1.   地质背景

柴达木盆地东部地区指盆地内敦格公路以东的广大地区，西起锡铁山—大柴旦，东至牦牛山、沙利克山，北接宗务隆山，南至昆仑山前，包括德令哈坳陷、锡铁山—牦牛山隆起及霍布逊坳陷3个一级构造单元^[1~3]，有利勘探面积约3×10⁴ km²。发育古生界(石炭系)、中生界(侏罗系、白垩系)及新生界古近系、新近系和第四系^[4~6]。发育侏罗系、石炭系两套烃源岩，以及石炭系、侏罗系、第三系多套成藏组合^[7~10]。

柴东地区发育盆缘祁连山和盆内欧龙布鲁克山、绿梁山—锡铁山—埃姆尼克山等三大山系。地表地质图(见图 1)显示，柴东地区断裂体系平面上沿山体呈带状分布，自西向东走向由北西向逐渐转为北西西向，均是由三排冲断构造组成。区块西部构造带较窄，东部构造带较宽，总体呈现由北西向南东方向撒开的“帚状”，在“帚状”构造体系的西部叠加3条近东西向的走滑断裂。这种结构面貌通过断层、褶皱、山体及地层的走向展布表现出来，主要断裂一般都发育有数条断层，这些断裂对柴东地区隆坳相间的格局具有重要控制作用^[11~14]。

图  1  柴东地区断裂体系图

Figure  1.  Fault system in eastern Qaidam Basin

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.   电磁勘探

1980年以来，柴达木盆地开展过大规模的电磁勘探工作^[15~16]，主要采用了以下几种勘探方法：① 大地电磁(MT)勘探；② CEMP勘探；③ 三维MT勘探；④ 时频电磁勘探；⑤ 高频电磁勘探。

柴达木盆地东部石炭系属于新区域、新层系，需要进行大量的野外地质调查、地球物理资料、电磁资料的处理与解释以及样品的实验分析工作。由于该区域现存可利用的地球物理资料年代早，品质低，且测线较短，对柴达木盆地东部石炭系的宏观展布与构造特征难以识别。为深入研究盆山关系和再分析与利用地球物理资料，需要新的电磁探测剖面，以揭示盆地深部结构和盆山关系，从而利于柴东地区石炭系下一步的油气勘探。

近年来，中国地质调查局、中国地质科学院地质力学研究所联合东方地球物理公司综合物化探处在柴东怀头他拉—诺木洪地区部署区域MT、磁力勘探剖面2条，部署工作量240 km，点距1 km，坐标点240个，检测点占坐标点的3%，部署检测点8个，合计物理点248个。

柴达木盆地东部新采集的电磁数据主要是大地电磁测深资料。大地电磁测深法(Magnetotelluric method简称MT)是利用观测天然交变电磁场变化研究沉积岩及基底电性结构的地球物理勘探方法。天然电磁场结构虽然复杂，但这个场可以看成垂直入射地面。这种交变电磁场以波的形式在地下介质传播的过程中，因电磁感应原理，地面电磁场的观测值包含有地下介质的电阻率分布信息。由于电磁波的趋肤效应，不同周期的电磁场信号具有不同的穿透深度。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。天然电磁场频谱丰富，通过地表接收与地下介质电性有关的正交的电场、磁场分量，应用傅立叶变换将时间序列信号转换为频率域信号，通过阻抗张量计算得到不同频率不同深度的视电阻率、相位信息，从而达到测深目的。大地电磁测深法具有勘探深度较大，不受高阻地层的屏蔽及施工简便等优点^[17~18]。

本文主要利用柴达木盆地东部新采集的电磁资料(主要是MT资料)进行前期处理和反演工作，同时以钻井、地震资料为约束，结合其他勘探资料、重力资料进行柴东地区石炭系综合地质研究。

