《Processes》：Application of Integrated Geophysical Prospecting Technology in Deep Oil and Gas Exploration of the Erlian Basin: A Case Study of the Gaolihan Sag
编辑推荐：
二连盆地高力罕（GLH）凹陷的勘探程度仍然较低，原因是早期二维地震数据不连续，未能提供区域覆盖，导致深部地质框架不清，阻碍了油气突破。为解决这一问题并评估前白垩纪地层的资源潜力，研究人员应用了综合地球物理工作流程，包括1:50000高精度重力-磁法测量、重力-
二连盆地高力罕（GLH）凹陷的勘探程度仍然较低，原因是早期二维地震数据不连续，未能提供区域覆盖，导致深部地质框架不清，阻碍了油气突破。为解决这一问题并评估前白垩纪地层的资源潜力，研究人员应用了综合地球物理工作流程，包括1:50000高精度重力-磁法测量、重力-磁法-井-地震联合正反演、层剥离以及时间频率电磁法（TFEM）剖面。利用GC1和LT1井的测井电阻率曲线进行电性标定，研究人员刻画了高力罕凹陷的断层系统、地层格架和深部岩性。主要结果包括：（1）识别出12条断层，定义了“三凹三隆”构造格局；（2）白垩系、侏罗系和石炭-二叠系基底的埋深分别为3000至3300 m、4400至4600 m和6500至6700 m；（3）在侏罗系内识别出三个电性层，高阻层段指示玄武岩，低阻层段解释为下侏罗统红旗组含煤地层。针对GC1和LT1井的定量验证表明，TFEM反演电阻率值与实测测井数据的平均绝对偏差约为2.5 Ω·m（电阻率大于5 Ω·m时相对误差<12%），总体地层边界一致性超过85%。岩性预测准确率对砂岩/粉砂岩达到88%，对泥岩/碳质泥岩达到82%。该综合工作流程在火山覆盖、地震数据质量差的区域对深部构造成像和岩性预测具有有效性，并为类似低勘探程度盆地提供了实用参考。
论文解读文章
研究背景、问题与意义：二连盆地是中国东北部重要的中新生代陆内裂谷盆地，其高力罕凹陷（GLH Sag）因早期二维地震勘探不连续且无法覆盖区域，导致深部地质框架不清，严重制约了油气突破。随着深部油气勘探的推进，前白垩纪地层（包括侏罗系和石炭-二叠系）被证实具有广阔的生烃潜力，但火山岩覆盖、复杂断层系统和深埋地层使常规地震成像效果差，信噪比低。为此，研究人员开展本研究，旨在通过综合地球物理方法评估前白垩纪地层的资源潜力，解决深部构造成像和岩性预测难题。该研究发表在《Processes》上，为类似低勘探盆地提供了重要的实践参考。
主要关键技术方法：研究人员采用1:50000高精度重力-磁法测量结合时间频率电磁法（TFEM）剖面，构建了重力-磁法-井-地震联合正反演与层剥离流程。关键技术包括：基于2.5D多边形棱柱体模型的重力异常正演与反演（利用井GC1和LT1的声波-密度转换标定）；从布格重力异常中剥离白垩系和侏罗系的重力响应，提取深部目标层异常；TFEM采用36个激发频率（常规的3.6倍）实现深部目标层密集采样，并通过伪二维反演（受地震层位约束）获取电阻率剖面。岩性预测基于电阻率和双频相位属性，经井GC1和LT1的测井电阻率曲线标定。样本来源包括来自研究区周边15个地层单元和5种侵入体的790块标本的物理性质测量（密度和磁化率）。
研究结果：
