大地电磁测深在桂北地区页岩气调查评价中的应用

韦明汛，李世平，漆 剑，黄文芳，陶 毅，杨承丰

(广西壮族自治区地质调查院，广西 南宁 530023)

0 引言

页岩气是一种保存在富有机质泥页岩中的非常规油气资源，是较理想的清洁能源，具有分布广泛、总资源丰富、开采周期长等特点[1]。页岩气早已在美国得到工业化生产，而在我国虽然也逐渐取得了一些突破，但是总体上尚处于探索评价阶段，页岩气的勘探方法及开发技术问题亟需进一步解决[2]。目前传统油气与页岩气探测方法技术以地震勘探为主[3-5]，地震勘探模式已经得到较广泛的应用，夏一军等[6]全面地分析页岩气勘探开发中地球物理技术的应用，区小毅等[7-8]讨论了重、磁、电勘探等地球物理方法在广西桂中地区页岩气勘探中的应用。广西桂北地区海相沉积广泛分布，炭质泥页岩具有较好的生烃条件，具备形成页岩气藏潜力[9-10]，但是该地区地形起伏较大，灰岩广泛出露，喀斯特地貌导致通行障碍物多，使用浅层地震探测条件差，数据采集难度大且质量不高，而大地电磁法探测深度大、对高导层分辨能力强、不受高阻屏蔽，适用于山区复杂地形的页岩气前期勘探[11]。

探测结果表明，本次采用大地电磁法在桂北研究区进行页岩气勘探可基本查明向斜盆地炭质泥页岩目标层的埋深、厚度及分布范围，推断各地层空间展布和断裂构造空间形态特征，为页岩气综合调查评价提供了依据。

1 工区地质概况

1.1 构造

研究区地处桂中坳陷次一级构造带环江浅凹的西南角(图1)，属于晚古生代丹池盆地的重要组成部分，其范围内断裂发育，主体构造线为NNE-近SN向，其西南部因受NW构造叠加，部分褶皱轴由NE向折转为NW向或近EW向，褶皱一般宽阔平缓，中部及东部褶皱宽缓，西部褶皱则较紧密。主要断裂有NW向的丹池断裂、益兰断裂和天峨—东兰断裂，NE向的巴平断裂、下王祥断裂、吾隘断裂、长老断裂和拔贡断裂，NE向断裂多属正断层，少数为逆断层。

1.2 地层

研究区地表主要出露地层为中泥盆统至下石炭统，在向斜核部也有二叠系和三叠系出露。泥盆系有塘丁组、罗富组、榴江组及五指山组，石炭系有鹿寨组、巴平组、南丹组，二叠系有栖霞组、茅口组、四大寨组，其中富含有机质泥页岩的地层主要有鹿寨组、罗富组和塘丁组。在工作区侧岭乡一带鹿寨组厚度较稳定，约为350 m，地表出露的暗色泥页岩厚度一般在200 m以上，为本次研究的重点目标层。

2 地球物理特征

2.1 区域地球物理场特征

研究区的区域地质背景较为复杂(图2)，地质主构造的走向为NW向，区域上布格重力异常和剩余重力异常以重力高为主，其异常形态总体上可体现出区域构造特征及地层的起伏形态，而局部异常特征则对局部地层上凸(下凹)起伏形态和局部地质构造展布形态等有较好的反映，综合推断区域局部重力高为二叠系-泥盆系的沉积岩所致。

研究区的磁异常由西到东主要表现“高-低-高”格局，由北到南磁异常逐渐减小，异常变化较为平缓。航磁 ΔT化极后磁异常从西往东呈“高-低-高”的异常形态，异常形态体现为NW向带状，与区域主构造走向相对应，低磁异常与侧岭向斜对应。从区域上看，磁异常与重力异常具有一定的相似性，均体现为北高南低、东高西低的异常特征。

2.2 岩石电性特征

大地电磁法以岩石的电阻率差异为探测应用前提，而决定物体电阻率差异的主要因素为岩性，根据物性探测经验可知，沉积岩中碳酸盐岩电阻率最高，砂岩、硅质岩次之，泥质岩电阻率最低。据收集的桂西北地区丹池成矿带物性资料，归纳总结该地区不同岩性的电性特征，整理形成了研究区的岩性电阻率参数统计表(表1)。

表1 研究区的岩性电阻率参数统计

根据地层岩性分析，研究区栖霞组(P2q)和茅口组(P2m)主要岩性为灰岩，表现为高阻特征；南丹组(C2Pn)基本上由厚层状的灰岩组成，大埔组(C2d)岩性上以白云岩为主，这两套地层在电性上表现为高阻层；巴平组(C1-2b)主要由灰岩、硅质岩组成，电性上表现为中高阻层；鹿寨组(C1lz)分为三段，各段之间岩性略有差异，混合层岩性上以泥岩、砂岩为主，电性上表现为低阻层；上泥盆统五指山组(D3w)岩性为灰岩，含有泥质，总体上表现出中高阻特性；中泥盆统罗富组(D2l)、塘丁组(D2t)岩性为炭质泥岩、泥岩，反映为中低阻特性。由此可见，本区物探工作的目标层鹿寨组黑色泥页岩层的电性特征与周围地层差异明显，具备开展大地电磁测深的物性条件。

