基于電阻率測(cè)井曲線的大地電磁測(cè)深標(biāo)定

趙理芳，李愛勇，王導(dǎo)麗，張明鵬，周錫明

(江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八一四隊(duì)，江蘇 鎮(zhèn)江 212004)

0 引言

相比于地震勘探，大地電磁測(cè)深(MT)勘探深度存在精度不高的問題,究其原因，主要是大地電磁測(cè)深曲線本身因各種原因會(huì)發(fā)生畸變，這些畸變都可歸為噪聲，有影響全頻域的，也有的只影響有限頻率[1]?；兊囊鸷托Ｕ芯恳恢笔谴蟮仉姶趴碧焦ぷ髡叩囊豁?xiàng)任務(wù)。大地電磁測(cè)深勘探中，當(dāng)?shù)叵聹\部存在小型不均勻體時(shí)，其產(chǎn)生的電荷積累會(huì)造成電場(chǎng)變化，不均勻體的尺度一般遠(yuǎn)小于電磁波的高頻波長(zhǎng)，而波長(zhǎng)隨頻率降低，波長(zhǎng)越來(lái)越大[2]，大地電磁測(cè)深曲線在視電阻率—頻率對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸上表現(xiàn)為整體平移，這種現(xiàn)象稱為靜態(tài)效應(yīng)。如用位移后的視電阻率曲線進(jìn)行反演解釋，巖層的電阻率和界面深度可能誤差很大，據(jù)此推斷的地質(zhì)構(gòu)造也將面目全非[3]。除了地表不均勻體引起的視電阻率曲線畸變，當(dāng)兩種電阻率差異比較大的介質(zhì)相交時(shí)，也會(huì)在兩種介質(zhì)的分界面上積累過多的剩余電荷和感應(yīng)電流，使得電流密度在界面兩側(cè)發(fā)生突變，導(dǎo)致視電阻率畸變[4]。大地電磁測(cè)深曲線不僅反映測(cè)點(diǎn)垂直下方的巖層電性變化，同時(shí)也反映測(cè)點(diǎn)附近一定深度范圍內(nèi)電性層的變化，也就是非一維構(gòu)造也會(huì)引起視電阻率曲線的畸變[5]。此外，一些無(wú)規(guī)律的電磁干擾或近場(chǎng)源的電磁場(chǎng)也會(huì)造成視電阻率曲線的畸變。

常用的校正方法有空間濾波法、曲線平移法，以及一些在此基礎(chǔ)上的改進(jìn)方法，如電磁陣列法[6]、聚類分析校正法[7-8]、小波變換校正法[9-10]、TEM數(shù)據(jù)校正法[11]、地表電阻率校正法[12]、首枝頻點(diǎn)求平均靜校正法[13]、實(shí)測(cè)積累電荷靜電場(chǎng)校正法[14]等?；谠紨?shù)據(jù)校正的有電場(chǎng)分量校正法[15]、阻抗張量分解法[16]、拓?fù)涮幚矸╗17-18]、高階譜重構(gòu)信號(hào)技術(shù)[19]、平移、線性插值擬合及基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法[20]、濾波法[21]等，還有從場(chǎng)源效應(yīng)考慮的校正法，主要采用將受場(chǎng)源效應(yīng)影響的低頻段進(jìn)行截?cái)唷㈤L(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)、測(cè)點(diǎn)平均、帶場(chǎng)源反演[22]等方法進(jìn)行校正。從實(shí)際情況來(lái)看，各種校正都取得了一定的效果，但由于引起畸變?cè)虻膹?fù)雜性，校正很難達(dá)到較為理想的程度。

基于目前存在的困境，有必要對(duì)大地電磁勘探曲線的校正進(jìn)行研究，尤其是在一些構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)。如在火山巖盆地，由于火山巖對(duì)地震波的屏蔽和對(duì)地層的破壞，以及深層斷裂較發(fā)育，反射地震成像質(zhì)量較差[23-24]，而大地電磁則有望發(fā)揮較好的作用[25]。本文通過對(duì)火山巖發(fā)育的D盆地進(jìn)行研究，經(jīng)測(cè)井曲線校正的大地電磁反演斷面與實(shí)際地層情況較為吻合，證實(shí)了方法的實(shí)用性。

