地球物理学报模板

《地球物理学报》是地学领域中具有代表性的期刊之一，被列入中国自然科学核心期刊，有关地球物理科学的综合性学术刊物。本刊主要刊登固体地球物理、应用地球物理、空间地球物理和大气、海洋地球物理以及与地球物理密切相关的交叉学科的研究论文，重点报道创新性研究成果。本刊连续获全国优秀科技期刊一等奖，获首届国家期刊奖（科技）等。

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张玉君

（地质矿产部航空物探遥感中心，北京100083）

摘要：用图像处理技术对下述与油气田异常有关的问题进行了研究：快速提取高频弱磁异常，估算高频磁异常源的埋深，放射性异常性质的归一化处理，典型异常剖面的分析，以及油气远景评价，提出了4个有希望含油气的异常。经验证，这4个异常中有3个见到油气显示，其中1个为工业气流。

关键词：油气田，烟囱效应，图像处理，航放Th归一化处理，油气远景评价。

一、前言

近10年，非地震物探方法寻找油气田的工作越来越受到人们的重视[1-8]，原因之一是地震勘探生产费用日益昂贵；另一方面，近10年航磁、航放测量技术发生了重大变化，航空光泵磁力仪的灵敏度从1nT提高到～，大体积方柱形NaI（Tl）晶体和数字电路被引入航空放射性测量仪，不仅使其灵敏度提高了10多倍，而且使强度测量被4道（K、Th、U及总道）或多道（256或512道）能谱测量所取代。这一切促使物探工作者在油气勘查中更加注意应用具有大面积低消耗特性的航空物探技术。

柴达木中部地区的高灵敏度航磁、航空伽马能谱测量飞行线距1km，飞行高度约90m；安装在双水獭型飞机上的航放、航磁综合站包括GAD-6型4道能谱仪、MAP-4型质子旋进磁力仪、磁带收录机及多普勒雷达、航空摄影两种导航定位设备。能谱仪使用了3箱NaI（T1）晶体，总体积为48L，磁力仪的灵敏度为。

放射性伽马测量普查油气已有50多年的历史，实践表明，在油气田上方有偏低的放射性异常，并在油气构造边缘存在比本低高的异常峰值。1979年美国Donovan .等人在Cement油田发现了高频磁异常[13],10多年来人们公认了这种与油气田相关的高频磁异常[9]的存在。尽管对产生这些异常的机制存在不少争议，但最被接受的假说是烟囱效应，通常认为几乎所有的储油构造都从深部排出水份，烟囱效应将碳氢化合物和其他有机衍生物通过喷溢、溶液散逸、气体扩散等三种渗漏作用带到地表；地层中的液体和气体在从油、气层向上运移过程中，由于后成作用形成磁铁矿并沉淀放射性元素，从而形成可被航测发现的航磁航放异常，并作为判断地下赋存有碳氢化合物的标志。

提出用图像处理技术来研究这一问题，基于两点考虑：航空物探的大面积宏观数据通过图像处理可以快速获得直观结果；图像系统具备既适合位场数据（航磁）又适合统计学性质数据（航放）的处理功能。本文所做基础图像网度为×。除航磁、航放外还利用了陆地卫星影像 MSS（7、5、4波段）数据。

二、异常特征研究

1.高频弱磁异常的快速提取

柴达木盆地是我国重要的含油气盆地之一，在测区内已有多处井下油气显示，测区内人烟罕见，人文干扰较少，为研究油气田后成磁铁矿引起的高频弱磁异常特征的理想试验场地。

测区磁场动态范围为0～533 nT，在0～127 nT的低端仅有12个像素，占全图面的5/100000，并集中在东北部的局部负异常内，故采取限幅拉伸的方法：

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式中 z（x,y）为磁场异常，单位nT,l（x,y）为图像灰度级或称灰阶。