3.   资料处理解释

3.1   资料处理流程

电磁资料处理的目的是通过对野外资料的进一步预处理和反演处理，获得供地质解释用的各种图件、数据等文件，它是后续解释工作的基础，依据电性层与各地层的对应关系，结合钻井、地震、重磁和区域地质资料对电性层进行地质推断解释。每个环节的处理质量都将对最终成果产生很大的影响，因而要研究电性特征与地质构造，必须考虑各环节对最终成果的影响，必须把它们作为一个整体进行研究，体现“处理、解释一体化”的整体优势^[19~21]，本项研究的具体处理解释流程见图 2。

图  2  资料处理解释流程图

Figure  2.  Flowchart of data processing and interpretation

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.2   资料预处理

电磁数据预处理主要内容有去噪、极化模式判别、静位移校正等。

图 3为8027测线视电阻率静校正前后平面对比图。从图上可以看出，静校正前原始等值线相对较凌乱，密集陡直，存在“挂面条”现象；静校正后，等值线平缓分层性好，高阻层与低阻层连续性好，视电阻率断面在横向上的电性变化规律性更加明显，同时又保留了校正前的变化趋势。静校正前后的视电阻率断面图对比表明，经过一系列静校正处理技术后，其剖面更为清晰地展现了沉积地层的起伏变化。而且，静校正后的视电阻率变化规律与不受静态位移影响的相位断面所揭示规律相一致，表明静态位移得到较大程度的压制，可以用于后续的反演处理。

图  3  8027测线静位移校正效果对比图(上图为静校正前，下图为静校正后)

Figure  3.  Line 8027 Contrast map of static-displacement correction results

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.3   资料反演

电磁数据是频率域数据，与地下的地电结构不是简单的对应关系，而是一种复杂的非线性关系，需要用反演的方法把频率域数据转化成电阻率-深度的关系。反演处理是频率域数据向深度域转化的关键，处理结果的好坏直接影响最终地质成果的质量。反演方法有多种，对于某一地区反演方法的选择，不仅要考虑该区的地电特征，而且要看具体的反演效果^[22~23]。

处理采用了一维Bostick反演、一维连续介质反演、二维共轭梯度反演、二维连续介质反演技术及最优化电性分层技术^[24~25]，反演效果见图 4。

图  4  8027测线反演效果对比图

Figure  4.  Line 8027 contrast map of inversion results

下载: 全尺寸图片 幻灯片

一维Bostick法是一维大地电磁测深曲线的近似反演法，是大地电磁勘探最早使用的反演方法，它是在理想模型条件下从理论公式推导出来的单频点直接反演方法，因此具有算法简单、运算速度快的特点。

一维连续介质反演假设地下介质的电性随深度的变化而渐变，逐步迭代逼近，使正演结果与实测数据达到最佳拟合，尽可能与实测值一致，是一种无需提供初始模型的一维直接反演方法。

二维共轭梯度反演是在构建目标函数时引入正则化的思想，利用共轭梯度法求解最优化问题。在每次迭代过程中根据目标的收敛情况更新正则化因子，有效地解决了迭代时目标函数发散的问题，具有收敛速度快、精度高、结果稳定等优点。

二维连续介质反演是带地形校正的二维反演方法，它既可克服地形和地表浅层不均匀体的影响，同时又可较好地刻画地下电性层的纵横向变化特征。

3.4   最优化电性分层技术

在二维连续介质反演的基础之上，采用最优化分层技术对电法资料作电性分层处理。由于反演过程就是根据实测数据来恢复可能的大地地电结构，而地电断面以电阻率随深度变化的形式展现，地层界面、断裂等地质信息不直观。为此，对电法反演数据体利用层间离差计算方法进行最优化分层处理。其分层目标使得各层段内部的电阻率物性差异性最小，层段间的电阻率物性差异性最大，相当于地震的速度剖面，充分反映地下地电模型的分层规律，使处理成果所反映的地层界面位置、起伏变化、产状特征等相对更为直观，所包含的断层位置、构造样式、结构特征方面的信息更加丰富，可以提供有效识别地质结构和构造变形的有用信息。

图 5是8027测线经最优化电性分层技术处理后的分层剖面，比较清楚地反映出该剖面上的构造特征和构造模式，特别是在电性分层方面给予了较明显的地质信息，在横向上反映不同电性层沿测线的起伏形态和厚度变化，可以较直观地追踪电性界面、断裂信息。

