復(fù)電阻率法在安徽南陵盆地海相頁巖氣勘探中的應(yīng)用

殷啟春，王元俊，周道容，張麗，孫桐

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局 南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇 南京 210016； 2.中國地質(zhì)調(diào)查局 哈爾濱自然資源綜合調(diào)查中心，黑龍江 哈爾濱 150081； 3.安徽省勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230041)

0 引言

電磁法相對目前頁巖氣勘探中主要運用的地震方法而言，具有勘探深度大、不受碳酸鹽巖地層屏蔽、對低阻層分辨靈敏等特點[1]。近年來，以廣域電磁法為代表的電磁法在南方海相頁巖氣勘探中取得了較好的效果[2-6]，但其只利用了電阻率特性，對極化率特性尚未充分應(yīng)用。復(fù)電阻率法作為電磁法的一種，用于研究地下地質(zhì)體的導(dǎo)電特性和激發(fā)極化特性，在探測金屬礦領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用[7-11]。在常規(guī)油氣勘探中，許傳建等[12]認為油氣藏上方存在電性—電極化性異常，應(yīng)用于直接探測油氣藏效果較好。蘇朱劉等[13-14]對800 m以淺的油氣探井進行了對比，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)油井相對干井而言具有>10%的高極化異常，并開展了2 600 m以淺的油氣藏圈閉預(yù)測，取得了較好的成果。

復(fù)電阻率法應(yīng)用在我國南方頁巖氣勘探中尚處于探索階段。趙迪斐等[15]通過對四川盆地龍馬溪組頁巖儲層特征和復(fù)電阻率特征研究后認為，龍馬溪組頁巖儲層普遍含有可增強儲層極化特征的黃鐵礦，具備復(fù)電阻率勘探應(yīng)用的基礎(chǔ)。在涪陵地區(qū)開展了復(fù)電阻率法勘探頁巖氣的試驗和初步定性識別工作[16]，但未做地質(zhì)或油氣工作的解釋、驗證。復(fù)電阻率法在頁巖氣勘探中的應(yīng)用有待進一步開展。

南方海相頁巖氣勘探區(qū)具有如下地質(zhì)—地球物理特點：①富有機質(zhì)泥頁巖與碳酸鹽巖地層共生構(gòu)成地層組合；②地表條件為基巖山區(qū)與中生代紅盆區(qū)共存，紅層厚度大、地層變化劇烈，造成了地面人工場源地震波傳播衰減快；③地球物理方法往往無法有效直接識別南方地區(qū)普遍發(fā)育的低角度滑脫層。以上地質(zhì)—地球物理特點導(dǎo)致地震資料信噪比低，使得海相頁巖地層成像難度較大[17-20]。因此，目前以地震勘探為主的頁巖氣地球物理勘探迫切需要尋找新的勘探方法。

本次研究對比了南陵盆地盆外及盆內(nèi)的復(fù)電阻率法勘探效果，以期查明富有機質(zhì)頁巖的電阻率特征和激發(fā)極化特征，從而了解埋深2 500 m以淺的地層與構(gòu)造分布，預(yù)測富有機質(zhì)泥頁巖地層分布、埋深乃至頁巖氣藏情況，為后續(xù)南方海相地區(qū)特別是下?lián)P子地區(qū)頁巖氣的勘探突破奠定基礎(chǔ)。

1 復(fù)電阻率法

復(fù)電阻率法(complex resistivity method)也稱為CR法，當(dāng)?shù)刭|(zhì)體存在激電(IP)效應(yīng)和電磁(EM)效應(yīng)時，通過測量大地的視復(fù)電阻率頻譜或激電場的衰減曲線，借助分析大地總電阻率的實分量和虛分量來研究大地的電性，因其測出的視電阻率是頻率的復(fù)變函數(shù)，故稱作復(fù)電阻率。相對常規(guī)激發(fā)極化法，CR法對頻率域和時間域信息都予考慮，因此可對整個地電系統(tǒng)進行研究[21]。

