陳江源，劉波，陳志財，陳志鵬，王海紅，石連成

(1.核工業(yè)航測遙感中心，石家莊 050002；2.中核集團鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心(重點實驗室)，石家莊 050002；3.河北省航空探測與遙感技術(shù)重點實驗室，石家莊 050002)

0 引言

研究區(qū)范圍較大，跨及山西大同市，河北張家口市、承德市及內(nèi)蒙古自治區(qū)烏盟、錫盟南部等地區(qū)，面積約11.64×104km2。該區(qū)覆蓋有1∶5萬、1∶10萬、1∶20萬等不同比例尺航空物探資料，大部分資料是由核工業(yè)航測遙感中心和中國地質(zhì)調(diào)查局自然資源航空物探遙感中心測量完成[1-2]。

國內(nèi)學(xué)者較早開始對研究區(qū)元古界的地層特征、殘留地層的分布、沉積相的主要類型和沉積體系的展布、出露油苗的分布、古油藏的分布等進行了大量的野外地質(zhì)工作，取得了較多的研究成果[3-8]。通過地球物理特征所反映的深部信息，有助于深化油氣地質(zhì)找礦的認識[9]。為加快研究區(qū)油氣勘探步伐，本次利用現(xiàn)有重磁資料重新進行連片處理，在最新石油地質(zhì)理論指導(dǎo)下開展綜合解釋，推斷最有利的油氣遠景區(qū)，指出下一步油氣勘探目標(biāo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 大地構(gòu)造背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于華北地臺北緣(圖1)，其北部邊緣屬內(nèi)蒙地槽，以南屬華北地臺區(qū)[10]。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置Fig.1 Geotectonic location map of the study area

1.2 地層

研究區(qū)內(nèi)地層發(fā)育較完整，出露較齊全。除缺失志留系、泥盆系外，太古界、元古界、古生界、中生界、新生界所屬各地層在區(qū)內(nèi)均有分布和出露。其中，中生界主要分布于中新生代強烈坳陷地帶，古老結(jié)晶基底巖系大部分被侏羅系掩蓋，侏羅-白堊地層組合是本區(qū)重要的成煤和油頁巖建造之一，含煤層系中的有機質(zhì)成分也具生成油氣的條件[11-15]。

1.3 巖漿巖

研究區(qū)內(nèi)巖漿巖十分發(fā)育，尤以中生代為主，侵入巖和火山巖出露面積占基巖面積34%。侵入巖以中酸性巖為主，基性、超基性巖體數(shù)量多，但面積小，堿性巖體最少?；鹕綆r以安山巖、流紋巖為主。

1.4 構(gòu)造

研究區(qū)已知斷裂構(gòu)造主要有深斷裂3條，即康保—圍場、內(nèi)蒙地軸南緣和太行山深斷裂帶。大斷裂4條，即沽源—張北、馬市口—松枝口、密云—喜峰口和平坊—桑園大斷裂。

2 巖石物性特征

2.1 巖石磁性特征

從巖石磁化率及剩余磁化強度柱狀圖(圖2)中可以看出：沉積巖類均屬弱磁性或無磁性層，磁化率為10×10-5～30×10-5SI；變質(zhì)巖類屬太古界深變質(zhì)巖，磁性最強，磁化率為1100×10-5～2130×10-5SI，平均值1650×10-5SI，分布面積廣，構(gòu)成區(qū)域性磁性界面；火山巖、火山碎屑巖類如玄武巖磁性較強，磁化率為100×10-5～1600×10-5SI；侵入巖類如加里東期和華力西期中性、中酸性侵入巖磁性較強，磁化率一般為n×10-5～n×100×10-5SI，可形成局部強磁異常?；?超基性脈巖磁性最強，磁化率高達n×100×10-5～n×1000×10-5SI。

圖2 研究區(qū)巖石磁化率及剩余磁化強度柱狀圖Fig.2 Column of susceptibility and residual magnetization of rocks in the study area

2.2 巖石密度特征

從巖石密度參數(shù)柱狀圖(圖3)中可以看出：區(qū)內(nèi)地層巖石密度由老到新可分為3個密度層，中新生代陸相碎屑巖密度最小，一般<2.0 g/cm3，其中新近系漢諾壩組玄武巖、白女羊盤組火山熔巖、大青山組雜色碎屑巖密度較大，一般為2.4～2.7 g/cm3；古生代海相、海陸交互相碎屑巖密度中等，一般為2.6 t/m3左右；太古界巖石密度最大，可達2.94 g/cm3。區(qū)內(nèi)巖漿巖總體表現(xiàn)為“隨侵入體形成時代由新到老”、侵入巖的密度隨著巖石基性成分的增加而增大，隨著酸性成分的增加而減小的總體變化趨勢。