图  5  8027测线界面信息提取对比图

Figure  5.  Interface-information contrast map of line 8027

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.5   反演效果分析

通过各种反演方法的处理对比试验看出：① 不同反演方法所得的反演结果大轮廓是一致的，都能揭示地下电性层起伏形态，对地层的起伏形态、构造单元、断裂的位置及地层电阻率大小的反映基本是一致的。

② 一维反演速度快，但精度低，尤其是Bostick反演浅层效果较好，但深层反映的信息比较复杂，不利于对资料进行解释，相对而言一维连续介质反演较Bostick反演效果明显要好得多。③ 二维反演由于考虑了电性的横向变化，所以精度高，反演结果更加实际、合理。④ 二维共轭梯度反演对规模较大的构造反映比较好；二维连续介质反演采用“电磁场传输函数向上延拓技术”向上延拓处理后，静态效应、地形影响得到很好地压制，对于地层层位的追踪、断裂位置的推断、局部构造的划分等比较客观真实。

在实际资料反演过程中，二维反演结果需要与一维反演结果进行对比验证，对一维、二维反演结果“求大同存小异”。在剖面处理过程中，必须参考已知地质、重磁、地震等资料对反演结果进行分析论证，针对需改进的地方重新修正参数，而后对资料进行重新反演，直至处理结果合理为止。所以本文主要是利用一维反演、二维反演以及在此基础上进行的最优化电性分层技术，同时参考其他反演结果，互相补充、互相参考。

4.   电磁资料的综合解释

4.1   剖面的综合解释

4.1.1   电性层的标定解释

电性层的标定是电法资料解释的重要组成部分，是电法资料能够准确反应地下地质构造形态的关键步骤。剖面的标定解释主要有以下几个方面：

① 利用剖面上或附近的钻井分层资料进行标定解释。8026测线剖面附近有3口钻井，分别是埃北1井、德页1井和德参1井。埃北1井、德页1井基本在测线上，德参1井离测线稍远，约5~6 km。

埃北1井位于8026测线102号点位置，是2010年完钻的一口探井，根据埃北1井的电性、岩性特征与德参1、德科1井及地面露头岩性特征，综合对比划分了本井的地层，从对比结果看，该井没有钻遇中生界侏罗系和白垩系，由第三系906 m直接进入石炭系(见表 1)。

表  1  埃北1井、德参1井等钻井分层数据表

Table  1.  Drilling stratification data table of Aibei No.1 drilling, Decan No.1 drilling and Deke No.1 drilling

井号	井深/m	补心海拔/m	Q1+2	N23	N22	N21	N1	E3	K	J3	C
德参1	4456	2866.71	96	799	1926	2366	3107	3935	4242	4456.73▽
德科1	3000	2982.57				1160	2550	2880	3000▽
埃北1	1319	2889.20					328	906			1319▽

下载: 导出CSV 

| 显示表格

德页1井是2013年新完钻的一口页岩气井，钻井显示该区没有石炭系和中生界，由第三系直接进入基岩(见表 2)。

表  2  德页1井地层分层对比数据

Table  2.  Stratigraphic stratification correlation data of Deye No.1 drilling

界	系	统	组	段	底界深度/m
新生界	第四系	全新统	七个泉组	Q1+2
		更新统
	新近系	上新统	狮子沟组	N23	508
			下油砂山组	N22	769
			下油砂山组	N21	894
	古近系	中新统	上干柴沟组	N1	1120
		渐新统	下干柴沟组	E3	1210
中生界	白垩系		犬牙沟组	K+J
	侏罗系			C
				基岩	1306

下载: 导出CSV 

| 显示表格

德参1井是1985年在德令哈构造钻探的一口深探井，设计井深4500 m，实际井深4456.73 m，完钻层位为侏罗系，由于当时钻机负荷能力有限，未能钻穿中生界。具体分层见表 1。

