三维MT在库车坳陷新近系沉积相研究中的应用

李鑫^{1, 2}，钟大康³，李勇⁴，雷刚林⁴，杨书江⁵，赵志⁵

(1. 振华石油控股有限公司，四川 成都，610500；

2. 成都北方石油勘探开发技术有限公司，四川 成都，610500；

3. 中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京，102249；

4. 中国石油 塔里木油田分公司，新疆 库尔勒，841000；

5. 东方地球物理公司 综合物化探事业部，河北 涿州，072751)

摘要：在野外露头观察和测井解释成果的基础上，对测得的岩石电阻率值进行校正，界定出新近系不同岩性的电阻率值范围，通过对三维MT资料进行预处理(去噪、编辑与平滑和静态位移校正)和三维反演处理，使三维MT数据准确地反映研究地区岩石的电阻率，然后将三维MT与三维地震数据体叠合，进行电震同台解释，建立构造模型，最终在建立的地层格架内对沉积相分布进行精细地识别，该方法解决井间相带变化和地震相特征不明显带来的研究困难。研究结果表明：库车坳陷新近系的吉迪克组和康村组从山前到盆地中心依次为扇三角洲和湖泊，康村组扇三角洲规模更大；库车组山前地带主要为冲积扇沉积，南部为冲积平原沉积，从西部到东部，冲积扇规模呈现出由小变大的趋势。

关键词：库车坳陷；新近系；三维MT；沉积相

中图分类号：P531          文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2013)12-4972-08

Application of 3D MT in researching of sedimentary facies of the Neogene in Kuche Depression

LI Xin^{1, 2}, ZHONG Dakang³, LI Yong⁴, LEI Ganglin⁴, YANG Shujiang⁵, ZHAO Zhi⁵

(1. China ZhenHua Oil Co., Ltd, Chengdu 610500, China;

2. Chengdu North Petroleum Exploration & Development Technology Ltd, Chengdu 610500, China;

3. College of Geosciences, China University of Petroleum(Beijing), Beijing 102249, China;

4. Tarim Oilfield Company, PetroChina, Korla 841000, China;

5. BGP Non-seismic Survey, CNPC, Zhuozhou 072751, China)

Abstract: Based on the observation of field outcrop and well logging interpretation, resistivity value of rock was corrected, and the resistivity value range of different rocks of Kuche formation was ensured to make the electrical data reflect intuitively different lithofacies. Through pretreatment of 3D MT data, such as de-noising, editing and smothong, and static shift correction, and 3-D inversion treatment, reflected more accurately the resistivity of sediments from study area. And then stratigraphic framework was then established by corrected 3D MT profile congruent to seismic profile. Finally, sedimentary facies in Neogene were recognized and researched finely in stratigraphic framework. And the problems that sedimentary facies belt changed among wells and unconspicuous characteristics of seismic facies were solved. The results show that from piedmont to the basin center fan dalta and lake develop during the periods of Jidike and Kangcun, and the scale of fan dalta is larger in Kangcun Formation. In Kuche Formation, alluvial fans are mainly distributed in piedmont of northern Kuche Depression，and alluvial plains are the main facies in south. The scales of alluvial fans shift from small to large from west to east.

Key words: Kuche Depression; the Neogene; 3D MT; sedimentary facies

国内外学者对沉积相的研究和识别主要是运用野外露头、钻测井和地震等方法，然而这些方法有其局限性，比如露头出露地表，受到风化作用，不能准确地反映沉积时期的特征；当井间距离较大时，无法准确地识别出井间沉积相分布；地震勘探中，地震资料品质影响到岩性体及沉积相的识别等。为了提高沉积相识别和分布研究的精度，电法勘探在沉积相研究中发挥着越来越重要的作用。大地电磁测深(MT)是在地面上观测具有区域性乃至全球性分布特征的天然交变电磁场来研究地下岩层的电学性质及其分布特征的一种勘探方法^[1-2]。随着科学技术和设备的发展，MT勘探在研究沉积物岩性和岩相的变化、预测和评价勘探目标的含油气性、与其他物探资料结合解决区域地质问题和海底多金属矿物的勘查等方面取得了较好的应用效果^[3-7]。三维MT具有施工快捷、图像直观和分辨率高的优点，能够客观和形象地反映了电性异常的三维地质结构。然而三维MT数据无法识别出地层界线，为了解决这一难题，本文作者在野外露头观察的基础上，结合钻测井的研究成果，将三维MT与地震数据叠合，实现了电震同平台解释，在三维MT剖面上建立地层格架，从而改变以往地震与非地震资料联合解释仅依靠两者简单对比参考的状况，最终在地层格架内对沉积相分布进行研究，此方法在库车坳陷新近系沉积相研究中获得了良好的应用效果。

