基于重磁电资料的TC盆地地层结构特征研究

李 琴，陈立卿

（1.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院，山东东营 257022；2.内蒙古地质勘查有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010020）

TC盆地位于新疆维吾尔自治区西北部，是由塔尔巴哈台山、巴尔鲁克山、乌尔喀什尔山环抱的山间盆地。盆地位于哈萨克斯坦板块东端西准噶尔褶皱带内，东西长160km，南北宽90km，面积8 300km2。

与准噶尔盆地相似，TC 盆地是一个多旋回的叠加复合型盆地。时间上，经历了早古生代洋陆演化阶段、晚古生代后碰撞过程及陆内盆山演化阶段；空间上，位于多单元拼合的褶皱基底之上［1］。现有资料揭示［1－2］，TC 盆地与准噶尔盆地的褶皱基底演化存在许多差异，特别是对研究程度较低的TC盆地结构与演化历史存在较大分歧。一种观点认为，TC盆地处于哈萨克斯坦板块和准噶尔板块的交界处，属于哈萨克斯坦板块的一部分，盆地周围被北东向、东西向和北西向3组陆缘岩浆弧或陆间裂谷包围，推测TC 盆地是一古老硬碎块，承受三方压力而成为山间断陷盆地。另一种观点认为，TC盆地应是石炭纪巴尔喀什—准噶尔的残余洋盆的边缘盆地，介于塔尔巴哈台早古生代岛弧构造带与巴尔喀什—准噶尔的残余洋盆之间，后期与新生代盆地叠加形成叠合盆地。还有一种观点认为，TC盆地与准噶尔盆地具有共生关系，是哈萨克斯坦板块和准噶尔板块碰撞形成双指向造山楔（不对称的前陆褶皱－冲断带）。

TC盆地的地震、综合物探资料匮乏。目前，区内开展过1∶200 000区域地质调查、重磁调查和航磁测量工作，完成了2条重磁电综合大剖面和一口井（TC1）钻探工作。TC1井钻探揭示该区石炭系发育较好的烃源岩，具有一定勘探潜力。但盆地整体研究程度较低，盆地结构特征以及断裂展布、地层分布规律尚不明确。我们以2010年区域重磁电大剖面为出发点，在全区物性参数统计分析的基础上，通过对剖面重磁电异常特征的分析和解释，结合区域的重力成果，研究分析盆地结构框架、地层分布，尤其是石炭系内部结构等，取得了一些认识，为下步勘探工作提供了参考依据。

1 物性参数统计

岩石密度、磁化率和电阻率的差异是开展重磁电勘探工作的前提，物性参数的精度直接影响资料处理和成果解释的精度［3］。物性统计结果来源于3个方面：①TC地区及周边地质露头密度、磁化率和电阻率的物性实测（表1，表2，表3）；②对视电阻率曲线的首支电阻率进行了归纳和统计（表4）；③研究区已知测井资料，对电性特征进行了细致的整理和统计（图1）。

TC盆地地层物性特点如表5所示。

1）TC盆地周边露头主要为石炭系（C）、泥盆系（D）等上古生界，无侏罗系（J）、白垩系（K）等中生界出露。新生界的密度值总体较低，石炭系、泥盆系的密度值较高。因此，研究区主要存在2个密度界面：①新生界与下二叠统—石炭系之间，二者的密度差较大，约为0.54g／cm3；②下二叠统—石炭系与泥盆系之间，二者密度差约为0.05g／cm3。尽管下二叠统—石炭系与新生界之间的密度差较大，与泥盆系之间的密度差较小，但是，TC 盆地新生界分布较稳定，沉积厚度较薄，对重力异常的贡献不大，而盆地沉积巨厚的石炭系，对重力异常的贡献要比新生界大得多。由此可知，下二叠统—石炭系与泥盆系之间的密度界面为本区的主密度界面。

