我国南方地区页岩气电磁勘探技术初探

唐新功，胡文宝 苏朱刘，严良俊

（ 油气资源与勘探技术教育部重点实验室 （长江大学），湖北 荆州4340

目前，天然气供求矛盾已成为制约我国经济可持续发展的重要瓶颈。页岩气在非常规天然气中异军突起，已成为全球油气资源勘探开发的新亮点。加快页岩气资源勘探与开发，已成为世界主要页岩气资源大国和地区的共同选择。

页岩气是以多种相态存在、主体上富集于泥页岩 （部分粉砂岩）地层中的天然气聚集。页岩气藏中的天然气包括了存在于裂缝中的游离相天然气和岩石颗粒表面上的吸附气。据预测，全球页岩气与常规天然气数量相当，甚至可能大于常规天然气［1］。很多学者对页岩气的成藏机理进行了研究［2－4］。研究表明，我国广泛分布的海相页岩地层、海陆交互相页岩地层及陆相煤系地层也有分布，其中南方碳酸盐岩地区是页岩气勘探的重要领域，尤以四川等盆地最值得关注［3］。

我国页岩气的勘探还处于起步阶段，至今还没有一口页岩气生产井。目前国内对页岩气勘探理论和方法的研究相对薄弱，而国外先进方法和技术难以全面解决我国页岩气勘探开发问题，如我国南方地区的复杂地表条件和高陡构造地层导致常规地震勘探方法的使用受到限制，高阻的碳酸盐岩地层阻挡了地震弹性波的向下穿透，难以获取地层深部的可靠信息［4］。作为地震方法的重要补充，电磁法勘探是基于地层存在电阻率差异的一种地球物理方法，具有勘探深度大、不受高阻层屏蔽、对低阻层分辨灵敏等优点，在油气资源勘探中正发挥着日益重要的作用。为此，笔者对电磁方法中的音频大地电磁测深法和复电阻率法进行了探讨。

1 音频大地电磁测深法

音频大地电磁测深法 （Audio Magnetotellurics，AMT）是一种以天然场源电磁勘探方法，观测频率范围一般为0.005～10400 Hz。当天然交变电磁场在地下介质中传播时，由于电磁感应，地面所观测到的电磁场数据将包含有地下介质电阻率的信息。根据电磁场的趋肤效应，不同周期的电磁场信号具有不同的穿透深度，通过研究大地对天然电磁场的频率响应并经过反演处理解释，即可获取地下不同深度介质电阻率的分布特征，实现构造圈闭与地质层位的追踪 （见图1）。AMT方法可以实现从地层浅部到地下2～3k m深度的构造勘探，这与美国页岩气商业开采的深度 （800～2600 m）相当［5］。

图1 AMT野外采集装置布设示意图

A MT法在数据采集、处理及解释等方面均己比较成熟。实践表明［6］，在资料处理中采用Robust技术结合远近参考技术可以在强噪音地区获得高信噪比的观测资料。在反演方法上，三维电磁正演模拟与反演技术等也日趋成熟［7］。这些技术上的进步可大大提高获取地下目的层 （体）信息的能力，为了解地下三维立体构造及地下资源储量分析创造了良好的条件。

A MT方法具有效率高、成本低、布点灵活、仪器轻便等优点，特别适用于我国南方地区面积概查和复杂地表工作。与弹性波不同的是，电磁波对高电阻率的碳酸盐岩地层具有很强穿透能力，易于在高阻覆盖区开展勘探工作。A MT方法探测的精度虽不及地震法，但作为油气勘查手段，在划分盆地范围、了解主要地层分布、发现与油气构造有关的深部信息等方面，A MT法完全可以胜任。

图2 单道偶极——偶极野外布置施工示意图

2 复电阻率方法

复电阻率法 （Co mplex Resistivity，CR）是近几年发展起来的一种频率域电偶源地面物探方法 （见图2），是电磁勘探方法中唯一能直接指示油气藏的方法，可以用于检测工作区域内的局部圈闭或异常是否含油。CR方法是在一个较宽的频段 （0.01～110 Hz）测量大地的复视电阻率，通过分析研究复视电阻率的形态特征与地下极化体之间的关系，达到反演出地下极化体异常的大小、埋深等参数的目的［8］。童茂松等［9－10］进行了泥质砂岩的复电阻率实验研究。徐传建等［11］论述了CR方法在油气勘探中的应用效果，通过60多口井的钻探验证，其具有较高的符合率，展示了该方法良好的应用前景。泥质砂岩的复电阻率在特定的频段存在明显的频散现象，这为使用CR方法测量页岩气提供了物理基础。在很多油田上方能观测到视极化率异常，其强度比围岩高出1～2倍［3］。CR方法以地下烃类物质沿裂缝垂直向上微渗逸并使围岩蚀变为前提条件，除油气层能直接被探测外，CR方法实际探测到的是油气水运移、聚集和逸散所生成的复杂综合体。视极化率异常一般包含了油 （气）储集层、盖层、水层、侧向断裂等，由于它们在整体上具有相当的规模，即使埋藏较深也能够被发现。对于CR方法所发现的异常，根据油藏的生成规律，与已知条件对比，对视极化率异常是否含有油 （气）和资源量大小做出推断解释，并可能在地下三维空间上确定圈闭的中心区域和大致边界范围，为钻探设计提供依据。CR方法作为直接指示油气藏的方法，其勘探成本低、周期短、见效快，可以应用在石油勘探和油气预测中［12］。

图3 CR法偶极－偶极排列的野外实测示意图

利用CR方法勘探时通过调整装置系数和偶极距等可以调整对勘探目的层的勘探深度的预设，实现从几百米到几千米深度范围的高分辨率电阻率成像 （见图3）。CR方法在空间域和频率域的高密度测量，可以获得较常规方法丰富得多的信息量。室内资料处理采用新的基于Cole－Cole模型和Br own模型乘法组合的重整化谱参数相位交错拟合法对激电异常和电磁感应耦合效应进行分离，可以精确刻画勘探设计中预定范围内的激电异常纵、横向变化特征，为井位设计提供了可靠的地球物理依据［8］。研究表明［10］，泥页岩地层与上下围岩存在电阻率差异，泥页岩不含气时通常为低阻，含气时则体现为高阻；从极化率上看，地层含气时会体现出明显的高极化率特征，特别是泥岩中的裂缝系统具有很强的极化特性，若其中含有黄铁矿成份，极化特性会更加明显。因此，使用电磁方法勘探与预测页岩气气藏具有物理和方法上的基础。

3 结 语

页岩气是一种清洁环保的新型非常规能源，页岩气在我国具有良好的勘探前景，对页岩气 （泥页岩气）的勘探研究已经展开，成功实现页岩气开发对于缓解中国能源紧张具有重要的战略意义。目前我国对页岩气的勘探尚处于起步阶段。泥页岩储层的电阻率差异和高极化率特征为使用电磁方法进行勘探提供了物性前提，合理地使用不同的电磁方法的组合，能够为页岩气勘探提供一种高效、快捷、价格低廉的方法，可以应用于我国南方复杂地表和复杂构造地区。在使用电磁方法进行勘探时，建议优先选择一些条件较好、电性差异明显、目标层埋深较浅的有利区域进行前期先导性试验，积累采集、处理和资料解释经验，再把这些成功经验逐步推广到其他复杂地表地质构造地区特别是地震方法困难的地区。

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