广域电磁法和音频大地电磁测深法在八宝山页岩气区块的对比试验①

马玉忠

青海省页岩气资源重点实验室，青海 西宁 810029

页岩气是指位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集。八宝山页岩气储藏区域从地层和岩石的物性特征上存在明显的电阻率差异，为该地区利用电磁法寻找深部低阻层提供了物性前提[1-3]。

1 八宝山页岩气区块地质特征

八宝山页岩气试验区块属秦祁昆地层区，由北向南分属东昆仑南坡地层小区及阿尼玛卿山地层小区。试验区及周边出露的地层主要有元古界、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、新近系及第四系。各时代地层分布受构造控制明显，呈北西西向或近东西向展布。其中上三叠统八宝山组下岩段（T3bb1）为页岩气目标层位，八宝山组为一套以陆相为主的碎屑岩与火山岩沉积，角度不整合于早-中三叠世地层之上，与上覆羊曲组（J1-2yq）呈平行不整合接触，产丰富的植物化石，厚度大于1763.9m。

2 岩石物性特征

通过对本区已施工的八页1 井中的岩性进行电物性测定，得到该区八宝山组及围岩物性特征（表1）：

表1 八宝山组地层及围岩的电物性参数Tab.1 Electrical and physical properties parameters of Babaoshan formation and surrounding rock

从岩石物性特征上来看，页岩气目标层位八宝山组的粉砂岩、泥岩和页岩与围岩火山岩有明显的电阻率差异，含页岩气的粉砂岩、砂岩和页岩的电阻率一般在22～98Ω·m 之间，在该区呈现为低阻。页岩气目标层上覆的火山岩、安山岩电阻率较大，一般在2600～6500Ω·m 之间，在该区呈现为高阻。页岩气目标层下伏地层为洪水川组砂砾岩和火山岩，其中砾岩电阻率一般在560～880Ω·m 之间，在该区呈现为中阻，洪水川组玄武岩和安山岩电阻率在1300～3400Ω·m 之间，在该区呈现为中高阻。不同地层间明显的电性差异为广域电磁法和音频大地电磁法探测提供了良好的地球物理前提。

3 试验剖面与试验参数选择

为对比分析广域电磁法和音频大地电磁法在页岩气勘探中的应用效果[4-6]，在八宝山地区选择CX10 线上已施工的八页1 井钻孔进行了试验。该孔终孔深度578m，275～439m 孔段有较好的含气量，气测录井显示全烃平均值均大于0.5%，主要岩性为粉砂岩、砂岩和页岩。

本次试验中，广域电磁法和音频大地电磁法测点点距均为200m。广域电磁法野外试验设备为继善高科广域电磁仪，采用偶极电场供电，AB距长度1km，收发距大于15～21km，工作频率范围0.01～8192Hz。音频大地电磁法采用美国CG公司生产的Aether大地电磁测量系统，该仪器采集天然场信号，野外观测记录原始时间序列资料，同时采集1.83～20812Hz频率范围内的大地电磁信号。在一个测点处Aether采集记录时间不少于10分钟。每个测点采集完成之后均要立即进行现场处理，该仪器同时采集单个点的高频数据和低频数据，避免了不同仪器、不同时间采集数据拼接的问题，从而大大提高工作效率。最终，广域电磁法采用地球物理资料综合处理解释一体化系统进行数据的处理及反演，音频大地电磁法采用MT-Pioneer进行反演解释，得到两种方法在同一剖面上的二维反演断面图[7-10]。

4 试验结果对比与分析

图1 为CX10 线采用广域电磁法勘探获得的电阻率二维反演及地质解译图。

图1 CX10 广域电磁法二维反演及地质解译图Fig.1 2D inversion and geological interpretation of CX10 Wide Field Electromagnetic Method

广域电磁剖面反演深度4000m，剖面长度21km，八页1 井孔位于该剖面300 号点，从反演来看，该钻孔处从浅部至550m 呈低阻异常，视电阻率值小于250Ω·m，反映了八宝山组下岩段（T3bb1），低电阻反映了含有机质含量较高，在四百多米，该层位向南北方向延伸，深度从反演结果显示该层位总体呈水平层状，局部有起伏，深部从400～1600m 不等，厚度一般从100～500m 不等，整体呈南部埋深大，北部埋深较浅；T3bb1上层有不连续间断的中高阻异常，视电阻率值250～3000Ω·m，该中高阻层位连续性较差，厚度反映几十米至四百多米，主要反映了T3bb2火山岩地层。钻孔处约570～3000m 视电阻率值升高，大于250Ω·m，反映了洪水川组砂砾岩段和火山岩段（T1-2h）地层，八页1 井钻孔浅部看到的八宝山组中岩段（T3bb2）火山岩因为层位较薄，在本次广域电磁二维反演中反映不明显。

图2为 CX10 线采用音频大地电磁法勘探获得的电阻率二维反演及地质解译图。

图2 CX10 音频大地电磁法二维反演及地质解译图Fig.2 2D inversion and geological interpretation of CX10 Audiomagnetotelluric method

音频大地电磁测深剖面反演深度3000m，从反演结果来看，该钻孔处浅层360～570m 处视电阻率值小于100Ω·m，该段反映了八宝山组下岩段（T3bb1），同时，在八宝山组下岩段上部存在一高阻层，整条剖面上该高阻层断续分布，反映了八宝山组中岩段（T3bb2）火山岩组，该结果与钻探验证结果基本吻合。在四百多米，八宝山组下岩段（T3bb1）层位向南北方向延伸，深度从反演结果显示该层位总体呈水平层状，局部有起伏，深部从300～1000m不等，厚度一般从100～500m不等，钻孔南部该层位分布不连续，北部该层较为稳定，连续分布。深部570～3000m 视电阻率值升高，大于250Ω·m，反映了洪水川组砂砾岩段和火山岩段（T1-2h）地层。

上述对比试验可以发现，在本次页岩气勘探中，在深度0～600m 深度范围内，WFEM 和AMT均对目标层位低阻层八宝山组下岩段（T3bb1）有较高的分辨率，与钻探工程验证结果基本吻合，但对八宝山组下岩段上面覆盖的高阻层火山岩地层广域电磁法反映不明显，音频大地电磁法则反映较为明显。深部600～3000m 范围内的洪水川组砂砾岩段和火山岩段（T1-2h）地层两种方法均有较好的反映，但广域电磁法反映的勘探深度更大。

5 结论

徐永锋、巩志远[11]等通过在八宝山地区开展页岩气远景调查评价及页岩气预查等工作，初步查明了该区页岩气储藏地质背景及含气量，本文通过在该区已有钻探工程控制的典型剖面上进行广域电磁法和音频大地电磁法的对比试验测量，得出如下结论：

（1）该区由于无工业游散电流干扰，在页岩气勘查中广域电磁法和音频大地电磁法均能取得较好的勘探效果。

（2）广域电磁法相对于音频大地电磁法，由于低频信息更丰富，勘探深度较深，得到的深部电阻率信息更准确。同时，广域电磁法为人工场源方法，抗干扰能力也更强。

（3）音频大地电磁法相对于广域电磁法，其勘探深度较浅，同时，音频大地电磁法为天然场源方法，容易受外界干扰因素的影响，但其仪器较为轻便，需要的技术人员更少，工作效率较广域电磁法更高。