页岩气时频电磁法勘探研究

＊ 全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选项目（2009GYXQ15）资助。

张春贺（1966年～），男，教授级高级工程师，从事地球物理勘探研究工作。E-mail：chunhezh＠。

页岩气时频电磁法勘探研究*

文/张春贺1 刘雪军2 何兰芳2 赵 国2 周印明2 朱永山2

（1 中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100029；

2 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司，河北 涿州 072751）

摘 要：本文介绍了在研究和总结含气页岩密度、

极化率、电阻率等岩石物理特征基础上，在四川盆地

南部筠连地区开展的物性调查、时频电磁法勘探试验

工作。勘探研究结果表明，本地区分布的富有机质页

岩层系-志留系龙马溪组（S1l）具备开展电法勘探工

作的物性条件，时频电磁法具有勘探富有机质页岩层

系的能力。

关键词：页岩气；非地震勘探；时频电磁法；四川

盆地；龙马溪组

DOI:10.3772/j.issn.1009-5659.2013.24.034

页岩气于1821年在美国东部阿帕拉契亚盆地纽约

州Chautauga县泥盆系Perrysbury组Dunkirk黑色富

有机质页岩中被发现[1，2]。页岩气开发，起源于美国，

在美国成功实现产业化，正在不断显现出改变美国乃至

世界能源供应结构、地缘政治格局的趋势。

由于我国复杂的地质背景，必然导致页岩气形成与

富集地质条件的复杂。针对我国地质条件开展页岩气地

球物理勘探技术攻关，研究总结识别富有机质页岩层系

的地球物理分布特征，无疑是做好资源调查评价、有利

目标区优选工作的关键和重要基础。

采用时频电磁法进行页岩气勘探的研究区，位于四

川盆地川南低陡褶皱带南缘，是华蓥山断褶带向西南延

伸、呈帚状撒开的雁行式低背斜群，在加里东为坳陷区，

印支期为泸州古隆起的主体部分，是中生代以来的隆起

区。川南低陡褶皱带发育NE向、EW向和SN向3组构造，

各组构造之间相互影响，呈反接或斜接复合[3]。

勘探研究区内地层自上而下分下三叠统飞仙关组和

铜街子组，上二叠统峨眉山玄武岩组、下二叠统茅口组、

栖霞组和梁山组，中志留统大路寨组、嘶风崖组和下志

留统龙马溪组和黄葛溪组，上奥陶统五峰组、下奥陶统

湄潭组。下志留统龙马溪组和上奥陶统五峰组是四川盆

地开展页岩气勘探的主要目的层之一[4～6]。

1 勘探研究区物性特征

通过对研究区开展露头标本测定和钻孔资料分析，

按地层统计后的岩石物性特征如下页表所示。

从岩石物性特征上看，页岩相对灰岩、泥岩和玄武

岩而言，具有典型的低密度、低磁性、低电阻特征，而

页岩的高极化率特征可能是由于其富含有机质成分而产

生的。可以看到，利用电磁法从电性和极化性两个方面

研究页岩层的分布，进而研究富有机质层系的范围，具

有很好的物性基础。

a. 川南低陡褶皱带构造纲要

b. 2011年度时频电磁试验测线分布图

图1 川南低陡褶带构造纲要及时频电磁试验区区域地质图

从地层的物性分析可以看出，研究区主要目的层志留系龙马溪组和奥陶系五峰组有以下特征：平均密度2.53g/cm 3，平均磁化率28.9×10-5SI，干岩石平均电阻率287Ωm，百分频散率4.87。具有低密度、低磁化率、低电阻率、高极化率的特征。

2 时频电磁方法与数据采集和处理

时频电磁法（Time-frequency electromagnetic methods ），是在可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）和长偏移距瞬变电磁法（LOTEM）的基础上发展起来的一类电磁勘探法。依据发射点和接收点布设的空间相对关系，可将时频电磁法分为地面时频电磁法、井-地时频电磁法、地-井时频电磁法和井间时频电磁法四类。本次试验采用地面时频电磁法，发射源与接收站的距离即偏移距（又称收发距）与要探测的目标深度及研究区地质条件有关，根据技术规程要求本研究区为5～10km，接收系统采用排列式接收，每个排列为12～24道，利用250kW 发电机供电，野外施工布置见图2[7～9]。

