天然气地球科学, 2022, 33(1): 168-180 doi: 10.11764/j.issn.1672-1926.2021.08.005

耦合地震约束信息的重磁电联合反演方法及其应用——以塔里木盆地深层地质结构解析为例

杨敏,1, 于鹏2, 朱光有1, 张罗磊2, 闫磊1, 赵崇进2, 马德波1, 陈志勇1

1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083

2.同济大学海洋与地球科学学院，上海 200091

Gravity-magnetic-magnetotelluric joint inversion method coupled with seismic constraint information and its application： Case study of the analysis of deep geological structure in Tarim Basin

YANG Min,1, YU Peng2, ZHU Guangyou1, ZHANG Luolei2, YAN Lei1, ZHAO Chongjin2, MA Debo1, CHEN Zhiyong1

1.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development，Beijing 100083，China

2.College of Marine Geology and Geophysics，Tongji University，Shanghai 200091，China

收稿日期: 2021-05-30   修回日期: 2021-08-03   网络出版日期: 2021-12-31

基金资助: 中国石油天然气股份有限公司重大科技项目“深层烃源岩形成与分布”.  2018A-0102
“古老碳酸盐岩油气成藏分布规律与关键技术”.  2019B-04
国家自然科学基金项目“下寒武统黑色页岩中汞含量异常及其对烃源岩形成环境的指示”.  42073068

Received: 2021-05-30   Revised: 2021-08-03   Online: 2021-12-31

作者简介 About authors

杨敏（1987-），女，四川阆中人，工程师，硕士，主要从事地震地质综合解释研究.E-mail：yangmin_tlm@petrochina.com.cn. , E-mail：yangmin_tlm@petrochina.com.cn

摘要

近年来，塔里木盆地新元古界—寒武系深层成为风险勘探和地质研究关注的焦点和热点。由于盆地8 000 m以深深层地震资料品质差，地层展布及厚度、断裂分布等认识不清楚，制约了对深层勘探领域的评价。以塔里木盆地内的重力数据、磁力数据以及大地电磁数据为基础，结合地表露头、钻井、地震等资料，建立了耦合地震约束信息的重磁电三维联合反演方法，实现了对塔里木盆地深部6~10 km储层的物性结构进行准确刻画；解决了盆地深部古老地层的残余厚度展布、深大断裂发育情况以及盆地不同区块现今地温梯度差异大等地质问题，为塔里木盆地下一步深层勘探提供方向。研究认为：塔里木盆地震旦系—南华系具有相对低—中阻、弱—中等磁性和低密度的物性特征，地层残留厚度主要分布在盆地东北、西南2个方向，其残留厚度范围为500~4 500 m，与目前地震资料预测的厚度相吻合；盆地基底主要发育北东东向、北西向、近东西向3个方向的深大断裂，其控制了盆地“四隆五坳”构造格局和震旦系—南华系残留地层分布；塔里木盆地不同块体地温梯度的差异性与磁性层底（居里面）深度密切相关，同为隆起区，古城地区磁性层底埋深相对于塔中、塔北较浅，但其地温梯度最高。