在野外實測得到復(fù)電阻率頻譜后，對其進行擬合反演，可分離出電磁譜(SEM)和激電譜(SIP)。這兩種頻譜參數(shù)在圈定異常方面各有特點：SEM譜由感應(yīng)電流形成，有較高的靈敏度和幾何分辨率，而SIP譜則直接反映了極化物質(zhì)的體積含量和結(jié)構(gòu)特性。根據(jù)實際點位對多個譜參數(shù)進行校正，編制擬剖面圖，其中比較重要的參數(shù)為電磁電阻率ρω和視充電率ms。電磁電阻率ρω為用近區(qū)電磁場計算的平均電阻率，該參數(shù)對地下目標(biāo)體的導(dǎo)電性變化有較高的電性和幾何分辨率且形態(tài)單一，反演深度斷面能夠較全面地反映地下地質(zhì)情況，對主要的電性/地層界面和深大斷裂定量刻畫效果較好，可用于地層與構(gòu)造解釋，繪制綜合地質(zhì)解釋剖面。

視充電率ms與常規(guī)電法中的視極化率(ηs)的物理意義相同，但ms是全域的，是在極限條件下(低頻趨于零、高頻趨于無窮大)計算的視充電率。對于體極化目標(biāo)體，ms的大小直接反映了勘探體積內(nèi)極化物質(zhì)體積含量的變化，可用于含有極化物質(zhì)地層如巖體、礦體或富含黃鐵礦的富有機質(zhì)頁巖地層的評價。

2 研究區(qū)地質(zhì)和電性特征

2.1 研究區(qū)基本地質(zhì)特征

研究區(qū)南陵盆地及其周緣位于南方海相頁巖氣勘探區(qū)內(nèi)的下?lián)P子地區(qū)，其地理位置位于長江下游(圖1)。本區(qū)中—晚二疊世以深水陸棚—陸棚凹陷沉積相為主，廣泛沉積了較厚的泥巖、頁巖、碳質(zhì)泥巖、硅質(zhì)巖和硅質(zhì)碳質(zhì)頁巖。二疊系大隆組和孤峰組泥頁巖富含有機質(zhì)，有機質(zhì)成熟度適中，總體頁巖氣靜態(tài)評價條件好，是下?lián)P子地區(qū)頁巖氣勘探的重點目標(biāo)[22-25]，其上下圍巖均為巨厚的海相碳酸鹽巖地層。

圖1 南陵盆地CR法測點分布Fig.1 Distribution map of measuring points bycomplex resistivity method in the Nanling Basin

在研究區(qū)內(nèi)，南陵盆地南東緣大致以白堊系陸相地層出露的南邊界為界,盆地以南出露地層主要為位于孤峰向斜內(nèi)的下志留統(tǒng)、上泥盆統(tǒng)—下三疊統(tǒng)海相地層。盆地深層的海相地層保存情況尚無鉆孔揭露，需開展工作探索其頁巖氣資源潛力。

南陵盆地南東側(cè)的孤峰向斜內(nèi)涇頁1井首次在下?lián)P子皖南地區(qū)獲得二疊系海陸過渡相頁巖氣發(fā)現(xiàn)[26]。鄰近的港地1井在二疊系大隆組、龍?zhí)督M獲得了頁巖氣、煤層氣、致密砂巖氣和頁巖油“三氣一油”發(fā)現(xiàn)[27]，但均未取得工業(yè)油氣流。南陵盆地與孤峰向斜相鄰，海相地層沉積環(huán)境一致，頁巖氣評價的靜態(tài)地質(zhì)條件如厚度、品質(zhì)等相近，而盆地面積更大且構(gòu)造保存條件可能會更好[28]，是值得進一步開展海相頁巖氣勘探工作的區(qū)域。

