廣域電磁法和音頻大地電磁測深法在八寶山頁巖氣區(qū)塊的對比試驗①

馬玉忠

青海省頁巖氣資源重點實驗室，青海 西寧 810029

頁巖氣是指位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集。八寶山頁巖氣儲藏區(qū)域從地層和巖石的物性特征上存在明顯的電阻率差異，為該地區(qū)利用電磁法尋找深部低阻層提供了物性前提[1-3]。

1 八寶山頁巖氣區(qū)塊地質(zhì)特征

八寶山頁巖氣試驗區(qū)塊屬秦祁昆地層區(qū)，由北向南分屬東昆侖南坡地層小區(qū)及阿尼瑪卿山地層小區(qū)。試驗區(qū)及周邊出露的地層主要有元古界、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、新近系及第四系。各時代地層分布受構(gòu)造控制明顯，呈北西西向或近東西向展布。其中上三疊統(tǒng)八寶山組下巖段（T3bb1）為頁巖氣目標層位，八寶山組為一套以陸相為主的碎屑巖與火山巖沉積，角度不整合于早-中三疊世地層之上，與上覆羊曲組（J1-2yq）呈平行不整合接觸，產(chǎn)豐富的植物化石，厚度大于1763.9m。

2 巖石物性特征

通過對本區(qū)已施工的八頁1 井中的巖性進行電物性測定，得到該區(qū)八寶山組及圍巖物性特征（表1）：

表1 八寶山組地層及圍巖的電物性參數(shù)Tab.1 Electrical and physical properties parameters of Babaoshan formation and surrounding rock

從巖石物性特征上來看，頁巖氣目標層位八寶山組的粉砂巖、泥巖和頁巖與圍巖火山巖有明顯的電阻率差異，含頁巖氣的粉砂巖、砂巖和頁巖的電阻率一般在22～98Ω·m 之間，在該區(qū)呈現(xiàn)為低阻。頁巖氣目標層上覆的火山巖、安山巖電阻率較大，一般在2600～6500Ω·m 之間，在該區(qū)呈現(xiàn)為高阻。頁巖氣目標層下伏地層為洪水川組砂礫巖和火山巖，其中礫巖電阻率一般在560～880Ω·m 之間，在該區(qū)呈現(xiàn)為中阻，洪水川組玄武巖和安山巖電阻率在1300～3400Ω·m 之間，在該區(qū)呈現(xiàn)為中高阻。不同地層間明顯的電性差異為廣域電磁法和音頻大地電磁法探測提供了良好的地球物理前提。

3 試驗剖面與試驗參數(shù)選擇

為對比分析廣域電磁法和音頻大地電磁法在頁巖氣勘探中的應(yīng)用效果[4-6]，在八寶山地區(qū)選擇CX10 線上已施工的八頁1 井鉆孔進行了試驗。該孔終孔深度578m，275～439m 孔段有較好的含氣量，氣測錄井顯示全烴平均值均大于0.5%，主要巖性為粉砂巖、砂巖和頁巖。

本次試驗中，廣域電磁法和音頻大地電磁法測點點距均為200m。廣域電磁法野外試驗設(shè)備為繼善高科廣域電磁儀，采用偶極電場供電，AB距長度1km，收發(fā)距大于15～21km，工作頻率范圍0.01～8192Hz。音頻大地電磁法采用美國CG公司生產(chǎn)的Aether大地電磁測量系統(tǒng)，該儀器采集天然場信號，野外觀測記錄原始時間序列資料，同時采集1.83～20812Hz頻率范圍內(nèi)的大地電磁信號。在一個測點處Aether采集記錄時間不少于10分鐘。每個測點采集完成之后均要立即進行現(xiàn)場處理，該儀器同時采集單個點的高頻數(shù)據(jù)和低頻數(shù)據(jù)，避免了不同儀器、不同時間采集數(shù)據(jù)拼接的問題，從而大大提高工作效率。最終，廣域電磁法采用地球物理資料綜合處理解釋一體化系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的處理及反演，音頻大地電磁法采用MT-Pioneer進行反演解釋，得到兩種方法在同一剖面上的二維反演斷面圖[7-10]。

