CSAMT在重慶巫溪地區(qū)頁巖氣勘探上的應(yīng)用

魯 霞，趙 利

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CSAMT在重慶巫溪地區(qū)頁巖氣勘探上的應(yīng)用

魯 霞，趙 利

（四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，成都 610053）

利用可控源音頻大地電磁測深在重慶巫溪地區(qū)頁巖氣勘探試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行勘探，對試驗(yàn)區(qū)各地層巖性的電性特征進(jìn)行分析，劃分各地層單元的埋深及厚度，分析目的層的埋深、厚度及空間分布，對深部構(gòu)造進(jìn)行探測，為尋找頁巖氣有利層位取得了很好的效果。該勘查方法快速高效掌握了深部信息，節(jié)約了時(shí)間和資金，為深部頁巖氣勘探工作提供了依據(jù)。

頁巖氣；CSAMT；勘查；巫溪

頁巖氣是蘊(yùn)藏于頁巖層可供開采的天然氣資源。從震旦紀(jì)到中三疊世，中國南方地區(qū)發(fā)育了廣泛的海相沉積，形成了下寒武統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)五峰組一下志留統(tǒng)龍馬溪組、下二疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)等4套主力烴源巖。南方地區(qū)烴源巖分布廣泛、厚度大，有機(jī)質(zhì)豐富、成熟度高，是頁巖氣發(fā)育最有利層位。研究區(qū)位于南方地區(qū)頁巖氣有利區(qū)，采用CSAMT（可控源音頻大地電磁測深）進(jìn)行頁巖氣勘探試點(diǎn)，取得了較好的效果。

1 工區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于重慶市東北部的巫溪縣境內(nèi)，屬華南地層大區(qū)揚(yáng)子地層區(qū)大巴山分區(qū)巫溪小區(qū)。出露地層主要有：志留系下統(tǒng)新灘組（S1），巖性主要為黃綠色粉砂質(zhì)頁巖；志留系下統(tǒng)羅惹坪組（S1），巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖；志留系中統(tǒng)紗帽組（S2），巖性主要為石英砂巖和粉砂質(zhì)泥巖；二疊系中統(tǒng)的梁山組（P2）、棲霞組（P2）和茅口組（P2），巖性以灰?guī)r為主。

研究區(qū)構(gòu)造位置隸屬于上揚(yáng)子陸塊米倉山-大巴山巫溪凹褶束，在萬源至巫溪一線，向南呈弧形突出。自北而南呈疊瓦式逆沖推覆。研究區(qū)總體構(gòu)造線近于東西走向，受推覆帶向南擠壓的影響。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育了一系列相互平行的褶皺，其背斜軸部伴隨有沖斷。受區(qū)域構(gòu)造影響，研究區(qū)層間褶皺，次級斷裂發(fā)育。褶皺與斷層產(chǎn)狀相近，普遍較陡，近直立，局部地方地層發(fā)生倒轉(zhuǎn)，巖層中常見有小型斷層和褶皺。

2 地球物理特征

巖（礦）石物性資料是CSAMT實(shí)測資料解釋的主要依據(jù)之一。工作中對工區(qū)各地層所含巖性視電阻率參數(shù)進(jìn)行了測量，共計(jì)對九類巖性電阻率參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。研究區(qū)地層相應(yīng)巖性電阻率總體上具有從新至老，高-低-次高-最低-逐漸增高-最高的間替變化特征。下古生界的奧陶系下統(tǒng)中統(tǒng)和寒武系地層厚度大，以白云巖灰?guī)r為主，為高阻層，其值可達(dá)數(shù)萬歐姆。奧陶系中統(tǒng)地層，主要為頁巖與灰?guī)r互層，相對高阻層，部分地層夾頁巖，尤其中統(tǒng)大灣組地層以黃綠色頁巖為主，電阻率為過渡區(qū)。奧陶系中統(tǒng)牯牛潭組至上統(tǒng)臨湘組下部以灰?guī)r為主層厚不大，電阻率有小幅略增，上部奧陶系上統(tǒng)五峰組地層含硅質(zhì)頁巖為主，電阻率較低。志留系下統(tǒng)龍馬溪組地層主要為黑色頁巖夾炭質(zhì)頁巖，電阻率最低，但與其下伏地層所含硅質(zhì)頁巖電性區(qū)分度不大。志留系下統(tǒng)新灘組地層主要含粉砂質(zhì)頁巖，電阻率相較下伏地層有明顯增高。志留系下統(tǒng)羅惹坪組地層含泥質(zhì)粉砂巖夾頁巖，電阻率較下伏地層降低。志留系中統(tǒng)紗帽組地層含石英砂巖為主，電阻率較下伏地層巖性增加比較明顯。二疊系地層含灰?guī)r居多，電阻率較高。

奧陶系五峰組和志留系龍馬溪組為目的層，巖性主要為黑色頁巖、碳質(zhì)頁巖和硅質(zhì)頁巖，電阻率最低，與上下地層電阻率存在明顯差異，為我們推斷目的層提供了依據(jù)。