2.2 富有機質(zhì)頁巖地層特征

本區(qū)孤峰向斜內(nèi)地層出露情況較好。根據(jù)向斜內(nèi)昌橋?qū)崪y剖面，大隆組富有機質(zhì)泥頁巖連續(xù)厚度達61.35 m，孤峰組連續(xù)厚度超過30 m，中—上二疊統(tǒng)泥頁巖累計真厚度為229.09 m。周邊WYD1井揭示中—上二疊統(tǒng)泥頁巖視厚度為226 m。以上數(shù)據(jù)表明本區(qū)中—上二疊統(tǒng)大隆組、龍?zhí)督M和孤峰組的富有機質(zhì)頁巖累計厚度大，頁巖氣勘探前景較好。

黃鐵礦為本區(qū)海相富有機質(zhì)頁巖中的主要極化物質(zhì)，區(qū)內(nèi)露頭、巖心的二疊系泥頁巖中均富含黃鐵礦。在昌橋剖面龍?zhí)督M中發(fā)育黃鐵礦結(jié)核(圖2a)，宣城牛山剖面大隆組中可見晶型較好的黃鐵礦體(圖2b)，WXY1井大隆組泥頁巖的掃描電鏡下可見發(fā)育密集的草莓狀黃鐵礦(圖2c)，粒間填充有機質(zhì)，孔隙發(fā)育。對WXY1井大隆組、孤峰組(共30個樣品)的泥頁巖(挑除肉眼可見黃鐵礦體)進行全巖X射線衍射分析，測試結(jié)果顯示：大隆組頁巖分散型黃鐵礦含量可達9.4%，平均為5.9%；孤峰組頁巖黃鐵礦平均含量為2.68%。

圖2 皖南地區(qū)二疊系泥頁巖中黃鐵礦分布照片F(xiàn)ig.2 Photos of pyrite distribution in Permian shale in southern Anhui Province

2.3 研究區(qū)電性特征

根據(jù)位于孤峰向斜東側(cè)的WYD1井電阻率測井曲線(圖3)，目的層二疊系大隆組、龍?zhí)督M、孤峰組的泥頁巖視電阻率均低于100 Ω·m。目的層上下地層主要巖性均為高阻灰?guī)r，上覆三疊系和龍山組、殷坑組灰?guī)r因含泥量相對較高、薄層發(fā)育，電阻率比目標(biāo)層約高1個數(shù)量級，下伏棲霞組灰?guī)r含泥量低、層厚大，電阻率比目標(biāo)層約高1～2個數(shù)量級。

整體來看，二疊系大隆組、龍?zhí)督M、孤峰組泥頁巖明顯低于上覆三疊系灰?guī)r和下伏二疊系棲霞組灰?guī)r。電阻率測井結(jié)果很好地反映了泥頁巖地層及其與圍巖電阻率的關(guān)系。

為了進一步研究巖石真電阻率，實測了本區(qū)露頭、巖心標(biāo)本，地層電阻率統(tǒng)計結(jié)果見表1。

1) 第四系—白堊系(Q—K)：巖性以砂礫巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，標(biāo)本平均電阻率為182.3Ω·m，為低阻層。其地層厚度特征為盆緣較薄，盆地沉積中心較厚，據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料記載，最厚處可達2 km以上。

圖3 WYD1井電阻率測井曲線Fig.3 Resistivity logging curve of Well WYD1

表1 研究區(qū)地層綜合電性分層統(tǒng)計

2) 三疊系(T)：巖性以灰?guī)r為主，平均電阻率為848 Ω·m，為高阻層。其初始地層累計厚度大于2 km，因在隆起期普遍遭遇剝蝕導(dǎo)致殘留厚度變化差異大。

