時域電磁法在我國南方富有機質(zhì)頁巖勘探中的可行性分析

徐鳳姣,謝興兵,周　磊,嚴良俊,王志剛

(1.長江大學(xué)湖北省非常規(guī)油氣協(xié)同創(chuàng)新中心,湖北武漢430100;2.中國石油天然氣集團東方地球物理勘探有限責任公司,河北涿州072751)

?

時域電磁法在我國南方富有機質(zhì)頁巖勘探中的可行性分析

徐鳳姣1,謝興兵1,周磊1,嚴良俊1,王志剛2

(1.長江大學(xué)湖北省非常規(guī)油氣協(xié)同創(chuàng)新中心,湖北武漢430100;2.中國石油天然氣集團東方地球物理勘探有限責任公司,河北涿州072751)

摘要:我國南方地表與地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,地震方法在頁巖氣勘探中面臨著巨大挑戰(zhàn)。時域電磁勘探方法因其具有勘探深度大、工作效率高、成本低廉和方法靈活等特點,可作為頁巖氣地震勘探的有效補充。基于我國南方頁巖儲層巖石露頭及井中巖心,經(jīng)過巖石復(fù)電阻率測試與分析,認為我國南方富有機質(zhì)頁巖儲層具有低阻、高極化特征,表明在該地區(qū)利用時域電磁法進行富有機質(zhì)頁巖勘探具有較好的物性基礎(chǔ)。分析了滇黔渝地區(qū)頁巖層地質(zhì)與地球物理特征,并結(jié)合富有機質(zhì)頁巖復(fù)電阻率測試結(jié)果,建立了該地區(qū)富有機質(zhì)頁巖儲層地電與激電融合模型。基于該融合模型,實現(xiàn)了基于極化介質(zhì)條件下時域視電阻率正演模擬。模擬結(jié)果表明,在研究區(qū)地質(zhì)條件下，富有機質(zhì)頁巖存在時,視電阻率變化明顯,表明時域電磁勘探方法能有效識別富有機質(zhì)頁巖儲層,具有較廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：時域電磁法;頁巖氣;正演模擬;極化率;電阻率

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,常規(guī)油氣資源的供給日益緊缺,作為非常規(guī)能源的頁巖氣資源已成為全球油氣資源研究的熱點[1]。頁巖氣是指以游離態(tài)或吸附態(tài)賦存于泥頁巖層系中的連續(xù)型非常規(guī)油氣,具有典型的自生自儲、原地成藏的特點[2]。大量資料表明,我國南方志留系龍馬溪組(S1l)和奧陶系五峰組(O3w)富有機質(zhì)頁巖發(fā)育,是頁巖氣勘探選區(qū)與開發(fā)的主要目的層位[3]。在頁巖氣勘探中,最佳的勘探與開發(fā)區(qū)域或?qū)游槐环Q為頁巖氣“甜點”,其核心參數(shù)主要包括有機質(zhì)含量(TOC)、頁巖層厚度及埋深、熱成熟度(Ro)、巖石脆性等。地震勘探方法因其分辨能力高和屬性識別能力強,在頁巖氣勘探、甜點檢測以及頁巖氣開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。然而,我國南方頁巖氣勘探區(qū)大多屬于復(fù)雜山地,灰?guī)r覆蓋,地表及地質(zhì)條件復(fù)雜,地震勘探難以獲取高品質(zhì)的地震資料,且成本高昂。另外,頁巖氣藏分布于埋深大、演化程度高、有機質(zhì)豐富的泥質(zhì)烴源巖之中,沒有明確的圈閉特征,且頁巖儲層本身又是烴源巖層,孔隙度與滲透率極低,非均質(zhì)性強,致使頁巖氣藏的地震特征不明顯,預(yù)測難度大,研發(fā)高精度的頁巖氣儲層地震預(yù)測方法面臨巨大挑戰(zhàn)[4],開展大規(guī)模的綜合地球物理勘探是頁巖氣資源發(fā)展的主要途徑之一。