物性測量統(tǒng)計(jì)表

巖性測量塊數(shù)對應(yīng)地層電阻率變化范圍（Ω.m）電阻率平均值（Ω.m） 石英砂巖32志留系中統(tǒng)紗帽組2372～76854824.87 粉砂質(zhì)泥巖32志留系中統(tǒng)紗帽組194～23911088.39 泥質(zhì)粉砂巖32志留系下統(tǒng)羅惹坪組1101～23641574.77 粉砂質(zhì)頁巖30志留系下統(tǒng)新灘組，奧陶系中統(tǒng)大灣組部分696～46662063.34 黑色頁巖30志留系下統(tǒng)龍馬溪組131～1228484.06 碳質(zhì)頁巖31志留系下統(tǒng)龍馬溪組165～713385.81 硅質(zhì)頁巖30奧陶系上統(tǒng)五峰組362～848634.02 灰?guī)r30奧陶系下統(tǒng)南津關(guān)、紅花園、大灣、牯牛潭、上統(tǒng)寶塔，二疊系中統(tǒng)棲霞組，茅口組及上統(tǒng)3913～4163811376.74 白云巖31奧陶系下統(tǒng)及寒武系地層7146～8376946183.81

3 工作方法及資料處理

根據(jù)研究區(qū)地形及所存在的干擾情況，采用了CSAMT進(jìn)行勘查。該方法工作效率高、探測深度大、分辨率高、受地形影響相對較小、抗干擾性能強(qiáng)。該方法在2km深度范圍內(nèi)，能發(fā)現(xiàn)所有的電阻率差異較大的高、低阻不均勻體。測量儀器為加拿大Phoenix公司生產(chǎn)的V8多功能電法采集系統(tǒng)。本次CSAMT勘探場源采用電偶極源旁側(cè)排列裝置，通過實(shí)驗(yàn)、達(dá)到規(guī)范要求。本次測量工作，確定39個頻率進(jìn)行發(fā)射和接收，每頻率發(fā)射時(shí)間一分鐘。發(fā)射偶極AB：1.8km，測量極距MN：50m，收發(fā)距為13.5km。在發(fā)射電偶極垂線兩側(cè)17.5°范圍內(nèi)的波區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。工作中在試驗(yàn)區(qū)一復(fù)背斜核部的向斜構(gòu)造垂直布置六條CSAMT剖面，測線走向NE20o，大地電磁剖面總長約12km，測量點(diǎn)距50m，測點(diǎn)250個。

室內(nèi)對野外取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)編輯、曲線的圓滑、靜位移校正、空間濾波等；然后是定性與半定量分析。電磁資料定性和半定量解釋的目的是整體了解研究區(qū)電性在縱橫向上的變化規(guī)律，確定地電結(jié)構(gòu)的初步模型，提供電性層的數(shù)目、各層電阻率相對大小關(guān)系及各層厚度的相對變化，為反演奠定基礎(chǔ)。鑒于本次反演要求數(shù)據(jù)量不大，對數(shù)據(jù)精度要求較高，反演方法采用OCCAM反演。

圖1 CSAMT剖面成果解釋圖

4 資料解釋

4.1 典型剖面CSAMT成果解釋

測線全長2.05km，共42個測點(diǎn)，點(diǎn)距50m，測線方位NE20°，自南向北地表出露棲霞組、茅口組、梁山組、紗帽組、羅惹坪組等地層。

剖面橫向上看，淺層1200號點(diǎn)處出現(xiàn)電阻率降低現(xiàn)象。推測該點(diǎn)處為不同電性地層分界，且該點(diǎn)淺層以南電阻率較高，以北電阻率降低。該點(diǎn)地表以南主要出露紗帽組以上地層，巖性主要為灰?guī)r、石英砂巖，電阻率較高。該點(diǎn)地表以北主要出露羅惹坪組地層，巖性以含泥質(zhì)粉砂巖為主，電阻率較低。根據(jù)電性特征推測紗帽組與羅惹坪組界線位于1200點(diǎn)左右。

剖面縱向上大致可以劃分五個電性層：地表往下電性上依次為中高阻—中低阻—中阻—低阻—高阻。綜合地質(zhì)和巖石物性資料推測，可能對應(yīng)棲霞組灰?guī)r及紗帽組石英砂巖—羅惹坪組泥質(zhì)粉砂巖—新灘組粉砂質(zhì)頁巖夾砂巖—龍馬溪組及五峰組頁巖—奧陶系上統(tǒng)和下統(tǒng)灰?guī)r地層。根據(jù)CSAMT剖面結(jié)合地質(zhì)、鉆孔等資料綜合推測，該剖面上棲霞組與紗帽組地層平均厚度為40m，羅惹坪組地層平均厚度推測為20～80m，新灘組地層平均厚度推測為250～350m，目標(biāo)層位以最低阻區(qū)及其與周圍電阻率差異的原則進(jìn)行界定，目標(biāo)層龍馬溪組與五峰組低阻層厚度為30m～90m，平均厚度為50m。