表1 TC盆地露头密度、磁化率实测统计结果

表2 TC盆地露头电阻率实测统计结果

表3 TC盆地下二叠统—石炭系岩石物性特征统计结果

表4 TC盆地MT 测线首支电阻率统计结果

图1 TC1井电测井曲线

2）正常碎屑岩磁性较弱，火成岩磁性一般较强，尤其是基性、超基性火成岩磁性最强。

3）本区地层纵向上主要分为5套电性层。第①电性层：第四系（Q）的电阻率略大于古近系和新近系的电阻率，呈表层高阻特征；第②电性层：古近系和新近系的电阻率最低，呈低阻特征；第③电性层：下二叠统（P1）—上石炭统（C2）岩性组合主要为火山岩，其电阻率明显高于上覆新生界的电阻率和下伏姜巴斯套组的电阻率，呈现高阻特征；第④电性层：下石炭统（C1）主要为一套碎屑岩建造，其电阻率低于上石炭统和下伏泥盆系的电阻率，呈相对低阻特征；第⑤电性层：泥盆系（D）的电阻率高于上覆下石炭统的电阻率，总体表现为高阻特征。新生界的电阻率远低于古生界的电阻率，总体表现为低阻特征，石炭系内部火山岩建造地层和碎屑岩建造地层间存在电性差异，泥盆系总体表现为高阻特征。露头资料（表5）与电测井资料（图1）显示的结果基本一致，但由于钻探深度不够，电测井没有下石炭统的资料，露头资料把二叠系（P）与上石炭统作为一套高阻层来对待，虽然电测井的资料显示，在2 000m 左右的深度，上石炭统内部还存在一个较为明显的电性变化台阶，但自二叠系开始，整体为高阻特征。

表5 TC盆地地层物性特征

2 重、磁、电异常特征

2.1 重力异常特征

布格重力异常［3］是地下所有密度不均匀体的综合反映，局部构造引起的局部重力异常信息叠加在布格重力异常中［4－5］。在地质体规模较小或埋藏较深时，布格重力异常上反映不清晰，剩余重力异常去除区域背景场后，局部重力异常得到明显的增强［6－7］。

在布格重力异常上延不同高度，可获得剩余重力异常。TC盆地的基底埋深在10km 左右，本次采用的上延高度为20km。从剩余重力异常来看，TC2010＿ne01测线（图2）异常呈高、低相间分布，除30～55km 的重力高值较突出外，其它重力局部异常高值规模较小，但异常相间高低变化梯度较大，显示该区自西向东中浅层横向上的接触关系较为陡直；TC2010＿sn02测线（图3）局部异常特征较为清晰，自南向北，呈现“两低夹一高”的格局，并且在重力异常低值中还能发现有较小幅度的局部重力异常高值。

2.2 磁力异常特征

磁力异常是由地下磁性物质引起的，异常受磁性体的磁化强度和磁化方向双重作用［7－8］。分析磁力异常首先要进行化极处理，将磁性体的磁化方向由斜磁化转为垂直磁化，从而使磁力异常与磁性体位置垂直对应，提高磁力异常的解释精度。

向上延拓20km 获得剩余磁力异常，有效剔除了磁力化极异常中的区域背景场（基底深层磁源的磁异常），突出了基岩岩性的相对差异［9］。物性统计结果表明，本区火成岩主要发育在上石炭统地层中，所以剩余磁力异常主要是上古生界磁异常的综合反映。

TC2010＿ne01测线（图4）剩余磁力异常较为复杂，正磁异常发育但杂乱，整条剖面没有明显的磁场平静区；21～30 和65～75km 附近磁异常变化剧烈，幅度和梯度均较大。TC2010＿sn02 测线（图5）的磁场特征与TC2010＿ne01 线基本类似，30～35km 附近磁异常变化剧烈，幅度高、梯度大。

2.3 电性异常特征

2.3.1 二维反演电阻率剖面特征分析

两条电法测线反演电阻率剖面（图6，图7）的宏观电性结构［10－11］具有相似性。纵向上，剖面从上至下基本呈现表层高阻—上低阻—次高阻—下低阻—高阻特征；横向上，表层高阻、上低阻层连续分布，次高阻层（或相对高阻层）、下低阻层分布与高阻层起伏关系密切。当高阻层向上隆起且埋深较浅时，次高阻层和下低阻层缺失，当高阻层向下沉陷且埋藏较深时，次高阻层和下低阻层等电性层发育齐全。总的来看，高阻层呈现凹凸分布格局，并且埋深高点与低点之间海拔相差较大，约为3 000m。

图4 TC2010＿ne01测线磁力异常剖面

TC2010＿ne01线走（图6）向为北东方向，反演电阻率剖面次高阻层（相对高阻）、下低阻层被隆起状高阻分隔成4块，总体来看，次高阻层、下低阻层分布不连续，测线东段电阻率呈高阻特征，缺失表层高阻（第四系Q）、上低阻层（新近系N）、次高阻层（二叠系P—上石炭统C2）、下低阻层（下石炭统C1）。TC2010＿sn02线（图7）为近南、北走向，南端电阻率基本上呈次高阻—高阻特征，中北部高阻层（42～55km）向上隆起将两侧次高阻层—下低阻层分隔成南、北两部分。