3) 中—上二疊統(tǒng)的孤峰組、龍?zhí)督M、大隆組(P2-3)：巖性以泥巖、頁巖、碳質(zhì)泥巖、硅質(zhì)巖和硅質(zhì)碳質(zhì)頁巖、粉砂巖、細砂巖等為主，局部夾煤層，電阻率值均較低，平均電阻率為132 Ω·m，呈現(xiàn)低阻特征，故屬低阻層。其地層厚度累計約229 m，在研究區(qū)內(nèi)厚度變化不大。

4) 石炭系—二疊系棲霞組(C—P1)：以灰?guī)r為主，電阻率平均為1 780 Ω·m，屬高阻層。其地層厚度累計約300～500 m，下部以巨厚的五通群砂巖和高家邊組砂泥巖為主，分別為中阻和低阻層。

總體來看，該區(qū)主要相關(guān)地層由下而上、由老至新電性差異明顯，由志留系至第四系，電阻率表現(xiàn)出“低—高—低—高—低”的特征。

在南方海相泥頁巖極化率研究方面，向葵等[29]對上揚子川黔地區(qū)龍馬溪組4塊泥頁巖樣品進行了測試，電阻率均值為150.4 Ω·m，黃鐵礦含量均值為2.9%，極化率平均值穩(wěn)定在21.7%左右，表明黃鐵礦是南方海相泥頁巖低阻和激電效應(yīng)較強的主要原因之一。本區(qū)二疊系大隆組的黃鐵礦含量明顯高于上揚子龍馬溪組，孤峰組黃鐵礦含量與上揚子龍馬溪組相當(dāng)。

上述地層組合出現(xiàn)物性差異的原因在于：碳酸鹽巖成分含量高時電阻率較高；碎屑巖地層因泥質(zhì)含量高使得電阻率相對較低；海相泥巖富含有機質(zhì)(碳質(zhì))以及陸相砂礫巖含水時電阻率都降低，二者的區(qū)別在于極化率，因為富有機質(zhì)泥巖中伴生黃鐵礦，極化率相對較高，而中生代紅盆內(nèi)碎屑巖基本不含黃鐵礦，極化率總體較低；在構(gòu)造因素方面，斷裂帶表現(xiàn)為高角度的低阻帶。

以上巖性—電性規(guī)律結(jié)合區(qū)域地層、構(gòu)造認識，可作為本區(qū)地球物理解釋的依據(jù)。

3 數(shù)據(jù)采集與工作量

本項研究的單條剖面長20 km，于2019年5～8月完成野外數(shù)據(jù)采集，于2019年底前完成處理、解釋工作，根據(jù)解釋結(jié)果，于2020年實施了皖南地2井鉆探驗證工作。

3.1 測線布置

為對比盆地內(nèi)外的勘探效果，測線橫跨研究區(qū)2個不同的構(gòu)造單元，且測線右側(cè)經(jīng)過涇頁1井(圖1)。研究區(qū)南東側(cè)盆外基巖區(qū)地貌以丘陵和山地為主，海拔40～200 m；北西側(cè)盆內(nèi)覆蓋區(qū)地貌以平原為主，間有低矮丘陵，海拔20～30 m。

3.2 儀器設(shè)備

測量采用加拿大鳳凰公司的大功率V8系列數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。觀測頻帶為28～2-6Hz，掃頻步長為20.5Hz。采用GPS衛(wèi)星同步(同步誤差為±0.2 μs)，接收精度0.005 mV，采集系統(tǒng)中各儀器在相隔數(shù)百米內(nèi)均可進行無線數(shù)據(jù)通訊。T200發(fā)射機發(fā)射功率達200 kW，最大供電電流可達150 A。

3.3 觀測系統(tǒng)