每一灰阶代表 nT，可见经限幅拉伸处理，使磁原始图像保留了更多的弱异常信息，再按（2）式[10]制作立体阴影图（彩版附图9（A））。

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式中 θ为光源方位角；φ为光源高度角；λ为磁面法线矢量与光源矢量的夹角。

测区磁场彩色立体阴影图显示出沿着从西北角到东南角对角线两侧成群地存在着高频弱磁异常，其宽度为1～2km，幅度为2～15 nT，在黑白图像上有3～20灰阶的变化。

文献[2]认为，钻井套管和井盖可能引起幅度为2～5 nT的异常，但其波长更短（＜300m），也就是说在×网度的图像上，套管和井盖所引起的异常仅表现为孤立点。为了突出有用弱磁异常，用图1中的模板通过褶积功能制作了水平二次导数图像，通过邻域滤波消除孤立异常点。

彩版附图9（B）为航磁二次导数、经归一化处理U及油气异常分布叠加图像。青色点群为航磁水平二次导数异常；红色为经归一化处理 U；绿色和蓝色椭圆为已知异常位置；红色椭圆为新发现的有希望异常。10个已知油气显示全部都具有高频弱磁异常，这有力地表明这种仅用数分钟即可完成的磁场二次水平导数图对于提取与油气田有关的高频异常具有重要意义。

图1求导褶积模板

2.高频弱磁异常的磁源埋深

对磁场（经镜像对称扩边）进行快速富氏变换，然后对变换结果计算功率谱，从功率谱图像上取径向剖面值，最后做径向功率谱图（图2），为了做图方便直接用图像上的点数作为横坐标。

该谱图表明全图由低频功率谱Pl和高频功率谱Ph组成，低频部分在该区主要由前泥盆系变质岩的磁性引起，高频部分主要由浅部后成作用局部矿化引起，用参数法求磁源埋深[14]

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取对数

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图2径向功率谱

如果用半对数坐标成图，式（4）为线性方程，－2H与－2h分别为低频段（1～8点）与高频段（12～50点）的直线斜率，lna与lnb分别为二直线的截距，△r为径向频率间隔。

r=2π/（点数×点距）（5）

本测区点数为512，点距为 m，∆r=×10-6m，用最小二乘法求得二直线的截距和斜率分别为

a=, b=，

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式中S被导入是因为图像处理所显示的对数功率谱值仅有相对意义，S的单位为m，其值可通过某已知异常源埋深求得。已知低频磁异常系由埋深为－5000至－15000m的前泥盆系变质岩引起，则

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将H代入，S为～。

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即高频弱磁源埋深在～1km之间。

3.航放图像对油气藏的反映

航放三元素合成图像[11-12]示于彩版附图9（C），叠加于其上的还有航磁二次水平导数异常。红为K，其含量变化为0～；绿为Th，其含量变化为—39×10-6；蓝为U，其含量变化为0～×10-6，彩版附图9（D）的上图为其色标；黄色点群为航磁水平二次导数异常。航放图像较之航磁水平二次导数对于油气显示的相关性要复杂得多，虽然并非所有已知油气显示都有清楚的航放异常，但还是有一些含油气构造反映较清楚，如彩版附图9（C）上的5号异常为已知鸭湖含油气穹隆。在双元素图像（彩版附图10（A），彩版附图9（D）的下图为其色标）上鸭湖构造也十分明显；在该图上部为R—Th,G—K,B—K合成图像，箭头所指为已知东台吉乃尔含油气构造；下部为R—Th,G—U,B—U合成图像，箭头所指为已知涩北1、2号含油气构造，它们都表现为周边高中间低的放射性异常。

如何增强或突出航放数据中与油气有关的信息，关键在于减少或压制岩性影响，为此，我们采用了主分量分析（在图像处理中称之为KL变换）和Th归一化处理[15]。

彩版附图10（B）为航放三元素主分量分析（即KL变换）图像，彩版附图9（D）的上色标亦为其图例；图中a、b、c分别为第1、第2、第3主分量，以KL（1）、KL（2）、KL（3）表示，d为其合成图像。各主分量的组成为：