2.3.2 电性层标定

反演电阻率剖面电性层位的标定［12－13］主要依据地层电性特征（表2）及TC1井实钻（图1）结果。表层存在一套相对高阻层，反演电阻率为20～40Ω·m，地表对应第四系覆盖区，这套相对高阻层的厚度总体较薄，约为100～300 m，根据岩石地层电阻率的高低对应关系，确定这套表层高阻层的层位为第四系；表层高阻层之下发育一套低阻层，二维反演电阻率值小于30Ω·m，根据地层岩石电阻率的高、低对应关系确定为新近系—古近系的反映。

新近系—古近系之下存在一套次高阻层，二维反演电阻率值约为30～150Ω·m，而且这套次高阻层分布不连续；在次高阻层之下存在一套低阻或相对低阻层，二维反演电阻率为10～150Ω·m。盆地周边地质露头调查结果显示［2］，下二叠统—上石炭统主要为一套火成岩建造地层，而下石炭统上部存在一套正常沉积的细碎屑岩，下部由碎屑岩和火成岩组成。从岩石电性统计结果来看，火成岩电阻率要远大于正常沉积的碎屑岩电阻率，因此推断次高阻层为下二叠统和上石炭统的反映，相对低阻层为下石炭统碎屑岩层的反映。值得提出的是，下二叠统—上石炭统不仅发育火成岩（主要为火山喷发岩），同时也发育碎屑岩（火山碎屑岩及正常沉积碎屑岩），而且火成岩层与碎屑岩层基本呈互层关系。限于MT 勘探精度，二维反演电阻率剖面分辨不出厚度较薄的岩层，所以在二维反演电阻率剖面上，下二叠统及上石炭统火成岩与碎屑岩的综合表现为次高阻层。

在石炭系次高阻层、低阻层之下为高阻基底，反演电阻率一般在300Ω·m 以上，根据地层岩石电阻率的高低关系，推测其主要为泥盆系、志留系的反映。

3 盆地构造、地层展布特征

3.1 断裂发育特征

断裂是构造活动的一种重要表现形式。研究断裂的发生、发展及相互关系，有利于对盆地（凹陷）发展、构造运动性质、沉积地层分布及局部构造的研究［13－14］。断裂构造造成地层的错位，当达到一定规模时，两侧可形成一定的密度、磁化率和电性差异，从而引起各种不同性质的异常。本次断裂解释的主要依据是：①重力异常线性梯级带、异常分区、扭曲等（图8）；②电法剖面上电性层的错断、等值线的畸变等（图9）。

横向上，由于断裂两侧不同的地质块体的地质结构和电阻率均存在差异，使断裂在反演电阻率剖面上一般表现为电阻率突变带或具有不同电阻率团块体的接触带，或是同一电性层的扭曲等。重力资料显示，本区主要发育5条区域性大断裂，这5条区域性断裂对石炭系的沉积具有明显控制作用。断裂走向由北东方向逐渐转为近东西方向，平面上呈向西撒开、向东收敛的展布特征。其中，北东、近东西向断裂控制了盆地边界，盆地北部以东西向构造为主，盆地中部，北东、北西向断裂都在区域重力水平总梯度图上有所反映，哈巴克隆起上多发育北西向断裂，在额敏坳陷内发育一些北东向次级断裂。盆地南部边界受北东向断裂控制，这一方向与准噶尔西北缘的方向一致，具有显著的挤压性质，断层面向南倾斜，山区向北逆冲；TC 盆地与谢米斯台山之间主要是以高角度逆断裂接触，未见古生界露头由山区向盆地推覆。

3.2 构造区划与地层分布

电性剖面及TC1井资料表明，本区新生界地层厚度一般在500～1 000m，且分布稳定。根据地层岩石密度资料分析，新生界底面是盆地的主要密度界面，此外石炭系与泥盆系之间也存在一定的密度差，剩余重力异常大致反映基底的起伏形态。由于基底地层密度要大于新生界及石炭系地层的密度，因此，剩余重力负异常的大小反映了基底埋藏深度，异常幅度越大反映基底埋藏越深，而剩余重力正异常则反映基底埋藏较浅，或出露地表。

TC2010＿ne01测线剩余重力异常（图2）显示，TC盆地南部主要发育4个幅度较大的负异常带，中间被重力正异常分隔，反映盆地南部凹陷带连通性不强，可能由4 个凹陷组成。TC2010＿sn02 测线剩余重力异常（图3）显示，TC 盆地南、北各发育了一较大幅度的负异常带，由中部重力正异常带分割成南、北两部分。说明盆地南、北各发育一坳陷带，中部为一个隆起带。电法（MT）二维连续反演电阻率剖面同样揭示了盆地南北方向具有“两坳夹一隆”结构。根据重力和电法（MT）资料，我们将TC盆地划分为额敏坳陷、哈巴克隆起和库吉坳陷（图9，图10）。

