塔里木盆地油气地质信息遥感探测研究

一、油气微渗漏理论及其遥感探测机制

（一）烃类微渗漏理论

1.烃类渗漏的两种表现形式

（1）显观油气苗：肉眼可观察到的油气苗。它的运移机制是油气藏受地质活动（诸如地层倾斜、埋深变化、裂缝、断层）的影响而产生的运移，早期油气勘探主要依据油气苗的发现。

（2）微观油气苗：肉眼观察不到的油气苗。微观油气苗的运移机制是“垂直运移理论”，是烃类透过上覆地层向上发生微渗漏，垂直渗漏的理论是遥感技术和化探技术直接找油的基础。

2.烃类的垂直迁移主要靠烃类分子向上渗透

石油聚集于圈闭后，烃类物质通过水、气等介质携带，辅以浮力、蒸发等作用，产生自然的向上渗透作用。研究表明，直径较大的复杂环烃，其分子直径为15～20

（二）遥感探测微烃的理论机制和方法

1.烃类微渗漏的地面共生效应

烃类垂直迁移至地表，可能形成一种化学场罩，从而改变地表的氧化还原条件，使土壤、岩石、植被发生一系列的物理化学反应，并形成一系列相应的地面特征。这些现象称为烃类微渗漏的“蚀变效应”或“蚀变现象”，统称为地面共生效应。具体包括：

（1）烃类物质含量及其伴生元素，如△C、Hg含量的增加，形成顶端异常或边缘效应。

（2）土壤中Fe^3＋向Fe^2＋转化，造成红层的褪色现象。

（3）土壤中形成碳酸盐化蚀变（△C）。

（4）由于植被受土壤蚀变或烃类物质的直接影响，导致植物的变异现象。

（5）由于烃类物质的作用，促使放射性物质发生再分配，形成放射性异常。

（6）引起地面地球物理、地球化学场的变化。

（7）由于Eh/Ph值的改变，使长石类矿物蚀变，形成粘土化矿物。

2.遥感探测机理

遥感的物理基础是不同地物的不同电磁波特征。各种地物由于其成分和结构的不同，因此都具有自身特定的反射、散射、吸收和辐射电磁波的性质。遥感图像上色调和影纹结构的变化就反映了地物波谱特征之间的差异。

（1）烃类物质典型的波谱特征

通过对原油样品的实验室透射光谱测量，发现烃类物质在波长为1.725μm、2.270μm、2.348μm、3.30～3.53μm、6.23μm、7.246μm、11.363μm、12.195μm和13.699μm等处有一系列吸收峰存在（图1），其中有三个强吸收带：2.27～2.36μm吸收带；3.33～3.53μm吸收带；6.68～7.38μm吸收带（与大气吸收带重合，不便使用）。前两个波段为油气藏烃类微渗漏遥感探测的实用波段。显然，陆地卫星TM5、6、7三个波段包含有烃类吸收带。

图1　烃类物质的透射光谱特征

①—原油；②—油苗；③—沥青

（2）烃类微渗漏形成的地表蚀变矿物的典型波谱特征　烃类微渗漏引起地表物质的蚀变类型主要是“红层褪色”（Fe^3＋→Fe^2＋），矿物粘土化蚀变及碳酸盐化蚀变。通过对这些蚀变矿物的典型波谱特征进行研究表明，Fe^3＋在0.9μm附近有吸收峰，Fe^2＋在1.1μm处有吸收峰。粘土矿物吸收峰表现在2.2～2.3μm附近。碳酸盐矿物的吸收峰有几个，其中以2.35μm和2.5μm处最为明显。

（3）地植物光谱异常　油气田上方的植被健康状况及分布异常，引起石油遥感地质学家的极大关注。经研究发现，油气微渗漏引起土壤蚀变可使植物枯萎或病变。病变植物和正常植物的光谱曲线有明显的差异，主要特征为：病变植物的近红外（0.7～0.75μm）反射曲线发生“蓝移”，即由0.70μm的位置向短波方向移动，近红外反射率明显降低（图2）。

Rλ′＝Rλ－Ro/Rs-Ro标准化公式

A=A·Rλ′＋B红边回归曲线

（4）遥感图像的色调和结构异常色调和影纹结构是地物光谱特征的反映。烃类微渗漏所引起的岩石、土壤蚀变及植物生长变异反映在遥感图像上为色调和影纹结构的异常，主要特征呈浅色调。这些色调异常的形态受地下油藏或构造的制约。

图2　植物病害光谱变化示意图

λρ——蓝移指数　Rs——红外肩高　Ro——叶绿素吸收峰

（5）烃类微渗漏地面共生效应的化探信息和遥感信息是一种内容的两种表现形式地球化学勘探是一门较早的直接找油的勘探方法，它的理论基础也是建立在油气微渗漏的垂直迁移理论上的，与遥感探测有许多内在的联系。