1  区域地质概况

库车坳陷位于塔里木盆地北部的天山南麓，南抵塔北隆起，呈NEE向展布^[8]，图1所示为库车坳陷区域构造图。库车坳陷新生界自下而上为古近系库姆格列木群(E_1-2km)、苏维依组(E_2-3s)，新近系吉迪克组(N_1j)、康村组(N_1k)、库车组(N_2k)和第四系(Q)。新近纪以来，库车坳陷进入前陆盆地演化阶段，尤其是库车组沉积时期，强烈的构造运动改变了库车坳陷的沉积格局^[9]，山前地区沉积了巨厚的砾岩层^[10]。在对库车坳陷新近系沉积相研究过程中，由于缺乏对砾岩的速度和分布准确的认识，给时深转换工作带来了困难，同时由于露头出露少或被风化改造、部分地区缺乏钻测井资料和地震资料品质差等原因，为沉积相研究带来了困难，三维MT对新近系沉积物电阻率有很好的反映，提高了沉积相识别和分布研究的精度和可靠性。

2  三维MT解释的基础

2.1  原理简介

大地电磁测深(MT)是以天然的交变电磁场为场源的一种地球物理勘探方法，当交变电磁场以波的形式在地下传播时，在不同介质的分界面上发生反射和折射作用，可以反映出地下介质电阻率分布的信息。由于电磁场的趋肤作用，不同周期的电磁波具有不同的穿透深度，因此通过观测地表上的大地电磁场，研究它的频率响应就可以了解地下垂直方向电阻率的分布情况^[11]。

2.2  岩石和地层的电性特征

三维MT勘探的物理基础是岩石和地层之间的电性差异，因此只有正确地认识和总结研究区的电性特征，才能更好地追踪电性异常，获得有意义的地质成果。本次研究共收集和整理了研究区内20多口井的电阻率资料，对电阻率资料进行分析、整理，并结合岩心测试结果，得出库车坳陷新近系碎屑岩电阻率为2~800 Ω·m，其中泥岩电阻率小于6 Ω·m，砂岩电阻率为6~50 Ω·m，砾岩电阻率大于50 Ω·m，砾石含量越高，电阻率越大，同时砾岩的电阻率与成岩程度有关，未成岩的砾岩电阻率最高，在200~800 Ω·m，准成岩的砾石电阻率较高，一般在100~600 Ω·m，已成岩的砾石电阻率一般较低，为50~200 Ω·m。

图1  库车坳陷区域构造图

Fig. 1  Regional structural map of Kuche Depression

通过对研究区20口井的测井资料分析，并结合前人的地层非地震勘探电性成果，认为新近系库车组总体为一套高阻层，测井电阻率为2~355 Ω·m，平均电阻率为85 Ω·m；康村组为一套低阻层，测井电阻率为3~100 Ω·m，平均电阻率为40 Ω·m；吉迪克组也为一套低阻层，测井电阻率为5~40 Ω·m，平均电阻率为26 Ω·m，表1所示为库车坳陷新近系电性综合统计。通过电测井资料和非地震电性成果分析可以看出：新近系的电阻率总体趋势是随着地层由老至新表现为逐渐增大的趋势，主要是由砾石含量增加和岩石成岩程度降低造成的，上述电性变化规律，对三维MT资料处理、分析和解释提供了物性依据。

