利用重力资料研究穆格莱德盆地南部新生界分布

强洋洋，袁炳强，马 杰，宋立军，张春灌

(西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)

利用重力资料研究穆格莱德盆地南部新生界分布

强洋洋，袁炳强，马 杰，宋立军，张春灌

(西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)

为确定勘探程度较低的穆格莱德盆地南部新生界分布特征，利用布格重力异常资料，选取既能利用已有地质研究成果约束，又能大体控制研究区主要构造格局的4条重力异常剖面进行拟合反演。在对重力异常进行定量与定性解释的基础上，应用SPSS中的相关分析(Pearson相关系数)与回归分析(曲线估计)原理，计算出了研究区的新生界底界埋深。结果表明：研究区新生界在隆起区相对不发育，而在凹陷区厚度较大，平均厚度超过2 200 m。认为新生界厚度较大的穆格莱德盆地南部凹陷区是进一步油气勘探的有利区。

重力异常；新生界分布；油气有利区；穆格莱德盆地

穆格莱德盆地位于非洲东北部南苏丹境内，是南苏丹境内最大的NW—SE向裂谷盆地。该盆地的油气勘探始于20世纪70年代，目前已探明的石油地质储量超过14×108t。尽管前人[1-2]对该盆地的地质构造、含油气石油系统等进行了大量研究，但研究工作主要集中在盆地北部，而对盆地南部缺乏钻井、地震等地质研究工作。穆格莱德盆地新生界发育地区为重要的油气勘探靶区，为扩大盆地勘探范围，即在该盆地南部寻找有利油气勘探目标区，有必要深入研究盆地南部新生界发育特征。本文结合前人有关研究成果，根据盆地南部的重力资料，定量拟合了4条重力异常剖面，并以所拟合剖面的新生界底界埋深作为约束条件，同时结合研究区内的布格重力异常及利用滑动平均滤波法求取的剩余重力异常，运用SPSS统计分析软件中的相关分析(Pearson相关系数)与回归分析(曲线估计)原理，计算获得了研究区的新生界底界埋深，为研究区进一步油气勘探提供依据。

1 地球物理背景

1.1 构造特征

穆格莱德盆地位于中非走滑断裂带东端南侧，地理位置位于东经26°～32°，北纬5°～13°，呈长楔状，面积约12×104km2。该盆地是在非洲克拉通前寒武系变质基底上发育的中-新生代陆内裂陷盆地，其北、东、西向分别与库车拉盆地、迈卢特盆地、巴加拉地堑相邻，北东、北西与努巴地块、达尔富尔-瓦达伊地块相接(图1,据IHS数据库修改)。

穆格莱德盆地的原型为伸展盆地，是由一系列互连的张扭型地堑或半地堑组成，由于受后期区域构造作用的影响，导致盆地内不同地区的地质结构、几何形态、构造样式等差异很大。盆地内大致发育未受改造的伸展断陷、构造反转的伸展断陷和走滑改造的伸展断陷等类型[3-6]。

1.2 地层

穆格莱德盆地发育下白垩统、 上白垩统、 第三系、第四系。钻井资料揭示，盆地盖层自上而下可分为6套岩石组合：

图1 穆格莱德盆地构造略图

(1)腾迪组(E3)，主要为灰色泥岩，湖相沉积。

(2)森纳组(E2)，灰色泥岩为主夹砂岩，主要为泛滥平原相沉积。

(3)阿马勒组(K2)，红色块状砂岩为主，河流-泛滥平原相沉积。

(4)达尔富尔群(K2)，暗色泥岩为主夹砂岩，深湖相沉积为主，为区域盖层。

(5)苯蒂乌组(K1)，红色砂岩为主夹薄层泥岩，河流-浅湖相沉积，为主力储油层。

(6)阿布加布拉组上部(K1)，泥、砂岩互层，为河流-浅湖-深湖相,其中发育深湖、半深湖相主力生油层。

(7)阿布加布拉组下部(K1)，河流相沉积[7]。

1.3 地球物理特征

穆格莱德盆地南部物性资料匮乏，因此利用勘探程度较高的北部地区资料。为确定研究区地层密度特征，整理分析了穆格莱德盆地北部的地震研究成果，在地震解释剖面[8]上进行了重力异常反演，进而确定了盆地北部的地层密度。盆地北部发育4个密度层：新生界、上白垩统、下白垩统、基底；发育3个密度界面：新生界底界、上白垩统底界、下白垩统底界(基底顶界)。新生界为第一密度层，平均密度为2.24×103kg/m3；上白垩统为第二密度层，平均密度为2.42×103kg/m3；下白垩统为第三密度层，平均密度为2.65×103kg/m3；基底为第四密度层，平均密度为2.75×103kg/m3。

