地球物理学进展  2014, Vol. 29 Issue (1): 339-345   PDF    
卫星重力资料在柬埔寨磅逊盆地中的应用研究
张科, 赵汝敏, 李爱山, 蔡文杰, 吕栋, 谢楠    
中海油研究总院, 北京 100027
摘要:柬埔寨磅逊盆地位于泰国湾东部, 构造上处于古特提斯缝合带东侧, 属于中-古生代盆地, 早期(石炭-二叠系)为板内克拉通盆地, 晚期(晚三叠纪)由于北部抬升逐渐转换为板块边缘, 受构造运动的多期改造变成陆内裂谷盆地.长期以来, 磅逊盆地石油地质勘探研究程度很低, 没有进行过任何油气勘探工作, 缺乏地震、钻井资料.为了深入分析评价该区油气勘探潜力, 此次研究综合应用新采集的2D地震资料和高精度卫星重力数据(样点分布密度:0.02°×0.02°), 根据重力场理论, 利用全球重力场模型(EGM96)计算了布格重力异常、重力垂向二阶导数和重力水平总梯度异常.利用地震资料对卫星重力资料进行约束反演、综合解释, 预测了盆地基底埋深, 分析了构造特征, 划分了构造单元, 为下一步勘探研究指明了方向.
关键词磅逊盆地     卫星重力     布格重力异常     约束反演     构造特征    
The satellite gravity data applied in the Kampong basin, Cambodia
ZHANG Ke, ZHAO Ru-min, LI Ai-shan, CAI Wen-Jie, LV Dong, Xie Nan    
CNOOC Research Institute, Beijing 100027, China
Abstract: The Cambodia Kampong basin located in the east Gulf of Thailand.The exploration in this basin is low because of some history reason. The hydrocarbon research doesn’t carry out before, thus seismic data and well log data are lack. Kampong basin is a Meso-Paleozoic basin and located in the east of the paleo-Thetis suture zone. The basin that recognized as a intraplate-craton basin until the Permian, became the intracontinental rift basin after the late Triassic, as the tectonic movement. In order to analyze & evaluate the hydrocarbons potential, we integrated the seismic and high accuracy satellite gravity data (sample density: 0.02°×0.02°), to calculate Bouguer gravity anomaly, the gravity vertical second-order derivative and the gravity level total gradient anomaly, According to the gravity field theory and the global gravitational field model(EGM96).Finally, Based on seismic constrained gravity inversion and interpreted integration, the research forecasts the basement depth, analyzes the fault system and divide the tectonic unit. Conclusions:(1)The basement is Carboniferous and below formations, with roughly undulated interface. The basement is with alternating uplifts and depressions, the depth of basement is deeper in the eastern and middle western parts, shallower in the middle eastern and western parts with depth of 4000-5000m, the biggest subsidence center is approximately 8000m.(2)The basin can be divided into four tectonic units: Narathiwat uplift, western depression, Poulo Wai uplift and Eastern depression. The age of the Narathiwat uplift and western depression western depression is Cenozoic and Mesozoic. The Poulo Wai uplift can be subdivided into two secondary units:northern slope and western uplift. The age of the cap rock of the Poulo Wai uplif and the eastern depression is the Mesozoic & Paleozoic. (3)The uplifts and depressions are developed in north-south direction, while a few of highpoints were developed in uplifts and a few of sedimentation centers in depressions. The mainly structural type is anticline and fault-nose, with the NNW-SSE trend, irregular long ellipse shape, big scale and big exploration potential.
Key words: Kampong basin     satellite gravity     Bouguer gravity anomaly     onstruction inversion     structural characteristics    

0 引 言

柬埔寨共有六个沉积盆地,四个陆上盆地(暹邦盆地、格良河盆地、钟盆地和大湖盆地)和两个海上盆地(磅逊盆地和高棉海槽)(图 1).六个盆地中,除高棉海槽为新生代盆地外,其余都是中生代—古生代盆地.由于长年战乱等历史原因,柬埔寨海域及陆地石油地质勘探研究程度很低,此前没有进行过任何油气勘探研究工作,缺乏地震、钻井等地质研究工作.