電磁勘探方法作為地震勘探最有效的補充手段,具有勘探深度大、工效高、成本低、適應(yīng)性強和油氣直接檢測等優(yōu)點,在油氣勘探中發(fā)揮著重要作用[5-8]。近年來,張春賀等[9]和李鵬飛等[10-11]在南方開展了時頻電磁法(TFEM)和復(fù)電阻率法(CR)頁巖氣勘探方法研究與試驗,這兩種方法均從頻域電磁場中提取極化參數(shù)和電阻率參數(shù),借此反演富有機質(zhì)頁巖儲層的埋深、厚度和極化參數(shù),并對TOC進行預(yù)測,為頁巖氣甜點識別提供重要參數(shù)依據(jù),取得了較好的效果。YAN等[12]和向葵等[13]研究發(fā)現(xiàn)我國南方富有機質(zhì)頁巖具有低阻、高極化特征。胡起等[14]對大量測井資料進行分析后發(fā)現(xiàn),黔北地區(qū)富有機質(zhì)頁巖層具有高伽馬、高聲波時差、低電阻、低密度、井徑擴大等特征。以上研究表明,電磁法在富有機質(zhì)頁巖勘探中具有較好的物性參數(shù),其電性差異明顯優(yōu)于速度差異,展示出電磁勘探方法在頁巖氣勘探中良好的應(yīng)用前景。

本文基于我國南方富有機質(zhì)頁巖低電阻率和高極化率這一特性,針對CR法與TFEM法在南方復(fù)雜條件下施工困難,獲取的資料質(zhì)量差,且一次場、感應(yīng)場與極化場混疊難以分離等不足,提出了以時域電磁法(Time-Domain Electromagnetic Method,TDEM)進行頁巖氣勘探的技術(shù)思路。該方法采用長偏移距長時窗瞬變電磁法[15]的工作方式,觀測電場分量中的二次場,并從中提取出時域電阻率與極化率參數(shù)。首先,從富有機質(zhì)頁巖的巖石物理研究出發(fā),對我國南方地區(qū)頁巖儲層分布特征及野外富有機質(zhì)頁巖巖樣進行復(fù)電阻率測試與結(jié)果分析,建立了研究區(qū)地電與激電融合模型。在該融合模型條件下進行TDEM方法的數(shù)值模擬,分析研究該方法對富有機質(zhì)頁巖層的識別能力與作用,以期建立最佳激電模型,形成便捷高效且經(jīng)濟的頁巖氣電磁勘探新方法,為我國頁巖氣勘探提供有效的地球物理技術(shù)支撐和頁巖氣“甜點”檢測提供新思路。

1研究區(qū)頁巖氣儲層地電建模

1.1我國南方頁巖氣勘探有利層位的巖性特征

我國發(fā)育有海相、海陸交互相以及陸相3類有機質(zhì)泥頁巖,頁巖油氣資源潛力巨大。其中,我國南方地區(qū)發(fā)育8套以黑色頁巖為主的烴源巖,分別為上震旦統(tǒng)(陡山論組)、下寒武統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)(五峰組)—下志留統(tǒng)(龍馬溪組)、中泥盆統(tǒng)(羅富組)、下石炭統(tǒng)、下二疊統(tǒng)(棲霞組)、上二疊統(tǒng)(龍?zhí)督M和大隆組)以及下三疊統(tǒng)(青龍組)[16]。其中五峰組—龍馬溪組分布廣泛,厚度大(20～140m),埋深適中(平均埋深1500～2500m),成藏條件好(TOC大于2%,Ro為2.0%～4.5%),是我國南方頁巖氣勘探的有利層位[17]。研究區(qū)五峰組—龍馬溪組巖性特征見表1。

1.2研究區(qū)頁巖的巖性與極化特征

1.2.1地質(zhì)露頭巖樣測試

為研究我國南方富有機質(zhì)頁巖儲層所具有的電性與極化特性,在四川宜賓和貴州遵義地區(qū)進行了野外地質(zhì)露頭采樣,共采集巖樣274塊,經(jīng)過巖樣加工,成功取樣243塊。所采集的巖心所處地層層位及巖性見表2。

首先,采用AUTOSCAN-Ⅱ巖樣多參數(shù)掃描儀對243塊巖樣分別在干燥、不同鹽水飽和度條件下進行復(fù)電阻率測量;其次,通過引入Cole-Cole模型,對測量的復(fù)電阻率進行極化真參數(shù)反演,得出渝南貴北地區(qū)頁巖的電極化特征分布,如圖1 和圖2所示。