圖3 研究區(qū)巖石密度參數(shù)柱狀圖Fig.3 Column of density parameters of the rocks

3 數(shù)據(jù)處理

本次數(shù)據(jù)處理主要使用加拿大Geosoft公司的地球物理數(shù)據(jù)處理軟件、中國地質(zhì)大學(xué)提供的MAPGIS 6.7成圖軟件，以及近年來核工業(yè)航測遙感中心開發(fā)的各種專用軟件，完成工區(qū)航磁數(shù)據(jù)拼接、位場轉(zhuǎn)換及反演數(shù)據(jù)處理，編制各種基礎(chǔ)圖件、轉(zhuǎn)換圖件和推斷解釋成果圖件。航磁數(shù)據(jù)處理流程見圖4所示。

圖4 航磁數(shù)據(jù)處理流程框圖Fig.4 Flow chart for aeromagnetic data procession

3.1 拼接與調(diào)平

數(shù)據(jù)調(diào)平處理采用分區(qū)切割線法和多區(qū)規(guī)則網(wǎng)數(shù)據(jù)拼接法。在調(diào)平處理的基礎(chǔ)上，進行了航磁數(shù)據(jù)的網(wǎng)格化處理，編制平面圖和各種位場轉(zhuǎn)換圖件。網(wǎng)格化方法采用最小曲率法。在較好地反映區(qū)域場的同時，也可兼顧突出局部異常特征。

3.2 位場轉(zhuǎn)換處理

為更好地突出、增強與不同深度地質(zhì)體(層)有關(guān)的有用信息，對研究區(qū)航磁△T數(shù)據(jù)進行位場轉(zhuǎn)換處理，主要包括磁場化極、向上延拓、水平與垂直方向求導(dǎo)、磁性界面反演等。

4 重磁推斷解釋

4.1 航磁推斷解釋

根據(jù)磁場分布特征、磁場值及磁異常梯度變化等要素，將磁場分為3個大的磁場區(qū)(圖5)，即西南部磁場區(qū)(Ⅰ)、中北部磁場區(qū)(Ⅱ)和東北部磁場區(qū)(Ⅲ)。

圖5 研究區(qū)磁場分區(qū)圖Fig.5 Map showing division of magnetic fields in the study area

西南部磁場區(qū)(Ⅰ)：南北跨涼城斷隆和山西臺隆兩個構(gòu)造單元。該磁場區(qū)西北部磁場以近EW向展布為主；中南部磁場呈NE向、NEE向展布，主體受NE向構(gòu)造控制，磁場面貌從南向北呈現(xiàn)“負-正”相間變化的特點，反映各次級構(gòu)造單元的沉積蓋層組合存在明顯的磁性差異。

中北部磁場區(qū)(Ⅱ)：表現(xiàn)為平緩變化的負背景上局部疊加強磁異常特征，總體呈近東西向展布，受構(gòu)造控制，中間夾有斷續(xù)正磁異常帶，推測為太古界深變質(zhì)巖引起。

東北部磁場區(qū)(Ⅲ)：表現(xiàn)為正磁場背景，南北部為正負變化磁場，北部強磁異常為晚侏羅世中酸性火山巖引起，南部強磁異常為中-晚侏羅世火山巖及燕山期中酸性巖體引起。

4.2 布格重力場地質(zhì)解釋

通過對收集的1∶20萬部分區(qū)域重力資料拼接處理編制了布格重力異常等值圖。從圖6中可以看出，從東南→西北依次表現(xiàn)為重力高、重力偏高和重力低值三個異常帶的分區(qū)特征。東南部重力高值場反映出南部坳陷區(qū)古太古界結(jié)晶基底變質(zhì)巖系密度大；中部大范圍的重力偏高值場反映中部隆起區(qū)新太古界基底中深變質(zhì)巖系密度值具有中等變化的特征；西北部重力低值場反映北部坳陷區(qū)中新生代碎屑巖、火山巖以及花崗質(zhì)混合巖、片麻巖等基底巖系具有密度值小的的重力場特征。

圖6 研究區(qū)中部布格重力異常等值線平面圖Fig.6 Plan of Bouguer gravity anomaly contour of the middle part of the study area