本次觀測采用偶極—偶極裝置形式。偶極—偶極是CR法剖面測量最常采用的排列形式，此種裝置的特點是電磁耦合干擾較小(圖4)。

圖4 儀器與觀測系統(tǒng)配置Fig.4 Instrument and observation system configuration diagram

偶極—偶極排列的極距r計算公式為：

式中：N為隔離系數(shù)；k為供電電極系數(shù)；供電電極距AB=ka；a為偶極距。

要根據(jù)探測目標(biāo)層的深淺、目標(biāo)規(guī)模以及各測量道上的訊號強度(不小于0.01 mV)來選擇偶極距a、隔離系數(shù)N和供電電極系數(shù)k。V8接收機共有多個測量道接收來自地下的信息，每一道對應(yīng)一個探測深度，共同構(gòu)成一個窗口。探測深度H和窗口深度范圍ΔH分別為：

ΔH=Hmax-Hmin，

式中：Hi表示第i道的探測深度；Ni表示第i道的隔離系數(shù)；Hmax、Hmin分別為Ni取最大值、最小值時的探測深度。

一般情況下，為獲得較好的地質(zhì)效果，應(yīng)把探測目標(biāo)放在探測窗口的中部或中偏下部位。在同一條剖面上，如果目標(biāo)體深度變化不大，可以用一種窗口深度來控制，若目標(biāo)體埋深變化較大，則需要用多種窗口深度來控制。本次CR法勘探根據(jù)研究區(qū)盆內(nèi)外不同地質(zhì)特征設(shè)定了2種窗口深度：針對孤峰向斜內(nèi)相對淺層目標(biāo)，設(shè)定點距200 m，偶極距200 m，供電極距400 m，15道采集，隔離系數(shù)N=1～15，勘探窗口250～1 650 m；針對南陵盆地內(nèi)較深目標(biāo)，設(shè)定點距300 m，偶極距300 m，供電極距600 m或900 m，15道采集，隔離系數(shù)N=3～17，勘探窗口450～2 550 m。

4 資料處理及解釋

4.1 數(shù)據(jù)處理過程

將研究區(qū)野外采集的資料轉(zhuǎn)錄后，用V8配套軟件進行預(yù)處理，如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)天曲線有畸變，則第二天重新野外采集；統(tǒng)計各測點、剖面及全區(qū)的觀測質(zhì)量；剔除不合格曲線[30]，然后開展譜曲線反演工作。數(shù)據(jù)處理流程圖如圖5所示。

圖5 CR法數(shù)據(jù)處理流程Fig.5 Complex resistivity method data processing process

應(yīng)用Cole-Cole模型擬合激電譜[21]，用Brown模型擬合電磁譜[31]，二者相乘為總譜的表達式[13]：

ρs(ω)=ρ0(1-mF1)(1-m2F2+jωτ3) ，

式中：ρs(ω)是既包括激電效應(yīng)又包括電磁效應(yīng)的復(fù)視電阻率；ρ0是角頻率ω趨于0時的直流電阻率；m為充電率；j為單位復(fù)數(shù)；τ為時間常數(shù)；c為頻率相關(guān)系數(shù)；ρ0(1-mF1)表示激電效應(yīng)的Cole-Cole模型；1-m2F2+jωτ3表示電磁效應(yīng)的Brown模型。

通過上述模型對實測頻譜進行反演擬合，分離電磁譜(SEM)和激電譜(SIP)，求取相應(yīng)的譜參數(shù)，使用的數(shù)學(xué)計算方法是高斯—牛頓最小二乘法，目標(biāo)函數(shù)的迭代收斂精度為1%。用求解出的譜參數(shù)繪制各參數(shù)斷面圖。本次研究選取成圖的譜參數(shù)主要為近區(qū)場電磁電阻率ρω和視充電率ms，編制出綜合譜參數(shù)的擬剖面圖。反演軟件采用Phoenix Geophysics Limited的SFIPX-SW V2.0軟件系統(tǒng)，適用于V8儀器系統(tǒng)以偶極—偶極剖面測深裝置的反演。

