蘇北盆地巖石密度界面劃分及特征

徐劍春， 吳成平， 李文勇， 王 鑫

(中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

蘇北盆地巖石密度界面劃分及特征

徐劍春， 吳成平， 李文勇， 王 鑫

(中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

研究不同地質(zhì)體之間的密度差異是開(kāi)展重力勘探研究的地球物理前提。密度界面的劃分與構(gòu)造層的劃分具有密切關(guān)系，測(cè)定地層(巖石)密度并分析測(cè)定結(jié)果是重力勘探工作的重要內(nèi)容。依據(jù)蘇北盆地及相鄰地區(qū)出露巖石的實(shí)測(cè)密度數(shù)據(jù)，將該區(qū)巖石按照地層、侵入巖進(jìn)行系統(tǒng)整理和歸納，將地層縱向劃分為新生界、侏羅系—白堊系和太古宇—三疊系3個(gè)超密度層，2個(gè)Ⅰ級(jí)密度界面和3個(gè)Ⅱ級(jí)密度界面； 通過(guò)綜合分析地層界際密度和系際密度特征，闡述地層及侵入巖的密度特征及其與重力異常的關(guān)系，為該盆地重力資料解釋和石油勘探提供可靠的地球物理依據(jù)。密度界面的劃分與區(qū)域構(gòu)造及儲(chǔ)油構(gòu)造具有密切關(guān)系，計(jì)算密度分界面起伏或深度變化在區(qū)域構(gòu)造研究和石油勘探中具有重要意義。

密度界面； 密度特征； 侵入巖； 重力異常

0 引言

蘇北盆地指蘇北—南黃海盆地的陸上部分，面積約32 800 km2。盆地西界為郯廬斷裂帶，北接揚(yáng)子板塊與華北板塊縫合帶，南界為揚(yáng)子褶皺系的低山丘陵區(qū)[1]。已有資料表明，蘇北—南黃海盆地具有較好的油氣勘探遠(yuǎn)景。20世紀(jì)50年代以來(lái)，中國(guó)科學(xué)院海洋研究所、海洋地質(zhì)調(diào)查局、原地質(zhì)礦產(chǎn)部第五物探大隊(duì)及航測(cè)大隊(duì)等多家單位先后對(duì)蘇北—南黃海盆地開(kāi)展了地球物理調(diào)查工作，獲取了大量地球物理數(shù)據(jù)，其中5口井有油氣顯示，常6-1-1A井在下第三系獲得低產(chǎn)原油[2]，蘇北盆地累計(jì)探明原油儲(chǔ)量2.8×108t，年產(chǎn)原油量185×104t[3]。近年來(lái)，中國(guó)海洋石油總公司、青島海洋地質(zhì)研究所及中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心對(duì)蘇北—南黃海盆地開(kāi)展了新一輪地質(zhì)調(diào)查工作，蘇北—南黃海盆地油氣調(diào)查再次受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注[4]。了解巖石密度差異，掌握各類(lèi)巖石的密度特征及變化規(guī)律，劃分巖石密度界面是重力資料解釋和石油勘探的基礎(chǔ)和前提[5]。由于蘇北—南黃海盆地陸域部分為基巖隱伏的平原區(qū)，已知巖石密度數(shù)據(jù)大部分來(lái)源于測(cè)井，并限于局部地區(qū)，目前尚未對(duì)該區(qū)巖石密度數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)整理和分析。本文對(duì)蘇北盆地及相鄰地區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的巖石(地層、侵入巖)密度測(cè)量，分析并總結(jié)巖石的密度特征，劃分巖石密度層和密度界面，為蘇北—南黃海盆地石油勘探及地質(zhì)研究提供參考。

