音頻大地電磁和瞬變電磁法在頁巖氣鉆探中的應用

羅成果，譚章坤

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音頻大地電磁和瞬變電磁法在頁巖氣鉆探中的應用

羅成果1，譚章坤2

（四川中成煤田物探工程院有限公司，成都 610072）

隨著對油氣資源需求的增加及常規油氣藏資源量逐漸減少，非常規能源的勘探與開發被高度重視。頁巖氣作為非常規能源之一，在科學技術進步的推動下，已經擁有一些成功的案例。該文通過介紹瞬變電磁法和音頻大地電磁法在某頁巖氣調查井鉆前勘探上的具體應用，為鉆前物探方法的選擇和應用效果提供借鑒意義。

碳酸鹽巖發育地區；鉆前勘探；瞬變電磁法；音頻大地電磁法

重慶地區頁巖氣勘探開發已邁入規模化時代，但該地區勘探鉆孔大部在碳酸鹽巖發育地區，巖溶、溶蝕漏斗、地下暗河十分發育，給鉆探施工帶來潛在的安全風險。為合理選取井位，保障井場安全及降低鉆井工程風險，進行鉆前勘探十分必要。電磁法勘探不受高阻層屏蔽的影響，對圍巖中低阻體(富水溶洞)反映靈敏，對相對電阻率差異大的高阻體溶洞(貧水溶洞或干溶洞)也能較好地反映。其中瞬變電磁法能探明地表以下中深部的較大規模巖溶，音頻大地電磁法可以探明地表以下深部的較大型巖溶，瞬變電磁對中深部具有較高的電阻率分辨率，一方面可以驗證音頻大地電磁中深部的探測成果，另一方面可以彌補音頻大地電磁中深部電阻率分辨率的不足。因此，采用瞬變電磁法和音頻大地電磁法兩種物探方法，再結合人工踏勘、水文地質資料等，可用于探查深度1 000m以淺的地下暗河、溶洞和破碎帶的分布情況。

圖1 井場周圍地質地形圖

1 工區地質概況及水文地質特征

物探勘查區出露地層均為三疊系下統嘉陵江組四段（T1j）。勘查工作的主要目的為：探測從井位所在區出露的嘉陵江組至二疊系上統龍潭組地層之間的巖溶發育情況。已知的所有斷裂離物探測區較遠，受背斜影響但不排除在物探測區有小型斷裂活動。通過1∶1萬地質填圖和鉆孔揭露，共發現斷層7條，其中地面斷層2條，隱伏斷層5條，其性質均屬逆斷層（圖1）。

圖2 出水點平面圖

地面調查工作發現2處規模較大暗河出水點，分別位于工區西北和東北方向，另有若干小規模出水點，其中出水點1和出水點2兩處負地形連線為北東-東走向，與本區整體地勢較為吻合，其余一系列小型塌陷均位于該走向上。結合出水點位置推測，地下水系的大致走向為北西-南東。同時通過對井場附近走訪調查，當地居民描述的暗河的大致流向與水文地質調查后推測的方向基本吻合。且推測的地下暗河經過了一個地層較破碎擠壓的地帶，說明初步推測的地下暗河與實際情況均較吻合。地面調查負地形及其現場照片見圖2。

2 野外方案部署及處理解釋

2.1 方案部署

工作布置以擬設計鉆孔為中心，設計音頻大地電磁法及瞬變電磁法2種物探方法，其中瞬變電磁法主要控制中、淺部地層的巖溶、暗河、破碎帶及不良地質體的發育情況，音頻大地電磁法主要控制中、深部的不良地質體的發育情況。

2.2 數據處理及解釋

AMT數據處理采用軟件SSMT2000、MTeditor、MTsoft2D、surfer、autoCAD2014。預處理主要在SSMT2000及MTEDITOR軟件中進行，主要包括標定文件及原始數據導入、TBL文件編輯、傅氏文件轉換、截取共同時間、編輯輸出PLT數據文件等步驟。預處理后，導入MTsoft2D軟件中進行數據編輯。

瞬變電磁數據處理采用軟件TemPor2、翁愛華TEM大定源反演軟件等。采用TemPor2軟件進行數據預處理，建立USF數據庫。反演軟件采用吉林大學翁愛華研發的TEM大定源反演軟件。數據處理之前需要先修改裝置參數，設定好發射線框大小，相對位置等參數。而后進行數據光滑、地形校正，最后進行反演成圖。因篇幅原因，AMT僅對主測線D1、D2及D4線剖面進行對比分析解釋(見圖3)。TEM的所有測線電性特征較為一致，連續性較好，因此對其進行整體分析（圖4）。

