研究区位于新疆西北部, 北邻西伯利亚板块, 西接哈萨克斯坦板块, 南邻塔里木板块, 处于阿尔泰造山带、西准噶尔造山带和天山造山带夹持的三角地带^[5], 包含了准噶尔盆地西部、塔城盆地和西准噶尔造山带中的和什托络盖盆地(图1)。

图1

Fig.1

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	图1 准噶尔盆地中西部航空重磁综合调查区地质简图 1.新生界; 2.白垩系; 3侏罗系; 4.三叠系; 5.二叠系; 6.石炭系; 7.泥盆系; 8.志留系; 9.奥陶系; 10.蛇绿岩; 11.花岗岩; 12.断层; 13.调查区Fig.1 Geological sketch map of comprehensive airborne gravity and magnetic investigation in the midwest of Junggar Basin and adjacent area

准噶尔盆地属于大型复合叠加沉积盆地, 盆地具有双重基底结构特征, 晚海西期隆拗构造格局, 控制着盆地总体油气生成、运移、聚集、成藏规模。盆地内大部分地区被第四系所覆盖, 但周围出露地层相对较为丰富, 自下而上发育石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系和新近系^{[6, 7]}。盆地内主要烃源层为二叠系, 其次为侏罗系、石炭系、三叠系、白垩系和古近系, 储集层从石炭系至古近系各个层位都有分布, 且均已在其中发现油气藏。随着油气勘探的不断深入, 在石炭系— 二叠系火山岩特殊岩性储层中已经获得重大突破, 该套火山岩规模大、分布广, 已成为重要的油气储层^{[8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]}。

塔城盆地是在古生代褶皱基底上发育的新生代山间盆地, 为多旋回叠加复合型盆地。盆地内几乎全为第四系所覆盖, 仅在盆地边缘有少量新生界出露^{[15, 16]}。

和什托洛盖盆地是准噶尔西北缘大型逆冲褶皱带上盘以泥盆系— 石炭系为基底的中— 新生代山间盆地。盆地下部发育晚古生代的石炭系、泥盆系, 其上覆盖中生界上三叠统、侏罗系, 全区缺失二叠系及中、下三叠统。盖层中, 下侏罗统在盆地内广泛发育, 沉积厚度占绝对优势, 白垩系沉积较薄, 新生界厚度仅百余米^{[17, 18]}。