表1  库车坳陷新近系电性综合统计

Table 1  Electrical comprehensive statistics of Neogene in Kuche Depression

2.3  三维MT—地震综合解释方法

野外露头、测井、地震和三维MT在研究沉积相分布和演化特征方面有各自的优点和缺点，利用这些方法的优点，弥补缺点，将这些方法综合，就能建立一套精细的识别技术，实现对沉积相分布的精细研究。结合野外露头和测井的研究结果，首先对三维MT进行钻井深度标定和滤波校正，接着将已经校正的三维MT剖面与相对应的地震剖面叠合，进行电震同平台解释，在三维MT剖面上建立构造模型，进行精细的构造和地层解释，在精细的构造和地层格架下进行岩性岩相综合解释，研究沉积相在纵向和横向上的展布特征，精细刻画沉积相的分布和演化特征，图2所示为三维MT解释思路。

图2  三维MT解释思路

Fig. 2  Interpretation ideas of 3D MT

3  三维MT资料的采集与处理

3.1  三维MT资料采集

本次三维MT工区主要在库车坳陷西部地区，共完成三维MT测线73条，勘探面积为666 km²，测点的采集频率(f)范围为320~0.001 Hz，全部测点均达到了38个频点。

三维MT以面元为单位进行采集^[12-13]，面元内各测点位于田字形网格节点处(图3)，各个测点同步采集，面元的点数根据采集站的多少和点距大小来确定，地形平坦区一般为9(3×3)个^[13]，复杂山区为4(2×2)个点小面元，面元中心点采集四分量(H_x，H_y，E_x，E_y)、周围点采集分量(E_x，E_y)，面元内各点点距500 m。

3.2  数据处理

三维MT数据采集过程中，由于某一电极接地不好或受采集现场因素的干扰，会出现数据突变点，为了减少对解释精度的影响，就需要剔除数剧突变点，同时，在数据采集过程中会受到一些随机噪声的影响，为了消除这些随机噪声，通常采用光滑平均的方法对数据进行处理。资料处理主要包括2个阶段：第1个阶段为资料预处理，包括去噪、编辑平滑和静态校正；第2个阶段为三维反演。

图3  三维MT小面元网络式采集布置示意图

Fig. 3  Collection schemes of network type on small patches of 3D MT

3.2.1  三维MT资料预处理

在三维电法勘探中由于各种电磁噪音的存在，不可避免地给实测资料带来一定的误差，严重时使曲线的形态发生变化，所以去噪处理是资料处理的一项重要内容。去噪处理主要是通过延长野外采集时间获得大量的数据进行迭加以减小不相关噪音的影响，远参考道技术是一种克服相关噪音的有效方法^[14-15]，该方法是在一个离测点较远且平坦、噪音小的地方布设测量大地电磁场的4个水平分量。只要测点的噪音与参考点的噪音不相关，阻抗元素估计就不会受到影响，从而相关噪音也就得到了很好地压制。

由于天然噪音以及人文噪音的影响，野外实测的视电阻率和相位曲线光滑性差，个别频点的电阻率值发生非正常的跳跃，如果这种曲线用于反演解释，就会造成很大的误差，因此，必须对原始的视电阻率和相位曲线进行编辑和平滑。在明确研究区视电阻率和相位曲线的基本形态的基础上进行剖面对比，在剖面对比时，参考相邻曲线，根据相邻相似的原则，剔除畸变点，尽量保留微弱信息，然后根据振幅和相位间内在联系，对振幅和相位分别进行编辑，尽量使首支下掉的频点回到曲线整体趋势上，最终根据区内已知的地质、地球物理、测井等资料，对曲线特征进行分析。在编辑和平滑过程中，不仅对单一测线进行分析，而且要与相邻测线进行对比，认真分析沿剖面视电阻率和相位曲线的变化特征，了解测点所处地形的位置，剔除跳跃点，保证用于最终反演的是一条连续并且相关性好的曲线。图4所示为库车坳陷58~21号测点编辑前和编辑后的视电阻率与相位曲线对比，从图4中可以看出：经过编辑和平滑后，跳跃点被有效地剔除，曲线连续光滑，为后续处理奠定了资料基础。