研究區(qū)中部重力偏高值異常區(qū)，對應(yīng)太古界基巖出露區(qū)；北部重力低值異常區(qū)，對應(yīng)航磁推斷解釋的北部凹陷帶位置。

4.3 結(jié)晶基底埋深

結(jié)晶基底主要由太古界變質(zhì)巖組成，平均埋深約為3000 m，最大埋深超過7000 m。從結(jié)晶基底埋深等值平面圖(圖7)可以看出，結(jié)晶基底頂界面起伏變化較大，總體上呈“兩坳夾一隆”(北部坳陷帶、中部隆起帶和南部坳陷帶)的構(gòu)造格局。在坳陷帶內(nèi)埋深具有東淺西深、北淺南深的特點，坳陷帶內(nèi)的次級構(gòu)造單元明顯受EW向、NE向、NW向三組深斷裂或大斷裂控制。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，本區(qū)太古界結(jié)晶基底遍布全區(qū)(除東北部正藍旗—多倫一帶出露二疊紀(jì)褶皺基底外)。南部坳陷帶內(nèi)沉積蓋層包括中上元古界和古生界、中生界和新生界；中部隆起帶中沉積蓋層主要包括中上元古界、少量寒武系，個別坳陷發(fā)育中新生界；北部坳陷帶蓋層主要為中生界和新生界，缺少古生界存在的地質(zhì)依據(jù)。

圖7 研究區(qū)結(jié)晶基底埋深等值線平面圖Fig.7 Plan of the buried depth contour of basement in the study ares

5 油氣成礦預(yù)測

5.1 油氣成藏條件

根據(jù)航磁解釋成果，對研究區(qū)油氣成藏條件總結(jié)如下：

(1)構(gòu)造條件。構(gòu)造類型多以潛山披覆構(gòu)造、超覆不整合以及盆緣斷階帶、構(gòu)造斜坡帶為主。本次共推斷解釋了38個凹陷，基底深度大于4000 m的深凹陷主要分布在平魯—大同、蔚廣、商都—張北、沽源—多倫以及圍場等地，航磁資料解釋的斜坡帶多數(shù)分布在含油沉積建造厚度較大的凹陷兩側(cè)，這些是油氣運移的主要渠道和有利存儲部位。

(2)生儲蓋條件。北部坳陷帶中集寧、高烏素、四道溝、大頭山、五一凹陷，以及南部坳陷帶中的平魯、左云、大同、峰峪北、應(yīng)縣、朔州、陽原、蔚縣、宣化、懷來等凹陷基底埋藏深，生油巖系多，沉積厚度較大，生油條件較為有利。研究區(qū)內(nèi)賦存有多種類型的儲集巖，如陸相碎屑沉積巖、中淺變質(zhì)巖及火山巖-火山碎屑沉積巖等。區(qū)內(nèi)生儲蓋組合有洪水莊組、鐵嶺組暗色泥、頁巖(生)—霧迷山組白云巖(儲)—洪水莊組泥、頁巖(蓋)；另一套為鐵嶺組、下馬嶺組暗色泥、頁巖(蓋)—鐵嶺組白云巖(蓋)—下馬嶺組泥、頁巖(蓋)。

綜上所述，認為研究區(qū)沉積凹陷盆地具備了一定生油條件和局部油氣聚集的構(gòu)造條件，并且以往在不同地區(qū)發(fā)現(xiàn)有油氣顯示和油苗分布。

5.2 航磁△T反演剖面地質(zhì)解釋

以平魯—大同坳陷A—A′剖面為例進行航磁反演地質(zhì)解釋：

該剖面位于高墻框—吳家窯—下社鎮(zhèn)一線，基底形態(tài)為“兩凹夾一凸”(圖8)。剖面西段為平魯坳陷，基底西緩東陡，埋深達6000 m；東段為大同凹陷中的應(yīng)縣凹陷，呈“Ⅴ”形，西陡東緩，埋深最大超過7000 m。中部的鵝毛口凸起將兩個坳陷單元分割。剖面基底為太古界桑干群，平魯坳陷、大同坳陷沉積蓋層組合在深部相似，主要為寒武-奧陶系和石炭-二疊系。平魯坳陷中生界地層出露地表，地層總厚度約2000 m；應(yīng)縣凹陷及應(yīng)縣斜坡帶地表為第四系覆蓋，新生界平均厚度近2000 m，中生界侏羅-白堊系厚度為1500～2000 m。兩個凹陷古生界厚度近5000 m。

圖8 平魯—大同坳陷反演剖面圖(A—A′)Fig.8 Inversion profile of Pinglu-Datong depression (A—A′)

5.3 油氣有利區(qū)預(yù)測

根據(jù)航磁反演基底深度、布格重力及油氣地質(zhì)等資料，優(yōu)選了大同、商都、宣懷、多倫—藍旗和圍場5個重點含油氣盆地，預(yù)測油氣有利區(qū)9個(圖9)。

圖9 油氣有利區(qū)預(yù)測分布圖Fig.9 Map showing distribution of the predicted potential areas for oil-gas prospecting

(1)含油氣有利區(qū)預(yù)測判據(jù)

預(yù)測油氣有利區(qū)預(yù)測判據(jù)如下：①凹陷形態(tài)寬緩，面積大，基底埋藏深；②凹陷中局部凸起、斜坡帶等發(fā)育，為含油氣地層厚度較大的凹陷所包圍，有利于油氣的向上聚集、儲存；③有航磁局部異常分布，局部構(gòu)造有利儲集巖類型組合；④具有較好的生烴巖系和儲蓋組合；⑤有微磁異常分布，微磁異常對油氣聚集有間接指示作用。

