地表化探异常立体解释模型的建立及其意义-以库车坳陷米斯布拉克地区为例

逆掩断层主要开启时期，逆掩断层活动过程中形成 的断面裂缝是油气垂向运移和超压释放的主要通 道。 因此米斯布拉克地区断层的输导性能取决于断 裂活动时期和烃源岩排烃期的匹配关系。
库车坳陷逆掩断裂带内部发育破碎岩带、破碎 带和裂缝发育带（图 ５）。 破碎岩带在断裂面的正中 央，破碎带和裂缝发育带在破碎岩带两侧对称分布， 且主动盘的裂缝带明显比被动盘更发育。 另外，裂 缝密度随与断裂中心距离的变大而逐渐变小，直至 消失［１２］ 。 当断裂活动时裂缝变大形成一系列大小 不等的空腔，此时油气的运移能力最强；当断裂停止 活动而裂缝未完全闭合或被胶结时，油气沿裂缝运 移，但运移速率明显比断裂活动时弱；当裂缝完全闭 合或被胶结后，油气沿岩石间的孔隙发生微运移。 由于上覆沉积载荷压力和成岩胶结作用，岩石孔隙 也会变得越来越小，对油气的输导能力变得越来越 弱，甚至会发育成致密围岩阻挡油气的运移，使其完 全失去输导能力。
１ 工区及化探工作概况
库车坳陷位于塔里木盆地北部（ 图 １），整体呈 ＮＥＥ 向展布，中、新生界为一套陆源碎屑岩沉积，厚
收稿日期： ２０１５－１１－３０ 基金项目： 国家自然科学基金面上项目（４１１７２１０８） ； 中国石油科技攻关项目（２０１３Ａ⁃３６０７）
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数据点图。 ③插值分析。 由于数据点有限，且分布 不均匀，为最大限度反应地层展布情况，利用自然邻 域法进行插值分析，并选择在自定义表面上浮动，得 到各地层界面、断层面栅格层面图。 ④栅格层面转 ＴＩＮ 文件。 在 Ａｒｃｓｃｅｎｅ 中利用 ３Ｄ Ａｎａｌｙｓｔ 工具中的 转换工具，选择由栅格转出—栅格转 ＴＩＮ，得到各地 层 ＴＩＮ 层面图。 ⑤ 确定层面范围。 在 Ａｒｃｓｃｅｎｅ 中 利用 ３Ｄ Ａｎａｌｙｓｔ 工具中的转换工具，选择由 ＴＩＮ 转 出—ＴＩＮ 范围，输出 Ｐｏｌｙｇｏｎ 类型文件，确定 ＴＩＮ 范 围，以便在 ＴＩＮ 拉伸成体过程中限制层面范围，得到 确切的地层及断层面展布范围。 ⑥地质体拉伸。 基 于多层 ＴＩＮ 建立三维地质模型，在 Ａｒｃｓｃｅｎｅ 中利用 ３Ｄ Ａｎａｌｙｓｔ 工具，选择表面三角化—在两个 ＴＩＮ 之 间拉伸，以此对各个地层界面、断层面进行拉伸，便 可得到该区的三维地质体模型（图 ２）。 ⑦地质体完 善。 建立三维地质体后可对其进行显示设置，使其 看起来更加具有立体层次感，更加适合地质体的美 化效果。
第 ４０ 卷第 ４ 期 ２０１６ 年 ８ 月
物 探 与 化 探
ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ ＆ ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ
Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．４ Ａｕｇ．，２０１６
ｄｏｉ： １０．１１７２０ ／ ｗｔｙｈｔ．２０１６．４．１１ 林玉祥，马小伟，朱传真，等．地表化探异常立体解释模型的建立及其意义———以库车坳陷米斯布拉克地区为例［ Ｊ］ ．物探与化探，２０１６，４０（ ４） ： ７０５－７１２．ｈｔｔｐ： ／ ／ ｄｏｉ．ｏｒｇ ／ １０．１１７２０ ／ ｗｔｙｈｔ．２０１６．４．１１ Ｌｉｎ Ｙ Ｘ，Ｍａ Ｘ Ｗ，Ｚｈｕ Ｃ Ｚ，ｅｔ ａｌ． Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｏｍａｌｙ：Ａ ｃａｓｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｍｅａｔｈ Ｂｒａｑｕｅ ａｒｅａ ｉｎ Ｋｕｑａ Ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ ［ Ｊ］ ．Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，２０１６，４０（４） ：７０５－７１２．ｈｔｔｐ： ／ ／ ｄｏｉ．ｏｒｇ ／ １０．１１７２０ ／ ｗｔｙｈｔ．２０１６．４．１１