关键词： 深层 ; 重磁电震联合反演 ; 南华系—震旦系 ; 地温梯度 ; 塔里木盆地

Abstract

In recent years， deep formations of Neoproterozoic-Cambrian in Tarim Basin have become the focus and hotspot of risk exploration and geological studies. Due to the poor quality of seismic data in the depth below 8 000 m of the basin， the formation distribution， thickness and faults distribution are not clear， which restricts the evaluation of the deep exploration area. Based on gravity data， magnetic data and magnetotelluric data collected in the basin， combined with geological data such as outcrop， drilling and seismic data， a three-dimensional joint inversion method for gravity， magnetic and magnetotelluric data is established coupled with conventional seismic information. The method can accurately characterize the physical structures in depths of 6-10 km ， and can be used to solve the geological problems such as residual thickness distribution in deep ancient strata， the development of deep faults and the great difference of the present geothermal gradients in different parts of the basin， providing directions for further deep exploration in the Tarim Basin. It is shown that the Sinian to Nanhuan systems in Tarim Bbasin have the characteristics of relatively low-medium resistivity， weak-medium magnetism and low density， of which residual thickness is mainly distributed in the northeast and southwest directions of the basin， and the residual thickness ranges from 500 m to 4 500 m， which is consistent with the current seismic data. In the basement of the basin mainly develop deep faults in north-east-east， north-west， and near east-west directions， which control the structural pattern of the "Four Uplifts and Five Depressions" in the basin and the distribution of Sinian-Nanhuan residual strata； the difference of geothermal gradients of different blocks in Tarim Basin is closely related to the bottom depth of the magnetic layer. Of the uplift areas， the bottom depth of the magnetic layer in the Gucheng area is shallower than that in Tazhong area or Tabei area， but its geothermal gradient is the highest.

Keywords： Deep formation ; Gravity-magnetic-magnetotelluric-seismic joint inversion ; Nanhuan-Sinian systems ; Geothermal gradient ; Tarim Basin

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本文引用格式

杨敏, 于鹏, 朱光有, 张罗磊, 闫磊, 赵崇进, 马德波, 陈志勇. 耦合地震约束信息的重磁电联合反演方法及其应用——以塔里木盆地深层地质结构解析为例. 天然气地球科学[J], 2022, 33(1): 168-180 doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2021.08.005

YANG Min, YU Peng, ZHU Guangyou, ZHANG Luolei, YAN Lei, ZHAO Chongjin, MA Debo, CHEN Zhiyong. Gravity-magnetic-magnetotelluric joint inversion method coupled with seismic constraint information and its application： Case study of the analysis of deep geological structure in Tarim Basin. Natural Gas Geoscience[J], 2022, 33(1): 168-180 doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2021.08.005

YANG Min，YU Peng，ZHU Guangyou，et al.Gravity-magnetic-magnetotelluric joint inversion method coupled with seismic constraint information and its application： Case study of the analysis of deep geological structure in Tarim Basin［J］.Natural Gas Geoscience，2022，33（1）：168-179.

0 引言

随着四川盆地安岳大气田的发现和塔里木盆地逼近8 000 m勘探的突破［1-4］，深层和古老层系已逐渐成为勘探目标和研究热点［5］。特别是塔里木盆地深层，寒武系勘探自1997年和4井开始，已经历20多年的历程，截至2020年2月，盆地内已完钻探井22口，除中深1C井、中深5井、柯探1井、轮探1井等在寒武系白云岩中获得油气重要发现外，其他井先后失利，盆地深层勘探较为复杂。近年来研究认为前寒武系古地貌控制着盆地主力烃源岩玉尔吐斯组的分布，表明盆地深部地质结构影响着深层烃源岩［6-7］，而深层地质结构、深部断裂的发育对深部优质储层的分布及深层油气聚集的影响尚不明确，已成为制约深层勘探的重要因素。针对盆地深层地质结构，前人做了大量基础工作，特别是南华系—震旦系的分布。吴林等［8］基于二维地震、钻井、露头等资料，分析了塔里木新元古代盆地发育特征；陈永权等［9］根据二维地震解释成图，分析了柯坪运动前后的构造格局变化，以此解决生烃凹陷的问题等。然而常规地震勘探信号传播到8 000 m以深深层时，地震波能量弱、信噪比低，解释结果因人而异，多解性很强［10］，在一定程度上不能满足深层震旦系—南华系地层分布刻画的分辨率和精度要求。针对塔里木盆地开展的地球物理研究多采用单一地球物理方法或大尺度地质结构的反演解释［11-18］，在一定程度上还不能准确揭示塔里木盆地深部地层的展布情况，而且单一地球物理方法在反演和解释上往往存在多解性。因此，结合前人的研究成果，本文通过二维地震解释得到寒武系以上地层信息，以此为约束，运用大地电磁和重磁资料开展三维联合反演解释，有效刻画盆地的基底结构与深层震旦系—南华系的残留地层分布，解决盆地深大断裂发育情况以及现今地温梯度差异性等地质问题，为盆地下一步勘探提供借鉴意义。