1 測(cè)定原則及方法

蘇北盆地及相鄰地區(qū)的巖石與地層密度測(cè)定主要遵循以下原則： ①盆地為基巖隱伏的平原區(qū)，應(yīng)考慮盆地內(nèi)鉆井巖心與周邊基巖露頭區(qū)，周邊基巖露頭區(qū)應(yīng)以與盆地具有相同構(gòu)造單元的地區(qū)為重點(diǎn)； ②測(cè)點(diǎn)盡可能均勻分布； ③測(cè)定的地層應(yīng)包括不同地質(zhì)時(shí)代的地層，且測(cè)定的巖石類(lèi)型應(yīng)盡可能全面、系統(tǒng)，不同地質(zhì)時(shí)代、不同巖石類(lèi)型的密度參數(shù)測(cè)定數(shù)據(jù)原則上不少于30個(gè)； ④每個(gè)測(cè)點(diǎn)的巖石密度參數(shù)以算術(shù)平均值統(tǒng)計(jì)，不同地層的密度參數(shù)以加權(quán)平均值統(tǒng)計(jì)。

密度測(cè)量使用的儀器為DX-600Z型巖石密度測(cè)量?jī)x，測(cè)量范圍為0.005～600 g，測(cè)量精度為0.001 g/cm3。該儀器利用阿基米德原理，可快速直觀地讀出密度值。本次野外實(shí)際測(cè)點(diǎn)295個(gè)，共獲得密度數(shù)據(jù)1 304個(gè)。開(kāi)展密度測(cè)量工作的同時(shí)開(kāi)展了質(zhì)檢工作，共完成密度測(cè)量點(diǎn)質(zhì)量檢查52個(gè)，檢查比例約為17.6%，質(zhì)檢精度為±0.018 g/cm3。

2 樣品采集范圍及特征

根據(jù)上述原則，巖石密度測(cè)量選擇在相鄰基巖出露區(qū)進(jìn)行。江蘇南部、西南部、北部及安徽東部等地區(qū)發(fā)育低山丘陵地貌，基巖出露廣泛，巖石類(lèi)型多樣，是本次物性測(cè)量的重點(diǎn)區(qū)域，野外測(cè)量路線和測(cè)點(diǎn)位置如圖1所示。據(jù)鉆井資料及周邊地層出露情況等顯示，該區(qū)地層發(fā)育齊全，由老到新包括太古宇、元古宇、古生界、中生界和新生界等地層[6]。

圖1 巖石密度測(cè)量路線圖Fig.1 Roadmap of rock density measurement

測(cè)點(diǎn)布置兼顧不同時(shí)代、不同巖石類(lèi)型的地層。測(cè)量地層為中元古界、新元古界、古生界、中生界和新生界等。測(cè)定巖石包括太古宇—古元古界片巖、片麻巖、石英巖、大理巖、變粒巖、角閃巖、透輝巖，新元古界灰?guī)r，中生界礫巖、砂巖、粉砂巖、頁(yè)巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖、安山巖、玄武巖以及新生界的泥巖、砂土、黏土等。此外，對(duì)該區(qū)較發(fā)育且具有代表性的侵入巖進(jìn)行了密度測(cè)定，主要包括揚(yáng)子期斑巖和混合花崗巖，燕山期安山巖、玄武安山巖、粗安巖、玄武粗安巖、粗面巖、石英粗面巖、輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)(玢)巖、花崗巖、花崗斑巖、花崗閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)斑巖、石英二長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)斑巖、流紋巖等，喜山期玄武巖和輝綠巖。

3 地層(巖石)密度對(duì)比及界面劃分

3.1 界際密度對(duì)比及界面劃分

由研究區(qū)實(shí)測(cè)地層(巖石)密度參數(shù)(表1)可知，地層由老到新，其密度值逐漸減小。

太古宇—三疊系、侏羅系—白堊系和新生界的地層(巖石)密度加權(quán)平均值分別為2.72 g/cm3、2.56 g/cm3和2.20 g/cm3，其密度差值分別為0.16 g/cm3(太古宇—三疊系與侏羅系—白堊系)、0.36 g/cm3(侏羅系—白堊系與新生界)，相鄰界面之間均具有明顯的密度差(0.16～0.36 g/cm3)。因此，按地層由老至新將該區(qū)劃分為3個(gè)超密度層，即太古宇—三疊系、侏羅系—白堊系和新生界。3個(gè)超密度層之間為2個(gè)Ⅰ級(jí)密度界面。當(dāng)其中任意2個(gè)超密度層水平相接且接觸界面具有較大角度，新近系覆蓋較薄時(shí)，均將產(chǎn)生清晰的密度差響應(yīng)，即重力異常帶，如凸起與凹陷分界線上的重力梯級(jí)帶。

