电磁阵列剖面法(EMAP)在阿尔凹陷构造研究中的应用

杨学明，徐新学，袁航

（天津市地球物理勘探中心，天津 300170）

电磁阵列剖面法(EMAP)在阿尔凹陷构造研究中的应用

杨学明，徐新学，袁航

（天津市地球物理勘探中心，天津 300170）

∶本文论述了电磁阵列剖面法(EMAP)在二连浩特地区阿尔凹陷岩性分层、断裂及基底构造研究中的应用。采用电磁阵列EMAP测量，有效的避免了静态位移难以有效校正等问题。通过有效的资料处理，反映了阿尔凹陷地层结构特征与空间展布，落实了凹陷的基底埋深，对区内控陷断层的位置、性质、展布及发育特征进行了划分，达到了较好的预期效果，为勘探空白区油气远景预测提供了可靠的基础资料。

∶阿尔凹陷；EMAP；资料处理

大地电磁测深法（MT）是以观测来自高空的电磁波在地球内部感应出来的电磁场，来研究地下电性结构的地球物理方法。大地电磁测深法采集频谱范围为320～1×10-4Hz的大地电磁场，探测深度可达地下几十千米至几百千米。该方法具有勘探深度大、分辨能力强、观测效率高、不受高阻屏蔽且对低阻层反应灵敏等特点，是研究深部构造、基底结构和寻找隐伏断层的有效方法。自20世纪80年代以来,大地电磁方法在石油勘查中的应用日趋广泛,资料采集、处理、解释水平也在不断提高,解决地质问题的效果为人们所瞩目，已经成为地震勘探方法的重要补充方法。但是该方法存在着空间采集密度不足，以及因地表浅层不均匀体和地形引起的静态位移难以有效校正等问题，致使在应用中受到了一定的局限。本文通过电磁阵列剖面法（EMAP）在二连地区阿尔凹陷勘查中的应用，较好的回避了MT法的上述弊端，并且取得了较好的勘查效果，为探索该区凹陷构造特征，寻找后备油气勘探远景区提供了基础资料。

1 方法技术

电磁阵列剖面法（Elect ro-Magnet Ar ray Proof i l ing，简称EMAP）是从MT法中衍生出来的一种方法，其基本原理、资料处理及解释与传统的MT法相同。在资料采集过程中，采用了沿剖面方向电极首尾相接的阵列方式，点距一般控制在200m左右，即采用电道空间连续密集采样，增加了空间采样密度，抑制了表层电性不均匀的静态位移现象，从而提高横、纵向分辨率。施工中沿测线布设成首尾相接EXi方向电场分量以及垂直于EXi的EYi分量，在一个排列中一般保证一个含磁场分量Hx和Hy测量的五分量测点,资料处理时通过整个排列共用磁道来实现获取每个测点的四分量大地电磁测量的信息。

EMAP法观测的基本参数为∶正交的电场分量(Ex，Ey)和磁场分量(Hx，Hy)。如果将地表天然电场与磁场分量的比值定义为地表波阻抗，那么，在均匀大地的情况下，此阻抗与入射场极化方式无关，只与大地电阻率以及电磁场的频率有关:

式中：Z为大地波阻抗（KV/T·m）,ρ为电阻率（Ω·m）,μ为磁导率，of为频率（Hz）,i为虚数符号。通过测量利用相互正交的电场和磁场分量，就可确定介质的电阻率值，计算公式为:

式中∶ρ为电阻率（Ω·m），of为频率（Hz），E为电场强度分量（mv/km），H为磁场强度分量（nT）。对于水平层状大地介质，上述表达公式仍然适用。由（2）式得到的电阻率为视电阻率，在一个宽频带上测量电场E和磁场H，依据电磁波在介质中传播原理，趋肤深度或勘探深度随频率的降低而增大，通过改变并观测不同频率的电磁信号，就可获取不同深度的电性信息。

2 应用实例

2.1 工作布置

阿尔凹陷走向北东，长约80 km,宽20～35 km，面积约2 200 km2。凹陷北部狭窄，南部开阔，区域地质调查认为该凹陷具有西断东超的地质结构特征，其在蒙古国境内为陡坡带和洼槽区，面积约1 500 km2,中国境内面积约700 km2。部署了电磁阵列剖面（EMAP）两条，呈十字交叉状，合计剖面长度70 km（图1）。

2.2 地质概况

阿尔凹陷位于二连盆地巴音宝力格隆起区东北部，南与巴音都兰凹陷北洼槽相邻，东与乌里雅斯太凹陷隔隆相望，北邻蒙古国塔木察格凹陷，是二连盆地发现的一个新凹陷。

图1 工作区131线和L02工作布置示意图Fig.1 Map show ing arranging o of Line 131 and Line 02 in the research area