1 研究區(qū)概況

D盆地工區(qū)地形較平坦，高差約為200 m，是在前白堊紀(jì)基底上發(fā)展起來(lái)的晚中生代殘留盆地，多層油氣顯示表明D盆地具有較好的含油氣遠(yuǎn)景[26]。盆地發(fā)育于華力西期巖漿巖褶皺基底之上，形成于白堊紀(jì)，早期由于受NW—SE向拉伸作用，形成了一系列呈NNE向展布的斷陷群，并接受了早白堊世沉積。盆地中火山巖發(fā)育，60%以上的區(qū)域被火山巖所覆蓋，覆蓋厚度最大可達(dá)1 500 m，一般在200～500 m，多為氣孔狀玄武巖和致密塊狀玄武巖。

D盆地主要由火山巖、火山碎屑巖和正常碎屑巖組成，自下而上發(fā)育下白堊統(tǒng)龍江組、光華組、九峰山組、甘河組，上白堊統(tǒng)嫩江組、孤山鎮(zhèn)組，新近系中新統(tǒng)金山組和第四系。下白堊統(tǒng)基底巖系主要為變質(zhì)巖，以花崗片麻巖、片巖、板巖類為主，在盆地周邊均有出露；同時(shí)，在盆地周邊華力西期—燕山早期巖體廣泛發(fā)育。

D盆地以往實(shí)施過地震勘探，但盆地被火山巖覆蓋，且在火山巖之下沉積巖與火山巖間互層，導(dǎo)致火山巖下地層地震資料反射比較差[27]，使得至今人們對(duì)構(gòu)造面貌、地層發(fā)育狀況、烴源巖分布等基本石油地質(zhì)條件仍認(rèn)識(shí)不清，制約了對(duì)盆地的整體認(rèn)識(shí)和有利區(qū)的優(yōu)選。2013年實(shí)施了大地電磁測(cè)深及相應(yīng)的重磁勘探工作，大地電磁點(diǎn)距為250 m，勘探資料整體質(zhì)量良好。

2019年，D盆地油氣勘探取得重大突破，YX4井完鉆井深2 284 m，鉆遇甘河組及九峰山組五段、三段沉積巖和四段、二段火山巖，獲得高產(chǎn)工業(yè)油流。雖然在D盆地油氣取得重大突破，但由于對(duì)速度變化以及層位認(rèn)識(shí)存在偏差，地震預(yù)測(cè)的九峰山組各地層界面深度誤差達(dá)到6.6%～31.6%。

2 大地電磁數(shù)據(jù)處理

相對(duì)于TE或者TM單一模式的反演，聯(lián)合模式更能反映實(shí)際情況[28-30]，因此本次反演采用的是聯(lián)合模式。

圖1a為工區(qū)內(nèi)YC1井電阻率測(cè)井曲線與MT反演電阻率曲線，可以看到在淺部(<1 000 m)，原始MT數(shù)據(jù)的反演電阻率曲線與測(cè)井電阻率曲線對(duì)應(yīng)較好，在深部則相差較大。經(jīng)平移方式靜態(tài)校正后，淺部出現(xiàn)偏差，深部(>2 000 m)與測(cè)井曲線對(duì)應(yīng)較好(圖1b)。由于淺部對(duì)應(yīng)高頻，深部對(duì)應(yīng)低頻，推測(cè)淺部沉積地層電性各向同性較好，深部地層非各向同性導(dǎo)致反演深度不準(zhǔn)確。

采用測(cè)井曲線標(biāo)定MT曲線的思路為：高頻部分保持原始曲線，低頻采用平移方式靜態(tài)校正后曲線，中頻段采取合理的過度，調(diào)整大地電磁曲線進(jìn)行反演，盡量保證MT反演曲線與測(cè)井曲線從淺至深大致吻合。

