0 引言

三塘湖盆地位于新疆维吾尔族自治区东北部, 行政区划上属哈密市巴里坤哈萨克自治县和伊吾县管辖, 盆地呈北西—南东向条带状夹持于莫钦乌拉山与苏海图山之间, 东西长约500 km, 南北宽40~70 km, 盆地面积约23 000 km^2[1-7], 是阿尔泰山系内的一个山间盆地^[8], 石油和煤炭资源丰富。三塘湖盆地地质勘探工作始于20世纪50年代, 1993年, 中国石油天然气总公司在条湖凹陷北小湖构造钻探的塘参1井获工业油气流, 是盆地内的首次突破^{[6, 9]}, 经过多年勘探开发, 确立了侏罗系、二叠系、石炭系三套主力勘探目的层, 产油区集中在盆地中段条湖、马朗凹陷, 其他地区勘探开发程度相对较低。目前, 三塘湖盆地已建成年产百万吨级油田, 由中国石油天然气总公司吐哈油田公司负责勘探、开发和运营。

2012年至2015年, 中国国土资源航空物探遥感中心承担了新疆巴里坤—伊吾地区1:5万航磁调查任务, 首次获得了三塘湖盆地高精度、大比例尺航磁资料^①。三塘湖盆地火山岩油藏特征及其成藏过程与火山岩密切相关是进行该地区航磁油气远景区预测的地球物理前提。本文以实测航磁资料为主, 结合区域重力、区域地质和实测物性等资料, 分析了三塘湖盆地航磁异常特征及其与盆地构造的对应关系, 在岩性构造填图和磁性体埋深计算的基础上, 对盆地有利远景区进行了初步预测, 以期对该地区下一步油气勘探工作提供有益参考。

① 舒晴, 高维, 朱晓颖, 等.新疆巴里坤—伊吾地区1:5万航磁调查综合研究成果报告.北京:中国国土资源航空物探遥感中心, 2015.

1 区域构造特征

三塘湖盆地位于西伯利亚板块南缘, 属活动边缘增生体系, 北邻西伯利亚板块的阿尔泰陆壳, 南邻哈萨克斯坦板块的北天山古生代活动大陆边缘^[10], 如图 1所示^[11]。盆地夹持于2条古生代缝合带之间, 叠置于古生代板块碰撞造山带之上, 南侧为卡拉麦里—莫钦乌拉缝合带, 北侧为扎河坝—阿尔曼太缝合带^[12-13]。

三塘湖盆地是一个中新生代的沉积盆地, 以下石炭统及其以下地层构成盆地基底^[14]。吐哈油田勘探开发研究院将盆地演化划分为泥盆纪—早石炭世盆地形成阶段、晚石炭世—早二叠世雏形盆地发育阶段、晚二叠世前陆盆地发育阶段、中生代坳陷盆地发育阶段和新生代再生前陆盆地发育阶段共5个演化阶段^[12], 多期改造造就了现今“南北分带、东西分块”的构造格局^[15], 依据盆地基底坳隆构造格局可划分为东北冲断隆起带、中央坳陷和西南逆冲推覆隆起带3个一级构造单元^[16-19](图 2)。盆地中央坳陷带由西向东发育有汉水泉凹陷、石头梅凸起、条湖凹陷、岔哈泉凸起、马朗凹陷、方方梁凸起、淖毛湖凹陷、苇北凸起、苏鲁克凹陷“五凹四凸”9个二级构造单元^[16-18]; 东北冲断褶皱带位于盆地东北部, 呈北西向延伸, 面积约1万km²; 中央坳陷带夹峙于南北2个逆冲推覆体之间, 西窄东宽(15~35 km), 由北西向转近东西向延伸的坳陷带, 沉积较厚和较完整的中新生界盖层3.5 km, 面积约0.8万km², 是盆地油气资源的主要勘探区; 西南逆冲推覆带位于盆地西南缘, 具有明显的推覆性质, 面积约14 km²。

① 柳益群.吐哈盆地石炭纪—二叠纪火山岩研究.哈密:吐哈油田勘探开发研究院, 1999.