4 試驗結(jié)果對比與分析

圖1 為CX10 線采用廣域電磁法勘探獲得的電阻率二維反演及地質(zhì)解譯圖。

圖1 CX10 廣域電磁法二維反演及地質(zhì)解譯圖Fig.1 2D inversion and geological interpretation of CX10 Wide Field Electromagnetic Method

廣域電磁剖面反演深度4000m，剖面長度21km，八頁1 井孔位于該剖面300 號點，從反演來看，該鉆孔處從淺部至550m 呈低阻異常，視電阻率值小于250Ω·m，反映了八寶山組下巖段（T3bb1），低電阻反映了含有機質(zhì)含量較高，在四百多米，該層位向南北方向延伸，深度從反演結(jié)果顯示該層位總體呈水平層狀，局部有起伏，深部從400～1600m 不等，厚度一般從100～500m 不等，整體呈南部埋深大，北部埋深較淺；T3bb1上層有不連續(xù)間斷的中高阻異常，視電阻率值250～3000Ω·m，該中高阻層位連續(xù)性較差，厚度反映幾十米至四百多米，主要反映了T3bb2火山巖地層。鉆孔處約570～3000m 視電阻率值升高，大于250Ω·m，反映了洪水川組砂礫巖段和火山巖段（T1-2h）地層，八頁1 井鉆孔淺部看到的八寶山組中巖段（T3bb2）火山巖因為層位較薄，在本次廣域電磁二維反演中反映不明顯。

圖2為 CX10 線采用音頻大地電磁法勘探獲得的電阻率二維反演及地質(zhì)解譯圖。

圖2 CX10 音頻大地電磁法二維反演及地質(zhì)解譯圖Fig.2 2D inversion and geological interpretation of CX10 Audiomagnetotelluric method

音頻大地電磁測深剖面反演深度3000m，從反演結(jié)果來看，該鉆孔處淺層360～570m 處視電阻率值小于100Ω·m，該段反映了八寶山組下巖段（T3bb1），同時，在八寶山組下巖段上部存在一高阻層，整條剖面上該高阻層斷續(xù)分布，反映了八寶山組中巖段（T3bb2）火山巖組，該結(jié)果與鉆探驗證結(jié)果基本吻合。在四百多米，八寶山組下巖段（T3bb1）層位向南北方向延伸，深度從反演結(jié)果顯示該層位總體呈水平層狀，局部有起伏，深部從300～1000m不等，厚度一般從100～500m不等，鉆孔南部該層位分布不連續(xù)，北部該層較為穩(wěn)定，連續(xù)分布。深部570～3000m 視電阻率值升高，大于250Ω·m，反映了洪水川組砂礫巖段和火山巖段（T1-2h）地層。

上述對比試驗可以發(fā)現(xiàn)，在本次頁巖氣勘探中，在深度0～600m 深度范圍內(nèi)，WFEM 和AMT均對目標層位低阻層八寶山組下巖段（T3bb1）有較高的分辨率，與鉆探工程驗證結(jié)果基本吻合，但對八寶山組下巖段上面覆蓋的高阻層火山巖地層廣域電磁法反映不明顯，音頻大地電磁法則反映較為明顯。深部600～3000m 范圍內(nèi)的洪水川組砂礫巖段和火山巖段（T1-2h）地層兩種方法均有較好的反映，但廣域電磁法反映的勘探深度更大。

5 結(jié)論

徐永鋒、鞏志遠[11]等通過在八寶山地區(qū)開展頁巖氣遠景調(diào)查評價及頁巖氣預(yù)查等工作，初步查明了該區(qū)頁巖氣儲藏地質(zhì)背景及含氣量，本文通過在該區(qū)已有鉆探工程控制的典型剖面上進行廣域電磁法和音頻大地電磁法的對比試驗測量，得出如下結(jié)論：

（1）該區(qū)由于無工業(yè)游散電流干擾，在頁巖氣勘查中廣域電磁法和音頻大地電磁法均能取得較好的勘探效果。

（2）廣域電磁法相對于音頻大地電磁法，由于低頻信息更豐富，勘探深度較深，得到的深部電阻率信息更準確。同時，廣域電磁法為人工場源方法，抗干擾能力也更強。

（3）音頻大地電磁法相對于廣域電磁法，其勘探深度較淺，同時，音頻大地電磁法為天然場源方法，容易受外界干擾因素的影響，但其儀器較為輕便，需要的技術(shù)人員更少，工作效率較廣域電磁法更高。