4.2 剖面電性與地質(zhì)特征

從電磁電阻率ρω反演結(jié)果(圖6)來看，將屬于盆外基巖區(qū)的孤峰向斜和南陵盆地內(nèi)部相比，二者反演特征有較大的差異，大致以分隔南陵盆地和孤峰向斜的周王斷裂(F2)為界，反演剖面上整體呈現(xiàn)出電磁電阻率“北西低、南東高”的特征。周王斷裂本身為規(guī)模最顯著的高角度低阻帶。剖面線左端即斷層F3以北西的高阻部分與航磁資料中的強磁場一致，該強磁場與盆地西側(cè)的丫山推覆體強磁場區(qū)連片并呈半島狀伸入盆地內(nèi)，推測為受巖體擾動的地層，與本次研究無關(guān)，故不予進一步解釋。

對于測線右側(cè)的孤峰向斜，根據(jù)“從已知到未知”的原則，本次工作部署經(jīng)過中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心實施的涇頁1井。該井于三疊系南陵湖組開孔，鉆遇三疊系南陵湖組、龍山組、殷坑組和二疊系大隆組、龍?zhí)督M，井口處海拔100 m，井深1 247.30 m，鉆遇大隆組和龍?zhí)督M泥頁巖含氣性較好[26]。涇頁1井周邊反演電阻率曲線從上到下呈“高—低—高”特征(圖7a)。埋深450 m以淺位于探測窗口外，埋深450～1 200 m范圍內(nèi)電阻率大于600 Ω·m，為高阻層，對應(yīng)三疊系灰?guī)r，其中于殷坑組頂部位置附近電阻率達到最高值，往下降低，反映了灰?guī)r中隨著泥質(zhì)含量的增高電阻率減低。-1 200 m以深為低阻區(qū)，為本區(qū)勘探目標(biāo)地層二疊系富有機質(zhì)泥頁巖的反映；該低阻區(qū)總體為向斜形態(tài)，很好地對應(yīng)于地質(zhì)圖上的孤峰向斜[32-33]。285點處推測為向斜的軸部(見圖6a)，核部地層為三疊系，三疊系灰?guī)r之下的低阻層總體厚度超過200 m，與二疊系中—上統(tǒng)泥頁巖厚度相當(dāng)。孤峰向斜左窄右寬，右側(cè)明顯電阻率偏低且厚度偏大，結(jié)合地質(zhì)圖推測為右翼存在復(fù)雜斷塊。涇頁1井下方存在一高角度低阻層帶，結(jié)合實鉆龍?zhí)督M地層傾角極大、近垂直產(chǎn)狀、地層破碎，推測為底部構(gòu)造因素導(dǎo)致，可能發(fā)育揉皺甚至斷層。258～270點處存在一個正斷層帶(F1)，經(jīng)實地踏勘，認為因測線走向與正斷層走向夾角較小，導(dǎo)致該正斷層對測線影響較大。

圖6 CR法反演電磁電阻率(a)、充電率(b)斷面及地質(zhì)解釋Fig.6 Inversion and geological interpretation sections of electromagnetic resistivity and visual charge rate of CR method

圖7 涇頁1井周邊反演電阻率剖面(a)及反演充電率剖面(b)Fig.7 Inversion characteristics of electromagnetic resistivity(a) and apparent charge rate(b) around well Jingye 1