2 重力异常特征及剖面拟合

2.1 布格重力异常特征

整理了穆格莱德盆地的重力资料，并编绘出了穆格莱德盆地南部的布格重力异常平面等值线图(图2，其布格重力数据来源于Getech公司)。

图2 穆格莱德盆地南部布格重力异常与拟合剖面位置叠合图(兰色线段为拟合剖面)

由图2看出，穆格莱德盆地南部的布格重力异常等值线宏观走向为NW—SE向，高低相间(反映了穆格莱德盆地南部处于不同的沉积环境及具有不同的沉积特征)，其间发育密集的重力梯级带。研究区的布格重力异常具有明显的分区性，总体反映为两低夹一高，即2个重力低区及1个重力高区：东北部阿多克-博尔地区为一北东向条带状的重力低区，西部伊罗勒地区为一相对宽缓的重力高区，南部为一北西向的重力低区。

一般而言，重力高反映高密度的基底埋深相对较浅，基底相对隆起；重力低反映基底埋深相对较深，上覆盖层较厚；重力梯级带反映断裂构造[9]。对比地表地质图，重力低区范围基本与地表覆盖的新生界对应。由此可推测：研究区构造复杂，断裂发育，基底隆凹相间且起伏较大。

2.2 剖面拟合分析

为了能控制研究区新生界的宏观分布，根据研究区的布格重力异常分布特征，选择了既能控制研究区主要凹陷，又能为研究区进一步面积反演提供约束的4条剖面(剖面位置见图2)。鉴于前人在该研究区的地质工作程度低，导致缺乏重力异常定量解释的约束条件。为了能相对准确地求取研究区新生界埋深，利用上述在盆地北部应用地震结果拟合的地层密度资料，使用正反演模拟软件，对盆地南部4条剖面进行定量拟合，结果如图3所示。

图3 重力异常剖面拟合图

剖面拟合显示(图3)：研究区重力高是基底隆起的反映，重力低则是中新生代沉积地层的反映。研究区中新生界受断陷控制，主要分布于重力低值区，在重力高值区缺失上、下白垩统，上白垩统厚度小于下白垩统。剖面拟合结果表明，穆格莱德盆地南部新生界发育，一般厚度大于2 km，在凹陷处厚度最大可达3 km。

3 新生界底界深度求取

3.1 重力异常分区

在缺乏相关资料约束的情况下，根据布格重力异常应用连续密度界面反演法大体确定研究区的新生界分布时其精度有限[10]，故采用SPSS统计中的相关分析求取。为了相对准确确定研究区的新生界发育特征，根据研究区的布格重力异常特征，首先对异常区进行分区，分别将研究区东北部的重力低值区、西部的重力高值区、南部的重力低值区划分为1区、2区、3区(图4)。

图4 重力异常分区

3.2 新生界底界深度求取

利用研究区所拟合的4条重力剖面及重力异常分区图，再结合布格重力异常及滑动平均滤波的剩余重力异常，通过SPSS软件中的相关分析(Pearson相关系数)与回归分析(曲线估计)原理，计算新生界的底界埋深。

3.2.1 SPSS方法原理 在SPSS相关分析中，Pearson相关系数是一种简单相关系数分析和计算的方法，是对定距连续变量的数据进行计算。其计算式为

3.2.2 新生界底界深度的求取 应用向上延拓、趋势分析、滑动平均等方法对重力异常进行分离，对比分析后选择效果较好的滑动平均滤波法求取剩余重力异常。利用布格重力异常以及滑动平均求取的剩余重力异常与在前述4条拟合剖面上提取的新生界底界埋深进行相关分析-回归分析,分别求取了1区、2区、3区的Pearson相关系数及曲线模型方程。

由表1分析：滑动平均滤波170km剩余重力异常，与新生界深度相关性最高(r=0.759)，同时“显著性(双侧)”结果为0.00，远小于0.01，所以具备显著性。因此，对滑动平均滤波170 km求取的剩余重力异常与新生界埋深进行回归分析，并构建回归曲线方程模型(表2)。