凹陷中分布的下白垩统巴彦花群沉积了巨厚湖相碎屑岩，层序发育全，自下而上有阿尔善组、腾格尔组（分为腾一段及腾二段）和赛汉塔拉组（简称赛汉组）。地层发育特征表现为早、中期湖盆均发育的特点。裂陷初期，相当于阿三段沉积时期，形成面积较大的统一沉降区，湖盆发育且水体较深，洼槽区沉积了一套以暗色泥岩为主的地层；裂谷发育期，欠补偿沉积的增强和水体的不断加大，湖泊发育，为较深湖相沉积。这种层序组合特征预示着该凹陷具有丰富的油气资源。

阿尔凹陷具有二连盆地共同的构造特征，但在局部构造上又具构造反转和同沉积背斜的特点，决定了在凹陷短轴方向表现为强烈的构造反转，长轴方向表现为同沉积背斜，背斜构造带贯穿整个凹陷，形成了有利的聚油背景。

2.3 电性特征分析

阿尔凹陷区地表均为第四系覆盖，未见盖层下岩性出露。为了更好的获得物性前提，本次采用井旁EMAP测深反演的方式来获取电性资料分析的基础。通过井旁EMAP测深曲线，综合电阻率特征分析，物性参数归纳如下：新生界第四系电阻率值在50Ω·m，第三系阻值在8Ω·m，总体表现为中阻；下白垩统赛汉塔拉组以砂质岩或泥质胶结为主，测井电阻率值在26Ω·m，总体反映为中低阻；下白垩统腾格尔组，岩性以砂岩、泥质砂岩及泥岩为主，测井电阻率值9Ω·m，为低阻层；下白垩统阿尔善组为中阻层，测井电阻率值在98.5Ω· m；侏罗系地层为一套灰、深灰色泥岩、杂色砂砾岩夹煤层、安山岩，部分地段为凝灰岩、砂砾岩，总体上以火山岩为主，中等偏高电阻率值。

资料解译中依据剖面反演成果结合地质认识，把下白垩统下伏地层中，电阻率等值线变稀疏梯度界面作为侏罗系低界,古生界基底为高阻异常反映，花岗岩岩体为特高阻，酸性岩类为高阻，而断裂构造多表现为明显的密集带或梯度变化。

2.4 资料处理

EMAP资料处理首先是利用SSMT2 000程序把通过GPS同步采集的数据进行单排列解算，获得每个测点的视电阻率和相位数据，继而进行细致的编辑后输出处理软件所需要的文件格式，然后在综合认识的基础上进行数据的剔非值、去噪、圆滑、静校等处理。

在上述基础上，进行EMAP资料的反演，即将地表观测到的视电阻率和相位差随频率变化的资料，通过一定的数值模拟计算，获得地下不同深度介质的电阻率值，这一过程也称为定量解释，它给出勘探剖面地下的电性分布特征，是一种深度域断面图。它不但可以反映沿剖面方向不同构造单元电阻率的横向变化特征，也能给出不同电性层的纵向变化特征，电阻率等值线密集带、数值梯度带一般为断层或电性层分界的反应，高频段的畸变点则表现为表层的不均匀性。

2.5 成果认识

2.5.1 断裂构造分析

图2、图3分别为131和L02剖面的综合成果图。在主测线131剖面57号点附近，二维反演断面显示两侧电性出现明显差异，左侧低阻右侧中高阻，拟波动二维偏移成像结果同相轴错断和横向不连续，推测为断裂F1的反映。断层左侧为沉积凹陷，右侧为古生界基底隆起和岩体。断层总体走向沿凹陷边缘，倾向北西，正断层，倾角70°，古生界基底断距约1 km，为阿尔凹陷的东部边界断层，控制了凹陷内中新生代沉积。在38号点附近存在凹陷内的次级断裂F2，电性上表现为等值线和偏移成像同向轴的错断和不连续，正断层，倾向北西，中生界断距约200m，与F1构成一组阶梯式断裂组合。该断层加剧了凹陷的沉积，下白垩世在断裂附近形成沉积中心。

在L02线229、165号点附近，下白垩统腾格尔组标志层两侧厚度存在明显变化，等值线也存在错断，视电阻率断面图等值线两侧电性差异明显，推断为凹陷内的次级断裂F3和F4的存在，这两条断裂对凹陷北部的沉积中心的形成起了一定的作用。

2.5.2 电性分层

在131线反演断面上，剖面电性总体呈现浅部低阻，深部高阻的特征，各标志层位界限明显，结合拟波动偏移成像结果分析，可以实现对岩性地层界限的划分。根据前述分析，可以把海拔400m左右，大致沿10Ω·m横向可追踪的电阻率梯度线，划归为第一电性层，该套地层为电阻率约7Ω·m的低阻带和20Ω·m的表层相对次高阻，主要为细粉砂岩、粘土、泥岩、砂砾岩的反映，划归为下白垩统赛汉塔拉组和新生界，厚度约在250～550m；第一电性层以下为可连续横向追踪、纵向上分层明显的中低阻条带，中等阻值在30Ω·m，低阻在7Ω·m，为第二电性层腾格尔组砂砾岩和泥岩的反映，横向上局部的高低阻块体，反映横向沉积局部不均衡。25～38号点间厚度约250～950m，埋深1 500m，存在局部的凹中隆的特征；以第二电性层低阻底界面为基准，大致瞄准48Ω·m梯度变化带和底部79.4Ω·m的梯度变化带作为第三电性层（下白垩统阿尔善组），该套地层平均厚度约180m，主要岩性为砂砾岩，在43号点趋于尖灭；其下第四电性层表现中高阻特征的电性层归为侏罗系地层，推测岩性为下侏罗统阿拉坦合力群地层，以偏移成像图为基准，把横向可连续追踪的电性界面划为其底界面，F1断裂西侧埋深在1 250～3 000m，厚度在750～1 500m，东部浅西部深，呈缓坡状。侏罗系地层下第五电性层为古生界高阻基底，岩性为硬砂岩或碳酸盐岩。51～81号点揭示的超过800Ω·m的高阻值块体，依据附近地表出露情况推测为侏罗纪花岗岩体的反映。