1 重磁电震三维联合反演方法

1.1　耦合地震约束信息的重磁电三维联合反演方法

由于单一地球物理方法在解决地下复杂地质问题的能力上存在局限性和多解性，因此联合反演方法近年来一直是地球物理研究的热点［19］。为解决地震速度模型难以加入到重磁电联合反演过程中等问题，笔者引入了一种新的重磁电震联合反演方法［19］，其目标函数可表示为：

Pαm1,m2,m3=γ1φ1m1+γ2φ2m2+γ3φ3m3+α1s1m1+α2s2m2+α3s3m3+λ1τmr,m1+λ2τmr,m2+λ3τmr,m3+λ4τm1,m2+λ5τm1,m3+λ6τm2,m3

式（1）中：mii=1,2,3表示重磁电模型；mr即已知的地震速度模型；λii=1,2,…6为不同模型耦合项的权重因子；φimi（i=1,2,3）为数据误差泛函数；γ1、γ2、γ3为重磁电数据拟合项权重；α1、α2、α3为重磁电模型泛函项权重；τm1,m2为构建2种物性存在关联的耦合泛函数项，如目前广泛应用的交叉梯度耦合等［20-30］。

不同于交叉梯度耦合，我们采用的模型耦合项为［31］：

τm(1),m(2)=1-cos2θ12, cosθ12=M(1)∙M(2)η(1)∙η(2)

式中：M代表指定模型耦合区域的模型矢量变化；cosθ12为模型矢量归一化点积即区域余弦相似度；|η（i）|=max｛|M（i）|，ηimin｝，ηimin>0，ηimin为避免分母奇异性的小值，可参考MOLODTSOV等［29］标准来确定。

从式（2）可以看出，该约束的本质在于约束区域模型变化的点积平方趋于1，即让2种物性的变化趋于相关来达到耦合区域构造一致的目的，同时其中一种物性不存在相对变化时可避免对另外一种物性产生影响。这种耦合方式解决了常规所用的交叉梯度耦合方式法容易产生畸变且难以融合地震速度模型等问题，使联合反演更适合复杂模型，其实用性进一步提高［19-20］。

针对目标函数的优化问题，本文将式（1）分为多个子反演过程，子反演过程交替进行，且各反演过程相对独立，从而解决了目标函数的优化问题［32］。如式（3）所示：

Pnαm1,m2n-1,m3n-1=φ1nm1+α1ns1nm1+λ1nτmrn-1,m1+λ4nτm1,m2n-1+λ5nτm1,m3n-1Pnαm1n-1,m2,m3n-1=φ2nm2+α2ns2nm2+λ2nτmrn-1,m2+λ4nτm1n-1,m2,+λ6nτm2,m3n-1Pnαm1n-1,m2n-1,m3,=φ3nm3+α3ns3nm3+λ3nτmrn-1,m3+λ5nτm1n-1,m3,+λ6nτm2n-1,m3

该优化方案使得各方法的数据误差拟合项和模型稳定泛函项相对独立，而模型耦合项则是在多种方法之间交互同步进行计算，即将各方法的初始模型或第n－1次模型参数代入本方法的第n次反演的子反演过程中，然后基于区域模型矢量余弦相似度耦合的反演进行优化，最后按收敛条件判断是否达到迭代条件，若满足则终止迭代，若不满足则返回重新迭代。该优化方式有2个特点：一是各子反演系统能根据自身的反演能力来独立地选取不同的权重因子，提高了整体的反演分辨率；二是各目标函数中加入了地震速度模型项，从而实现了重磁电震联合反演［19］。

