 依兰凹陷:位于电法断裂f4-f7之间。与前者合并，统称为汤原断陷的西南角，被次-级断裂分成多块。该区域地表平坦，重力异常出现200x10'6ni/s2的高值。电性资料

20、反映该区域上部为低阻，中间为中阻，下部为高阻，从地表至地R电阻率缓慢变大。在电法断裂&西侧有一片低阻延深5km,可以看作是电性基底，可能为F白垩统或上侏罗统的砂岩或粉砂岩。位于依兰县下部也有一片低阻区存在，如果为沉积层，基底深达1.5kmo依兰凹陷内部重力数据和电性都比较夏杂，可以看出该凹陷内部构造复杂,地层成层性差，说明此区域曾经受到较强地质构造运动的影响。(4) 锅盔山隆起：位于&门之间(对应F7F'),宽度10余千米。该地段属F锅盔山隆起的北缘,地形略有起伏，重力异常为正值，最大值达到200xl0-6m/s2o电性构造较为简单，除了上部有一小层低阻外,其余都为高阻

21、，高阻物质可能是元占界花岗岩。该隆起是汤原断陷向勃利盆地的过渡带C(5) 勃利盆地:位于f8断裂以东地区(对应F8以东)，属勃利盆地的西部。地形上有小起伏，重力异常由正值下降到零值左右。电阻率总体较低，一般为100O-m左右，分析为上侏罗统地层,该地层厚度达到20km,顶部分布有少量的白垩系地层。4结语(1) 在波数域应用重力归一化总梯度及相位法分析模型数据，对如何利用GH场等值线和相位曲线的特征来确定场源位置进行了讨论。(2) 应用该方法处理DB4剖面的实测数据，划分出8条断裂，识别出依兰一伊通断裂群，牡丹江断裂和勃利盆地西缘边界，研究了剖面上的重要构造和盆地边界构造。(3) 将重力划分结果

22、与大地电磁测深的反演结果进行对比分析，认为依兰一伊通断裂群在剖面位置展布宽度为20km左右，牡丹江断裂的展布宽度为4km左右，勃利盆地西缘边界存在断层。(4) 综合重力与电法资料，划分r剖面的地质构造分区并作出相关地质解释。对现有的地球物理资料进行了补充，为油气盆地的进-步划定提供了位场和电场依据。参考文献：1 别列兹金BM.物探数据的总梯度解释法M.陆克.刘文锦，焦恩富译.北京:地质出版社,1994.2 量焕成.重磁勘探教程M.北京:地质出版社,1993.3 张凤耳，张凤旭，刘财，等.利用重力归一化总梯度及相位法研究断裂构造JL吉林大学学报(地球科学版),2005,35(1).4 大庆油山石

23、油地质志编写组.中国石油地质志卷2(I)M.北京：石油工业出版社,1993.5 黑龙江省地质矿产局.黑兆江省区域地成志第33号M.北京:地质出版社，1993.6 张风旭，孟令顺,林泽富.等.黑龙江省虎林盆地敢力异常、基底构造及油气远景区J.吉林大学学报(地球科学版).2004,34(4).7J吴燕风.单汝俭，周富祥，等.柬力归一化总梯度及其相位的性置方法研究世界地质：1996.15(3).8 肖一鸣.张林祥.重力归一化总梯度法在寻找油气中的应用J.石油地球物理勘探,1984,1(3).9 曾华霖，李小孟,姚长利，等.改进的重力归一化总梯度法及其在胜利油区油气藏探测中的应用效果UL石油勘探与开发

24、.1999,26(6).101张风旭.孟令顺,张风琴，等.波数域童力归一化总梯度法中的圆滑滤波因子JJ.物探与化探,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