三维MT静态位移校正主要采用三维基准面滤波静校正的方法^[16]，这种方法考虑了平面上局部不均匀体的影响和分布，使二维静校方法(空间域滤波法、瞬变电磁校正法等^[17-18])的局限性有较大的改进。图5所示为静校前后视电阻率异常剖面的对比。静校前(图5(a))，视电阻率分布规律性差，高频局部团块状异常分布突出，利用三维静校正后(图5(b))，视电阻率异常分布规律性明确，高频局部异常明显消除，静位移得到了有效的压制，证明了三维基准面滤波静校方法的有效性。

图4  库车坳陷58~21号测点编辑前和编辑后曲线对比

Fig. 4  Comparison curve before editing and after editing of 58~21 survey points, Kuche Depression

图5  视电阻率静校正前与静校正后平面对比

Fig. 5  Plane contrast before and after static correction of apparent resistivity

3.2.2  三维MT资料反演

以岩性的电阻率差异为基础的MT勘探，其反演就是根据实测不同频率的视电阻率和相位响应来恢复研究区的电性结构，进而分析其构造和地质特征。国内很少将三维数据拼接在一起，通过三维软件反演，而是采用二维数据反演，通过三维成图软件把电阻率剖面连续成三维电阻率分布立体图^[19-21]。而在三维反演过程中，参与反演控制的测点为区域性的。在迭代拟合的模型参数修正量计算过程中，充分考虑了电法观测结果体积效应的特点，研究区各测点处的电性模型都参与了测点上场分量的计算^[22]。而二维反演过程中，仅利用了沿测线方向测点的观测结果，没有考虑到旁侧效应的影响，使得反演结果具有明显的局限性。在三维MT资料反演过程中，首先采用三维基准面滤波静校正方法进行全区静校，然后对不规则分布区的测点进行规则化的三维插值处理^[23]，然后根据网格距离生成X，Y和Z 3个方向的网格距文件，对三维网格进行剖分，最终按照要求创建三维反演参数文件。

图6所示为三维MT连井剖面图。对三维MT数据进行预处理和三维反演后，处理结果与钻井揭示的地层电性趋势一致。例如图6(a)所示为过db5和db4井的三维电法剖面，三维MT与实钻录井剖面解释的岩性相一致，db4井库车组中段出现高电阻率的砾岩，db5井岩性以电阻率较低的粉砂岩和泥岩为主，在明确新近系主要的沉积相类型的基础上，通过识别岩性来研究沉积相的分布特征，从图6(b)可以看出：吉迪克组时期，从山前到盆地中心依次为扇三角洲和湖泊沉积；康村组时期，扇三角洲规模增加，扇三角洲前缘扩大到了db5井地区；库车组早期，冲积扇向盆地中心进积，库车组中后期，冲积扇规模减小，发生退积，在db5井地区，过渡为冲积平原沉积。

经过对三维MT数据进行处理后，MT数据较为准确地反映出了三维地质体的电性特征，然后整理三维反演结果，将该结果转化为Landmark系统格式，进行可视化成图与解释，将电阻率数值色标化，使每一个数据值区间对应着一种颜色，以此研究电性异常的地质体，图7所示为库车坳陷三维MT数据体。

图6  三维MT连井剖面图

Fig. 6  Connecting well section of 3D MT

图7  库车坳陷三维MT数据体

Fig. 7  3D MT data body of Kuche Dpression

4  资料解释

通过对库车坳陷露头剖面和岩心观察，并结合测井、地震和前人研究成果，认为库车坳陷新近系吉迪克组和康村组主要为扇三角洲和湖泊沉积，库车组沉积时期，构造运动强烈，湖泊向南部萎缩，从山前到盆地中心为冲积扇、冲积平原和湖泊沉积，在明确沉积相类型的基础上，利用三维MT资料对沉积相空间分布进行精细研究。