1.2　代表性地质—物理模型试验

岩石物性是地球物理处理解释的基础。综合测井资料和前人在塔里木盆地岩石物性的工作成果［14-16］，统计了塔里木盆地电阻率、密度、磁化率和速度的变化规律（表1）。塔里木盆地岩石物性的变化特征可总结为，地层整体由新到老，速度、电阻率、密度和磁化强度由弱变强，震旦系以上速度分层明显。震旦系—南华系具有低—中阻、低—中密、弱—中等磁性特征，南华系以下太古界具有高电阻率（简称“高阻”）、高磁化率（简称“高磁”）、高密度（简称“高密”）“三高”特征。这种物性差异为通过联合反演方法确定震旦系—南华系的分布提供了依据。

表1   塔里木盆地物性统计

Table 1  Statistics of physical properties of Tarim Basin

地质年代速度/（m/s）电阻率范围/（Ω·m）密度范围/（g/cm3）磁化率范围/（10-5 SI）
第四纪—古近纪（Q—E）2 700~3 2002~1002.40~2.600~105
白垩纪—石炭纪（K—C）3 400~4 9001~502.60~2.660~140
泥盆纪—志留纪（D—S）4 700~4 7501~102.66~2.690~140
奥陶纪（O）5 500~5 6001~4002.69~2.700~20
寒武纪（∈）5 100~6 0001~2502.69~2.700~15
震旦纪（Z）4 000~4 5001~1502.7~2.720~220
南华纪（Nh）4 300~4 80010~2002.72~2.730~400
青白口纪—太古代（Qn—Ar）6 500~7 00010~1 0002.73~2.95400~2 000

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为验证重磁电震联合反演方法对塔里木盆地地质模型的适用性，基于塔里木盆地OGSL-14-50地质结构剖面的北段（图1，测线位置见图2），参考上述岩石物性依据（表1），建立了研究区简化的重磁电正演模型（图3）。常规地震资料解释基本解决了塔里木盆地寒武系以上地层的分布问题，因此模型试验中已知条件是寒武系以上地层模型，反演目标是震旦系—南华系及其下伏的基底展布。

图1

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图1   塔里木盆地OGSL-14-50地质剖面

Fig.1   Geological profile of OGSL-14-50 in Tarim Basin


图2

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图2   塔里木盆地大地电磁测点分布

Fig.2   Distribution map of magnetotelluric survey points in Tarim Basin


图3

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图3   塔里木盆地重磁电正演模型及其单一和联合反演结果

(a)电阻率正演模型；(b)密度正演模型；(c)磁化强度模型；(d)电阻率单一反演结果；(e)密度单一反演结果；(f)磁化强度单一反演结果；(g)电阻率联合反演结果；(h)密度联合反演结果；(i)磁化强度联合反演结果

Fig.3   Gravity-magnetic-magnetotelluric forward modeling，its single inversion results and joint inversion results in Tarim Basin


重磁电模型联合反演区域大小为沿测线方向420 km，测点间距均为2 km。大地电磁深度按对数等间距剖分66层至100 km，采用频率为0.000 5 Hz到320 Hz共40个，正演数据中加入5%高斯噪音。重磁模型正反演的深度网格剖分间距为0.1 km，计算深度至15 km，网格数为210×150，正演数据中加入5%高斯噪音。

单一和联合的电阻率反演初始模型为500 Ω·m半空间，重力反演初始模型为从2.4 g/cm3到2.75 g/cm3的梯度模型，磁法反演初始模型为从0.002 A/m到0.08 A/m的梯度模型。单一和联合反演结果如图3所示。

从图3可以看出，单一反演只能反映从浅至深渐变的物性特征，而耦合浅层地震约束的重磁电联合反演结果明显刻画出了震旦系—南华系目标地层的分布，提高了深层目标综合勘探的可靠性。该模型试验验证了联合反演方法在解决超深层目标层位中可以发挥作用。