由表2可以看出，拟合度最好的是三次曲线模型(r2=0.623)。据此，本文选取三次曲线作为曲线拟合模型，然后对其系数显著性进行检验(表3—表4)。

表1 1区的相关性

*在0.01水平(双侧)上显著相关。 **滑动剩余异常为布格重力值减去滑动平均滤波法求取的值(窗长为50 km时，称滑动平均滤波50 km剩余重力异常)，量纲为10-5m·s-2；显著性(双侧)是对相关系数的显著性检测；N为分析数据的总量。

表2 1区模型分析汇总

注：r2为可决系数，r2越大说明拟合度越好；调整r2为校正可决系数。

表3 三次曲线模型系数方差

表4 三次曲线模型回归系数

注：用经过标准化的数据来拟合模型，则模型中将不会出现截距。

方差分析是对整个模型曲线的检验，是对模型中被解释变量与所有解释变量之间的关系在总体上是否显著做出的推断。S值远小于0.01说明模型成立的统计学意义非常显著。

从表3中看出：F统计量为66.030；S为0.000；残差平方和减小了，显然方程显著。同时，从表4中：回归系数自变量项S的值为0.000，具备显著相关性，显然该模型系数显著非0；同理，常数的S值也接近0，常数显著不为0[12]。也就是说三次曲线模型适合拟合求取1区的新生界底界埋深。则其模型曲线(图5)及其回归方程：

新生界底界埋深y=2 514.580 017 299 166-72.960 916 931 657 89x+5.660 995 221 159 427x2+0.231 155 398 351 637x3。其中x为滑动平均170 km剩余重力值。

图5 1区计算模型曲线

然后，将1区滑动平均滤波170 km剩余重力值代入该回归方程进行计算，获得1区的新生界底界埋深。

同理求得了2区、3区的曲线模型及回归方程。

2区的布格重力异常与新生界埋深深度的Pearson相关系数最大，为0.689(显著相关)，然后对其进行回归分析，获得了2区的模型曲线(图6)及回归方程：

新生界底界埋深y=e5.859 099 586 522 346-0.025 163 217 820 488 59x，

其中x为布格重力值。

图6 2区计算模型曲线

3区的滑动平均滤波38 km剩余重力异常与新生界深度相关参数最大，为0.760，然后对其进行回归分析，获得了3区的模型曲线(图7)及回归方程：

新生界底界埋深y=2 541.827 282 644 656+(-51.046 736 086 763 97x-4.942 882 193 002 406x2-1.332 257 042 614 381x3，其中x为滑动平均38 km剩余重力值。

图7 3区计算模型曲线图

最后，将1区、2区、3区所求取的新生界底界埋深汇总，即获得了穆格莱德盆地南部新生界的底界埋藏深度(图8)。

图8 穆格莱德盆地南部新生界底界埋深

3.2.3 新生界底界埋深特征 由图8可见，穆格莱德盆地南部的新生界底界埋深差异较大，新生界底界面呈北西—南东向隆—坳相间的构造格局。伊罗勒前寒武系隆起地区新生界厚度较小，阿多克—杜克法维勒—孔戈尔—博尔一带及朱巴的东北侧为大范围的凹陷区，新生界发育，厚度均在2 km以上，应该是盆地南部进一步油气勘探的重要目标区。另外，在伊罗勒西南新生界发育，其最大埋深达3 800 m，也值得进一步关注。

4 结 论

(1)在石油地质工作程度较低的穆格莱德盆地南部地区，根据重力资料，应用SPSS统计分析中的相关分析-回归分析可相对准确地求取新生界分布特征。此方法计算速度快、简便，而且在约束条件缺乏的地区计算结果精度相对较高。

(2)穆格莱德盆地南部的新生界厚度差异较大。其中，在伊罗勒前寒武系隆起地区，新生界相对不发育；在阿多克—杜克法维勒—孔戈尔地区及伊罗勒西南处的凹陷区新生界厚度较大，平均厚度超过2 200 m。新生界厚度较大区域应是研究区进一步油气勘探的有利区域。

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责任编辑：王 辉

2014-10-15

国家重大专项“非洲-中东重点勘探区油气地质评价及关键技术研究——非洲部分地区重磁电资料处理”(编号：CRI2012RCPG0132NNN)；西安石油大学研究生创新基金(项目编号：2013cx120213)

强洋洋(1989-)，女 硕士研究生，主要从事综合地球物理勘探研究。E-mail：1390363329@qq.com

1673-064X(2015)03-0018-06

TE122.2+5

A