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式中，Xk、XTh、X。分别代表某像素K、Th、U之含量值。

在第1主分量ξ1中以K为主，减少了Th的作用；由于在大部分沙岩、砾岩中K和Th有正相关性，故经此处理的KL（1）大大压制了岩性的影响，突出了K与Th不相关的地质过程的反映，如钾盐的沉积及烟囱效应等。

ξ2综合了K、Th、U的变化，反映全区地质环境，对研究油气局部异常作用不明显。

ξ3中以U为主，又减弱了Th和K的作用，大大压制了岩性影响，对研究油气局部异常很重要。

为减少岩性影响，根据文献[15]，在整理地面或航空放射性测量数据时，常常除以Th含量值，称之为Th归一化处理。在做这种处理时，认为Th能较多地代表砂砾沉积物中岩性的变化，K、U与Th在这些沉积物中有一定正相关关系，除以Th值便减少了或压制了岩性的影响。我们的改进在于在归一化处理之前，先做相关分析，求出相关系数，再按相关系数做Th归一化处理。彩版附图10（C）即为K和U经归一化处理前后的对比图像，左边为原始图像，彩版附图9（D）的上图为其色标；右边为归一化处理结果。

表1为已知及新发现异常统计表，共8项特征：K原始图像、K经KL变换、K经Th归一化处理、U原始图像、U经KL变换、U经Th归一化处理、U晕圈及MSS（7、5、4波段）图像上的晕圈反映。已知10处油气显示中有8个（占80%）有明显或较明显的航放异常；其典型特征是：在Th归一化图上中心部位K低、U低和U高值的外围晕圈。

Th归一化处理的作用对下述含油气构造的异常十分明显：使V1、V2、V5的K高变为K低，使V1、V5的U高显著降低。故Th归一化处理对于统一异常性质有明显效果。

4.典型异常的剖面图像

以鸭湖（V2）和红三旱四号（V1）做为典型的已知异常进行剖面研究。

鸭湖异常有以下典型特征（彩版附图10（D））:

（1）U在归一化处理前后（彩版附图10（D）右图中之蓝色曲线）异常中心部位都是低值；

（2）K在异常中心部位原为高值，经归一化处理后也获低值（彩版附图10（D）右图中之红色曲线）；

（3）在异常周围U有明显的高峰和晕圈现象；

（4）有明显的高频弱磁异常，且中心处更强（彩版附图10（D）右图中之绿色曲线）。

表1已知及新发现异常统计表

红三旱四号的异常特征为：

（1）U在归一化处理前异常中心部位为强高值，经归一化处理后显著降低；

（2）K在归一化处理前为高值，经归一化处理后为低值；

（3）经归一化处理后在异常周围U有明显的高峰，反映出晕圈现象；

图3红三旱四号地面能谱测量剖面

（4）也有明显的高频弱磁异常。

综合典型异常分析，与油气藏有关的航磁航放异常识别标志为：航磁局部高频弱变化；Th归一化处理后局部低钾、低铀（也有达不到低值）；以及铀在异常周边的高值晕圈现象。

我们对红三旱四号异常进行了地面检查，用4道能谱仪进行了剖面测量，总长10km，点距100～200m。所获剖面（图3）与空中测量结果一致，在异常中心部位为K高、U高和Th高，从中心向两侧先降低后又升高。

三、对含油气远景评价的讨论

本测区内已知含油气构造或点共10处，如表1所列：红三旱四号（V1，气），鸭湖（V2，气），马新高点（V4，油），东台吉乃尔（V5，见工业油气流），南陵丘（V6，油气），驼峰山（V7，油气），涩北1号（V8，油气），涩北2号（V9，油气），涩聂北（V12，气），涩聂东（V3，气）。这10个已知油气显示无一例外都有明显的航磁水平二次导数异常。前8个有明显或较明显的航放异常显示，表现为在经Th归一化处理的K元素图像和U元素图像上为中心部位的低值及U的周边升高的晕圈现象。后两个已知区航放异常不够明显，主要原因是，这两个已知油气显示点处于钾盐类沉积丰富地段，钾引起的放射性变化强于与碳氢化合物有关的弱放射性异常，后者未能明显表现出来。故本测区已知油气显示构造或点与航磁水平二次导数异常的吻合率为100%，与航放K、U异常的吻合率为80%。