2 磁场和重力场特征

航磁异常(ΔT)化极等值线平面图(图 3)显示三塘湖盆地呈现出“南北分带、东西分块”的磁场特征, 与盆地构造格架基本吻合。即, 其西南正磁异常带对应盆地西南逆冲推覆隆起带, 中部负磁背景上叠加宽缓正磁局部异常部分对应盆地中央坳陷, 北东侧正负变化磁异常带边界对应盆地中央断裂(卡拉塔格断裂), 北东对应盆地东北冲断隆起带。三塘湖中央坳陷内, 从北西至南东, 磁场总体呈现为正负相间的特征:汉水泉凹陷部分分布有2块北西走向条带状正磁局部异常; 石头梅凸起整体对应平缓负磁场; 条湖凹陷部分为团块状弱缓正磁异常; 岔哈泉凸起对应正负伴生强磁异常; 马朗凹陷分为2部分, 北部为平缓变化负磁场区, 南部为负磁场区上叠加了弱缓变化条带状、团块状正异常; 方方梁凸起对应正负伴生强磁异常; 淖毛湖凹陷为升高变化正磁场区, 总体梯度变化不大; 苇北凸起对应正负伴生强磁场区; 苏鲁克凹陷对应平缓变化升高正磁场区。

三塘湖盆地布格重力异常(图 4)反映了基地起伏, 与航磁反映的盆地构造格架基本吻合。盆地西南逆冲推覆隆起带在布格重力异常图上为明显的重力高, 重力梯度带对应了中央坳陷边界; 东北冲断隆起带在重力异常图上表现为升高梯度带, 对应盆地中央断裂, 但总体不明显; 盆地中央坳陷主体表现为从北西至南东的重力低, 其中汉水泉凹陷东南段和条湖凹陷西北段为整个盆地重力值最低, 对应基底埋深最大; 淖毛湖凹陷重力反映的范围与构造圈定边界略有出入; 苏鲁克凹陷整体对应重力高。

3 航磁反映的火山岩构造

根据三塘湖火山岩油气藏的成藏特征, 圈定盆地内火山岩尤其是隐伏火山岩分布范围, 是进行航磁油气远景预测的重要内容。利用航磁异常等值线平面图圈定磁性地质体分布范围, 根据磁异常特征和其他地质资料进行综合推断解释, 结合野外实地踏勘和物性测量, 确定磁性地质体性质, 是航磁岩性填图的基本工作方法。三塘湖盆地火山岩分布广泛, 岩性主要为玄武岩、橄榄玄武岩、安山岩、橄榄辉石安山岩等, 受区内主要断裂控制, 呈北西走向条带状分布。盆地西南逆冲推覆隆起带出露的卡拉岗组, 岩性主要为安山岩、英安岩、英安玢岩、橄榄辉石安山玢岩、英安质晶屑凝灰岩、安山质晶屑凝灰岩, 实测平均磁化率为1 805×10^-5 ~2 963×10^-5 SI, 磁化率最高达5 889×10^-5 SI; 东北冲断隆起带出露的哈尔加乌组, 岩性主要为安山玢岩、玄武岩、拉斑玄武岩, 平均磁化率为1 076×10^-5~2 605×10^-5 SI, 磁化率最高达2 632×10^-5 SI; 盆地东北缘白石湖地区强烈风化的中基性火山岩磁化率均值达1 124×10^-5 SI。由此可见, 三塘湖盆地中基性火山岩具有强磁性, 是引起区域强磁异常的主要原因。

航磁圈定三塘湖盆地火山岩分布如图 5所示, 盆地西南逆冲推覆隆起和东北冲断隆起带在航磁图上表现比较明显, 与地质建造构造图基本一致, 火山岩在这2个区域地表均有出露。盆地中央坳陷中的正磁异常, 根据区域地质情况推断为隐伏中基性火山岩引起, 主要依据如下:1)从周边出露地质体来看, 覆盖区两边均为火山岩地层, 未见有侵入岩出露。2)根据布格重力异常等值线平面图, 正磁局部异常区对应重力低, 说明基底较深, 如果异常源为中酸性侵入岩, 其密度为2.80~3.07 g/cm³, 相对于地壳平均密度而言, 应该有质量盈余, 不会表现出重力低; 而受风化淋滤作用较强的火山岩, 孔隙度大、密度较低, 在引起磁异常的同时, 在布格重力异常上不会引起升高重力异常, 因此, 局部正磁异常推断为隐伏火山岩更为合理。3)条湖凹陷和马朗凹陷钻孔资料显示, 火山岩地层风化壳为主要油气储层, 岩性主要为杏仁状安山岩、杏仁状玄武岩。

