基于电阻率测井曲线的大地电磁测深标定

赵理芳，李爱勇，王导丽，张明鹏，周锡明

(江苏省有色金属华东地质勘查局八一四队，江苏 镇江 212004)

0 引言

相比于地震勘探，大地电磁测深(MT)勘探深度存在精度不高的问题,究其原因，主要是大地电磁测深曲线本身因各种原因会发生畸变，这些畸变都可归为噪声，有影响全频域的，也有的只影响有限频率[1]。畸变的引起和校正研究一直是大地电磁勘探工作者的一项任务。大地电磁测深勘探中，当地下浅部存在小型不均匀体时，其产生的电荷积累会造成电场变化，不均匀体的尺度一般远小于电磁波的高频波长，而波长随频率降低，波长越来越大[2]，大地电磁测深曲线在视电阻率—频率对数坐标轴上表现为整体平移，这种现象称为静态效应。如用位移后的视电阻率曲线进行反演解释，岩层的电阻率和界面深度可能误差很大，据此推断的地质构造也将面目全非[3]。除了地表不均匀体引起的视电阻率曲线畸变，当两种电阻率差异比较大的介质相交时，也会在两种介质的分界面上积累过多的剩余电荷和感应电流，使得电流密度在界面两侧发生突变，导致视电阻率畸变[4]。大地电磁测深曲线不仅反映测点垂直下方的岩层电性变化，同时也反映测点附近一定深度范围内电性层的变化，也就是非一维构造也会引起视电阻率曲线的畸变[5]。此外，一些无规律的电磁干扰或近场源的电磁场也会造成视电阻率曲线的畸变。

常用的校正方法有空间滤波法、曲线平移法，以及一些在此基础上的改进方法，如电磁阵列法[6]、聚类分析校正法[7-8]、小波变换校正法[9-10]、TEM数据校正法[11]、地表电阻率校正法[12]、首枝频点求平均静校正法[13]、实测积累电荷静电场校正法[14]等。基于原始数据校正的有电场分量校正法[15]、阻抗张量分解法[16]、拓扑处理法[17-18]、高阶谱重构信号技术[19]、平移、线性插值拟合及基于经验模态分解法[20]、滤波法[21]等，还有从场源效应考虑的校正法，主要采用将受场源效应影响的低频段进行截断、长时间观测、测点平均、带场源反演[22]等方法进行校正。从实际情况来看，各种校正都取得了一定的效果，但由于引起畸变原因的复杂性，校正很难达到较为理想的程度。

基于目前存在的困境，有必要对大地电磁勘探曲线的校正进行研究，尤其是在一些构造复杂地区。如在火山岩盆地，由于火山岩对地震波的屏蔽和对地层的破坏，以及深层断裂较发育，反射地震成像质量较差[23-24]，而大地电磁则有望发挥较好的作用[25]。本文通过对火山岩发育的D盆地进行研究，经测井曲线校正的大地电磁反演断面与实际地层情况较为吻合，证实了方法的实用性。

1 研究区概况

D盆地工区地形较平坦，高差约为200 m，是在前白垩纪基底上发展起来的晚中生代残留盆地，多层油气显示表明D盆地具有较好的含油气远景[26]。盆地发育于华力西期岩浆岩褶皱基底之上，形成于白垩纪，早期由于受NW—SE向拉伸作用，形成了一系列呈NNE向展布的断陷群，并接受了早白垩世沉积。盆地中火山岩发育，60%以上的区域被火山岩所覆盖，覆盖厚度最大可达1 500 m，一般在200～500 m，多为气孔状玄武岩和致密块状玄武岩。

D盆地主要由火山岩、火山碎屑岩和正常碎屑岩组成，自下而上发育下白垩统龙江组、光华组、九峰山组、甘河组，上白垩统嫩江组、孤山镇组，新近系中新统金山组和第四系。下白垩统基底岩系主要为变质岩，以花岗片麻岩、片岩、板岩类为主，在盆地周边均有出露；同时，在盆地周边华力西期—燕山早期岩体广泛发育。

D盆地以往实施过地震勘探，但盆地被火山岩覆盖，且在火山岩之下沉积岩与火山岩间互层，导致火山岩下地层地震资料反射比较差[27]，使得至今人们对构造面貌、地层发育状况、烃源岩分布等基本石油地质条件仍认识不清，制约了对盆地的整体认识和有利区的优选。2013年实施了大地电磁测深及相应的重磁勘探工作，大地电磁点距为250 m，勘探资料整体质量良好。

2019年，D盆地油气勘探取得重大突破，YX4井完钻井深2 284 m，钻遇甘河组及九峰山组五段、三段沉积岩和四段、二段火山岩，获得高产工业油流。虽然在D盆地油气取得重大突破，但由于对速度变化以及层位认识存在偏差，地震预测的九峰山组各地层界面深度误差达到6.6%～31.6%。