李芦玲等李芦玲等.柴达木盆地中部地区航空磁测详查结果报告.地质矿产部航空物探遥感中心，1985。曾用传统的方法对本测区含油气远景进行了评价，圈出8个最有希望的含油气区，图像处理也完全证实了这一评价。经图像处理，我们认为还应补充提出以下4个有希望的含油气异常区：

（1）依克雅乌汝背斜构造（V3），位于鸭湖含油气背斜构造东30km，台吉乃尔含油气背斜北15km。其航磁航放、卫片异常均很典型，且与鸭湖异常极为相似，异常特征依据充分，可做为新发现的最有希望的含油气异常点。

（2）南陵丘西异常（V10），位于南陵丘已知含油气构造西约5km。有局部高频低幅磁异常、低钾、低铀及较明显可辨之周边闭合的高值U晕圈。可做为新发现有希望的含油气异常。

（3）洪上异常（V11），位于台吉乃尔洪积扇上部。除有局部高频弱磁异常外，有低U及隐约可见的周边U高值晕圈，可做为新发现较有希望的含油气异常。

（4）南八仙异常（V14），位于仙西南高点北缘。有局部高频弱磁、低钾和低铀异常。也可做为新发现之较有希望的含油气异常。

如前所述彩版附图9（B）上展示了l0处已知（蓝、绿、黄色椭圆）和4处新发现油气异常（红色椭圆）。并与归一化处理后之U（红）以及航磁水平二次导数异常（青点）叠加在一起。

上述远景评价于1990年完成，根据能源部1991年在柴达木中部地区进行的勘探成果，对比如下，上述4个含油气远景区中的3个见到了油气显示：即依克雅乌汝背斜构造（V3）于“伊中1”井见油气显示，洪上异常于“台中1”井见工业气流，南八仙异常于“仙3”井见油气显示。

本工作所预测的4个含油气远景区中有3个见到了油气显示，说明航磁、航放等综合参数通过图像处理所做油气田异常特征的研究是有效的。常规方法没有发现的异常，却由本方法预测，并已得到验证，说明该方法的价值。

参加野外验证的还有水恩海、史殿林、郭毅，屏幕图像均由杨星虹拍摄，能源部石油勘探开发科学研究院遥感地质所叶和飞给予了支持。在此表示诚挚的谢意。

参考文献

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[15]Alton —a practical exploration Oil Reporter'March,173,1982.

A STUDY OF AERO-MAGNETIC AND ANOMALIES IN SOME OIL-GAS FIELDS BY IMAGE PROCESSING TECHNIQUES

Zhang Yu jun

（Center of Aero-Geophysics and Remote Sensing, Ministry of Geology and Mineral Resources , Beijing 100083）

Abstract

This work represents the results of study of the following problemsby image processing techniques: the quick extraction of weak magnetic anomalies with high frequency, the evaluation of depth for highfrequence magnetic anomalies,the normalization of radiometric anomalies, the analysis of typical anomalous profiles and the prediction of perspective anomalies to find oil and new perspective anomalies for oil gas were study had been finished at the beginning of with the results of exploration in 1991, we have been encouraged by the fact that not only on 3 out of the 4 anomalieas the oil and gas werefound, but also on one of them the gas was found.

Key words Oil-gas filed,The chimney effect,Image processing, The second holizontal gradient of magneticfield, The power spectrum, The Th normalization for aeroradiometrics, The perspective evaluation for oil-gas.

原载《地球物理学报》，1994,。