4 磁性体埋深计算

为了更好地进行三塘湖油气盆地航磁解释, 基于ΔT化极平面网格数据, 使用航遥中心自主研制的地球物理数据处理解释软件GeoProbe Mager, 采用欧拉反褶积方法对三塘湖盆地磁性体埋深进行了自动反演计算。数据处理方法如下:1)自动判断和搜索航磁局部异常, 并确定异常范围; 2)采用0~4范围内的构造指数固定步长对局部异常进行拟合, 再利用局部异常和背景场相关关系确定构造指数; 3)根据确定的构造指数, 在局部异常范围内利用欧拉反褶积方法反演磁性体埋深; 4)对反演结果进行聚散度判断, 保留可靠性较高的计算结果, 最终获得盆地内深度点22 326个。

三塘湖盆地磁性体埋深(图 6)对盆地“南北分带”的总体构架反映较为清晰, 对中央坳陷“东西分块”的总体特征有所体现, 但与“五凹四凸”的二级构造单元划分界线并不严格一致:汉水泉凹陷磁性体埋深总体较深, 其中北东和南西两端2个磁性基底最深达4.8 km, 反映盖层厚度大; 石头梅凸起磁性体顶面深度较周边而言更深, 其中西南端最深达3 852 m, 与其地质上凸起划分得并不一致; 条湖凹陷北东和南西端盖层厚度能达到2 500 m, 中部大部分地区厚度小于1 000 m; 岔哈泉凸起除周边部分区域深度达2 000 m, 中部多数地方埋深小于1 000 m; 马朗凹陷分为2部分, 北西段深度小于1 000 m, 南西段整体表现为凹陷区, 就局部而言表现为两凹夹一凸, 东部凹陷区磁性体埋深最大达到3 389 m, 西部凹陷区埋深最大达4 378 m, 该区为三塘湖油田主要产油区; 方方梁凸起夹于马朗凹陷和淖毛湖凹陷之间, 中部部分地区盖层厚度超过2 000 m; 淖毛湖凹陷盖层厚度多数在2 000 m以上, 最深达4 148 m; 苇北凸起除中部部分地区深度超过1 500 m, 其余部分深度多为1 000 m以下; 苏鲁克凹陷盖层总体厚度在1 500 m以上, 其中部分地方最深达到3 000 m左右。

总体而言, 磁性体埋深计算结果反映了盆地磁性基底的相对起伏情况, 但石头梅凸起与条湖凹陷地区反映效果与地质上构造单元的划分不太一致, 这与两方面原因有关:1)磁性体埋深采用欧拉反褶积方法全自动计算, 由于缺乏钻孔资料约束, 没有可靠的磁性体埋深数据对计算结果进行修正, 因此, 部分地区计算结果的准确性可能会受影响, 仅供参考; 2)三塘湖盆地构造单元划分版本很多, 同一构造单元界线不同研究机构划分结果不同, 同一研究机构在不同时段划分的结果也有差别, 因此, 地质上的构造单元划分方法也仅供参考, 文中引用的是吐哈油田勘探开发研究院1999年的划分方案^①。

① 柳益群.吐哈盆地石炭纪—二叠纪火山岩研究.哈密:吐哈油田勘探开发研究院, 1999.

