音频大地电磁和瞬变电磁法在页岩气钻探中的应用

罗成果，谭章坤



音频大地电磁和瞬变电磁法在页岩气钻探中的应用

罗成果1，谭章坤2

（四川中成煤田物探工程院有限公司，成都 610072）

随着对油气资源需求的增加及常规油气藏资源量逐渐减少，非常规能源的勘探与开发被高度重视。页岩气作为非常规能源之一，在科学技术进步的推动下，已经拥有一些成功的案例。该文通过介绍瞬变电磁法和音频大地电磁法在某页岩气调查井钻前勘探上的具体应用，为钻前物探方法的选择和应用效果提供借鉴意义。

碳酸盐岩发育地区；钻前勘探；瞬变电磁法；音频大地电磁法

重庆地区页岩气勘探开发已迈入规模化时代，但该地区勘探钻孔大部在碳酸盐岩发育地区，岩溶、溶蚀漏斗、地下暗河十分发育，给钻探施工带来潜在的安全风险。为合理选取井位，保障井场安全及降低钻井工程风险，进行钻前勘探十分必要。电磁法勘探不受高阻层屏蔽的影响，对围岩中低阻体(富水溶洞)反映灵敏，对相对电阻率差异大的高阻体溶洞(贫水溶洞或干溶洞)也能较好地反映。其中瞬变电磁法能探明地表以下中深部的较大规模岩溶，音频大地电磁法可以探明地表以下深部的较大型岩溶，瞬变电磁对中深部具有较高的电阻率分辨率，一方面可以验证音频大地电磁中深部的探测成果，另一方面可以弥补音频大地电磁中深部电阻率分辨率的不足。因此，采用瞬变电磁法和音频大地电磁法两种物探方法，再结合人工踏勘、水文地质资料等，可用于探查深度1 000m以浅的地下暗河、溶洞和破碎带的分布情况。

图1 井场周围地质地形图

1 工区地质概况及水文地质特征

物探勘查区出露地层均为三叠系下统嘉陵江组四段（T1j）。勘查工作的主要目的为：探测从井位所在区出露的嘉陵江组至二叠系上统龙潭组地层之间的岩溶发育情况。已知的所有断裂离物探测区较远，受背斜影响但不排除在物探测区有小型断裂活动。通过1∶1万地质填图和钻孔揭露，共发现断层7条，其中地面断层2条，隐伏断层5条，其性质均属逆断层（图1）。

图2 出水点平面图

地面调查工作发现2处规模较大暗河出水点，分别位于工区西北和东北方向，另有若干小规模出水点，其中出水点1和出水点2两处负地形连线为北东-东走向，与本区整体地势较为吻合，其余一系列小型塌陷均位于该走向上。结合出水点位置推测，地下水系的大致走向为北西-南东。同时通过对井场附近走访调查，当地居民描述的暗河的大致流向与水文地质调查后推测的方向基本吻合。且推测的地下暗河经过了一个地层较破碎挤压的地带，说明初步推测的地下暗河与实际情况均较吻合。地面调查负地形及其现场照片见图2。

2 野外方案部署及处理解释

2.1 方案部署

工作布置以拟设计钻孔为中心，设计音频大地电磁法及瞬变电磁法2种物探方法，其中瞬变电磁法主要控制中、浅部地层的岩溶、暗河、破碎带及不良地质体的发育情况，音频大地电磁法主要控制中、深部的不良地质体的发育情况。

2.2 数据处理及解释

AMT数据处理采用软件SSMT2000、MTeditor、MTsoft2D、surfer、autoCAD2014。预处理主要在SSMT2000及MTEDITOR软件中进行，主要包括标定文件及原始数据导入、TBL文件编辑、傅氏文件转换、截取共同时间、编辑输出PLT数据文件等步骤。预处理后，导入MTsoft2D软件中进行数据编辑。

瞬变电磁数据处理采用软件TemPor2、翁爱华TEM大定源反演软件等。采用TemPor2软件进行数据预处理，建立USF数据库。反演软件采用吉林大学翁爱华研发的TEM大定源反演软件。数据处理之前需要先修改装置参数，设定好发射线框大小，相对位置等参数。而后进行数据光滑、地形校正，最后进行反演成图。因篇幅原因，AMT仅对主测线D1、D2及D4线剖面进行对比分析解释(见图3)。TEM的所有测线电性特征较为一致，连续性较好，因此对其进行整体分析（图4）。

D1、D2线剖面整体形态相似，羊叉滩背斜及两河口向斜的电性特征反映明显，并且两构造的轴部位置与电性剖面上反映的位置较一致。D1、D4线相互垂直，均过井口，井口下的电性剖面形态相似。结合已知地质剖面和反演剖面的电性特征，将反演剖面进行了地层划分，划分的地层产状和深度与已知地质资料吻合；剖面中部（大致为里程1 000~ 1 200m）视电阻率较高，反映出该段岩体较为完整及含水少。

图中红圈为圈定的低阻异常。其中H2、H4、H11异常位置均为里程900~1 000m，深度150~450米，应为同一异常。该异常位于嘉陵江组四段，此地层主要岩性为白云岩和灰岩，推断该低阻异常区为岩溶发育的可能性较大，亦可能为地下暗河河道横穿本断面造成的异常反映。

根据AMT反演成果，共圈定16处封闭低阻异常，结合实地调查及已知水文地质资料，可知本区域暗河方向大致为北西-东向，由此大致推测H1、H2、H4、H8、H15、H12为同一暗河造成的影响反映，而异常H3、H5、H9推测为背斜和向斜中间的挤压破碎带。

本次工作共布置瞬变电磁剖面21条，分别为D6～D26线，其中D16线穿过设计孔位（里程400处）。TEM勘探深度与回线边长，发射电流及发射频率有一定关系，一般情况下，发射边长约等于探勘深度，在进行反演计算时，取150m深度范围内数据进行成图分析。

图4为各测线的反演剖面的立体显示。纵观D16~D26线，从D13到D26线，里程440~500，标高400m以浅地层富水性较强，圈定出异常T2~T15，在空间上连续较强。根据已有资料，该系列异常集中区靠近羊叉滩背斜的轴部，根据AMT成果，羊叉滩背斜翼部电性特征为低视电阻率反映，因此推断这些异常为受背斜影响的浅部挤压破碎地层，故T2-T15推测为富水的挤压破碎带。

图4 D6-D26线TEM反演剖面立体显示图

钻孔下方的情况和AMT也较吻合，故在浅部钻探一定要做好防范工作。AMT在浅部反映的部分异常在TEM剖面上反应不甚明显，主要原因在于两种方法针对不同地层深度的反映精度不同。

3 结论

经过本次勘查，设计钻孔基本避让了较大规模的岩溶发育区，埋深200m以内岩层含水性弱-中等的，但不排除地表及钻遇地层时存在小型岩溶的风险。

此外，还划分了主要地层和构造，其产状和深度与地质资料吻合较好，数据质量可靠。离设计孔位最近的异常有H2、H4、H8、H15共4个异常区，此四个异常影响深度大致从标高450m至150范围内，推断为嘉陵江组岩溶异常体造成的影响；根据地面水文地质调查，结合H2、H4、H8、H15四个封闭低阻异常，大致推断了出地下暗河轨迹。拟设计钻孔离暗河轨迹中心大约40m的水平距离，并未穿越异常中心，但对标高450~150m的深度内的施工，应在后期钻探工作中采取措施进行防范。

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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

罗成果（1987-），女，四川内江人，工程师，主要从事物探技术相关工作