现场数据处理在研究区野外

采集小组营地完成。每天的采集

工作结束后，资料采集人员将采集到的数据交给资料现场处理人员，处理员将资料进行原始数据备份、现场资料处理。现场处理主要分以下几个部分：资料准确性校对；资料预处理；数据去噪。后期资料处理又分为时间域资料处理和频率域处理两大部分。

3 勘探效果分析

3.1 电阻率（R）异常 特征分析

图3和图4为对01线和02线的约束反演剖面，剖面总体电性异常有如下特征：第一，电性层总体上变化平缓，界面连续，说明本区地层、特别是浅部地层发育平稳；第二，两条剖面总体电性结构具有类似的特征，自上而下总体上表现出高低相间的电性结构，自南向北高阻基底逐渐抬升；第三，在-2000m 高程以下，两条剖面电性结构特征有明显的差异，主要是02线深部高阻在北段急剧抬升，01线中部高阻自南向北逐步抬升，没有突变抬升。考虑到02线北端已进入煤矿开采区，预计受到了一定的干扰。

电阻率反演剖面（图3，图4）显示电性层从上至下依次呈现为次高-低-次高-低-高-低-

高，变

图2 时频电磁法野外工作示意图

图3 01线电阻率约束反演与叠合解释剖面图

化规律与电测井曲线反映的趋势基本一致，三叠系铜街子组高于下三叠系、上二叠系电阻率，下二叠表现为次高阻，志留系罗惹坪组上段表现为低阻、下段表现为高阻，主要勘探目的层志留系龙马溪组和奥陶系五峰组表现为低阻，奥陶系往下整体为高阻，但有巨厚的低阻夹层，推测为寒武系泥页岩的电性反映。反演电阻率剖面揭示电性层变化规律与物性资料一致。

区内主要断层在01线和02线的电性剖面上都有明显的表现，主要表现为电阻等值线扭曲和相对低阻异常。

3.2 激电（IP）异常特征分析

时频电磁法的优势之一就是能够在提供探测目标电

阻率信息的同时，还能提供探测目标的激电异常分布。

图5和图6为01线和02线层约束后的激电异常剖面。通常，激电异常反映的深度为视深度，和电性层的深度有关，但并非严格对应。两条剖面总体激电异常特征为：第一，激电异常横向变化相对平缓，界面较连续，说明各电性层具有类似的激电特征；第二，两条剖面激电异常结构具有类似的特征，总体上有纵向分层的特点。自上而下表现为高低相间的激电异常结构，在研究区中部，激电异常升高。激电异常剖面和电阻率反演剖面（图3、图4）有一定的对应关系，二叠系玄武岩、志留系罗惹坪组上段表现为中等激电异常，下三叠系泥岩、下二叠灰岩、奥陶系和寒武系灰岩表现为低极化异常特征，而勘探目的层志留系龙马溪组和奥陶系五峰组表现为极高的极化率。

采用时频电磁法在四川盆地南部地区开展的富有机质页岩层系勘探试验表明：①富有机质页岩层系的时频电磁异常模式为低阻-高极化模式；②时频电磁法不仅能获得反映地电结构的电阻率反演剖面，还可以同时获得反映页岩层系有机质富集程度的激发极化异常；③研究区内部分地段龙马溪组（含奥陶系五峰组）电阻率相对异常大于20%，激电率异常大于20%，埋深约2000m，

初步可以评价为富有机质页岩有利分布区。参考文献

［1]《页岩气地质与勘探开发实践丛书》编委会．北美地区页岩气勘探开发新进展[M].北京：石油工业出版社，2009．

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［3]翟光明．中国石油地质志：卷十：四川油气区[M]．北京：石油工业出版社，1989．

［4]张金川，聂海宽，徐波等．四川盆地页岩气成藏地质条件[J].天然气工业，2008,28（2）：151-156．

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［6]邹才能，董大忠，杨桦，等．中国页岩气形成条件及勘探实践[J].天然气工业，2011，31（12）：26-39.

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[9]He Z X, Hu W B, Dong W B. Petroleum electromagnetic prospecting advances and case studies in China. Survey in Geophysics, 2010, 31: 207-224.

图4 02线电阻率约束反演与叠合解释剖面图

图5 01线极化率反演剖面

图6 02线极化率反演剖面

CSTA