岩石物性是减少地球物理多解性的重要约束条件。为获取详实的物性资料, 对研究区及周边出露的岩石进行了物性测量, 分析整理了不同地层及侵入岩的磁化率、密度特征(表1), 为重磁综合研究提供了物性前提。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 研究区地层及侵入岩实测物性 Tab.1 Field properties of intrusive rocks and formation in research areas 分类 时代/ 侵入岩性质 岩性 密度/(g· cm-3) 磁化率/(10-5SI) 密度 物性点数 最小值 最大值 平均值 磁化率 物性点数 最小值 最大值 平均值 地 层 Q 砂砾土 63 2 748 121 E— N 红土 3 2.33 2.44 2.39 9 2 806 101 K 泥岩、砂岩、砾岩 3 2.39 2.61 2.45 6 8 2 203 198 砂岩、砾岩、泥岩 22 2.20 2.63 2.37 23 0 396 50 J 灰岩 1 2.59 2.61 2.60 1 3 49 20 安山岩 1 2.57 2.62 2.60 1 331 2 999 1 542 T 砂岩、泥岩 3 2.05 2.63 2.39 4 2 332 104 泥岩、砂岩、砾岩 5 2.45 2.66 2.60 8 7 264 51 P 灰岩 1 2.79 2.87 2.87 1 44 100 71 酸性火山岩、火山碎屑岩 4 2.55 2.76 2.65 4 22 2 140 409 中-基性火山岩 3 2.60 2.85 2.70 3 880 5 740 2 805 砂岩、泥砂岩、钙质砂岩 17 2.44 2.71 2.64 21 4 632 57 灰岩 10 2.66 3.04 2.75 11 2 100 28 C 酸性火山岩、火山碎屑岩 19 2.55 2.83 2.63 20 4 1 827 185 中-基性(次)火山岩 15 2.62 2.85 2.76 17 42 4 847 2 159 镁铁质岩 2 2.76 2.92 2.86 2 6 8 000 3 459 泥岩、砂岩、粉砂岩、砾岩 28 2.53 2.74 2.63 33 2 245 43 片岩、片麻岩 9 2.61 2.79 2.69 11 10 5 810 320 D 灰岩 6 2.67 2.92 2.78 6 0 127 43 火山碎屑岩、凝灰岩、 流纹岩、霏细岩 15 2.54 2.83 2.64 18 1 3 996 246 中-基性火山岩、安山玢岩 9 2.67 2.96 2.78 9 28 5 909 1 457 砂岩 2 2.62 2.68 2.65 3 12 80 38 S 灰岩 3 2.68 2.83 2.76 3 14 333 75 片岩 3 2.67 2.88 2.72 3 9 666 165 火山碎屑岩 1 2.75 2.80 2.77 1 91 572 227 砂岩、片岩、片麻岩、变粒岩 10 2.61 2.84 2.72 13 6 4 628 571 火山碎屑岩 4 2.59 2.68 2.62 4 7 427 93 O 火成变质岩 3 2.74 2.93 2.81 3 66 4 004 891 灰岩 1 2.99 3.04 3.01 1 55 105 80 硅质岩 1 2.14 2.22 2.20 1 17 72 36 Z— 变质砂岩、片岩、片麻岩 8 2.41 2.80 2.67 9 3 2 823 280 Jx 变粒岩、片岩、片麻岩 4 2.67 2.95 2.76 4 5 2 210 387 变质砂岩 1 2.59 2.63 2.62 1 9 36 17 侵 入 岩 花岗岩(Cγ /Pγ /Dγ ) 31 2.50 2.69 2.60 40 1 2 500 218 钾长花岗岩(Cξ γ /Pξ γ ) 8 2.50 2.65 2.58 9 3 897 144 酸性 斜长花岗岩(Dγ o) 3 2.58 2.69 2.64 3 13 497 117 二长花岗岩(Pη o) 1 2.51 2.58 2.56 1 38 269 142 正长岩(Pξ ) 2 2.55 2.86 2.73 2 33 674 207 中酸性 花岗闪长岩(Cγ δ ) 6 2.54 2.76 2.68 8 19 5 056 1 421 石英闪长岩(Sδ o) 1 1 124 2 227 1 558 中性 闪长岩(δ 、Cδ ) 4 2.75 2.93 2.79 4 170 5 937 1 903 基-超基性 辉长岩、超基性岩 8 2.73 3.12 2.90 8 97 17 013 4 168

表1 研究区地层及侵入岩实测物性 Tab.1 Field properties of intrusive rocks and formation in research areas

1.2.1 磁化率特征

(1)正常沉积岩和沉积变质岩磁性整体较弱, 以无或弱磁性岩石为主, 具有磁性的岩石主要为火山岩、侵入岩和火成变质岩。

(2)元古宇火成变质岩主要分布于阿勒泰山脉中东部, 磁性相对较强, 普遍在500× 10^-5 SI以上。

(3)古生界正常沉积岩和酸性火山岩以无或弱磁性为主, 但古生代中-基性火山熔岩磁性较强, 磁化率普遍在1 500× 10^-5 SI以上, 应能够引起比较明显的磁异常。

(4)中生代以无或弱磁性的沉积岩为主, 局部分布安山岩夹层, 磁化率可达1 000× 10^-5 SI, 应是引起盖层局部磁异常的重要地质因素。

(5)古生代侵入岩磁性变化较大, 其中, 酸性侵入岩磁化率相对较弱, 多在500× 10^-5 SI以下, 主要引起低幅度磁异常; 中-基性侵入岩普遍具有强磁性, 磁化率普遍在2 000× 10^-5 SI以上, 应能引起强磁异常。