表1　巖性特征

表2　巖樣樣品所處地層層位及巖性

圖1的測量結(jié)果表明,五峰組—龍馬溪組富有機質(zhì)頁巖儲層的平均電阻率均比砂巖、白云巖和玄武巖的平均電阻率低,平均值約120Ω·m,整體表現(xiàn)為低電阻率特性。圖2測量結(jié)果表明,五峰組—龍馬溪組富有機質(zhì)頁巖儲層的極化率與周圍砂巖、白云巖相比,整體表現(xiàn)為高極化率特性,平均值約20%,其中筇竹寺組頁巖最大極化率接近70%。李亞男[18]在頁巖氣測井評價中也發(fā)現(xiàn)了TOC升高,電阻率降低的電性異常特征,并初步確認了與黃鐵礦含量的關(guān)系。這些結(jié)果表明,在渝南黔北地區(qū)時域電磁法識別富有機質(zhì)頁巖具有良好的物性基礎(chǔ)。

1.2.2昭104井巖性與電性特征

滇北昭通地區(qū)富有機質(zhì)頁巖豐富,埋深淺,厚度大。該區(qū)昭104井頁巖氣開發(fā)井成功產(chǎn)出工業(yè)氣流,并已示范開發(fā)[19-20]。該井鉆遇五峰組—龍馬溪組黑色頁巖,產(chǎn)氣2×104m3/d。收集該井五峰組—龍馬溪組井段頁巖巖樣18塊,并進行了電阻率測量,結(jié)合電測井曲線,得到了該井巖性與電性變化特征,如表3所示。從中看出,產(chǎn)氣的頁巖儲層(埋深2066.14m處，龍馬溪組)電阻率表現(xiàn)為低阻。

圖1　頁巖及圍巖電阻率測量結(jié)果

圖2　頁巖及圍巖極化率測量結(jié)果

1.3激電模型選取及地電與激電融合模型的確定

1.3.1激電響應(yīng)模型

復(fù)電阻率激電模型理論和常用的經(jīng)驗公式較

多,其中比較常用的激電響應(yīng)模型有兩種。

1.3.1.1Cole-Cole模型[21-22]

在頻率域,Cole-Cole模型復(fù)電阻率數(shù)學(xué)表達式為:

(1)

式中:c代表頻率相關(guān)系數(shù);τ代表時間常數(shù),單位為s;ρ(iω)是不同頻率下的巖石復(fù)電阻率;m為極化率;ρ1為不存在極化時地層的電阻率。

表3　昭104井巖性與電性特征

實驗表明,單一形式的Cole-Cole模型有時不能解釋某些物理現(xiàn)象,因此在該模型的基礎(chǔ)上形成多種改良模型,其中最具代表性的有Davidson-Cole模型[23]和復(fù)Cole-Cole模型[24]。復(fù)Cole-Cole模型的特點是利用兩個或兩個以上單一形式的Cole-Cole模型相乘。

1.3.1.2Dias模型

在頻率域中,Dias模型[25-26]的復(fù)電阻率的數(shù)學(xué)表達式為:

(2)

1.3.2研究區(qū)地電與激電融合模型的確定

在確定地電與激電融合模型時,需要對不同的激電模型進行理論與實驗對比模擬。首先在實驗室對昭104井產(chǎn)氣層(龍馬溪組,埋深2066.14m處)取樣頁巖巖心進行復(fù)電阻率測量。然后采用不同的激電模型與測量數(shù)據(jù)進行擬合,最后利用擬合誤差的大小來決定模型的優(yōu)劣。圖3給出了昭104井產(chǎn)氣層段富有機質(zhì)頁巖巖樣復(fù)電阻率測試結(jié)果與多種激電模型反演曲線擬合情況。實測曲線與不同激電模型的復(fù)電阻率和相位曲線擬合的均方根誤差計算結(jié)果如表4所示。