圖1顯示了該線地層及深部地層頂?shù)酌嫫鸱螒B(tài)的推斷情況，下伏地層褶皺形態(tài)較清晰，體現(xiàn)出該地區(qū)強(qiáng)烈水平擠壓的構(gòu)造環(huán)境，地層起伏受向斜構(gòu)造與背斜構(gòu)造控制。根據(jù)電性差異推測志留系下統(tǒng)新灘組至寒武系可能存在斷層將粉砂質(zhì)頁巖層切斷，斷裂可能影響下伏低阻層的連續(xù)性。

4.2 目的層系的研究

中國南方地區(qū)發(fā)育了廣泛的海相沉積，形成了五峰組一龍馬溪組，下二疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)等4套主力烴源巖。重慶巫溪地區(qū)頁巖層廣泛分布，主要為五峰組一龍馬溪組。由于巫溪地區(qū)隸屬于上揚(yáng)子陸塊米倉山-大巴山巫溪凹褶束，斷裂構(gòu)造相當(dāng)發(fā)育，局部地區(qū)奧陶系已出露，研究區(qū)選區(qū)地表無斷裂發(fā)育，地層相對穩(wěn)定的一向斜構(gòu)造區(qū)來研究。目的層五峰組一龍馬溪組主要巖性為黑色頁巖、碳質(zhì)頁巖和硅質(zhì)頁巖，電阻率值最低，平均500Ω.m左右，與上下地層電阻率存在明顯差異。根據(jù)研究區(qū)布設(shè)的6條CSAMT剖面反演結(jié)果分析目的層空間分布特征（圖2）是：目的層厚度在東西向主構(gòu)造向斜構(gòu)造附近厚度相對較厚，50～85m；在次要構(gòu)造背斜構(gòu)造附近厚度最薄，25～50m。由于研究區(qū)深部隱伏構(gòu)造活動強(qiáng)烈，頁巖層厚度變化范圍大。目的層的埋深受地形和構(gòu)造影響，根據(jù)目的層底板埋深分布圖（圖3）可知，研究區(qū)頁巖層段底板埋深多在400m以淺，最深550m左右。埋深大于500m的區(qū)域很小，頂板埋深更淺。蓋層主要為棲霞組灰?guī)r，紗帽組石英砂巖，羅惹坪組泥質(zhì)粉砂巖，新灘組粉砂質(zhì)頁巖夾砂巖等。蓋層平均厚350m左右，較薄。該區(qū)隱伏構(gòu)造發(fā)育，蓋層局部斷穿，對頁巖氣保存不利。

圖2 目的層厚度空間分布圖

圖3 目的層底板埋深空間分布圖

根據(jù)國土資源部《頁巖氣資源潛力評價(jià)方法與有利區(qū)優(yōu)選操作手冊》有利區(qū)埋深介于500m～4500m間、厚度大于20m的含氣泥頁巖層段分布區(qū)，避開斷裂等構(gòu)造。根據(jù)手冊分析研究區(qū)，研究區(qū)頁巖厚度雖滿足要求，但研究區(qū)頁巖埋深不足500m，蓋層較薄，且隱伏構(gòu)造發(fā)育，單層可能斷穿蓋層，研究區(qū)不屬于頁巖有勘探的有利區(qū)。

5 結(jié)論

根據(jù)巖石物性測量及可控源音頻大地電磁測深剖面，查明了勘查區(qū)的深部電性結(jié)構(gòu)特征，分析各巖性單元電性特征，識別并劃分出各填圖單元及空間分布狀態(tài)，對深部構(gòu)造的反應(yīng)效果較好；分析了目的層志留系下統(tǒng)龍馬溪組（S1）及奧陶系上統(tǒng)五峰組（O3）黑色頁巖層段的埋深厚度及空間分布，為地質(zhì)工作提供依據(jù)。鑒于奧陶系上統(tǒng)五峰組埋深較淺，多數(shù)地方小于500m，構(gòu)造復(fù)雜斷裂褶皺較多，建議向深部上震旦統(tǒng)陡山沱組勘探。

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The Application of CSAMT to the Exploration of Shale Gas in the Wuxi Region, Chongqing

LU Xia ZHAO Li

（Sichuan Institute of Nuclear Geology, Chengdu 610052）

This study uses CSAMT for exploring in the shale gas exploration test area, analyzing the electrical characteristics of different lithologic rocks, determining the buried depth, thickness and distribution of every stratigraphic units as well as deep structure in the test area. This method is very effective for deep shale gas exploration.

CSAMT; shale gas; exploration; Wuxi

2018-05-09

富有機(jī)質(zhì)頁巖空隙特征對頁巖氣吸附能力的影響分析，項(xiàng)目編號：2017JY0119

魯霞（1984-），女，四川鄰水人，碩士，工程師，主要從事地球物理勘查相關(guān)工作

P631.2

A

1006-0995（2018）04-0610-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.04.017