上述3個(gè)不同超密度層的分布是引起該區(qū)重力異常的主要因素之一，依據(jù)重力異常特征可以反演或解釋該區(qū)3個(gè)超密度層的分布情況及相關(guān)構(gòu)造分布特征。

3.2 系際密度對(duì)比及界面劃分

由表1可以知道，太古宇、中元古界、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系和三疊系的地層(巖石)密度加權(quán)平均值分別為2.75 g/cm3、2.75 g/cm3、2.73 g/cm3、2.76 g/cm3、2.75 g/cm3、2.68 g/cm3、2.67 g/cm3、2.71 g/cm3、2.70 g/cm3和2.68 g/cm3，其中太古宇—奧陶系的地層(巖石)密度加權(quán)平均值為2.75 g/cm3，志留系—三疊系的地層(巖石)密度加權(quán)平均值為2.69 g/cm3，二者密度相差0.06 g/cm3。因此，可將太古宇—三疊系超密度層之間劃分1個(gè)Ⅱ級(jí)密度界面。

表1 實(shí)測(cè)地層(巖石)密度參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

中生界侏羅、白堊系的地層(巖石)密度分別為2.59 g/cm3和2.53 g/cm3，其密度差為0.06 g/cm3，該密度差雖小于0.10 g/cm3，但仍具有一定的密度差。當(dāng)二者在水平方向上相接且接觸面較陡時(shí)，亦可進(jìn)行識(shí)別。因此，可將中生界超密度層劃分為侏羅系和白堊系2個(gè)密度層，二者之間為Ⅱ級(jí)密度界面。

古近系與新近系的地層(巖石)密度分別為2.29 g/cm3和2.10 g/cm3，其密度差為0.19 g/cm3，是一個(gè)明顯的Ⅱ級(jí)密度界面。因此，可將古近系、新近系作為2個(gè)密度層。

4 巖石密度特征

4.1 地層(巖石)密度特征

該區(qū)地層與巖石的密度特征如表2所示。

表2 密度層與密度界面劃分表

Tab.2 Division of the density layers and density interfaces

(1)根據(jù)地層密度差異，地層縱向序列可劃分為新生界超密度層(A)、侏羅系—白堊系超密度層(B)和前侏羅系超密度層(C)。各超密度層之間的密度差均>0.16 g/cm3。3個(gè)超密度層之間為D2和D42個(gè)Ⅰ級(jí)密度界面，其中，超密度層B與超密度層C之間的D4界面分布于全區(qū)，且較穩(wěn)定，其起伏變化(即印支面的起伏)是影響區(qū)域性重力異常的主要因素。因此，將D4界面下的前侏羅紀(jì)地層稱(chēng)為重力基底。3個(gè)超密度層、2個(gè)Ⅰ級(jí)密度界面與該區(qū)區(qū)域構(gòu)造層和區(qū)域不整合面一致。超密度層A在全區(qū)普遍發(fā)育，平均密度為2.20 g/cm3； 超密度層B主要在坳陷區(qū)發(fā)育，在隆起區(qū)及坳陷區(qū)缺失，由中生界侏羅系與白堊系組成，平均密度為2.56 g/cm3； 超密度層C在全區(qū)普遍發(fā)育，平均密度為2.72 g/cm3。

(2)根據(jù)組成超密度層的地層發(fā)育厚度及密度差異程度，將其進(jìn)一步劃分為若干個(gè)密度層。超密度層A在坳陷區(qū)包括A1(新近系)和A2(古近系)2個(gè)密度層，其間為Ⅱ級(jí)密度界面D1，平均密度差為0.19 g/cm3。超密度層A在隆起區(qū)發(fā)育A1密度層(新近系)，缺失A2密度層(古近系)，A1密度層(新近系)平均密度差為2.10 g/cm3； 超密度層B在坳陷區(qū)中的凹陷部位多包括B1(白堊系)和B2(侏羅系)2個(gè)密度層，其間為Ⅱ級(jí)密度界面D3，平均密度差為0.06 g/cm3； 超密度層C包括C1(志留系—三疊系)和C2(太古宇—奧陶系)2個(gè)密度層，其間為Ⅱ級(jí)密度界面D5，平均密度差為0.06 g/cm3。