(2)油氣有利區(qū)分析

根據(jù)磁重綜合解釋結(jié)果，結(jié)合上述預(yù)測判據(jù)，共選取了9片油氣有利區(qū)(見圖9)，其中Ⅰ類有利區(qū)3個，分別為毛家皂—大營公社有利區(qū)(Ⅰ1)、高烏素—十八頃公社有利區(qū)(Ⅰ2)、大北溝公社有利區(qū)(Ⅰ3)。Ⅱ類有利區(qū)6個，分別為山陰縣—神頭鎮(zhèn)有利區(qū)(Ⅱ1)、北水泉—南留莊有利區(qū)(Ⅱ2)、下花園有利區(qū)(Ⅱ3)、大六號公社有利區(qū)(Ⅱ4)、興盛公社有利區(qū)(Ⅱ5)、燕格柏公社有利區(qū)(Ⅱ6)。

以下重點介紹Ⅰ類有利區(qū)：

毛家皂—大營公社有利區(qū)(Ⅰ1)：該區(qū)位于大同坳陷東部，面積約709 km2。有利區(qū)北段跨及大同凹陷與峰峪北凹陷的鞍部，中段位于應(yīng)縣凹陷與大同凹陷的鞍部，南段位于應(yīng)縣凹陷東部，向東跨及應(yīng)縣斜坡帶。周邊3個凹陷埋深均大于6000 m，面積均大于1000 m2。有利區(qū)受NE向F8控制，斷裂構(gòu)造、不整合面構(gòu)造為油氣主要運移通道，儲集巖主要包括碳酸鹽巖、河湖相碎屑巖及少量火山巖?？赡艽嬖诠派纭⒅猩缳_系、白堊系等3套生烴巖系。區(qū)內(nèi)有HC-3、HC-4、HC-5、HC-6號局部異常分布，推測為太古界古潛山構(gòu)造，HC-4號異常附近有一個微磁異常。此外該區(qū)還是侏羅系煤層氣聚集區(qū)。

高烏素—十八頃公社有利區(qū)(Ⅰ2)：該區(qū)位于商都坳陷西側(cè)，面積約398 km2。西鄰商都—曹四夭斜坡帶，商都坳陷面積大于1500 m2，基底埋深超過5000 m。有利區(qū)受F18、F2-1斷裂控制。斷裂構(gòu)造、不整合面構(gòu)造為油氣主要運移通道，儲集巖主要包括河湖相碎屑巖、火山-火山碎屑巖?？赡艽嬖谙掳讏捉y(tǒng)巴彥花群、第三系等2套生烴巖系。區(qū)內(nèi)有HC-35、HC-36號局部異常，推測為古生界古潛山構(gòu)造，另有兩個微磁異常分布。

大北溝公社有利區(qū)(Ⅰ3)：該區(qū)位于正藍旗東側(cè)，面積約433 km2。有利區(qū)西段位于藍旗凹陷，東段處于多倫凹陷與藍旗凹陷之間的鞍部，藍旗凹陷和多倫凹陷總面積接近2000 m2，基底埋深超過4000 m。有利區(qū)受F9、F10斷裂控制。斷裂構(gòu)造、不整合面構(gòu)造為油氣主要運移通道，儲集巖主要包括海相碎屑巖、火山-火山碎屑巖。中上侏羅統(tǒng)可能存在2套生烴巖系。區(qū)內(nèi)有HC-46、HC-47號局部異常，推測HC-46為古生界古潛山構(gòu)造，HC-47為燕山期花崗巖引起的局部凸起構(gòu)造。

6 結(jié)論

(1)通過重磁場特征和巖石磁性參數(shù)分析，確定元古代—太古代變質(zhì)巖和侏羅紀(jì)火山巖是構(gòu)成研究區(qū)的主要磁性層。

(2)結(jié)晶基底埋深反演結(jié)果表明，基底頂界面起伏變化較大，總體上呈“兩坳夾一隆”的構(gòu)造格局，即坳陷主要分布于北部集寧、商都、沽源、多倫、圍場地區(qū)，以及南部的朔州、大同、平魯、蔚廣、宣懷等地區(qū)，坳陷平均埋深為3000 m±，最大埋深超過7000 m。

(3)在坳陷帶內(nèi)優(yōu)選了大同、商都、宣懷、多倫—藍旗和圍場5個重點含油氣盆地，并預(yù)測油氣勘探有利區(qū)9個，其中Ⅰ級有利區(qū)3個，Ⅱ類有利區(qū)6個，為下一步油氣勘探工作提供了方向。