4.1 系统刻画断层系统与构造单元划分：通过重力异常梯度和地震剖面约束，识别出12条断层（9条NE-NNE向控盆断层和3条NW向断层），其中NE-NNE向断层占75%，与区域构造线一致，断层密度分析显示高力罕凹陷中部和南部断层密度最高（>0.8条/km2），与白垩系基底起伏相关系数r=0.67。基于这些断层，划分出“三凹三隆”构造格局，从西向东依次为巴奇隆起、高力罕凹陷、胡热图次级隆起、迪彦庙凹陷、高力罕镇东部隆起、巴彦花凹陷、霍林郭勒隆起和霍林河凹陷。
4.2 改进对研究区地层分布格局的认识：通过重力反演和层剥离，获得了白垩系、侏罗系和石炭-二叠系基底埋深图。白垩系基底平均埋深3120 m（标准差±280 m），南部高力罕凹陷最深达3380 m；侏罗系基底平均埋深4480 m（±420 m），最大深度4720 m位于南部边界断层附近；石炭-二叠系基底平均埋深6580 m（±390 m），最大超过6800 m。地层厚度统计显示，前白垩纪地层（侏罗系+石炭-二叠系）占总沉积充填的约55%（平均3.4 km），且南部沉降梯度大于北部（白垩系18 m/km，侏罗系25 m/km，石炭-二叠系22 m/km），表明高力罕凹陷南部是主要沉降中心。
4.3 TFEM剖面：地层分布与岩性预测：TFEM反演电阻率剖面（图17）清晰揭示了高力罕凹陷地层完整发育，确认了前白垩纪沉积地层存在。侏罗系内识别出三个电性层：高阻层（8-25 Ω·m，解释为玄武岩，深度1200-1800 m）、次高阻层（5-15 Ω·m，解释为砂岩/粉砂岩，深度1800-2600 m）和低阻层（2-6 Ω·m，解释为含煤泥岩，深度2600-3000 m），总厚度约2500 m。与LT1井钻探结果对比，岩性预测总体准确率85.0%（153个层段中130个正确），其中砂岩/粉砂岩准确率88.1%，泥岩/碳质泥岩83.9%，玄武岩78.3%，含煤地层80.0%。误分类集中在150-200 m深度区间，该区间岩性电阻率对比度小于3倍。
4.4 定量验证与误差评估：利用GC1井（标定井）和LT1井（后续钻井）对反演结果进行定量验证。界面深度相对误差为5-8%（平均6.2%，基于6个验证点）；TFEM反演电阻率与实测深侧向电阻率（LLD）的平均绝对偏差约2.5 Ω·m，相对误差<12%（电阻率>5 Ω·m时），相关系数r=0.84；地层边界一致性>85%。合成模型验证进一步确认了反演算法的可靠性（密度界面误差2.1-4.2%，电阻率误差3.2-6.8%）。
讨论与结论：讨论部分指出，识别出的“三凹三隆”构造格局受NE-NNE向正断层控制，与古亚洲洋闭合及陆内裂谷作用相关；断层系统（尤其是贺根山断裂F2、F3）不仅控制凹陷沉降，还为深部油气运移提供了潜在通道。前白垩纪地层埋深处于生油及凝析湿气窗口，侏罗系内部的三个电性层反映了火山-沉积旋回，低阻层（下侏罗统红旗组含煤地层）指示潜在烃源岩和煤系气藏。综合工作流程适用于火山覆盖、深部目标（>3 km）、低勘探程度盆地，但需具备至少一口标定井、密度对比>0.3 g/cm3、电阻率对比>3倍以及2.5D几何条件（走向长度≥5倍目标深度）。不确定性分析表明，密度扰动±5%引起界面深度变化±3-5%，电阻率初始模型扰动±20%引起反演电阻率变化±8-12%，层剥离累积误差每步±2-3%。结论部分翻译如下：（1）基于地震、地质和测井数据，研究人员应用重力异常分离和综合重力-磁法-电法-地震联合反演，提取了目标层重力响应，以高分辨率刻画了盆地深部结构。