由表4可看出,雙Cole-Cole模型的擬合誤差最小。雖然增加Cole-Cole模型的個數(shù)能夠減小擬合誤差,但同時會增加模型參數(shù),為反演解釋帶來不確定性。鑒于此,我們認為雙Cole-Cole模型相對于其他激電模型對富有機質(zhì)頁巖的復(fù)電阻率和相位具有較好的描述,因此選用雙Cole-Cole模型及其模型參數(shù)進行TDEM的正演模擬。

結(jié)合上述激電模型參數(shù)、昭104井電測深的電性與巖性描述及雙Cole-Cole模型反演激電譜真參數(shù),在滇北渝南地區(qū)建立如表5所示地電與激電融合模型。

表5　頁巖氣儲層地電與激電融合模型

2基于地電與激電融合模型的TDEM正演模擬

2.1TDEM方法的原理及觀測方法

時域電磁法(TDEM)是可控源電磁勘探方法中的一種。其基本原理是通過接地導(dǎo)線源向地下發(fā)送大功率電流,電流波型為雙極性方波,占空比50%。在電流關(guān)斷后,接收隨時間變化的電磁場信號。對接收到的電磁場信號進行處理,提取電性與激電參數(shù),達到探測地下地質(zhì)體的目的[27],其野外觀測方式如圖4所示。

圖4　TDEM觀測裝置示意

2.2TDEM正演理論

時域電磁法野外數(shù)據(jù)采集時,相比于水平電場數(shù)據(jù),垂直磁場數(shù)據(jù)的獲取更易受到外界條件的干擾,此外,在地形復(fù)雜區(qū),獲取垂直磁場數(shù)據(jù)時,施工存在較大的困難。因此本文主要研究時域場的水平電場分量。當電偶極子位于水平層狀各向同性地層上時,產(chǎn)生的頻率域電場表達式為[28-29]:

[mJ0(mr)cos2θ-J1(mr)cos2θ/r]dm

(3)

其中:

(4)

經(jīng)過時頻變換獲得水平電場在時間域的表達式。時頻變換關(guān)系式為[28]:

(5)

計算時,在頻率域引入表征激發(fā)極化效應(yīng)的雙Cole-Cole模型,計算出帶激電效應(yīng)的水平電場,然后采用(4)式變換得到帶激電信息的時間域電磁響應(yīng)。

2.3數(shù)值模擬結(jié)果分析

2.3.1僅考慮電性變化的TDEM電場正演

正演計算中裝置參數(shù)為偶極子長度1000m,偏移距7000m,模型參數(shù)見表5。模型一為不存在頁巖儲層的情況;模型二表示存在五峰組與龍馬溪組富有機質(zhì)頁巖儲層的情況,但這里只考慮富有機質(zhì)頁巖的電性變化,而不考慮其極化的情況。二者的正演模擬結(jié)果如圖5所示。從圖5中可看出,早期電阻率曲線在0.01s處出現(xiàn)分離,這種分離是由模型一、模型二中第8層電阻率變化(即富有機質(zhì)頁巖存在)引起的,其相對變化率達22.1%,遠遠超過了視電阻率觀測誤差上限5%。說明TDEM方法對2000m埋深下200m厚的低阻頁巖層反應(yīng)十分靈敏。因而從電阻率上講時域電磁法對富有機質(zhì)頁巖的有效探測是可行的。

圖5　不同地電模型的正演模擬結(jié)果

2.3.2考慮電性與激電融合模型的TDEM正演

保持相同的裝置參數(shù),而激電參數(shù)值為:c1=0.43,m1=0.5,τ1=180s,c2=0.55,m2=0.06,τ2=140s,采用電性與激電融合模型(模型二),模擬計算富有機質(zhì)頁巖儲層電性與極化特性變化時視電阻率曲線,并研究其異常特征,正演結(jié)果如圖6 所示。從圖6中可看出,相對于不存在極化效應(yīng)的早期電阻率曲線,考慮極化效應(yīng)的早期電阻率曲線相對變化異常達到16.36%,遠遠超過了視電阻率觀測誤差上限5%。說明極化效應(yīng)對視電阻率影響嚴重,同時也說明激電參數(shù)是TDEM法進行富有機質(zhì)頁巖儲層勘探與識別的重要參數(shù)。