等，为弱异常。 ３．２ 异常剖面分布特征
以过黑英 １ 井区的南北向剖面为例（ 图 ４），对 甲烷异常进行剖面解释。 黑英 １ 井附近区域靠近南 天山造山带，后期构造运动中地层遭到强烈的抬升， 随后发生风化剥蚀作用，该区域甲烷强异常的形成 与断裂活动以及三叠系和侏罗系烃源岩直接裸露于 地表有关。 异常区地下圈闭条件较差，不利于形成 大型油气藏；中南端烃源岩埋藏较深，北西向断层封 闭性较好，只有局部在北东东向断层的影响下形成 弱异常，地下背斜圈闭发育较好，有利于油气的聚集 和保存。
工区内热释烃甲烷异常总体呈环状分布 （ 图 ３）。 工区西南部黑英 １ 井区—米斯布拉克—卡路 康下一线异常强度大、衬度高、面积较大，为强异常。 工区东部博孜地区异常强度较大、衬度较高、面积较 小，为 中 等 异 常。 工 区 东 北 部 沙 拉 依 塔 木—卡 列 马—黑英山—满族塔木一线强度小、衬度小、面积中
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地表化探异常立体解释模型的建立及其意义
———以库车坳陷米斯布拉克地区为例
林玉祥１，马小伟１，朱传真１，宋喜林２，米晓利２，张岗２
（１．山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛 ２６６５９０； ２．中国石油东方地球物理公司 综合 物化探处，河北 涿州 ０７２７５０）
摘 要： 以往对化探异常主要进行平面和剖面的二维解释，难以准确地反映化探异常与地下油气分布的关系。 以库 车坳陷米斯布拉克地区油气化探为例，系统研究了该区沉积—构造演化、生烃过程、油气运移特征及异常展布规 律，并以油气垂向运移理论为指导，建立了该区化探异常立体解释模型（ 地质体模型、输导空间模型、异常压力模型 和化探异常立体模型） ，直观反映了该区油气垂向运移的方式、动力来源、运移空间和运移路径，系统解释了米斯布 拉克地区地表化探异常的形成过程及其与地下油气的关系，发现断裂面凸面引起的油气聚敛运移导致异常加强， 而断裂凹面引起的油气发散运移导致异常减弱。 总体来看，化探异常立体解释模型在米斯布拉克地区化探异常解 释中取得了良好的效果，有效地提高了化探异常解释的确定性和准确性。 关键词： 化探异常立体解释；输导空间模型；异常压力模型；三维地质建模；米斯布拉克地区 中图分类号： Ｐ６３２ 文献标识码： Ａ 文章编号： １０００－８９１８（２０１６）０４－０７０５－０８
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图 ４ 米斯布拉克地区黑英 １ 井区剖面
尽管从平面和剖面分析化探异常反映的地下油 气分布取得了一些认识，但无法全面整体地了解地 下含油气情况及其空间变化规律［８］ 。 因此，只有在 三维可视化模型基础上，充分结合地下地质条件才 能全面了解油气垂向运移的路径、动力来源，从而全 方位、多角度捕捉化探指标异常所反映的油气地球 化学信息，对化探异常作出合理、正确的解释，提高 勘探成功率。
油气化探作为一种勘探方法，在长期的实践中 形成了独特的理论和方法体系［１］ ，具有直接、快速、 成本低的特点和优势［２］ 。 油气化探异常是油气自 生成后经垂向运移或在聚集成藏后垂向逸散而在近 地表形成的各种地球化学现象。 油气地表地球化学 异常在成因上具有多元性，数据采集上具有随机性 和不 确 定 性， 还 具 有 区 域 化 变 量 的 结 构 性 等 特 点［３］ 。 同时，目前对油气化探样品的分析精度也具 有一定的局限性，外加地下地质条件的复杂性和不 确定性以及地表覆盖条件的复杂性，共同导致了化 探异常的多解性。 因此地表地球化学异常对地下油 气分布的指示作用具有一定的局限性。
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图 １ 米斯布拉克地区大地构造位置
度可达 ８ ０００ ｍ 以上，其中侏罗系和三叠系为主要烃 源岩，Ｒｏ 在 ０．６％ ～ ２．５％ 之间［５］ ，气态烃生成条件优 越。 该区经历了多期构造运动，其中以燕山运动和 喜山运动影响最为明显。 喜山期，构造运动使北部 天山造山带强烈抬升，在水平挤压作用下，造成了北 东东向的冲断—褶皱构造，形成了现今向斜和背斜 相间分布的构造格局。 多期构造运动为烃源岩演化 以及构造圈闭的形成创造了一定条件，目前在新近 系、古近系、白垩系以及侏罗系地层中都发现了大量 油气，油气资源丰富。