额敏坳陷：位于盆地南部，谢米斯台山及巴尔鲁克山南，北东走向。从上至下发育的地层主要为新近系、古近系、下二叠统、上石炭统和下石炭统。石炭系底界具有一定的起伏性，在TC2010＿ne01线MT 剖面上显示，凸起上厚度一般为2 000～3 500m，凹陷内厚度一般为4 000～5 500m。下石炭统呈凹凸相间分布格局，主要由4个残留沉降中心组成，且厚度东薄西厚，在坳陷的东部TC1井处下石炭统厚度约为1 500～2 000m，另外3个沉降中心下石炭厚度较厚，最厚处可达3 500m。坳陷西部下石炭沉降中心走向近东西向，而坳陷的东部下石炭统残留沉降中心走向则为北东向，且东部下石炭统沉降中心靠近谢米斯台山前，反映坳陷具有东南深西北浅的特征。

哈巴克隆起：位于盆地中部，主要受南北两条近东西向断裂控制，隆起东窄西宽，近东西向展布，从上至下主要发育新近系、古近系、下石炭统，可能残留较薄的下二叠统及上石炭统。TC2010＿sn02线电性剖面显示石炭系底界埋深约为1 000～2 000m。

库吉坳陷：位于盆地北部，塔尔巴哈台山南，近东西走向，受到塔尔巴哈台山南断裂、阿不都拉断裂控制，主要发育地层为新近系、古近系、下二叠统—上石炭统、下石炭统。TC2010＿sn02 线电性剖面显示石炭系底界埋深约为4 000～5 500m；上石炭统及下二叠统厚度约1 500～2 500m。总体来看，上石炭统及下二叠统残留厚度与地层起伏关系密切，在凹陷内其分布较厚，一般在1 500m以上，在凸起上其残留较薄，仅为几百米，甚至剥蚀殆尽。

图10 TC盆地构造单元

4 勘探潜力分析

TC盆地及周边山区中泥盆世至晚石炭世发育浅海、滨浅海环境，大范围沉积泥质岩和生物碎屑灰岩，为烃源岩的形成提供了优越的地质条件。露头区资料揭示，南部地区海相地层更为发育，烃源岩条件好于北部［1－2］。

重磁、MT 勘探成果显示，TC盆地南部额敏坳陷及北部库吉坳陷发育新生界、下二叠统—上石炭统、下石炭统。在两条电法MT 反演电阻率剖面上均可以看出，在下石炭统发育一套低阻特征、厚度较大的碎屑岩，如其具有生烃能力，将会成为潜在的烃源岩。

从TC2010＿sn02线反演电阻率剖面（图7）可以看出，额敏坳陷下石炭统低阻层较库吉坳陷更为发育，说明额敏坳陷泥岩等细碎屑岩规模要比库吉坳陷的大，而额敏坳陷面积要远比库吉坳陷面积大，且额敏坳陷发育4个石炭系残留沉降中心，石炭系呈凹凸相间分布，局部构造也较发育。TC2010＿sn02线揭示额敏中央凸起南北两侧均发育深大断裂，沟通了较厚的下石炭统低阻碎屑岩层。因此，分析认为额敏坳陷为TC 盆地含油气相对有利区。

5 结束语

1）重磁电资料显示TC 盆地为“两坳夹一隆”结构，即库吉坳陷、额敏坳陷、哈巴克隆起。石炭系底界埋深在库吉坳陷约4 000～5 500m，在额敏坳陷约为3 500～6 000m，在哈巴克隆起上约1 500～3 000m。

2）TC盆地发育南北2个C—P1残留沉降带，分别为额敏坳陷、库吉坳陷。C1分布广泛，在库吉坳陷残留厚度约为1 500～3 000m；在额敏坳陷呈凹凸相间分布，主要存在4个C1残留沉降中心，凹陷内厚度约为2 000～3 500m，凸起上厚度约为1 000～1 500m。C2—P1分布较为局限，主要分布在坳陷内，厚度约为1 000～2 500m。