選取工區(qū)內(nèi)一口鉆探較深、測(cè)井資料較全的YC1井進(jìn)行標(biāo)定，流程如下：

圖1 電阻率測(cè)井曲線及MT反演曲線Fig.1 Logging curve and MT inversion curve

1) 對(duì)大地電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行正常反演。

3) 重新反演，比較深部處的測(cè)井曲線和反演曲線，如大致吻合，平移系數(shù)可確定，如差別較大，修改平移系數(shù)，重新反演比較。

4) 根據(jù)高頻曲線保持原始曲線，低頻采用平移后的曲線，中間段過渡的原則，構(gòu)建一個(gè)變換函數(shù)進(jìn)行校正。

5) 對(duì)變換函數(shù)參數(shù)進(jìn)行不斷調(diào)整，使之達(dá)到最佳狀況。

根據(jù)測(cè)井曲線與反演曲線的特征，從高頻到低頻變化的校正函數(shù)可以用如圖2所示的反正切函數(shù)來(lái)構(gòu)建。

圖2 反正切函數(shù)示意Fig.2 Schematic diagram of arctangent function

為更好地貼近測(cè)井曲線，校正函數(shù)稍作變化為：

圖3 MT曲線校正示意Fig.3 MT curve correction diagram

經(jīng)校正后，反演曲線與測(cè)井電阻率曲線較為一致(圖1c)。以相同的變換函數(shù)推廣至全區(qū)MT點(diǎn)的變換，再進(jìn)行剖面反演。

3 反演剖面綜合分析

以獲得油氣突破的YX4井進(jìn)行驗(yàn)證分析。圖4為過YX4井測(cè)線的MT反演電阻率局部斷面(圖4)，從中可以看到本次反演斷面與鉆井鉆遇情況較為吻合，九峰山組三段、五段低阻的沉積巖中夾了九峰山組四段火山巖，顯示為一團(tuán)塊狀下垂的中阻區(qū)域，深度較為吻合，九峰山組二段為逐步呈現(xiàn)中、高阻特征的火山巖。

圖4 過YX4井測(cè)線的MT反演電阻率斷面(局部)Fig.4 MT Inversion resistivity section of survey linethrough well YX4 (partial view)

綜合YX4鉆井、地震、重、磁、巖石物性特征進(jìn)行分析(圖5)：甘河組(K1g)以火山巖為主，為中—高阻，主要位于海拔-1 000 m以上；九峰山組(K1j)沉積巖為低阻，局部存在中阻的火山巖，主要位于海拔-1 000～-2 000 m；龍江組—光華組(K1l—K1gn)以火山巖為主，為高阻、中阻，主要位于海拔-2 000～-3 000 m，在20號(hào)點(diǎn)附近為一背斜構(gòu)造，對(duì)應(yīng)重力高值異常；前中生界(AnMz)在本剖面上呈低阻特征，主要位于海拔-3 000～-5 000 m處；在剖面35～42號(hào)段深部還存在一“心”型的高阻異常，被正斷層錯(cuò)斷，且該處呈重力異常低，推測(cè)為低密度的花崗巖。除局部的低密度花崗巖造成重力低值異常外，重力異常曲線整體與龍江組—光華組起伏較為吻合。磁力異常曲線在剖面上較為雜亂，反映淺部的甘河組火山巖廣泛分布。

圖5 過YX4井測(cè)線綜合處理解釋剖面Fig.5 Profile of comprehensive processing and interpretation of survey line passing well YX4

反演斷面中17～19號(hào)點(diǎn)附近電性結(jié)構(gòu)在橫向上出現(xiàn)明顯變化，應(yīng)為區(qū)域大斷裂的反映，此現(xiàn)象在鄰近的地震剖面上也可以看到。除此之外，39～41號(hào)點(diǎn)等地段也存在較大斷層，錯(cuò)斷了花崗巖體。

4 結(jié)論及討論

1)通過電阻率測(cè)井曲線的標(biāo)定，校正后的大地電磁曲線能夠準(zhǔn)確反映地層界面深度和深部電性特征，同時(shí)結(jié)合其他資料可以較為清晰地分析地下構(gòu)造特征，在地震資料品質(zhì)較差的構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)能取得較好的效果。通過測(cè)井曲線的標(biāo)定和校正大地電磁測(cè)深曲線后進(jìn)行反演，大地電磁有取得較為精細(xì)構(gòu)造認(rèn)識(shí)的能力，大地電磁測(cè)深在勘探部署中應(yīng)該能發(fā)揮更大的作用。

2)如作為標(biāo)定的電測(cè)井為斜井(如YX4井)，標(biāo)定前需先將深度投影到垂向，再進(jìn)行標(biāo)定。

3)由于本次研究中目標(biāo)層不在淺部，從文中可以看到，淺部反演曲線與測(cè)井曲線吻合度存在一定的偏差。如需進(jìn)一步研究淺部地層，需構(gòu)造更加復(fù)雜的變換函數(shù)。