图 1 柬埔寨沉积盆地分布图 (据童晓光(2010)有修改,方框为研究区) Fig. 1 Distribution map of sedimentary basin in Cambodia

从区域构造背景来看,磅逊盆地位于中南半岛的南部,印支板块边界,其西面是泰国湾盆地.Vysotsky(1994)研究认为磅逊盆地位于古特提斯缝合带东侧,属于中-古生代盆地,早期(石炭-二叠系)为板内克拉通盆地,晚期(晚三叠纪)由于北部抬升逐渐转换为板块边缘,受构造运动的多期改造变成陆内裂谷盆地.

为了研究磅逊盆地油气勘探潜力,此次研究在分析高密度卫星重力资料的基础上,结合新采集地震资料首次对磅逊盆地进行地质解释和构造单元划分,寻找有利勘探相带.

1 卫星重力在地质勘探研究中的应用

卫星重力资料具有全球高覆盖和高时间重复率等特点,能给出大尺度的重力变化.近年来,随着空间技术的进步,卫星重力资料的精度和分辨率不断提高,地球重力场模型精度不断提高,对于研究地球内部物理特性、地球深部结构动力学特性及地球物理勘探等方面都有重大应用价值,尤其是在油气勘探中结合相关的地震地质资料进行综合研究取得了很好的效果,在国内外已有较多研究和应用实例(许厚泽,2001许厚泽等,2005宁津生,2002孙文科,2002焦孟梅等,2008杨婕等,2008徐海军等,2012).国内有张健等(1997)进行的塔里木盆地卫星重力异常与油气资源的相关性研究,结果表明盆地南北两侧负重力密度带与已发现油气资源分布关系密切.王懋基等(1998)用卫星测高数据得到了南海卫星重力图,结合地震及航磁资料得到了南海较完整的新生代沉积厚度分布,推断了中生代沉积厚度变化.方剑(1999) 利用卫星重力资料反演地壳及岩石圈厚度.楼海等(2000)通过卫星重力资料揭示了新疆天山地区构造动力学状态.王万银等(2004)利用卫星重力研究了南黄海地区构造演化并计算了中生代厚度.王谦身等(2007)利用卫星重力对横断山系地区地壳厚度进行了正演模拟和计算.陈家联(2010)利用卫星重力研究了广西地区区域地质特征,国外有石油公司利用高精度卫星重力资料在南亚的印度洋中央盆地(Rao et al.,2004)、中亚的阿拉伯半岛(Abdul Fattah,2012)、南美巴西的桑托斯盆地(Carminatti et al.,2008)和西非科特迪瓦等盆地的油气快速普查与早期评价中取得了较好的应用效果.

大量实例应用表明,现代卫星测高重力数据精度基本与实测重力一致,图 2a和2b分别是国内某海域船测重力与卫星重力布格重力异常平面图,对比两图可以看出在异常位置、异常形态、异常分布范围和异常强度等方面具有较好的一致性,因此在缺乏船测重力的研究区可以借用卫星重力资料进行替换研究,可以较好的达到研究目的,同时能够缩短研究周期,节约研究成本(王正涛等,2006王虎彪等,2005).

图 2 (a) 船测重力布格重力异常图; (b)卫星重力布格重力异常图. Fig. 2 (a) Bouguer gravity anomaly map of the Shipborne gravimetric data;(b) Bouguer gravity anomaly map of the Satellite gravity data.

海洋卫星测高技术是利用星载雷达测高仪向海面发射脉冲信号,经海面反射后由卫星接收,根据卫星的轨道位置并考虑到海潮、海流、海风、海水盐度及大气压等因素的影响,推求海洋大地水准面高(周江存,2007冯伟,2012朱广彬等,2011).卫星测高资料相当于在海洋上进行了大量的重力测量,为海洋区域地球重力场研究提供了前所未有的高分辨率观测资料,是研究全球重力场的重要补充,使全球重力场模型得到极大改善.

海底地形及地质结构的差异引起地球引力场局部变化,导致实际海平面存在相对落差.利用卫星测高技术准确测量这一落差,可得到海面相对旋转椭球面的高度,也就是大地水准面高度,再根据重力场理论计算得到相应的重力异常(钟波,2012高春春,2012).