3）区域重力资料分辨率过低，仅有两条综合剖面，限制了对于石炭系地质结构的认识，建议在本区进一步开展1∶50 000重磁勘探和电法勘探工作。

［1］张义杰.准噶尔盆地油气勘探研究新进展［M］.乌鲁木齐：新疆科学技术出版社，2003：82－88 Zhang Y J.New progress in oil－gas exploration research in Junggar basin［M］.Urumqi：Xinjiang Science and Technology Press，2003：82－88

［2］张义杰，王绪龙，刘得光.准噶尔盆地天然气资源勘探战略与对策［J］.新疆石油地质，2001，22（5）：386－389 Zhang Y J，Wang X L，Liu D G.The measures and strategy for exploration of natural gas resources in Junggar Basin［J］.Xinjiang Petroleum Geology，2001，22（5）：386－389

［3］黄仲良.石油重·磁·电法勘探［M］.东营：中国石油大学出版社，1998：1－396 Huang Z L.Gravity－magnetic－magnetotelluric exploration for petrole［M］.Dongying：Industry Petroleum Press，1998：1－396

［4］胡加山，胡贤根，崔世凌.东营凹陷典型剖面重磁电震综合解释方法研究［J］.石油物探，2009，48（4）：401－406 Hu J S，Hu X G，Cui S L.Gravity－magnetic－electricseismic integrated interpretation method for typical profile of Dongying Sag［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2009，48（4）：401－406

［5］刘光鼎，郝天珧，刘伊克，等.重磁研究对认识盆地的意义［J］.地球物理学进展，1996，11（2）：1－15 Liu G D，Hao T Y，Liu Y K，et al.The significance of gravity and magnetic research for knowing sedimentary basins［J］.Progress in Geophysics，1996，11（2）：1－15

［6］傅绍乾，段春生，姚知铭，等.应用磁重震方法综合研究侵入岩的分布与赋存［J］.石油物探，1999，38（1）：93－101 Fu S Q，Duan C S，Yao Z M，et al.Integrated research on the distribution and occurence of intrusive rocks by magnetic，gravity，and seismic methods［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，1999，38（1）：93－101

［7］冀连胜，史付生.重、磁力方法在石油勘探中的应用效果［J］.石油地球物理勘探，2001，36（3）：326－333 Ji L S，Shi F S.Application results of gravitational and magnetic in oil exploration［J］.Oil Geophysical Prospecting，2001，36（3）：326－333

［8］陈永波，潘建国，许多年，等.准噶尔盆地西北缘火山岩储层的综合地球物理预测［J］.石油物探，2010，49（4）：364－372 Chen Y B，Pan J G，Xu D N，et al.Integrated geophysical prediction of volcanic reservoir in Northwestern margin area of Junggar Basin［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2010，49（4）：364－372

［9］刘云祥，何展翔，张碧涛，等.识别火成岩岩性的综合物探技术［J］.勘探地球物理进展，2006，29（2）：44－47 Liu Y X，He Z X，Zhang B T，et al.Integrated geophysical techniques for identification of igneous rocks［J］.Progress in Exploration Geophysics，2006，29（2）：44－47

［10］陈东敬，于鹏.大地电磁与地震联合反演技术在西亚某区的综合应用［J］.石油物探，2005，44（3）：252－256 Chen D J，Yu P.The application of joint inversion of magnetotelluric and seismic data in Western Asia［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2005，44（3）：252－256

［11］俞建宝，吴永栓，刘立群.也门47区块重震联合解释技术的应用［J］.勘探地球物理进展，2007，30（3）：214－218 Yu J B，Wu Y S，Liu L Q.Joint gravitational and seismic data interpretation technique and its application in Block 47，Yemen［J］.Progress in Exploration Geophysics，2007，30（3）：214－218

［12］刘宏，刘东琴，杨轮凯，等.连续电磁剖面在山前带勘探中的应用［J］.石油物探，2004，43（5）：492－496 Liu H，Liu D Q，Yang L K，et al.Application of continuous electromagnetic profiling in exploration in foothill belt［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2004，43（5）：492－496

［13］高利华.大地电磁测深在北天山前缘油气勘探中的应用［J］.石油物探，2006，45（4）：427－431 Gao L H.Application of magnetotelluric depth sounding in North Tianshan foothill belt［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2006，45（4）：427－431

［14］刘天佑，杨宇山，李媛媛，等.重力、地震联合反演方法确定深层油气藏的分布——以锡林凹陷石炭系分布为例［J］.天然气工业，1996，35（2）：81－88 Liu T Y，Yang Y S，Li Y Y，et al.Deciding on the distribution of deep reseroir by the joint inversion method of gravity and seismic：taking the carboniferous in XiLi sag as an example［J］.Natural Gas Industry，1996，35（2）：81－88