化探资料是按一定测网布置而采样的，它以数据形式表征地物测点的地球化学指标，是直接监测油气微渗漏存在的证据。

遥感资料（星载、机载）是每一个地物按一定形式记录的波谱值，而这些波谱值直接反映油气微渗漏所引起的地面共生效应。因此，遥感、化探两种探测手段有着必然联系，两种资料的结合必能提高油气勘探的成效。我们以遥感信息为主，以其他与油气有关的信息为辅建立了油气微渗漏地面共生效应的识别模式。

二、探区的地质、地理背景

试验区位于库尔勒以西，沙雅以东，乌喀公路以南和塔里木河以北的广大第四系覆盖区，面积约2万平方千米。从地貌上看本区为西北高、东南低的微倾戈壁。由于塔里木盆地深居内陆中心，加之其北受天山的隔阻，雨量稀少，气候炎热干燥，因而植被稀落。

塔北地区从构造单元划分图上看，处于库车坳陷东部，塔北隆起和北部坳陷的北斜坡上。从9幅MSS组合处理图的宏观特征上看，塔里木盆地的中部，其区域构造特征具有明显的三分特点。即新和—轮台一线以北（相当于库车坳陷的东段）为北东东向线状构造或长轴状构造展布区；阿拉尔—塔里木乡—哈达墩一线以南（相当于塔中隆起和北部坳陷的大部分）为北北东或近南北向之巨型长轴状构造分布区。长轴状构造均有南端膨大的特点，且排列（左型斜列）有序。两者之间（相当于塔北隆起和北部坳陷的一部分）则为短轴状或块状构造分布区。其轴线走向，东部呈北东向，西部呈北西向。

遥感资料进一部表明，塔北隆起浅表地质构造是由众多不同时期、规模不一、形态各异的洪积或冲积扇体以不同形式叠合的产物。从扇体展布的特征分析，有伴随地史发展而向南天山退缩的趋势。据地质资料，塔北地区自元古宙末就具有隆起的雏形，古生代早期隆起幅度骤然加大。中生代该区虽然随着北部坳陷同时整体下陷，但塔北仍然是个相对隆起区。尽管新生代时由于北部坳陷的大幅度上升，以致塔北隆起逐渐消失。但就塔北隆起本身来说，除了区域背景造成的影响之外，其内部结构仍然具有相对稳定的布局特点。因此，即使那些显而易见的冲积扇体，在新生代以来构造运动所造成的起伏变化上存在一定的补偿作用，但依然没有完全割断深部地质构造与地表之间的联系，这是本区遥感资料应用中的重要地质背景条件。

三、不同遥感资料在反映地质信息上存在一致性

塔北地区共使用了两类6种不同的遥感资料，即MSS、TM、SPOT及机载多光谱扫描、彩红外摄影、热红外（夜航）等资料（见图版Ⅸ、Ⅹ）。这6种资料尽管在空间上并不完全重合，但通过不同资料的不同连接面，可以找出它们之间的对应关系。其主要特征如下：

（一）地下正向构造在各种图片上一般表现为浅色特征

从145—31TM453合成图片上分析（见图版Ⅸ－1），确定了33个环形影像，其中17个为浅色（图3）。在MSS组合方法处理的图像上，确定了23个环形影像，其中18个为浅色或浅色斑块状环形影像（图4）。据分析，各种图片上的浅色影像，绝大多数是通过水系和地面湿度而反映出来的微地貌隆起，而这些微地貌隆起与地下正向构造有密切的关系。

（1）二八台构造（168号、图3—Rt12）已获油流，该构造是受两条北东向断裂控制的正向断块，为重力、磁力正异常，系一古生代末就存在的继承性隆起。其影像特征为深色背景中的浅色椭圆形色调异常。

（2）兰尕大队东构造位于轮南潜山带西南侧。该构造（或潜山头）由奥陶系构成，在TM（图3—Rt14）、MSS（图4—RR51）、SPOT（图5—RS—2）图片上均表现为明显的浅色影像异常。该浅色影像异常的东北端便是轮南潜山构造带。从大范围来看，轮南潜山构造带就在浅色影像异常区内。该潜山带虽然被东西向断裂切割而复杂化，但总体为团块状构造，与浅色影像异常的形态基本一致。而轮南潜山构造带已是众所周知的出油构造之一。

（3）东河塘断块，是在巨型北东向断隆背景上的北西向次级断块，其西北段在中生界底构造图的高点上、Ⅱ—10地震层序（相当于石炭—二叠系）中异常地质体的北部边沿，目前东河1井已出油。其出油层位为石炭系砂岩体。该断块在MSS组合图（图4—RR45）及机载多光谱扫描图上均以浅色影像为特征。

（4）最近在吉拉克三叠系构造上获得了工业油流，而吉拉克构造在MSS组合图上（RR55），在SPOT（图5Rs14），及TM（图3RT14—2）上均为浅色环形影像，该浅色影像特征是由水系环绕而表现出来的微地貌隆起。因此，上述实例说明，本区地下正向构造与现今微地貌隆起有不可分割的关系。