３ 异常平面、剖面分布特征
热释烃是地下烃类垂向微运移至近地表并为土 壤介质吸附的部分，是地下含油气信息的直接反映。 在地下油气烃类组成中以甲烷浓度最高，且运移能 力最强，故地表土壤介质中甲烷丰度最高。 因此笔 者选择以甲烷异常解释为例，综合研究其垂向运移 的动力来源、运移空间和运移路径。 建立立体化模 型，在三维空间内对其形成及演化进行综合解释。 ３．１ 异常平面分布特征
该区化探工区面积约 ６２０ ｋｍ２，以南北向布设勘 探测线，按 ５００ ｍ×５００ ｍ 测网布设采样点，米斯布拉 克油苗区加密，按 ２５０ ｍ × ２５０ ｍ 测网布设采样点。 共采集土壤样品 ２ ６４２ 个，全部进行热释烃、ΔＣ、热 释汞和荧光光谱分析。
２ 三维模型的建立
基于 Ａｒｃｇｉｓ 软件平台建立米斯布拉克地区地下 地质情况及地表异常的三维可视化模型，具体步骤 如下：①数据采集。 采集地层界面、断裂面埋深数 据，然后将其及与之对应的 Ｘ、Ｙ 坐标录入 Ｅｘｃｅｌ 表 格中。 ②数据导入。 将建立的 Ｅｘｃｅｌ 表格数据导入 到 Ａｒｃｓｃｅｎｅ 中，选择显示 Ｚ 坐标值，得到地层埋深
化探异常综合解释的发展趋势必然是从定性分 析到定 量 分 析， 建 立 综 合 三 维 模 型 和 引 入 系 统 思 想［４］ 。 建立三维可视化模型是定量分析化探异常 三维立体综合解释的基础。 应用数学模拟方法建立 三维可视化模型，追索烃类垂向运移的途径，进而研 究油气化探异常形成及其演化过程，是提高化探异
米斯布拉克地区位于库车坳陷的北部单斜带， 北邻南天山，区内圈闭发育，具有良好的油气地质条 件，但地下构造复杂，横向岩性多变，地震资料品质 较差，难以取得较好的勘探效果。 在该区进行化探 工作，能够充分发挥化探的先导作用，加快勘探的步 伐，缩小勘探靶区，达到降低成本、缩短勘探周期、提 高勘探命中率的目的［６］ 。
４ 输导空间、异常压力立体模型
４．１ 输导空间立体模型 作为油气垂向运移的主要通道，断裂对油气的
输导性能取决于其封闭性［９］ 。 当断裂活动较强时， 断裂阻力减小，利于油气的运移；当断裂停止活动， 油气运移阻力增大，油气运移强度降低。 库车坳陷 发育大量北东东向的逆掩断裂，对于逆断层来说由 于上覆地层压力作用和上下盘泥岩层的研磨作用通 常会形成断层面压力封闭及泥岩涂抹封闭，从而对 油气失去输导作用［１０ １１］ 。 断裂形成和活动时期是
确定化探异常首先要确定异常下限， 在实际工 作中异常下限的确定不仅要考虑地球化学数据的分
４期
林玉祥等：地表化探异常立体解释模型的建立及其意义———以库车坳陷米斯布拉克地区为例
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图 ２ 米斯布拉克地区三维地质体模型
图 ３ 米斯布拉克地区甲烷化探异常分布
布形态，而且要结合实际地质情况和地质背景。 在 充分研究地质背景的基础上［７］ ，分析数据经过影响 因素定量校正、离群数据处理、正态分布检验作 ４ 次 趋势面拟合背景。 为最大限度反映区内甲烷异常特 征，用趋势剩余残差的平均值加 ０．５ 倍方差计算其 趋势剩余异常下限，为 ０． ９７９６ × １０－９，全区共有 ８２２ 个异常点，异常率为 ３１．１１％。
常解释水平的重要手段，也是油气化探异常由定性 描述到定量研究的必由之路。 三维可视化模型的建 立有助于从静态到动态、全方位、多角度捕捉化探指 标异常所反映的油气藏的地球化学信息，对地下油 气分布作出符合实际的分析，明确圈闭含油气性，为 油气勘探有利区优选和探井布设提供有力的支持。 笔者认为油气化探异常的形成是含油气盆地石油地 质演化历史中不可分割的一部分，因此以库车坳陷 米斯布拉克地区为例，以盆地模拟和含油气系统的 基本思想为指导，在盆地地层发育史、构造演化史、 生烃史、异常压力演化史、油气运移史等基础上，研 究油气垂向运移特征，进行化探异常立体解释，从而 对地表化探异常与地下油气分布的关系有了更加深 入的认识。