根据对主测线131的划分方法、步骤、原则，同样实现对L02线电性层的追踪与划分。下白垩统腾格尔组第二中低阻电性标志层自两端向凹陷中央深度及厚度逐渐加大。两端薄，约350～500m，在165和229点间最厚，局部厚度达1 500m，最大底面埋深约1 850m，呈明显盆状；在71～81号点出现在南部相对下凹区，厚度约1 000m，底面埋深1 500m。81～163号点间第一电性标志层（新生界及下白垩统赛汉塔拉组）沉积厚度比较稳定，约在400～500m，剖面两端趋于尖灭。在75和219号点附近局部厚度增大至600m。剖面南端90号点以西，中、新生界总体电性相对东部偏高，与沉积物颗粒较粗有关。下白垩统腾格尔组下伏为阿尔善组地层，厚度约在200m，底面最大埋深2 150m，在测线西部13号点趋于尖灭。依据拟波动二维偏移成像图上，把埋深1 500～3 350m相对连续可追踪的电性层作为侏罗系底面，厚度在700～1 500m，最大埋深处在165～229号点之间，其下伏为古生界基底地层。

2.5.3 基底特征

图2 131线剖面综合成果图Fig.2 The com p rehensive resu lt oof the p ro ofile 131

图3 L02线剖面综合成果图Fig.3 The com p rehensive resu lt o of the p ro ofile L02

二连盆地基底一般为古生界及更老地层，主要由复理岩、火山岩、硬砂岩、碳酸盐岩建造组成，在电性上表现为高阻特征。131主测线1～57号点之间，存在呈浅部低阻的凹陷带，自小号点向大号点缓缓上倾，在25～39号点之间存在局部加深，在57号点止于F1断裂，58号点以东为高阻基底隆起和岩体，与区域特征相符。基底凹陷东侧受F1断裂控制，古生界基底的埋深自1 250～3 000m，由西向东逐渐抬升。联络线L02揭示凹陷盆地形态明显，两端呈超覆接触关系，古生界基底顶面局部埋深超过3 000m，剖面资料揭示阿尔凹陷后期沉积中心很大程度上在北部。

3 结语

电磁阵列剖面法能较好的降低表层不均匀所带来的静态位移，获取可靠资料，有效解剖研究区的岩性地层、断裂展布及基底构造特征，为油气远景等勘探提供基础资料依据。

针对阿尔凹陷获取的电磁阵列剖面资料采用连续、层状介质反演及拟波动成像技术对主要电性层位和断裂构造进行了划分。解译主要断裂四条，阿尔凹陷边界断裂F1和次级断裂F2控制了凹陷的沉积；F3、F4断裂对阿尔凹陷北部沉积中心的形成起到一定作用。凹陷东部边缘为断裂接触关系，南北向成超覆接触，凹陷内层序完整，界面清晰，古生界基底最大埋深约3 350m。

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Abstract:In this paper,the authors state the EMAP（Electro-MagnetArray Proofiling）application in the geological survey oof lithological hierarchical,ofracture and basement tectonic in the Aer Sag located in Erenhot,Inner Mongolia.It is eofofective to avoid the problems caused by the static shioft which are hardly solved w ith using EMAPmethod.And through eofofective data processing,it could not only display the stratum structure and space distribution oof Aer Sag,ofind the depth oof basementoof the sag,butalso reoflect the location,properties,distribution and developmentcharacteristicsoof the ofaults controlling the sag,and also provide reliable initialdata ofor oforecasting the resourcesprospect in theexploration blank space.

Keywords：Aer Sag;EMAP;Data processing;Erenhot

EMAPApp lication on Study oof the Aer Sag Structures in the Erenhot Area,Inner M ongolia

YANG Xue-m ing,XU Xin-xue,YUAN Hang
(Tianjin Geophysical Exploration Center,Tianjin 300170,China)

P631.3+25

A

1672－4135（2012）03－0236-05

2012-05-07

华北油田油气勘察项目：二连浩特探区阿尔凹陷连续电磁阵列剖面法勘探研究（HBYT-2007-YTGC-653）

杨学明（1982-），男，工程师，2005年毕业于桂林工学院工程物探专业,长期从事地球物理方法的应用及研究工作，Email:xuemingyang_82@163.com。