由大地水准面起伏异常ΔN 转换重力异常Δg的计算公式为

Δg0 ,

其中,γ0是正常重力值.

利用大地水准面反演得到自由空间重力异常,再进行布格改正,可得到相应的布格重力异常.

2 磅逊盆地重力场特征

此次研究应用高精度卫星重力数据(样点分布密度:0.02°×0.02°,研究区总点数为12324个),利用EGM96地球重力模型计算了磅逊盆地布格重力异常(图 3).

图 3 磅逊盆地布格重力异常图 Fig. 3 The bouguer gravity anomaly map of Kampong basin

图 3可以看出,磅逊盆地重力场具有明显的东西分带性.

(1)、研究区东部斯雷温贝-贡布-达马岛一线布格重力异常为一北西-南东向展布、向东异常边部未完全封闭的重力低带,该重力低最小值位于白马市南侧,异常值约-28 mGal.

(2)研究区所在的中部戈公岛-西哈努克市-富国岛-土珠岛一线为一北西-南东向展布的重力高带,该重力高带由南部的土珠岛南向北经土珠岛南东、威岛东、西哈努克市南、龙岛北、戈公岛北分别发育6个重力高异常圈闭,这6个重力高异常圈闭最大值位于土珠岛东侧,为12.5 mGal,其余5个重力高异常值在2.5~10 mGal之间.

(3)研究区中西部由南向北威岛-当岛-龙岛-戈公岛一线以西,为一近南北向展布的重力低带,该重力低区域内布格异常最小值位于戈公岛西北侧, 为-26 mGal;该重力低中部发育三个局部重力高圈闭,分别位于戈公岛西侧、龙岛西侧以及当岛西侧,异常值分别为约-2 mGal、5 mGal以及-2 mGal.

(4)研究区西部为一北北西-南南东向展布的条带状重力高,该重力高带由南向北有3个重力高圈闭,圈闭中心异常值在2~10 mGal之间.

3 重震联合解释

通过对新采集2D地震资料研究发现,对比地震解释确定的研究区内地震测线覆盖部分南部基底深度(图 4(左))与布格重力异常(图 4(右))可以看出,西哈努克市西南部重力高对应地段地震解释为基底凹陷,这种现象与常规盆地重力资料解释重力高反映基底隆起的现象相反.为了解释产生这种现象的原因,对研究区穿过重力高的地震剖面A测线进行了重震联合分析.以地震解释成果作为约束条件设计模型,要使重力高得到较好拟合,盖层中各地层已经确定时所引起的重力异常为一重力低,与实际重力异常不符,故推测重力高可能是具有高密度的基底岩性变化引起.据Vysotsky等(1994)等的报告,磅逊槽地、威岛隆起下伏基底岩性复杂,发育有花岗岩侵入于古生界变质杂岩中.由此,推测地震剖面显示的凹陷基底发育高密度岩体,导致该区出现重力高异常与地震剖面凹陷的矛盾.

图 4 研究区内地震资料解释基底构造图(左)与布格重力异常平面图(右) Fig. 4 The structural map of basement with seismic data(Left) and the contour map of bouguer gravity anomaly (Right)of research area

为了更好的预测磅逊盆地基底形态,此次研究建立了地震约束下的卫星重力反演模型(Fainstein等,2009.图 5,A线位置在图 4中).以重力异常平面特征设计基底发育岩体的规模,用正演方法求取岩体产生的重力异常,相当于消除基底岩体影响,之后用实际卫星重力异常消除岩体的重力效应,可以得到真实的基底形态图(图 6).

图 5 测线A地震约束下的重力反演模型图 Fig. 5 The model of seismic constrained gravity inversion

图 6 研究区内消除岩体影响的布格重力异常平面图 (等值线间距为2 mGal) Fig. 6 The bouguer gravity anomaly map after being eliminated volcanic rock cube effect of research area
4 磅逊盆地构造特征及单元划分

磅逊盆地布格重力异常呈北北西-南南东向分布特点,在重力高、重力低的过渡带发育有重力梯级带.布格重力异常值的大小反映了基底的起伏特征,布格重力异常等值线圈闭的重力高、重力低反映局部隆起与凹陷构造,布格重力异常等值线密集的重力梯级带反映断裂比较发育区.