4.1  纵向剖面精细研究

可以根据研究的需要对三维MT数据进行任意方向的切片，直观、方便地对沉积相的分布进行研究，在三维MT工区中选取了6条近南北向的剖面进行精细研究，图8所示为库车坳陷新近系沉积剖面图，新近系吉迪克组以扇三角洲和湖泊沉积为主，从西往东，扇三角洲规模逐渐增大，湖泊逐步向南部萎缩；康村组沉积格局基本与吉迪克组相似，以扇三角洲和湖泊沉积为主；库车组车沉积时期，由于南天山快速俯冲，强烈的构造抬升，导致湖泊快速萎缩，冲积扇极为发育，从图8可以看出：库车组地层厚度大，从山前到盆地中心依次发育冲积扇和冲积平原，其中在L4，L5和L6测线地区，冲积扇发育的规模最大。

同时为了准确和直观地反映出沉积相的展布特征，在研究单向剖面的基础上，可以做垂直和平行物源方向上的交叉剖面，在交叉剖面上研究沉积相的空间展布特征。

4.2  横向剖面精细研究

由于MT资料无法准确地分辨地层，因此不能按照层位进行顺层切片研究，使得MT勘探研究受到诸多限制。通过landmark软件，三维地震能够进行顺层切片，因此将三维MT和三维地震工区叠加，就能利用地震资料解释的层位对三维MT进行顺层切片，研究电阻率在平面上的分布特征，进而研究沉积相演化规律。在研究中，首先将MT工区和三维地震工区叠合，将三维MT数据分别进行断裂下盘和上盘的顺层切片，然后将下盘和上盘的三维MT数据进行层拉平和拼合，就可以得到整个层位的MT切片。图9所示为库车坳陷新近系三维MT顺层切片。从图9可以看出：新近系电阻率呈逐渐变大的趋势，尤其是库车组，整体呈现出高电阻率的特征。吉迪克组和康村组电阻率分布特征相似，高电阻率主要分布在北部山前地区，从山前到盆地中心，电阻率逐渐减小，通过地质解释，认为吉迪克组和康村组山前到盆地中心依次为扇三角洲—湖泊沉积，其中康村组扇三角洲范围较大。库车组时期，由于构造运动强烈，构造格局变化大，高电阻的砾岩、砂砾岩分布广泛，沉积相类型主要为冲积扇，其中研究工区东部地区的冲积扇规模最大。

在野外露头、钻测井和地震的研究成果基础上，对三维MT进行任意方向剖面和顺层剖面研究，明确沉积相规模和分布特征，进而研究库车坳陷新近系沉积相带的展布，该方法有效地弥补了地质、测井和地震等研究方法的不足，通过地震与MT叠合解决了MT资料无法划分地层界面的难题，实现了地质、测井、地震和三维MT综合研究，在库车坳陷新近系沉积相分布研究中取得了良好的效果。

图8  库车坳陷新近系沉积剖面图

Fig. 8  Deposition profile of Neogene in Kuche Depression

图9  库车坳陷新近系三维MT顺层切片

Fig. 9  Leveled layer slice of 3D MT of Neogene in Kuche Dpression

5  结论

(1) 利用三维MT研究沉积相分布，是对地质、测井和地震等常规研究方法的补充，提高了研究的精度，通过对三维电法资料进行预处理和三维反演处理，使三维MT数据准确地反映库车坳陷新近系岩石的电阻率，然后将MT剖面与地震剖面进行叠合，解决了MT数据无法识别出地层的难题，最终在所研究的层位内对沉积相的沉积和三维空间展布特征进行研究。

(2) 利用三维MT对库车坳陷新近系沉积相进行识别和研究，解决了井间相带变化和地震相特征不明显带来的研究困难，实现了对沉积相展布的精细研究。库车坳陷新近系的吉迪克组和康村组从山前到盆地中心依次为扇三角洲和湖泊，康村组扇三角洲规模更大；库车组山前地带主要为冲积扇沉积，南部为冲积平原沉积，从西部到东部，冲积扇规模呈由小变大的趋势。

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(编辑  陈爱华)

收稿日期：2013-03-20；修回日期：2013-06-02

基金项目：国家自然科学基金资助项目(41072104)；国家科技重大专项项目(2011ZX05003-004)

通信作者：李鑫(1984-)，男，河南南阳人，博士，从事沉积学及油气勘探的研究；电话：028-61398927；E-mail：lxnn23@163.com