5 航磁油气远景预测

三塘湖盆地火山岩油气藏主要分布于石炭系、二叠系火山岩中, 主要形成于二叠纪末—三叠纪海西印支期和侏罗纪末—白垩纪末期的燕山期, 油气藏的形成及后期调整与构造运动密切相关。火山岩油气藏具多期运聚、多期成藏和多期调整改造成藏特征, 其成藏模式为以火山岩风化壳为储集层、下覆湖相泥岩为烃源岩油气在构造背景下, 沿不整合面聚集成藏, 形成下生上储地层型油藏组合模式^{[3, 16]}。

目前, 已发现的油藏主要集中分布在条湖—马朗生油凹陷及其周缘, 其油藏按圈闭类型可以划分为2类, 一类是风化壳地层型油气藏, 另一类是火山岩内幕岩性型油气藏。经分析认为, 上石炭统卡拉岗组和二叠系条湖组火山岩油藏同属于典型的风化壳地层型油藏, 以下生上储式组合为主, 主要特点是分布于不整合面附近、火山岩风化壳为储层。火山岩油藏含油层段的岩性主要为杏仁状安山岩、自碎角砾安山岩、杏仁状玄武岩等, 储集空间为风化淋滤作用形成的孔缝组合, 岩性、岩相及后期改造作用控制了储层的储集性能进而控制了含油气性及产能。上石炭统哈尔加乌组火山岩油藏属于火山岩内幕岩性型油藏, 哈尔加乌组火山岩与烃源岩互层烃源岩生成的油气沿断裂或直接运聚于火山岩风化体内聚集成藏, 属于源内自生自储式油藏, 岩相、喷发间歇期溶蚀改造和裂缝发育程度是成藏的关键^[16]。

根据三塘湖盆地已发现的油气储层的岩性特征, 结合周边实测物性资料, 认为三塘湖油田储层具有强磁性, 即便风化后磁性有所减弱, 依然能够引起明显的航磁局部异常。火山岩本身不能生成有机烃类, 因此, 与有效烃源岩匹配是成藏的关键, 临近生烃凹陷的火山岩圈闭有利于成藏^[16]。综合火山岩分布和磁性体埋深(图 7)推断, 马朗凹陷南部凹陷区有近东西走向条带状分布强磁性隐伏火山岩存在, 其对应的航磁局部异常是含油磁性火山岩储层在航磁图上的直接体现, 该区同时也是目前三塘湖油田主要开采区。据此, 可以推断三塘湖盆地中央坳陷内其他次级凹陷中心, 同时有隐伏火山岩圈定的区域具有寻找类似火山岩油藏的良好前景。具体而言:汉水泉凹陷区中的2个凹陷中心、条湖凹陷区北段凹陷中心均有隐伏磁性火山岩存在, 在布格重力异常图上, 该三处同为三塘湖中央坳陷主体, 与马朗凹陷产油区具有相同的地质演化过程和油气成藏条件, 应作为该区油气勘探重点区域; 石头梅凸起和岔哈泉凸起区在布格重力异常上并没有明显表现, 仅是相对而言, 以上两区中的磁性体埋藏较深的次级凹陷中心, 同时对应隐伏火山岩圈定区域, 可作为重要油气勘探方向; 方方梁凸起及其以南区域, 就布格重力异常反应而言, 其与汉水泉凹陷至马朗凹陷一带在油气成藏地质条件的继承性有待进一步研究, 其中磁性体埋深圈定的凹陷区域与推断隐伏火山岩圈定区域可作为下一步油气勘探工作的预研区。

6 结论

1) 三塘湖盆地高精度航磁测量获取了丰富的地磁场信息, 磁异常特征清晰反映了盆地“南北分带、东西分块”的整体构造格架, 与盆地区域构造特征基本吻合。

2) 以航磁资料为基础, 综合区域地质、区域重力等资料, 结合实地踏勘和物性测量结果, 圈定了三塘湖盆地火山岩分布范围, 这对中央坳陷带中隐伏火山岩的推断解释对寻找火山岩储层具有指导意义。

3) 基于欧拉反褶积方法计算了磁性体埋深, 初步反映了盆地磁性基底起伏情况, 结合盆地火山岩油气成藏特征和火山岩分布情况, 航磁综合解释认为盆地中央坳陷内存在隐伏火山岩的次级凹陷中心具有良好找油前景, 并提出了勘探方向和工作重点, 为下一步油气勘探工作提供了参考和借鉴。