2 大地电磁数据处理

相对于TE或者TM单一模式的反演，联合模式更能反映实际情况[28-30]，因此本次反演采用的是联合模式。

图1a为工区内YC1井电阻率测井曲线与MT反演电阻率曲线，可以看到在浅部(<1 000 m)，原始MT数据的反演电阻率曲线与测井电阻率曲线对应较好，在深部则相差较大。经平移方式静态校正后，浅部出现偏差，深部(>2 000 m)与测井曲线对应较好(图1b)。由于浅部对应高频，深部对应低频，推测浅部沉积地层电性各向同性较好，深部地层非各向同性导致反演深度不准确。

采用测井曲线标定MT曲线的思路为：高频部分保持原始曲线，低频采用平移方式静态校正后曲线，中频段采取合理的过度，调整大地电磁曲线进行反演，尽量保证MT反演曲线与测井曲线从浅至深大致吻合。

选取工区内一口钻探较深、测井资料较全的YC1井进行标定，流程如下：

图1 电阻率测井曲线及MT反演曲线Fig.1 Logging curve and MT inversion curve

1) 对大地电磁数据进行正常反演。

3) 重新反演，比较深部处的测井曲线和反演曲线，如大致吻合，平移系数可确定，如差别较大，修改平移系数，重新反演比较。

4) 根据高频曲线保持原始曲线，低频采用平移后的曲线，中间段过渡的原则，构建一个变换函数进行校正。

5) 对变换函数参数进行不断调整，使之达到最佳状况。

根据测井曲线与反演曲线的特征，从高频到低频变化的校正函数可以用如图2所示的反正切函数来构建。

图2 反正切函数示意Fig.2 Schematic diagram of arctangent function

为更好地贴近测井曲线，校正函数稍作变化为：

图3 MT曲线校正示意Fig.3 MT curve correction diagram

经校正后，反演曲线与测井电阻率曲线较为一致(图1c)。以相同的变换函数推广至全区MT点的变换，再进行剖面反演。

3 反演剖面综合分析

以获得油气突破的YX4井进行验证分析。图4为过YX4井测线的MT反演电阻率局部断面(图4)，从中可以看到本次反演断面与钻井钻遇情况较为吻合，九峰山组三段、五段低阻的沉积岩中夹了九峰山组四段火山岩，显示为一团块状下垂的中阻区域，深度较为吻合，九峰山组二段为逐步呈现中、高阻特征的火山岩。

图4 过YX4井测线的MT反演电阻率断面(局部)Fig.4 MT Inversion resistivity section of survey linethrough well YX4 (partial view)

综合YX4钻井、地震、重、磁、岩石物性特征进行分析(图5)：甘河组(K1g)以火山岩为主，为中—高阻，主要位于海拔-1 000 m以上；九峰山组(K1j)沉积岩为低阻，局部存在中阻的火山岩，主要位于海拔-1 000～-2 000 m；龙江组—光华组(K1l—K1gn)以火山岩为主，为高阻、中阻，主要位于海拔-2 000～-3 000 m，在20号点附近为一背斜构造，对应重力高值异常；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处；在剖面35～42号段深部还存在一“心”型的高阻异常，被正断层错断，且该处呈重力异常低，推测为低密度的花岗岩。除局部的低密度花岗岩造成重力低值异常外，重力异常曲线整体与龙江组—光华组起伏较为吻合。磁力异常曲线在剖面上较为杂乱，反映浅部的甘河组火山岩广泛分布。

图5 过YX4井测线综合处理解释剖面Fig.5 Profile of comprehensive processing and interpretation of survey line passing well YX4

反演断面中17～19号点附近电性结构在横向上出现明显变化，应为区域大断裂的反映，此现象在邻近的地震剖面上也可以看到。除此之外，39～41号点等地段也存在较大断层，错断了花岗岩体。

4 结论及讨论

1)通过电阻率测井曲线的标定，校正后的大地电磁曲线能够准确反映地层界面深度和深部电性特征，同时结合其他资料可以较为清晰地分析地下构造特征，在地震资料品质较差的构造复杂地区能取得较好的效果。通过测井曲线的标定和校正大地电磁测深曲线后进行反演，大地电磁有取得较为精细构造认识的能力，大地电磁测深在勘探部署中应该能发挥更大的作用。

2)如作为标定的电测井为斜井(如YX4井)，标定前需先将深度投影到垂向，再进行标定。

3)由于本次研究中目标层不在浅部，从文中可以看到，浅部反演曲线与测井曲线吻合度存在一定的偏差。如需进一步研究浅部地层，需构造更加复杂的变换函数。