图3　TM地质解译图

图4　MSS组合图像地质解译图

图5　SPOT地质解译图

（二）已知油田与化探之间有一定的相关性

塔北地区进行了8000km²化探的面积概查。从试验区30个指标的筛选中确定了12个有效指标，通过总体分析认为CH₄、C₂H₆、C₃H₈及iC₄、nC₄等指标与油气聚集有关，常常表现为油藏的边缘效应或顶盖效应；而Hg、△C、Uv等则表现为油田的边缘效应（图6）。

（1）雅克拉构造，北东向延伸，已获油流（∈—O），为CH₄、C₃H₈高异常区和Hg及△C低值区（边缘效应）。

（2）轮南潜山构造带，近东西向延伸，于奥陶系潜山上多口井出油，表现为CH₄、C₃H₈的高异常区。

（3）东河塘构造（RR45、Rt11）北西向延伸的上古生界断块，处于其北部边缘的东河1井已出油（石炭系砂岩），也系烃类的高异常区。

（4）兰尕大队东构造（Rt14、Rs—2）于1990年10月试油后为奥陶系低产油田，浅色影像特征不但与奥陶系顶构造圈闭一致，且也是烃类高异常区。

因此，从现有资料分析，已知油田区与化探异常之间有较好的相关性，也就是说油田上方存在着可以监测的地球化学场罩。

（三）已知油田在微磁场中表现为正异常特征

近年来的油气勘探实践表明，大多数油气藏的上方存在微弱的次生磁异常。这种微磁异常是由于碳氧化合物渗漏上逸而在油气藏上方造成一种还原环境，并引起岩石的物理化学变化逐渐导生了磁铁矿，进而形成正微磁异常（图7）。通常这种正微磁异常被淹没在区域磁场中而不被人们所重视。但目前使用视深度滤波法，可以从区域磁场中提取出来，并作为油气信息的证据之一。我们通过对库车—轮台地区的高精度航磁数据的滤波处理，结果其正微磁异常与已知油田及遥感油气信息解译有良好的一致性，特别是东河塘地区，如塔里乡以北的RT30、RT11及RT14与该区微磁异常评价一类区十分一致（图8）。

（四）已知油田为地面光谱高反射率区

塔北地区曾与化探Ⅰ（过轮南2井）、Ⅱ（过沙14井）测线同步作了两条地面光谱测量剖面（约150个光谱点）。从四个相邻测点的波谱曲线图上可以看出，其所测波谱段范围内的各波段其反射率有明显的相关性（图9）。则其在剖面上的变化基本趋于一致，相对关系为TM7＞TM5＞TM4＞TM2＞TM1。它们在已知油区，由于地物的直接影响而变化不稳定，但总的趋势表现为相对高值区。这与各种遥感资料之间有一定的对应关系。

（五）已知油田区表现为红外的正热异常

在TM6（145～31）图幅范围内的已知油田皆表现为不同程度的正热异常。二八台（168）为受地面植被与水系干扰的弱正热异常特征；轮南、桑塔木潜山带为明显的正热异常区；东河塘构造为被北西向水系分割的正热异常；去年底出油的兰尕大队构造也表现为弱正热异常的特点。因此，正热异常是油田地面的特征之一。

图6　雅克拉构造地表化探剖面图

图7　后生作用形成磁铁矿过程示意图

图8　塔北地区微磁异常评价图

1—油井；2—干井；3—地震断裂；4—推断侵入岩；5—推断二叠系玄武岩；6—推断一级含油有利区带；7—推断二级含油有利区带；8—推断沉积岩之磁性层；9—异常；10—志留系尖灭线；11—地面背斜

图9　轮南地区含油砂土的波谱反射特征曲线（96、97、98及100四个测点）

四、基本规律及初步结论

从上述实例及总体分析来看，塔北地区的已知油田与遥感信息、地化异常及地面波谱等因素有着密切的联系。这种联系可以归纳为下列模式，并以框图表示之：

叶和飞油气地质遥感论文集

初步结论：上述关系说明，航天遥感信息在地质和物探的支持下可以直接用于塔北地区的油气田预测。

五、几个有利油气区的预测

（1）塔里木乡以东的阿克库木地区：本区存在一系列由明显浅色环形影像反映出来的环（块）状构造。其中的Rk17（Rs13、Rs8;RR54）北端为已出油的桑塔木潜山构造带。而南端尚有Rk18、Rk19等环形构造，它们都有明显的环形特征，也是有利的含油构造。

（2）东河塘以南的哈拉哈塘地区：本区存在三排由浅色环形影像反映出来的中型环（块）状构造。其中Rk12构造的北缘已获工业油流（东河1井）。而南侧的Rk8、Rk9、Rk10、Rk11及Rk20都有极为类似的特征。因而认为这些都是有类似特征的含油气构造。

参考文献

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中国西部含油气盆地的地质特征.李德生石油地质论文集.北京：石油工业出版社，1992.

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