② 最优化分层：采取电法资料最优化分层与反演电阻率断面相结合进行电性层划分，可以提高MT剖面的纵向分辨率，增加了解释的准确性和可靠性。

③ 石炭系电性特征：石炭系为新生界低阻层下部的一套高阻层，电阻率30~2000 Ω·m，平均电阻率200 Ω·m(见图 6)。

图  6  电阻率测井对比特征图

Figure  6.  Resistivity logging contrast map

下载: 全尺寸图片 幻灯片

4.1.2   剖面的综合解释

4.1.2.1   参考地震资料进行综合解释

收集了与8026、8027测线重合或相邻的地震剖面，指导电磁资料的处理解释。主要作用表现在三方面：

① 参考地震资料的起伏形态对剖面进行推断解释，具体过程以地震CD546剖面(见图 7)为例。546剖面起点坐标为16818979(x)、4039894(y)；终点坐标为16851154(x)、4095923(y)。地震CD546剖面与MT剖面8026测线南段重合，将相应位置根据坐标对应好，对比MT剖面的起伏形态和地震剖面的起伏形态是否一致，如果一致则说明MT剖面处理已经到位，能够反应区域构造起伏特征。

图  7  地震CD546解释剖面图

Figure  7.  Seismic interpretation profile of line CD546

下载: 全尺寸图片 幻灯片

② 对比地震剖面的解释层位是否可靠，依据是否充分，可靠层位就可以标定MT测线，不可靠层位还需要根据MT资料来确定。

③ 对地震剖面进行深度换算，推断相应地质层位的厚度和埋深，对MT剖面进行辅助解释。

4.1.2.2   参考重磁资料进行综合解释

重磁资料的作用主要表现在2个方面：一方面主要对比剖面的起伏形态与剩余重力异常形态的隆坳关系是否一致，剩余重力异常反应了沉积岩的厚度变化或基底顶面的起伏形态，一致则说明剩余重力异常真实反映了区域的隆坳格局，如果不一致要结合MT剖面电阻率异常和磁力异常综合分析不一致的原因；另一方面分析磁力异常与下元古界基底的分布关系，下元古界是区块的磁性基底面，而局部花岗岩等侵入岩则形成局部团块状磁力异常，进而根据剖面结构特征、下元古界分布结合磁力化极异常及重力异常特征综合分析重磁电异常不一致的形成原因及影响因素。

4.2   平面的综合解释

平面的综合解释主要在德令哈坳陷，以近年来新完成的MT剖面8026、8027测线为中心，同时结合2004年在德令哈地区采集的7条区域MT勘探剖面和2007年在克鲁克构造采集的5条110 km地震勘探剖面，对地震、MT剖面进行了综合解释，并结合重磁异常特征对这些剖面进行了平面成图。

4.2.1   石炭系底面埋深特征

由德令哈地区非地震(电磁)勘探石炭系底面埋深图(见图 8)可见，德令哈地区石炭系底面埋深主体呈北西向隆坳相间展布，按构造单元分别叙述如下：

图  8  德令哈地区非地震(电磁)勘探石炭系底面埋深图

Figure  8.  Carboniferous base layer Buried depth map by non-seismic (Electromagnetic) exploring in Delingha area

下载: 全尺寸图片 幻灯片

德令哈凹陷：受北西向断层控制，主体呈北西走向的凹陷特征，内部的凹陷及构造带呈近东西走向。德令哈凹陷受欧龙布鲁克凸起北断层控制最大埋深在该断层下盘达10400 m，向东迅速变浅，东部只有6000 m左右。向东北部埋藏变浅，受宗务隆山前断层控制断层上盘缺失石炭系；向北在怀头他拉北部有一排近东西走向的构造高带，最小埋深不足6000 m，向西延出测区；怀头他拉西部也存在2个构造显示，向西延出测区，应引起进一步勘探的重视。

欧龙布鲁克凸起：主体呈北西走向，石炭系在埃北1井埋藏最浅，不足1000 m，向两侧埋藏迅速变深；西部克鲁克构造最小埋深4400 m，向东南埋藏逐步变深，最深达7400 m；东部在德科1井南部埋藏最深达8000 m，东部边缘埋藏逐步变浅。