4.2 侵入巖密度特征

該區(qū)出露的侵入巖主要包括元古期、燕山早期、燕山晚期和喜山期巖體。元古期主要為榴輝巖、混合花崗巖，燕山早期主要為花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖、石英閃長(zhǎng)玢巖、次流紋巖，燕山晚期主要有石英閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)斑巖、石英二長(zhǎng)斑巖、石英二長(zhǎng)巖、斑狀閃長(zhǎng)巖、斑狀石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖、花崗閃長(zhǎng)巖、花崗斑巖等，喜山期主要為次輝綠巖、輝綠巖。

由研究區(qū)實(shí)測(cè)侵入巖密度參數(shù)(表3)可知，除輝綠巖與榴輝巖外，該區(qū)內(nèi)大部分侵入巖密度較接近，其密度加權(quán)平均值為2.54～2.71 g/cm3。因此，當(dāng)各侵入巖直接接觸時(shí)較難產(chǎn)生顯著的重力異常，通常依據(jù)重力場(chǎng)難以區(qū)分。而輝綠巖與榴輝巖密度分別為2.89 g/cm3和2.92 g/cm3，與其他侵入巖密度具有明顯的密度差。因此，當(dāng)輝綠巖、榴輝巖與其他侵入巖直接接觸時(shí)，可產(chǎn)生重力高異常。

表3 實(shí)測(cè)侵入巖密度參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

Tab.3 Density parameters of intrusive rocks

輝綠巖與榴輝巖的密度分別為2.89 g/cm3和2.92 g/cm3，均高于太古宇—三疊系的密度，其與太古宇—三疊系的密度差為0.17～0.20 g/cm3。輝綠巖與榴輝巖的密度明顯高于侏羅系—白堊系的密度，其差值為0.33～0.36 g/cm3。因此，當(dāng)一定規(guī)模的輝綠巖與榴輝巖侵入到太古宇—三疊系或侏羅系—白堊系中，將產(chǎn)生明顯的重力高異常。

總體而言，侵入巖以酸性、中酸性的花崗巖、花崗斑巖、石英閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖和花崗閃長(zhǎng)巖等為主，其密度中等，當(dāng)這些巖體侵入到密度較大的超密度層C時(shí)，通常引起重力低異常； 當(dāng)其圍巖為密度中等的超密度層B時(shí)，通常無(wú)法引起明顯的重力異常。分布數(shù)量較少的基性—中基性輝長(zhǎng)巖、輝綠巖和閃長(zhǎng)巖密度較大，當(dāng)其侵入到密度較大的超密度層C時(shí)，通常不會(huì)引起明顯的重力異常； 當(dāng)其圍巖為密度中等或較小的超密度層B時(shí)，可能引起局部重力高異常。但由于該類(lèi)巖體規(guī)模較小，在中小比例尺重力測(cè)量中單純依靠重力資料難以解釋。

綜上所述，研究區(qū)地層與侵入巖的密度具有一定的規(guī)律性。當(dāng)進(jìn)行界面反演處理時(shí)，可在表1—表3的基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)內(nèi)密度橫向變化實(shí)際對(duì)各個(gè)超密度層或密度層進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以獲得最佳的地質(zhì)解譯效果。