1.2.2 密度特征

(1)不同时代的地层岩石密度差别明显, 从老到新密度明显减弱, 元古宇、下古生界、上古生界和中— 新生界之间密度差比较明显, 存在多个密度界面。其中, 古生界与上覆地层密度差最为明显, 密度差一般在0.19~0.29 g/cm³之间, 应为最重要的区域界面— — 主密度界面。

(2)同一时代沉积地层各类岩石之间的密度差别较大, 总体来看, 大体按照灰岩、泥岩、粉砂岩、砂岩、粗砂岩和砂砾岩依次变小。

(3)火成岩密度值变化范围较大, 从火山碎屑岩— 酸性岩— 中性岩— 基性岩, 密度值显著增高, 密度最小的是凝灰岩, 为2.50 g/cm³, 密度大于2.70 g/cm³的火成岩有安山玢岩、玄武岩、辉绿岩和闪长岩。

(4)古生代侵入岩发育, 从酸性到基性均有分布。酸性侵入岩密度相对围岩较小, 应能引起重力负异常; 中-基性侵入岩密度相对围岩较大, 应能引起重力正异常。

航空重磁综合测量系统以GT-2A航空重力仪、HC-2000氦光泵磁力仪、DSC-1型航磁数字补偿器和数据收录系统等为核心仪器, 辅以配套辅助测量仪器, 在严格的技术要求及检测、测试下集合而成(图2)。2015年8月, 在航空重磁综合测量系统各项指标测试均达到要求的基础上, 以Cessna208型飞机为作业平台, 实施了准噶尔盆地中西部油气资源调查工作。

图2

Fig.2

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	图2 航空重磁综合调查系统集成Fig.2 Integrated system of comprehensive airborne gravity and magnetic investigation

根据调查区内地质构造, 参考区内已有航磁和地面重力资料显示的异常走向, 遵循主测线方向垂直或基本垂直地球物理场和主地质构造走向的原则, 确定塔城盆地主测线方向为20° D200° , 切割线方向为110° D290° ; 准噶尔盆地西部及和什托洛盖主测线方向为0° D180° , 切割线方向90° D270° 。测量比例尺为1:5万, 测线间距为500 m, 切割线间距为10 000 m, 组成500 m× 10 000 m测网。

测量飞行导航使用HD01双星座全球卫星导航定位系统。该系统能够提供飞机的三维空间位置、飞行航向、飞行高度、飞行速度等多种导航信息。实际测量飞行中, HD01定位系统同时接收美国和俄罗斯2组不同星座卫星信号, 定位精度可达到1.6 m。

为提高测量中的飞机定位精度, 测量使用后处理差分GPS系统进行精确定位。以差分GPS地面站为基准站, 以飞机作为空中移动站载体进行后处理定位方式。定位系统采用Ashtech双频接收机进行观测, 系统采样频率2 Hz, 地、空接收机均使用双频天线, 与国家级数据网位置同步观测得到基准站位置。根据差分GPS系统性能参数, 差分动态测量的定位精度为5.0 mm。

辅助测量主要包括: ①视察飞行, 即了解测区地形与气象特征以保证人员及飞机安全; ②磁补偿, 即消除飞机对磁场的影响, 本次补偿补后标准差为0.035 nT, 满足设计指标要求的补后标准差小于0.08 nT; ③重力动态精度测试, 以检查航重系统在飞行状态下工作是否正常, 工作中2个架次的重力动态精度测试结果为0.748 mGal, 满足设计指标要求的内符合精度好于0.8 mGal; ④重复线测量, 即检查测量系统一致性及时间滞后改正量的确定, 测量中选取了总工作量的2%进行重复测量, 满足了检测及滞后校正的要求。

在航磁Δ T化极图(图3左)上, 塔城盆地表现为复杂变化的强磁异常区, 异常形态变化多样, 强弱差别较大, 多见幅值高于200 nT的强磁异常。区内异常呈整体变化快、局部杂乱的特点, 是典型的火成岩异常特征的表现。