D1、D2線剖面整體形態相似，羊叉灘背斜及兩河口向斜的電性特征反映明顯，并且兩構造的軸部位置與電性剖面上反映的位置較一致。D1、D4線相互垂直，均過井口，井口下的電性剖面形態相似。結合已知地質剖面和反演剖面的電性特征，將反演剖面進行了地層劃分，劃分的地層產狀和深度與已知地質資料吻合；剖面中部（大致為里程1 000~ 1 200m）視電阻率較高，反映出該段巖體較為完整及含水少。

圖中紅圈為圈定的低阻異常。其中H2、H4、H11異常位置均為里程900~1 000m，深度150~450米，應為同一異常。該異常位于嘉陵江組四段，此地層主要巖性為白云巖和灰巖，推斷該低阻異常區為巖溶發育的可能性較大，亦可能為地下暗河河道橫穿本斷面造成的異常反映。

根據AMT反演成果，共圈定16處封閉低阻異常，結合實地調查及已知水文地質資料，可知本區域暗河方向大致為北西-東向，由此大致推測H1、H2、H4、H8、H15、H12為同一暗河造成的影響反映，而異常H3、H5、H9推測為背斜和向斜中間的擠壓破碎帶。

本次工作共布置瞬變電磁剖面21條，分別為D6～D26線，其中D16線穿過設計孔位（里程400處）。TEM勘探深度與回線邊長，發射電流及發射頻率有一定關系，一般情況下，發射邊長約等于探勘深度，在進行反演計算時，取150m深度范圍內數據進行成圖分析。

圖4為各測線的反演剖面的立體顯示。縱觀D16~D26線，從D13到D26線，里程440~500，標高400m以淺地層富水性較強，圈定出異常T2~T15，在空間上連續較強。根據已有資料，該系列異常集中區靠近羊叉灘背斜的軸部，根據AMT成果，羊叉灘背斜翼部電性特征為低視電阻率反映，因此推斷這些異常為受背斜影響的淺部擠壓破碎地層，故T2-T15推測為富水的擠壓破碎帶。

圖4 D6-D26線TEM反演剖面立體顯示圖

鉆孔下方的情況和AMT也較吻合，故在淺部鉆探一定要做好防范工作。AMT在淺部反映的部分異常在TEM剖面上反應不甚明顯，主要原因在于兩種方法針對不同地層深度的反映精度不同。

3 結論

經過本次勘查，設計鉆孔基本避讓了較大規模的巖溶發育區，埋深200m以內巖層含水性弱-中等的，但不排除地表及鉆遇地層時存在小型巖溶的風險。

此外，還劃分了主要地層和構造，其產狀和深度與地質資料吻合較好，數據質量可靠。離設計孔位最近的異常有H2、H4、H8、H15共4個異常區，此四個異常影響深度大致從標高450m至150范圍內，推斷為嘉陵江組巖溶異常體造成的影響；根據地面水文地質調查，結合H2、H4、H8、H15四個封閉低阻異常，大致推斷了出地下暗河軌跡。擬設計鉆孔離暗河軌跡中心大約40m的水平距離，并未穿越異常中心，但對標高450~150m的深度內的施工，應在后期鉆探工作中采取措施進行防范。

[1] 劉振武，撒利明，楊曉等．頁巖氣勘探開發對地球物理技術的需求[J]．石油地球物理勘探，2011，46（5）：810－818．

[2] 李金銘. 電法勘探[Z]. 2005.

[3] 范亮，錢榮毅． 瞬變電磁法在煤礦采空區的應用研究[J]．工程地球物理學報，2011，8(1):29 －33．

[4] 閔剛，王緒本，張兵，余謙，魏崴．AMT法在黔東北岑鞏地區的頁巖氣勘探試驗[J]．石油地球物理勘探，2014，49（4）：815-824.

The Application of Audio Magnetotelluric Method and Transient Electromagnetic Method to Shale Gas Survey

LUO Cheng-guo1TAN Zhang-kun2

(Sichuan Zhongcheng Coal Geophysical exploration Engineering Institute Co., Ltd., Chengdu 610072)

With the increase in demand for oil and gas resources and gradual decrease in conventional oil and gas resources, exploration and development of unconventional energy sources is highly valued. This paper deals with the specific application of transient electromagnetic method and audio magnetotelluric method to a shale gas survey.

carbonate rock-exposed area; exploration before drilling; transient electromagnetic method, audio magnetotelluric method

P631.3

A

1006-0995（2017）02-0322-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.02.035

2016-10-19

羅成果（1987-），女，四川內江人，工程師，主要從事物探技術相關工作