5 討論

密度界面劃分應(yīng)以大量可靠的物性工作為基礎(chǔ)，只有掌握了區(qū)域內(nèi)各類(lèi)巖石密度的變化規(guī)律，全面了解區(qū)域地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上才能準(zhǔn)確劃分出密度界面[7]，根據(jù)重力資料分析地層發(fā)育特征的關(guān)鍵在于密度界面深度的計(jì)算或確定[8-9]。本文依據(jù)對(duì)蘇北盆地及相鄰地區(qū)實(shí)測(cè)地層的巖石密度數(shù)據(jù)將研究區(qū)劃分為3個(gè)超密度層(新生界、侏羅系—白堊系和太古宇—三疊系)，2個(gè)Ⅰ級(jí)密度界面(新生界底界面和前侏羅系頂界面)和3個(gè)Ⅱ級(jí)密度界面。密度界面的劃分與構(gòu)造分層具有密切關(guān)系，構(gòu)造分層是將地層垂向序列上具有不同沉積、構(gòu)造特征且被不整合界面分隔的不同時(shí)代地層進(jìn)行劃分，并研究其平面分布規(guī)律，反映在地層物性特征上，超密度層或密度層可分別與構(gòu)造層或亞構(gòu)造層相對(duì)應(yīng)，密度界面與不整合界面或構(gòu)造運(yùn)動(dòng)界面相對(duì)應(yīng)。在重力資料解釋中，可通過(guò)由地層密度變化引起重力異常的分離或擬合劃分構(gòu)造層，構(gòu)造層劃分的關(guān)鍵是不同構(gòu)造層之間不整合界面(密度界面)深度的計(jì)算或確定。

6 結(jié)論

(1)根據(jù)地層密度差異，將蘇北盆地地層縱向序列劃分為新生界、侏羅系—白堊系、太古宇—三疊系3個(gè)超密度層，以及新生界古近系與新近系之間、中生界白堊系與侏羅系之間、古生界志留系與奧陶系之間3個(gè)Ⅱ級(jí)密度界面。

(2)新生界密度層在該區(qū)普遍發(fā)育，平均密度為2.20 g/cm3。侏羅系—白堊系密度層主要發(fā)育在坳陷區(qū)，平均密度為2.56 g/cm3，在隆起區(qū)及坳陷區(qū)的部分凸起缺失。前侏羅系密度層普遍發(fā)育，平均密度為2.72 g/cm3。大部分侵入巖密度接近，密度加權(quán)平均值為2.54～2.71 g/cm3，而輝綠巖與榴輝巖的密度分別為2.89 g/cm3和2.92 g/cm3，與其他侵入巖具有明顯的密度差。

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(責(zé)任編輯： 刁淑娟)

Interface division and characteristics of the rocks density in the Northern Jiangsu Basin

XU Jianchun, Wu Chengping, LI Wenyong, WANG Xin

(ChinaAeroGeophysicalSurveyandRemoteSensingCenterforLandandResources,Beijing100083,China)

Study on the density differences of different geological bodies is the geophysical precondition of gravity exploration. The division of density interface has a close relationship with the division of structural layers, and the determination and analysis of the strata (rocks) density is the important content of gravity exploration. On the basis of the density data of the outcrop rocks in the Northern Jiangsu Basin and the adjacent areas，the authors collated and summarized the rocks in the study area by division of the strata and intrusive rocks. And the vertical strata was divided into three super density layers (Cenozoic, Jurassic-Cretaceous and Archaean-Triassic), including two Ⅰ density interfaces and three Ⅱ density interfaces. Through the comprehensive analysis of strata density characteristics, the authors expatiated the relationship between the density characteristics of the strata and intrusive rocks and the gravity anomaly in gravity data interpretation, which provided a reliable precondition and basis for the gravity interpretation and oil exploration in the basin. The division of density interface has a close relationship with the regional structure and reservoir structure, and calculating the density interface or depth changes has a great significance in the regional structure research and petroleum exploration.

density interface； density characteristics； intrusive rock； gravity anomaly

10.19388/j.zgdzdc.2017.04.10

徐劍春，吳成平，李文勇，等.蘇北盆地巖石密度界面劃分及特征[J].中國(guó)地質(zhì)調(diào)查,2017,4(4): 74-79.

2016-07-07；

2016-10-13。

國(guó)家高新技術(shù)研究計(jì)劃(“863”計(jì)劃)課題資助。

徐劍春(1981—)，男，工程師，主要從事航空物探數(shù)據(jù)處理、重磁解釋工作。Email： 83828995@qq.com。

P584； P631.1

A

2095-8706(2017)04-0074-06