在构造位置上, 塔城盆地位于阿尔泰造山带与西准造山带所夹持的三角部位, 构造位置独特, 岩浆活动剧烈、频繁, 发育加里东和早、中海西期岩浆岩。据地质和化探资料^[19], 该区早、中古生代岩浆岩来源较深, 火成岩中有大量幔源岩浆融入, 幔源岩浆上涌侵入早期地层或喷发成岩, 形成中-基性火山岩、中-基性侵入岩、I型和A型花岗岩等具有较强磁性的岩石。同时, 该时期剧烈的岩浆活动将早期地层强烈改造, 尤其早石炭世末期的鄯善运动, 使下石炭统及以下地层发生变质, 形成褶皱。

根据实测物性资料推断, 早、中古生代火成岩应是引起塔城盆地复杂变化强磁异常特征的主要地质因素。在布格重力垂导图(图3右)上, 高值重力异常与高幅度强磁异常相对应, 进一步说明区内高磁、高密的异常特征是中-基性火成岩的反映。

综合重磁异常特征、区域地质资料及物性资料, 认为塔城盆地基底为被火成岩强烈改造的早— 中古生代褶皱变质基底。

在航磁Δ T化极图(图3左)上, 塔城盆地南、北两侧以高频异常为主, 基底埋藏较浅, 为基底隆(凸)起构造的表现; 而该区中部为宽缓正磁异常带, 基底埋藏相对较深, 局部盖层厚度大于3 km, 且异常带南北两侧均有明显降低的梯度带控制, 在构造上应为断陷的反映, 称为塔城中央断陷。

在航空布格重力垂导图(图3右)上, 塔城盆地中部呈一条“ U” 型重力负异常带, 与宽缓的航磁正磁异常带相对应。结合地质及物性资料, 认为是具有一定埋深的沉积断陷的反映, 尤其是“ U” 型重力负异常带右半段的NE向负异常带, 应为整个塔城中央断陷沉积中心。经深度计算, 该区自晚古生代以来接受的后期沉积盖层(新生代盖层)厚度约为 3 km, 具有一定的找油潜力。

和什托洛盖盆地及周边主要发育无或弱磁性上古生界石炭系、泥盆系和中生界侏罗系地层, 在磁场和重力场上均为宽缓的NEE向负异常带, 与周围的磁场和重力场存在明显的差别, 充分反映了山间盆地的特征。

在航空布格重力垂导图(图3右)上, 和什托洛盖盆地内呈现了东西2个重力低值区和1个中间重力高值区, 形成了两凹夹一凸的构造格局。根据区域地质资料, 该区自海西晚期形成褶皱基底后, 构造活动不强烈, 岩浆岩活动较弱, 长期处于缓慢沉降状态, 较为稳定地接受了后期中生界和新生界盖层的沉积^{[17, 18]}。针对此种地质特征, 认为和什托洛盖盆地内位于2个凹陷中间的中央凸起为有利的油气构造部位, 有较好的找油气潜力。

研究区内涉及了准噶尔盆地西部, 主要包括准噶尔盆地西北缘NE向逆冲构造带、车排子斜坡带和南缘坳陷。

准噶尔盆地西部在航磁化极图(图3左)上, 以近SN向红车断裂带为界, 东部为正异常区, 西部负异常区, 主要为深部不同性质的前寒武纪结晶基底的反映。其中, 东部为强磁性的刚性结晶基底(陆核), 西部为弱磁性塑性结晶基底(TTG)。

在航空布格重力垂导图(图3右)上, 准噶尔盆地西部表现为由北向南缓慢降低的梯级带和南部区域负异常, 反映了该区域晚古生代的构造格架。缓慢降低的重力梯级带为车排子斜坡带的显示, 南部区域负异常呈近EW向展布, 为南部坳陷的异常特征。

经重磁异常深度计算及与收集到的地震钻井资料对比, 车排子斜坡带在石炭纪以来后期沉积盖层厚度在3~5 km之间, 各层发育较为齐全, 尤其发育石炭系优质烃源岩。在图3(右)上, 车排子斜坡带上存在较多局部高值异常, 认为是盆地基底构造及其继承性构造的反映, 这些局部构造位置优越, 是油气勘探的有利部位, 应为下一步油气勘探的重点目标。