圖6　考慮極化效應(yīng)的正演模擬結(jié)果

3結(jié)論

1) 不同激電模型的復(fù)電阻率和相位曲線與實測頁巖復(fù)電阻率和相位曲線擬合結(jié)果表明:雙Cole-Cole激電模型與實測資料擬合最好,說明該模型能很好地反映頁巖層復(fù)電阻率變化趨勢,是進行頁巖儲層巖性描述的有效激電模型。

2) 考慮電阻率和極化率變化的地電與激電融合模型的TDEM方法正演模擬結(jié)果表明:TDEM方法對2000m以下約200m厚的富有機質(zhì)頁巖層反應(yīng)靈敏。電阻率影響大于極化參數(shù)影響,且極化參數(shù)影響不能忽略。兩參數(shù)的同時應(yīng)用,將更好地提高TDEM法對富有機質(zhì)頁巖層探測的可靠性。

3) 由于視電阻率曲線受電阻率和極化率影響明顯,因而反演電性與激電真參數(shù)就十分有效,也保證了較好的精度,這為我們研究電阻率和極化率與TOC的關(guān)系提供了依據(jù),進而為TOC預(yù)測提供了數(shù)據(jù)保證。

4) 低阻、高極化特征的電性與極化特性融合模型是在特定的研究區(qū)大量富有機質(zhì)頁巖巖樣物性測量與分析的基礎(chǔ)上建立起來的,對該區(qū)的頁巖氣電磁法勘探具有重要的指導(dǎo)意義。但值得注意的事,該模型不具有普適性,因而對新區(qū)頁巖氣電磁勘探來說,巖石復(fù)電阻率的物性研究至關(guān)重要。

致謝:感謝中石油東方地球物理公司物化探處、非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心和江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八一四隊對本研究的大力支持。

參考文獻

[1]騰龍,徐振宇,黃正清,等.頁巖氣勘探中的地球物理方法綜述及展望[J].資源調(diào)查與環(huán)境,2014,35(1):61-66

TENG L,XU Z Y,HUANG Z Q,et al.Summary and prospect of geophysical methods for the shale gas exploration[J].Resources Survey and Environment,2014,35(1):61-66

[2]周德華,焦方正.頁巖氣“甜點”評價與預(yù)測[J].石油實驗地質(zhì),2012,34(2):109-114

ZHOU D H,JIAO F Z.Evaluation and prediction of gas sweet spots[J].Petroleum Geology & Experiment,2012,34(2):109-114

[3]張金川,徐波,聶海寬,等.中國頁巖氣資源勘探潛力[J].天然氣工業(yè),2008,28(6):136-140

ZHANG J C,XU B,NIE H K,et al.Exploration potential of shale gas resources in China[J].Nature Gas Industry,2008,28(6):136-140

[4]張金川,姜生玲.我國頁巖氣富集類型及資源特點[J].天然氣工業(yè),2009,29(12):109-114

ZHANG J C,JIANG S L.Accumulation types and resources characteristics of shale gas in China[J].Nature Gas Industry,2009,29(12):109-114

[5]樸華榮.電磁測深法原理[M].北京:地質(zhì)出版社,1990:1-260

PIAO H R.Principle of electromagnetic sounding method[M].Beijing:Geological Publishing House,1990:1-260

[6]嚴良俊,蘇朱劉,胡文寶,等.淺層瞬變反演電阻率資料在表層速度成像中的應(yīng)用[J].石油物探,2004,43(5):487-491

YAN L J,SU Z L,HU W B,et al.Near surface velocity imaging with the resistivity inverted from shallow transient Electromagnetic sounding data[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2004,43(5):487-491

[7]李俊杰,嚴家斌.無網(wǎng)格點插值法大地電磁二維正演數(shù)值模擬[J].石油物探,2014,53(5):617-626

LI J J,YAN J B.Magnetotelluric two-dimensional forward numerical modeling by meshfree point interpolation method[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2014,53(5):617-626

[8 ]管貽亮,李予國,胡祖志,等.大地電磁非線性共軛梯度一維反演[J].石油物探,2014,53(6):752-759

GUAN Y L,LI Y G,HU Z Z,et al.Nonlinear conjugate gradients algorithm for 1D magnetotelluric inversion[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2014,53(6):752-759