從充電率斷面(圖7b)上看，孤峰向斜ms>6%的高極化率分布與低電磁電阻率分布一致，符合低阻、高極化率異常組合特征(圖6b中1#區(qū))，且埋深1 200 m以深的高充電率范圍與涇頁1井全烴高值區(qū)對應(yīng)。此外，涇頁1井左下部的高阻、高充電率異常推測為巖體影響。測線北西側(cè)南陵盆地總體從上到下呈“上低—中高—下次低”三層電阻率結(jié)構(gòu)，分別對應(yīng)上部的白堊系砂泥巖低阻層、中部的三疊系灰?guī)r高阻地層和下部的二疊系碎屑巖次低阻地層，同時，剖面左側(cè)135～170點處埋深約2 100～2 300 m存在一顯著高ms值區(qū)(圖6b中2#區(qū))，與低阻區(qū)分布基本一致。該低阻、高ms值異常相對孤峰向斜內(nèi)異常，幅度相對較弱，但需考慮有上覆巨厚低阻地層屏蔽因素對異常幅值的壓制因素。該異常分布范圍大、產(chǎn)狀平緩、頂板條件好、位于逆斷層下盤，具有較好的保存條件，推測為頁巖氣有利區(qū)。此外，位于F1和F2之間反演剖面底部存在大面積高ms區(qū)(圖6b中3#區(qū))，結(jié)合地層解釋，推斷為高家邊組底部—五峰組富有機質(zhì)泥頁巖異常。

海相復(fù)雜構(gòu)造區(qū)海相頁巖氣勘探對地球物理勘探提出的要求，首先是尋找具有大面積的、保存條件較好，特別是構(gòu)造條件較好的富有機質(zhì)泥頁巖[34-35]，此類區(qū)域可推斷為有利的頁巖氣預(yù)測區(qū)。在頁巖氣地質(zhì)綜合研究基礎(chǔ)上[23]，以本次工作解釋結(jié)果為主要井位部署依據(jù)，以在涇頁1井取得頁巖氣發(fā)現(xiàn)的二疊系富有機質(zhì)泥頁巖為目標(biāo)層位，對盆地內(nèi)有利預(yù)測區(qū)實施了地質(zhì)調(diào)查井——皖南地2井。該井揭示：在1 550 m以淺為白堊系地層，1 550 m鉆遇到三疊系灰?guī)r，至井底2 011.52 m處層位為三疊系和龍山組灰?guī)r，鉆遇情況與物探推測基本一致。該井因工程原因在三疊系灰?guī)r地層即提前終止。

皖南地2井為南陵盆地內(nèi)第一口以海相頁巖氣勘探為目標(biāo)的鉆井，揭露了上古生界海相頁巖氣地層組合的上部地層，驗證了CR法在巨厚紅盆下探測海相地層的有效性，在探索南陵盆地內(nèi)二疊系頁巖氣資源潛力工作中起到了先導(dǎo)作用。

5 問題與討論

從測線反演結(jié)果與已有鉆井、區(qū)域地質(zhì)圖對比發(fā)現(xiàn)，反演剖面總體上很好地顯示了地層、構(gòu)造情況，實現(xiàn)了頁巖氣有利區(qū)預(yù)測的基本目標(biāo)，但仍存在一些值得探討的問題。

5.1 盆內(nèi)外探測效果對比

孤峰向斜內(nèi)碳酸鹽巖反演電阻率范圍為600～1 400 Ω·m，泥頁巖反演電阻率中心低值約在150 Ω·m，二者接觸面位于等值線變化梯度帶。涇頁1井處鉆遇地層、含氣性顯示和反演剖面基本一致，證實了CR法在基巖山區(qū)具有較高的分辨率，反演電阻率與地層真電阻率也一致。南陵盆地內(nèi)皖南地2井所揭示的碳酸鹽巖地層CR法反演電磁電阻率僅為100 Ω·m，其與上部紅盆的不整合面位于反演電阻率增加的梯度帶上，與富有機質(zhì)泥頁巖的巖性分界面位于反演電阻率減少的梯度帶上，說明上部巨厚的紅盆低阻層整體拉低了灰?guī)r地層的反演電阻率。