2 塔里木盆地重磁电震联合反演

2.1　地球物理实际资料状况

本文以塔里木盆地2 922个大地电磁测点［18-20，31］（图2）、全区1∶20万的重磁异常资料（图4）、以及寒武系以上地震层位资料为基础，开展三维重磁电联合反演。其中，地震层位从浅至深分别是 白垩系顶面T8、泥盆系顶面Tg22、奥陶系顶面Tg51、寒武系顶面Tg6和寒武系底界Tg8。

图4

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图4   塔里木盆地布格重力异常（a）与化极磁异常图（b）

Fig.4   Bouguer gravity anomaly (a) and geochemical magnetic anomaly（b） in Tarim Basin


2.2　耦合地震约束的三维重磁电联合反演结果

本文联合反演的目的是反演塔里木盆地震旦系—南华系残留地层厚度。笔者采用以地震信息为约束的重磁电三维联合反演技术，对收集到的塔里木盆地重磁电数据进行了联合反演。

重磁电初始模型的建立是联合反演的基础。大地电磁反演的初始模型是二维电磁反演的结果，正反演水平和纵向网格数为259×147×66；重力反演初始梯度模型为从2.4 g/cm3线性增加到3.3 g/cm3，其正反演水平和纵向网格数为259×147×101；磁法反演初始模型为0 A/m，反演网格大小同重力一致［19］。

三维联合反演结果的切片见图5，分别表示了电阻率、磁化强度和密度在深度10 km、12 km和14 km的变化，反映了塔里木盆地深部元古界至太古界渐变的物性特征。从图5中可以看出，电阻率、密度、磁化强度3类物性都表现为随深度的增加而增加，具有很好的一致性，这也为下一步盆地深部地质结构解译提供了可能性。

图5

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图5   重磁电三维联合反演结果切片

(a)、(b)、(c)分别为电阻率反演结果10 km、12 km、14 km切片图；(d)、(e)、(f)为磁化强度反演结果10 km、12 km、14 km切片图；(g)、(h)、(i)为密度反演结果10 km、12 km、14 km切片图

Fig.5   Slices of results of 3D joint inversion of gravity, magnetic and magnetotelluric


3 地质应用

3.1　塔里木盆地震旦系—南华系残留厚度分布预测

3.1.1　典型剖面的震旦系—南华系残留地层分布特征

通过地震约束的联合反演可以有效地预测塔里木盆地震旦系—南华系厚度，以大地电磁TLE-3线的三维联合反演结果为例来说明目的层反演效果和预测依据。TLE-3测线［图2中红线］与前述模型试验中应用的OGSL-14-50地质剖面近似重合［图2中蓝线］。图6（a）—图6（c）中的黑实线为寒武系以上地震约束界面，由地表往下依次表示泥盆系顶面、奥陶系顶面、寒武系顶面和寒武系底界。反演结果表明，在寒武系与深部相对高阻、高磁和高密基底之间存在一套明显的相对低—中阻、弱—中等磁性和低密的地层分布，结合物性统计规律该套地层推断解释为震旦系—南华系分布（图6中的虚线表示震旦系—南华系底界）。

图6

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图6   大地电磁TLE-3线重磁电联合反演结果

(a)大地电磁联合反演结果；(b)磁化强度联合反演结果；(c)密度联合反演结果（图中实线为泥盆系顶面、奥陶系顶面、寒武系顶面和寒武系底的已知地震约束，虚线为推断解释的震旦系—南华系底）

Fig. 6   Gravity-magnetic-magnetotelluric joint inversion result of magnetotelluric TLE-3 line


3.3.2　塔里木盆地震旦系—南华系残留地层分布

以剖面推断的综合物性特征为依据，提取了寒武系之下三维联合反演的高阻、高磁和高密基底顶面埋深（图7），该图基本反映了前南华系变质基底的起伏变化，在宏观区域构造格架上体现了高阻、高磁和高密的基底物性结构存在较强的一致性。