[9]張春賀,劉雪軍,何蘭芳,等.基于時頻電磁法的富有機質(zhì)頁巖層系勘探研究[J].地球物理學(xué)報,2013,56(9):3173-3183

ZHANG C H,LIU X J,HE L F,et al.A study of exploration organic rich shales using Time-Frequency Electromagnetic Method (TFEM)[J].Chinese Journal of Geophysics (in Chinese),2013,56(9):3173-3183

[10]李鵬飛,嚴良俊,余剛,等.基于富有機碳頁巖的復(fù)電阻率特性研究[J].石油天然氣學(xué)報,2014,36(11):115-126

LI P F,YAN L J,YU G,et al.The complex resistivity based on high w(TOC) marine shale formation[J].Journal of Oil and Gas Technology,2014,36(11):115-126

[11]李鵬飛,嚴良俊.南方頁巖巖芯的復(fù)電阻率測量與分析[J].工程地球物理學(xué)報,2014,11(3):383-386

LI P F,YAN L J.Testing and research of complex resistivity of the south shale core[J].Chinese Journal of Engineering Geophysics,2014,11(3):383-386

[12]YAN L J,XIANG K,LI P F,et al.Study on the induced polarization model in the exploration for shale gas in southern China[J].Expanded Abstracts of 84thAnnual Internet SEG Mtg,2014:912-916

[13]向葵,胡文寶,嚴良俊,等.川黔地區(qū)頁巖復(fù)電阻率的頻散特性[J].石油地球物理勘探,2014,49(5):1013-1019

XIANG K,HU W B,YAN L J,et al.Complex resistivity dispersion characteristics of shale samples in Sichuan and Guizhou area[J].Oil Geophysical Prospecting,2014,49(5):1013-1019

[14]胡起,陳小宏,李景葉.基于各向異性巖石物理模型的頁巖氣儲層橫波速度預(yù)測[J].石油物探,2014,53(3):254-261

HU Q,CHEN X H,LI J Y.Shear wave velocity prediction for shale gas reservoirs based on anisotropic rock physical model[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2014,53(3):254-261

[15]嚴良俊,胡文寶,陳清禮,等.長偏移距瞬變電磁測深法在碳酸鹽巖覆蓋區(qū)落實局部構(gòu)造的應(yīng)用效果[J].地震地質(zhì),2001,23(2):271-276

YAN L J,HU W B,CHEN Q L,et al.Trial with LOTEM to investigate detailed geological structure in the area covered with carbonatite[J].Seismology and Geology,2001,23(2):271-276

[16]唐小玲.頁巖油氣“甜點”的構(gòu)成要素及影響因素分析[D].武漢:長江大學(xué),2014

TANG X L.Elements of the sweet spot and their influence on shale oil and gas[D].Wuhan:Yangtze university,2014

[17]顧忠安,鄭榮才,王亮,等.渝東涪陵地區(qū)大安寨段頁巖儲層特征研究[J].巖性油氣藏,2014,26(2):67-73

GU Z G,ZHENG R C,WANG L,et al.Characteristics of shale reservoir of Da’anzhai segment in Fuling area,eastern Chongqing[J].Lithologic Reservoirs,2014,26(2):67-73

[18]李亞男.頁巖氣儲層測井評價及其應(yīng)用——以川南地區(qū)為例[D].北京:中國礦業(yè)大學(xué),2014

LI Y N.Research on logging evaluation method of shale gas reservoir and its application:take south of Sichuan area for example[D].Beijing:China University of Mining and Technology,2014

[19]蒲泊伶.四川盆地頁巖氣成藏條件分析[D].北京:中國石油大學(xué),2008

PU B L.Analysis of the reservoir-forming condition of shale gas potential in Sichuan basin[D].Beijing:China University of Petroleum,2008

[20]蒲泊伶,蔣有錄.四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣成藏條件及有利地區(qū)分析[J].石油學(xué)報,2010,31(2):225-230

PU B L,JIANG Y L.Reservoir-forming conduction and favorable exploration zones of shale gas in Lower Silurian Longmaxi formation of Sichuan Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2010,31(2):225-230

[21]PELTON W H,WARD S H,HALLOF P G,et al.Mineral discrimination and removal of inductive coupling with multi-frequency IP[J].Geophysics,1978,43(3):588-609