通过以上研究,综合地震、重力资料联合研究及其他研究资料(吴良士,2009),初步分析了磅逊盆地的构造特征并划分了四个构造单元(图 7).磅逊盆地构造有3个明显的特点:

图 7 磅逊盆地构造单元划分示意图 Fig. 7 Tectonic units in Kampong Basin

(1)走向为NNW-SSE(近似南北)向,平面形态呈不规则长椭圆状,南北向长,东西向短;(2)、由西向东呈带状隆、凹相间分布;(3)、南北向发育的凹槽及隆起,隆起上有多个高点,凹槽内有多个沉积中心.

四个构造单元分别为:

(1)东部重力低值带为磅逊盆地东部凹陷,主要发育较厚的中生界及上古生界地层;

(2)中东部的重力高值带为威岛隆起,主要发育较薄的中生界地层;

(3)中西部的重力低值带为高棉海槽,主要发育较厚的新生界地层;

(4)西部的重力高值带为那拉提瓦隆起,中生界和上古生界地层缺失,主要发育较薄的新生界地层.

5 结论及建议
5.1

近年来,随着越来越多重力探测卫星的发射,国外已有多家公司(如美国的Fugro公司)及高校(如美国加州大学和英国利兹大学)等研究机构拥有全球大范围,高精度的卫星重力资料,并在油气勘探中已有大量的成功案例,这些都为卫星重力资料和地震地质资料的综合利用奠定了基础,开创了先河,有益于综合勘探思路的开拓创新.

5.2

对于磅逊盆地这类勘探程度较低的含油气盆地,利用卫星重力资料研究盆地构造特征是比较有效的方法,可以弥补由于其他原因造成的地球物理资料的不足等缺陷,其精度已足够满足区域地质研究的需要.本次靶区所在的磅逊盆地40000 km2内只有1000 km的二维地震资料,缺乏航磁和船测重力数据,在盆地中央,由于巨厚的中新生代地层沉积,在8000 m以下的深度,地震资料已无有效反射,结合卫星重力资料和已有的地震资料及其它地质资料,此次研究较好的解决了该盆地的基础地质问题,解决了诸如断裂展布特征的识别、地层沉积厚度的解释、盆地基底特征的识别及局部构造区带的划分等.研究区处于威岛隆起,西侧为高棉海槽深凹,东北侧也有一个深凹,两个凹陷可以作为有利生烃带,向中部威岛隆起双向供烃,因此威岛隆起可以作为下一步的油气勘探有利相带,结合后续资料进行深入研究.

致 谢 论文在写作过程中得到中海油研究总院赵汝敏首席工程师、西安石油大学袁炳强教授和张春灌老师的指导,在此深表感谢.