3 工作布置及参数选择

本次物探工作布置3条大地电磁测深条剖面，编号分别为A、B、C (图3)，剖面总长度78 km，物理点数127个，探测深度3000 m。因地形因素影响，实际采用500～1000 m点距。

本次工作投入物探设备为2台V8多功能电磁仪和2台 MTU-5A 大地电磁仪，开工前对仪器开展标定和一致性试验。再进行电道极距试验和采集时长分析，开展了30 m、50 m和80 m 三种不同电道极距的试验，对比发现 50 m 极距的视电阻率曲线形态最为清晰稳定。然后截取4 h、8 h、16 h和20 h时长的数据进行处理，结果显示，时长为16 h和20 h的曲线质量优于其他时长，1 Hz 以上频段的数据曲线达到优良品级，1～0.1 Hz 频段数据曲线达合格品级，满足规范要求和勘探深度要求。综合考虑数据质量、勘探深度以及施工效率，决定采用50 m电极距，数据采集时长不低于16 h。

4 数据处理和反演

首先根据电性参数和地质资料，建立地电模型，通过正演计算，求取理论响应，确定物探异常解释标识，然后进行数据处理和反演。本次主要采用 SSMT2000 软件对原始数据进行预处理，再使用 MT-Editor 软件进行干扰数据剔除、消除曲线的“飞点”，最后使用 MT-Soft2D 软件进行数据圆滑、静态校正、地形改正和反演计算，确定最终的地质推断解释成果，本次采用非线性共轭梯度法进行 TE&TM 联合反演，数据处理解释流程见图4。

5 综合地质解释

5.1 剖面成果分析

本次完成A、B、C三条测线探测，在此以C线综合剖面成果为例进行分析(图5)：测深曲线类型整体上主要为QH型和H型；一维反演断面图由浅到深为高阻-低阻-中高阻-中阻的变化；二维反演断面图为高阻-低阻-中高阻-低中阻的变化，从北西往南东呈逐渐抬升趋势，基本反映了向斜核部至转折端地层扬起的特征。

反演综合分析：顶部高阻层为二叠系和上石炭统的灰岩、白云岩等综合反映，厚800～1800 m；下伏低阻层连续性较好，形态略有起伏，局部出现错断、升降现象，推测为下石炭统的硅质岩、炭质泥页岩的综合反映，整体厚200～500 m；中深部中高阻层起伏形态与上覆低阻层大概一致，推断为中-上泥盆统的瘤状灰岩、泥晶灰岩及硅质岩等综合反映，厚300～800 m；深部的低中阻层则为中泥盆统的炭质泥页岩、钙质泥岩、硅质页岩等综合反映；据局部异常体被切割、呈不连续分布和升降现象，推测出7条断裂构造，其中F4、F6、F8为主要较深大断层，f5、f7、f9、f10为次级断裂。

5.2 综合解释推断

为了能直观地了解研究区的地电特征及断裂构造、目标地层的空间展布形态，现将3条测线的二维反演断面绘制成三维空间立体图(图6)，并绘制鹿寨组底界面等深度推断图(图7)。由图6可知，整体上C线断面形态特征与A线和B线具有一定的相似性及延展性。综合推断目标地层鹿寨组顶界面埋深0～2000 m，底界面埋深0～2500 m，厚200～500 m，其空间形态由南西到北东呈槽型分布特征，自北西至南东一直抬升，与向斜构造形态基本一致。推断了10条断层，其中F1为推断隐伏断层，从空间上看，f5、f7、f9、f10对目标地层展布没有影响，而F1、F2、F3、F4、F6、F8则存在一定的错动作用，可能会对页岩气的存储产生影响。

6 结论

1)本次研究工作利用大地电磁测深技术在桂北地区开展页岩气资源调查探测，能较为准确地反映测区内地层的起伏、厚度以及构造分布特征等，对含有机质泥页岩地层的探测取得较好效果，物探勘查方法选择正确。

2)基本查明了研究区目标层下石炭统鹿寨组炭质泥页岩层的埋深、厚度及空间展布特征，评价了断裂构造对目标层的影响作用，为该地区的页岩气资源综合评价提供了较好的物探勘查依据。

3)物探勘查方法的应用及探测成果，对今后在类似地区开展油气资源调查评价工作具有一定的参考作用。