[22]ZONGE K L,SOKE N A,SUMNER J S.Comparison of time,frequency and phase measurements in IP[J].Geophysics Prospecting,1972,20(3):626-648

[23]KAVIAN M,SLOB E C,MULDER W A.A new empirical complex electrical resistivity model[J].Geophysics,2012,77(3):E185-E191

[24]張輝.復(fù)電阻率三維電磁場正反演研究[D].長春:吉林大學(xué),2006

ZHANG H.Research of complex resistivity 3D electromagnetic forward and inversion[D].Changchun:Jilin University,2006

[25]DIAS C A.Analytical model for a polarizable medium at radio and lower frequencies[J].Geophysical

Research,1972,77(26):4945-4956

[26]DIAS C A.Developments in a model to describe low-frequency electrical polarization of rocks[J].Geophysics,2000,65(2):P437-P451

[27]牛之璉.時間域電磁法原理[M].長沙:中南大學(xué)出版社,2007:1-296

NIU Z L.Time domain electromagnetic theory[M].Changsha:Central South University Press,2007:1-296

[28]嚴良俊,楊紹芳,胡文寶,等.電磁勘探方法及其在南方碳酸鹽巖地區(qū)的應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001:1-191

YAN L J,YANG S F,HU W B,et al.Electromagnetic exploration method and its application in southern carbonate area[M].Beijing:Petroleum Industry Press,2001:1-191

[29]張春賀,劉雪軍,周惠，等.基于時頻電磁法的富有機質(zhì)頁巖層系勘探進一步研究[J].石油物探，2015,54(5):627-634

ZHANG C H,LIU X J,ZHOU H，et al.A step forward study for the exploration of organic-rich shale by using time-frequency electromagnetic method (TFEM)[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2015,54(5):627-634

(編輯:朱文杰)

The feasibility of TDEM in the exploration for rich organic shale reservoir in Southern China

XU Fengjiao1,XIE Xingbing1,ZHOU Lei1,YAN Liangjun1,WANG Zhigang2

(1.YangtzeuUniversity,HubeiCooperativeInnovationCenterofUnconventionalOilandGas,Wuhan430100,China；2.BureauofGeophysicalProspectingINC.,CNPC,Zhuozhou072751,China)

Abstract:Seismic method plays an important role in the shale gas exploration.But at the same time it faces huge challenges because of the rugged topography and complex geological conditions in Southern China.The time domain electromagnetic (TDEM) exploration method could be used as an effective supplement way in the exploration for rich organic shale reservoir because it features deeper exploration depth,high efficiency,low cost and flexible layouts.Complex resistivity measurement and analysis have been carried out based on the samples of shale reservoir which were collected from the outcrops and the cores in Southern China.The results show that the rich organic shale reservoirs in Southern China are characterized by low resistivity and high polarization,and which is the physical basis for the application of TDEM method in rich organic shale exploration.By the research of geological and geophysical characteristics of rich organic shale stratums distributed in Yunnan,Chongqing and Guizhou,combined with the laboratory measurements of complex resistivity,the fusion model of geo-electric and induced polarization of rich organic shale was built.Based on this model,forward modeling of TDEM method under the condition of polarized medium was realized.The result reveals that the apparent resistivity has changed distinctly when there is rich organic shale stratum.This proves that the TDEM method could identify the rich organic shale reservoir more effectivly .

Keywords:time domain electromagnetic (TDEM),shale gas,forward modeling,polarizability,resistivity

文章編號：1000-1441(2016)02-0294-09

DOI:10.3969/j.issn.1000-1441.2016.02.016

中圖分類號：P631

文獻標識碼：A

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(U15621092,41274082)和國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(2013CB228605)資助。

作者簡介：徐鳳姣(1988—),女,碩士在讀,主要研究方向為電法勘探及數(shù)值模擬。通訊作者：謝興兵(1978—),男,講師,主要研究方向為電法勘探及數(shù)值模擬。

收稿日期：2015-09-15;改回日期：2015-12-18。

This research is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos.U15621092,41274082) and the National Key Basic Research and Development Program of China (973 Program) (Grant No.2013CB228605).