参考文献
[1] Abdul Fattah R. 2012. Use of GOCE satellite gravity data for basin and petroleum system analysis in the Arabian Peninsula[A]. // 10th Middle East Geosciences Conference and Exhibition[C]. Qatar, 1-18.
[2] Carminatti M, Wolff B, Gamboa L. 2008. New exploratory frontiers in Brazil[A]. // 19th World Petroleum Congress[C].   Spain, 1-11.
[3] Chen J L, Zhang Y, Chen C. 2010. Satellite gravity anomalies and regional geological characteristics in the Guangxi area[J].   Progress in Geophysics (in Chinese), 25(4): 1233-1239.
[4] Fang J. 1999. Global crustal and lithospheric thickness inversed by using satellite gravity data[J].   Crustal Deformation and Earthquake (in Chinese), 19(1): 26-31.
[5] Jiao M M, Zhang J F, Jiang W L, et al. 2008. Progress and application of satellite gravity measurement techniques and the theory [A]. //Collection of tectonic and crustal stress (in Chinese) [C]. Beijing: The Institute of Crustal Dynamics: 95-108.
[6] Fainstein R F, Roy L. 2009. Seismic constrained gravity inversion for subbasalt exploration in West Coast, India[A]. //71st EAGE Conference and Exhibition[C].   Amsterdam.
[7] Gao C C, Lu Y, Shi H L. 2012. Application analysis of satellite gravity gradiometry in ocean science[J].   Hydrographic Surveying and Charting (in Chinese), 32(5): 77-81.
[8] Lou H, Wang C Y, Wang F. 2000. Dynamic features of the Tianshan orogen deduced from satellite gravity data[J].   Acta Seismologica Sinica (in Chinese), 22(5): 482-490.
[9] Ning J S. 2002. The satellite gravity surveying technology and research of earth’s gravity field [J].   Journal of Geodesy and Geodynamic (in Chinese), 22(1): 1-5.
[10] Rao D G, Krishna K S, NeprochnovY P. 2004. Satellite gravity anomalies and crustal features of the central Indian ocean basin[J]. Current Science, 86(7): 947-956.
[11] Sun W K. 2002. Satellite in low orbit (CHAMP、GRACE、GOCE) and high precision earth gravity field: the latest progress of satellite gravity geodesy and its great influence on geoscience[J].   Journal of Geodesy and Geodynamic (in Chinese), 22(1): 92-100.
[12] Vysotsky V I, Rodnikova R D, Li M K. 1994. The petroleum geology of Cambodia[J].   Journal of Petroleum Geology, 17(2): 195-210.
[13] Wang H B, Wang Y, Lu Y, et al. 2005. Inversion of marine gravity anomalies by combinating multi-altimeter data and shipborne gravimetric data[J].   Journal of Geodesy and Geodynamics (in Chinese), 25(1): 81-85.
[14] Wang M J, Song Z F, Yin C X. 1998. Satellite gravity study on south china sea [J].   Geophysical & Geochemical Exploration (in Chinese), 22(5): 329-335.
[15] Xu H Z. 2001. Statellite gravity missions-new hotpoint in geodesy [J].   Science of Surveying and Mapping (in Chinese), 26(3): 1-3.
[16] Wang Q S, Teng J W, Wang G J, et al. 2007. The correction for special pattern of Bouguer gravity anomaly in Heng Duan Mts area by using satellite gravity[J].   Progress in Geophysics (in Chinese), 22(2): 345-352.
[17] Wang W Y, Liu J L, Qiu Z Y, et al. 2004. A research on mesozoic thickness using satellite gravity anomaly in the southern Yellow sea[J].   China Offshore Oil and Gas (in Chinese), 2004, 16(3): 151-156, 169.
[18] Wu L S. 2009. Geological structure and regional metallogeny of Cambodia[J].   Mineral Deposits (in Chinese), 28(3): 381-383.