图7

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图7   塔里木盆地前南华系基底埋深

Fig.7   Burial depth of pre Nanhua basement in Tarim Basin


将三维联合反演结果的高阻、高磁和高密变质基底顶面埋深［图7（b）—图7（d）］与地震寒武系底界埋深［图7（a）］相减，提取相对低—中阻、低—中密、弱—中等磁性地层的厚度来预测盆地震旦系—南华系残留地层厚度的分布，揭示了塔里木盆地这套目的层的主要分布区域［图8（a）］。

图8

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图8   震旦系—南华系残留厚度分布预测图及地震剖面

Fig. 8   Prediction map of residual thickness distribution of Sinian-Nanhua system and seismic profiles


从图8（a）中可见，震旦系—南华系残留厚度主要分布在盆地东北、西南2个方向，即塔北—满加尔北部坳陷区和塔西南坳陷区；地震资料表明，塔里木盆地南华纪—震旦纪为下断上坳型盆地，南华纪为裂谷型盆地，震旦纪为坳陷型盆地［图8（b）—图8（d）］。通过联合反演的厚度图与地震剖面的对比，可以看出在柯坪地区［图8（b）］、塔西南地区［图8（c）］、满加尔坳陷［图8（d），图8（e）］均沉积较厚的南华系—震旦系，其残留厚度范围为500~4 500 m，与目前地震资料预测的厚度相吻合。

笔者将推测的震旦系—南华系以及其下伏地层的电阻率、密度和磁化强度物性值进行了统计（图9），可以看出基底地层具有明显的相对高阻、高密和中—高磁特征，其上覆的地层物性与震旦系—南华系物性统计规律也基本一致，具有相对低—中阻、弱—中等磁性和低密的地层分布。统计特征说明了目标层推测依据充分，也证明了联合反演能够对震旦系—南华系残留地层的分布进行刻画。

图9

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图9   震旦系—南华系及其下伏地层物性分布统计直方图

(a)、(b)、(c)分别为震旦系—南华系的电阻率、密度和磁化强度分布；(d)、(e)、(f)为下伏地层对应的电阻率、密度和磁化强度分布

Fig.9   Statistical histogram of physical property distribution of Sinian-Nanhua system and its underlying strata


3.2　深大断裂特征刻画

受断裂活动的影响，深大断裂两侧地质体的物性（如密度、磁化率、电阻率）往往存在差异，在重磁电异常上呈现出明显特征，出现异常梯度带、线性异常带等［33］。为进一步揭示深部断裂对震旦系—南华系残留地层的控制作用，利用提出的重磁位场边界刻画技术［34］，对密度三维联合反演的9 km和12 km深度的密度水平切片进行了密度梯度变化极值特征刻画，以表征不同深度密度体接触的边界或断裂特征（图10）。

图10

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图10   联合反演9 km（a）和12 km（b）密度深度切片提取的断裂特征（图中黑色线条）

Fig.10   Fracture features extracted by joint inversion of density depth slices at 9 km(a) and 12 km(b) (black lines in the figure)


从图10看出，塔里木盆地基底主要发育NEE向、NW向和近EW向3组断裂，控制了盆地“四隆五坳”构造格局。其中，NEE向断裂规模较大，最大延伸长度可达800 km，主要分布在盆地东南地区；NW向断裂主要分布在盆地西南部；近EW向断裂则在盆地北部。通过综合分析断裂展布特征，认为盆地南部NW向断裂主要控制南部震旦系—南华系地层沉积中心，北部震旦系—南华系地层沉积中心则受控于北部NW向、NEE向、近EW向3组深大断裂（图11）。

图11

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图11   震旦系—南华系的深大断裂展布与地层残余厚度叠合图

Fig.11   Superposition map of Sinian-Nanhua deep and large faults distribution and stratum residual thickness