电阻率测井用于标定电性地层单元，为地层解释提供了可靠基础。尽管存在火山遮挡和地震成像差，该综合工作流程成功解决了高力罕凹陷深部结构。针对GC1和LT1井的定量验证得出界面深度误差5-8%（平均6.2%，基于6个验证点），电阻率偏差<12%（r=0.84，n=150个深度样本），总体岩性预测准确率85.0%（基于LT1井的153个层段）。这些结果证实多地球物理综合为常规方法受限的构造复杂、弱地震活动盆地中的深部勘探提供了可行途径。（2）构造解释揭示12条断层，主要为NE-NNE走向（占75%），定义了“三凹三隆”格局。NE走向断层系统（尤其是贺根山分支F2和F3）与基底起伏强相关（r=0.67），控制凹陷沉降和东部隆起。这些正断层不仅创造了容纳空间，还将盆地分割成具有不同沉降速率的沉降中心。南部高力罕凹陷在侏罗-白垩纪期间沉降比北部多20-30%，向南的埋深梯度（白垩系18 m/km，侏罗系25 m/km，石炭-二叠系22 m/km）证明了这一点。这种差异沉降对烃源岩成熟度有重要影响：南部深凹陷（侏罗系>4600 m，石炭-二叠系>6700 m）可能更早、更广泛地进入生油和湿气窗口。综合分析确认了上古生界地层存在，并以超过85%的总体一致性解明了深部格架。（3）综合重力-磁法-电法-地震反演方法特别适用于复杂火山覆盖盆地、深部目标（>3 km）和低勘探成熟度区域。然而，主要不确定性源于物性参数误差（±3-5%影响界面深度）、反演多解性和层剥离误差（每步±2-3%）。此外，TFEM在3 km以下分辨率下降，电阻率-岩性模糊性使解释复杂化。这些问题可通过高密度采集、地震约束和井标定来减少。未来工作应在数据稀疏的前沿区域采用贝叶斯或蒙特卡洛方法进行概率不确定性量化。层剥离证实前白垩纪地层广泛分布，石炭-二叠系基底平均6580 m（±390 m）。前白垩纪段（侏罗系+石炭-二叠系）占总充填6.2 km的约55%（3.4 km）。石炭-二叠系基底深度与地表地形强相关（r=0.58），表明现今构造格局主要继承自中生代伸展框架，沉积作用受断层持续控制。侏罗系三个电性层——高阻玄武岩（8-25 Ω·m）、次高阻砂岩（5-15 Ω·m）和低阻含煤泥岩（2-6 Ω·m）——揭示了火山-沉积旋回：玄武岩喷发、河流-湖泊沉积和沼泽成煤。这种向上变细的序列，结合高成熟度，指示了烃源岩和潜在的煤系气藏——这是高力罕凹陷此前未被认识的勘探目标。（4）对于更广泛的应用，该工作流程需仔细评估盆地构造、目标深度、火山覆盖、钻井密度和地震质量。应针对每个盆地与高力罕凹陷的地质相似性调整流程，优化反演策略。钻井验证仍然是必要的。该工作流程最适合复杂火山覆盖盆地、深部目标（>3 km）和低勘探成熟度区域。成功取决于三个前提：（a）至少一口标定井用于密度和电阻率约束；（b）足够大的对比度（密度>0.3 g/cm3，电阻率>3倍）；（c）2.5D几何条件，走向长度≥5倍目标深度。关键不确定性——物性变化（±3-5%影响深度）、反演多解性和层剥离误差（每步±2-3%）——可通过高密度采集、地震约束和多井标定来降低。高力罕凹陷南部，石炭-二叠系基底超过6.7 km、侏罗系同时包含烃源岩和储集相，是最有前景的深部目标。由TFEM预测指导的LT1井成功钻探验证了该工作流程，表明类似的综合方法可加速东北其他火山覆盖裂谷盆地（如海拉尔、松辽）中常规地震面临前白垩纪成像挑战的勘探。