但是，從上到下“低—高—低”電阻率特征依然比較顯著，符合物性特征研究中的紅盆—三疊系灰?guī)r—二疊系富有機質(zhì)頁巖地層組合的總體變化特征。皖南地2井證實了紅盆底界位于由低值向高值轉(zhuǎn)換的梯度帶位置，并可進一步推測更深部的由高值向低值的梯度帶位置即為富有機質(zhì)頁巖地層。同時,反演充電率剖面則在對應(yīng)深度對富有機質(zhì)泥頁巖地層有指示性反應(yīng)，增加了這一推斷的可靠程度。可見本次研究因盆地內(nèi)外同步采集采用2種不同的窗口造成了分辨率差異，有待進一步加強定量反演、解釋配套技術(shù)，為后期進行精準井位部署、層位預(yù)測服務(wù)。

5.2 關(guān)于周王斷裂的認識

區(qū)域地質(zhì)資料上認為周王斷裂(F2)為南陵盆地的南部邊界斷裂，同時也是分隔下?lián)P子前陸帶和江南隆起帶的大型斷裂[33]，為一個大型、較寬的構(gòu)造角礫巖帶，可能為一條隱伏的殼深斷裂[36]。

本次工作中對分割南陵盆地和孤峰向斜的區(qū)域主要隱伏斷裂周王斷裂(F2)有較好的反映，揭示了周王斷裂兩側(cè)斷距極大，兩側(cè)海相地層存在巨大的剝蝕差異，其深部斷裂帶影響寬度約為1 km，斷層主傾向為NW向。這一認識可以深化本區(qū)區(qū)域地質(zhì)研究中對周王斷裂的深部研究。

5.3 CR法的獨特性

南方海相地區(qū)，特別是下?lián)P子地區(qū)，常發(fā)育低角度滑脫斷層，導(dǎo)致勘探主要目標(biāo)泥頁巖地層缺失，這種情況在地震剖面上常常因滑脫層為低頻強振幅反射而被誤判為泥頁巖地層的反射，此外，在地層組合方面，同為碎屑巖沉積的含水砂礫巖地層為低阻且呈層狀分布。以上2種情況常常給地震、MT、CSMT、廣域電磁法等普遍運用于油氣、頁巖氣勘探的地球物理方法解釋帶來多解性，為油氣、頁巖氣井部署帶來了非常大的風(fēng)險。而基于富有機質(zhì)泥頁巖中極化物質(zhì)的極化率異常探測，可以降低以上地球物理資料的多解性乃至直接用于判斷頁巖氣藏。CR法是解決以上多解問題的有效地球物理勘探手段，為降低井位部署風(fēng)險提供了可選的地球物理方法。

6 結(jié)論

1) 在安徽南陵盆地周邊地區(qū)開展二疊系頁巖氣CR法探測研究，揭示了研究區(qū)二疊系海相富有機質(zhì)泥頁巖碳質(zhì)含量高、富含黃鐵礦顆粒，具有明顯的“低電阻率、高極化率”特征，可以有效與其圍巖區(qū)分，有利于采用CR法進行勘探。

2) 探索了安徽南陵地區(qū)不同覆蓋條件下的CR法采集、處理和綜合解釋方法，發(fā)現(xiàn)紅盆下海相地層反演電磁電阻率和視充電率與出露區(qū)相比均整體降低，但其變化規(guī)律一致，仍可以識別有效異常?？傮w而言，CR法探測深度大、空間分辨率高，可以獲取復(fù)雜構(gòu)造區(qū)富有機質(zhì)泥頁巖分布范圍、埋深，且其激發(fā)極化參數(shù)直接和頁巖氣藏關(guān)聯(lián)，是電磁法勘探中唯一能直接指示頁巖氣藏的方法。

3) 根據(jù)本次研究結(jié)果，實施了南陵盆地內(nèi)第一口以探索盆下海相頁巖氣為目標(biāo)的地質(zhì)調(diào)查井皖南地2井，首次揭露了南陵盆地紅盆下存在對海相頁巖氣勘探有利的地層組合，為該區(qū)二疊系頁巖氣資源評價和頁巖氣井位部署提供了重要依據(jù)，也進一步為我國南方海相地區(qū)頁巖氣地球物理勘探提供了參考。