[19] Xu H J, Zhang Y Z, Duan H R, et al. 2012. The progress in the application of satellite gravity survey[J].   Geophysical & Geochemical Exploration (in Chinese), 36(1): 54-58, 64.
[20] Xu H Z, Zhou X H, Peng B B. 2005. Satellite gravity measurement [J].   Geospatial Information (in Chinese), 3(1): 1-3.
[21] Xu W, Zhong M, Xu H Z. 2012. Sea level variations in the South China Sea ingerred from satellite gravity, altimetry, and oceanographic data[J]. Sci. China Earth Sci.   (in Chinese), 42(3): 313-319.
[22] Yang J, Zhan H. 2008. Development of the satellite gravity surveying technology[J].   Recent Developments in World Seismology (in Chinese), 2008, (5): 23-27.
[23] Zhang J, Zhou G F, Xu Z X. 1997. The relativity of hydrocarbon resources and the satellite gravity anomaly in tarim basin[J].   Earth Science (in Chinese), 22(6): 643-647.
[24] Wang Z T, Dang Y M, Jiang W, et al. 2006. Combining altimeter and gravity satellite to compute quasi-stable dynamic ocean topography[J].   Science of Surveying and Mapping (in Chinese), 31(6): 40-42.
[25] Zhong B, Luo Z C, Li J C, et al. 2012. Spectral combination method for recovering the earth’s gravity field from high-low SST and SGG data[J].   Acta Geodaetica et Cartographica Sinica (in Chinese), 41(5): 735-742.
[26] Zhou J C, Sun H P. 2007. Effect of ocean tide on recovery of satellite gravity field[J].   Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 50(1): 115-120.
[27] Zhu G B, Chang X T, Zhou X C, et al. 2011. On numerical methods for determination of earth gravity field model using mass satellite gravity gradiometry data[J].   Journal of Geodesy and Geodynamics (in Chinese), 31(6): 140-144.
[28] 陈家联, 张毅, 陈超. 2010. 广西地区卫星重力异常与区域地质特征[J].   地球物理学进展, 25(4): 1233-1239.
[29] 方剑. 1999. 利用卫星重力资料反演地壳及岩石圈厚度[J].   地壳形变与地震, 19(1): 26-31.
[30] 冯伟, 钟敏, 许厚泽. 2012. 联合卫星重力、卫星测高和海洋资料研究中国南海海平面变化[J].   中国科学: 地球科学, 42(3): 313-319.
[31] 高春春, 陆洋, 史红岭. 2012. 卫星重力梯度测量在海洋科学中的应用分析[J].   海洋测绘, 32(5): 77-81.
[32] 焦孟梅, 张景发, 姜文亮,等. 2008. 卫星重力发展及应用[A]. //地壳构造与地壳应力文集[C].   北京: 中国地震局地壳应力研究所: 95-108.
[33] 楼海, 王椿镛, 王飞. 2000.卫星重力资料揭示的新疆天山地区构造动力学状态[J].   地震学报, 22(5): 482-490.
[34] 宁津生. 2002. 卫星重力探测技术与地球重力场研究[J].   大地测量与地球动力学, 22(1): 1-5.
[35] 孙文科. 2002.低轨道人造卫星(CHAMP、GRACE、GOCE)与高精度地球重力场-卫星重力大地测量的最新发展及其对地球科学的重大影响[J].   大地测量与地球动力学, 22(1): 92-100.
[36] 王虎彪, 王勇, 陆洋,等. 2005. 用卫星测高和船测重力资料联合反演海洋重力异常[J].   大地测量与地球动力学, 25(1): 81-85.
[37] 王懋基, 宋正范, 尹春霞. 1998. 南海卫星重力研究[J].   物探与化探, 22(5): 329-335.
[38] 王谦身, 滕吉文, 王光杰,等. 2007. 应用卫星重力信息对横断山系地区布格重力异常特异分布的纠正[J].   地球物理学进展, 22(2): 345-352.
[39] 王万银, 刘金兰, 邱之云,等. 2004. 利用卫星重力异常研究南黄海地区中生界厚度[J].   中国海上油气, 16(3): 151-156, 169.
[40] 王正涛, 党亚民, 姜卫平,等. 2006. 联合卫星重力和卫星测高数据确定稳态海洋动力地形[J].   测绘科学, 31(6): 40-42.
[41] 吴良士. 2009. 民主柬埔寨地质构造与区域成矿[J].   矿床地质, 28(3): 381-383.
[42] 徐海军, 张永志, 段虎荣,等. 2012. 卫星重力测量的应用进展[J].   物探与化探, 36(1): 54-58, 64.
[43] 许厚泽. 2001. 卫星重力研究: 21世纪大地测量研究的新热点[J].   测绘科学, 26(3): 1-3.
[44] 许厚泽, 周旭华, 彭碧波. 2005. 卫星重力测量[J].   地理空间信息, 3(1): 1-3.
[45] 杨婕, 占惠. 2008. 卫星重力探测技术的发展[J].   国际地震动态, (5): 23-27.
[46] 张健, 周国藩, 徐忠祥. 1997. 塔里木盆地卫星重力异常与油气资源的相关性研究[J].   地球科学, 22(6): 643-647.
[47] 钟波, 罗志才, 李建成,等. 2012. 联合高低卫-卫跟踪和卫星重力梯度数据恢复地球重力场的谱组合法[J].   测绘学报, 41(5): 735-742.
[48] 周江存, 孙和平. 2007. 海潮对卫星重力场恢复的影响[J].   地球物理学报, 50(1): 115-120.
[49] 朱广彬, 常晓涛, 邹贤才,等. 2011. 海量卫星重力梯度观测数据确定地球重力位模型的数值方法[J].   大地测量与地球动力学, 31(6): 140-144.