埃北凹陷：受埃北断层控制形成箕状断陷，南深北浅，石炭系底面最大埋深7600 m，向北及东西两侧埋藏逐步变浅，向西延出测区。

石炭系底面埋深图(见图 8)整体显示，主体呈北西西向隆坳相间展布特征，德令哈凹陷埋藏最深，达10400 m，埃姆尼克山前最大埋深达7600 m。

4.2.2   石炭系厚度分布特征

由德令哈地区非地震(电磁)勘探石炭系厚度图(见图 9)可见，石炭系分布呈明显的东西向厚薄相间展布特征，改变了构造单元北西向隆坳相间的展布格局。受宗务隆山前断层控制，宗务隆山石炭系缺失。德令哈凹陷石炭系呈近东西走向，有2个厚度中心，一个在怀头他拉南部，最大厚度2000 m；另一个在怀头他拉北部，最大厚度1800 m，向北逐步减薄。欧龙布鲁克凸起石炭系厚度较薄，埃北1井区小于600 m，德科1、巴中1井区石炭系厚度不足1000 m，向西明显增厚达1400 m，而乌中1井区存在一个近东西向的石炭系厚度中心，最大厚度2000 m，略呈向北凸的弧形，南部与埃北凹陷相连。埃北凹陷石炭系最大厚度在中部达2000 m，向东西两侧逐步减薄。

图  9  德令哈地区非地震(电磁)勘探石炭系厚度图

Figure  9.  Carboniferous thickness map by non-seismic (Electromagnetic) exploring in Delingha area

下载: 全尺寸图片 幻灯片

综合评价认为，埃姆尼克山前构造带是石炭系进一步勘探的有利区带，昆仑山前带东段是进一步勘探的较有利区带。

红山—怀头他拉地区，德令哈凹陷西部的宗务隆山前的北西向构造高带是进一步勘探的有利区带，古隆起带周缘也是进一步勘探的较有利区带。

德令哈地区，欧龙布鲁克凸起是进一步勘探的有利区带，南部的埃北凹陷也可能是进一步勘探的较有利区带。

5.   结论与建议

柴达木盆地东部石炭系地层属于新勘探区域，单井、地震资料比较少，因此在勘探过程中，大地电磁资料较为重要。本文利用柴达木盆地东部新采集的电磁资料，进行前期处理和反演工作，同时以钻井、地震资料为约束，结合其他勘探资料、重力资料进行综合研究、联合解释，从而对柴达木盆地东部石炭系的勘探工作起了重要的指导作用。

柴达木盆地各地区岩石电阻率具有分区性，每个分区都有各自的电性变化规律。综合分析认为石炭系是一套次高阻层，前石炭系为基底高阻层。前石炭系基底电阻率差异较大，志留系—泥盆系电阻率相对较低，早古生代寒武系、奥陶系及震旦系电阻率相对较高，元古界基岩电阻率最高，这是柴东地区基底岩性解释的电性依据。

根据电磁资料综合解释成果，除昆仑山前西段缺失外，柴达木盆地石炭系分布比较广泛，主体呈北西走向，在一里坪凹陷、昆仑山前带东段、祁连山前和阿尔金山前东段厚度较大，达2500 m。德令哈地区石炭系分布主体呈北西向展布，厚度一般600~2600 m之间；红山—怀头他拉地区石炭系厚度呈北西西向分布，有3个带厚度较大，最大厚度3000 m。柴达木盆地石炭系综合评价认为，埃姆尼克山前构造带是石炭系进一步勘探的有利区带，昆仑山前带东段是进一步勘探的较有利区带。红山—怀头他拉地区电磁勘探区域石炭系综合评价认为，德令哈凹陷西部宗务隆山前的北西向构造高带是进一步勘探的有利区带，古隆起带周缘是进一步勘探的较有利区带。德令哈石炭系综合评价认为，欧龙布鲁克凸起是进一步勘探的有利区带，南部的埃北凹陷是进一步勘探的较有利区带。