3.3　塔里木盆地地温场特征及影响因素
3.3.1　塔里木盆地现今地温场特征

塔里木盆地油气相态复杂多样，除了与油气次生地球化学作用和多期充注成藏有关外［35］，不同区块地温梯度的巨大差异，也是控制流体相态的一个重要原因。依据塔里木盆地不同构造区钻井测试温度数据，建立了不同构造区地层温度埋深的相关关系图（图12），可以看出钻井温度与深度呈较好的正相关关系，表明现今地温场具有典型的传导型特点。其中，塔里木盆地最大井温为古城9井井底温度，埋深7 300 m对应地层温度为185 ℃。塔东古城地区地温梯度相对其他构造区明显偏高，地温梯度约为3 ℃/100 m。而塔中和塔北地区地温梯度相近，比古城地区略低，表现为约2 ℃/100 m［36］。塔西南地区整体地温随深度增加而增大，但相关性不那么明显，地温梯度介于前面提到的两者之间。虽然地温梯度大小和数据点的多少有关系，但仍然可以看出古城地区相对塔中及塔北地区具有较高的地温梯度，盆地内不同区块地温梯度表现出明显的横向变化特征。

图12

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图12   井温与深度关系

Fig.12   Relationship between well temperature and depth


3.3.2　塔里木盆地现今地温场影响因素分析

地质体所在的大地构造背景和深部动力学过程是其现今地温特征的一级控制因素。沉积盖层相对基岩岩石具有较低的岩石热导率，这一差异形成热折射效应，热流聚集于隆起区，使得隆起区的地温梯度相对坳陷区较高。但同为隆起区，塔中、塔北及塔东（古城）地区仍存在差异。根据前人研究，塔里木盆地前寒武系具有不同年代、不同类型的基底结构［37］。其中，塔中和塔东古城地区主要为南部新元古代早—中期岩浆岩与变质岩基底，塔北则主要为北部中—新元古代中浅变质岩基底。塔北地区相对塔中、古城地区具有较低的地温场分布，可能与其位于较新的岩浆岩与变质岩基底之上有关。另外，地温场的分布与断裂、构造热事件等相关。断裂特别是高角度大断裂的存在，为深部热源物质和其他热能向上运移提供了通道和输导路径，使得局部地温场升高［38-39］。考虑到断裂在塔北、塔中及古城地区均较为发育，所以断裂不是地温场差异的主要原因，而且二叠纪岩浆活动热事件（-250 Ma）距离现今极为久远，其引发的热异常早已消失殆尽，对现今地温场的影响也较小。

由于磁性层底面深度（居里面）变化特征能较好地反映深部岩石圈地温梯度变化规律［40］。因此，根据磁化强度三维反演结果，提取了塔里木盆地磁性层底的深度范围（图13）。从图13中可以看出，塔北地区磁性层底埋深范围为20~48 km，塔中地区磁性层底埋深为24~50 km，古城地区磁性层底深度范围为16~44 km。塔东古城地区相对于塔北、塔中地区居里面埋深较浅，导致热流迅速传递到上覆盖层，从而塔东古城地区地温梯度相对较高。

图13

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图13   塔里木盆地磁性层底深度

Fig.13   Depth map of the magnetic bottom of the Tarim Basin


4 结论

（1）本文在充分利用寒武系以上地震资料约束下，首次对塔里木盆地开展了重磁电三维联合反演，获得了研究区电阻率、磁化强度和密度三维结构。相比于传统单一非地震反演，耦合地震信息的重磁电三维联合反演减少了反演多解性，提高了深层地质体刻画能力。

（2）震旦系—南华系具有相对低—中阻、弱—中等磁性和低密的物性特征，地层残留厚度主要分布在盆地东北向、西南向2个方向，其残留厚度范围为500~4 500 m，与目前地震资料预测的厚度相吻合。盆地基底主要发育北东东向、北西向、近东西向3个方向的深大断裂，深大断裂控制了盆地“四隆五坳”构造格局和震旦系—南华系残留地层的分布。

（3）塔里木盆地不同块体地温梯度的差异性与磁性层底（居里面）深度密切相关。同为隆起区，古城地区磁性层底埋深相对于塔中、塔北地区较浅，其地温梯度最高。

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