大巴山弧形断裂带位于四川盆地东北缘, 呈北西— 南东向延伸, 并向南西突出, 由主断裂城口断裂分为南、北两大构造单元, 具有不同岩性地层单元等特征。断裂带由一系列西北— 东西走向的雁列式褶皱和冲断层组成, 褶皱紧密, 断层密集, 地层在地区内大范围呈不连续状断片式形态的空间展布, 是我国南方地表勘探条件与地下地质构造同样复杂的高陡双复杂地区之一^[10]。

城口工区位于大巴山弧形断裂带之内(图1), 勘探难度很高。该地区地表出露复杂, 整体上看, 南西部的出露地层向较新, 北东部出露地层较老, 青白口系— 三叠系地层广泛出露。该地区的主要页岩气储气层为下寒武统水井沱组, 在部分地方有出露, 测井就选择在这些位置。

图1

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	图1 大巴山城口弧形断裂特征[10]

地震勘探主要利用的是介质之间的波阻抗差异。一般而言, 页岩层中的含气量越高, 其速度和密度就越低。地震勘探, 尤其是三维地震勘探, 信息量丰富, 分辨率高, 是页岩气勘探中的主要方法, 但对于复杂地下构造的地区, 难以满足水平层状介质的假设。

城口工区前期在重点区域部署一条二维地震攻关试验线, 试验线过CD1井, 最大炮检距7 200 m, 最大覆盖次数360~420次, 单炮双线接收。但由于客观原因的存在, 地震原始资料的信噪比低, 尽管在后期通过多家单位进行处理解释工作(图2、图3), 仍不能提供准确的地层岩性、断裂等信息, 给储层压裂选层、方案制定、施工设计等带来了不确定性。

图2

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	图2 多家单位的地震叠后时间偏移处理成果示意

图3

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	图3 某单位的最终处理成果示意

测井是对地下地质情况的直接反映, 具有分辨率高、精细测量的特点, 但属于“ 一孔之见” , 特别是在本工区内, 高陡双复杂的地质情况使相距仅200 m的两个测井的勘探结果完全不同, 加上测井的成本相对较高, 无法根据测井资料预测整个工区的油气前景。因此, 本工区内的测井工作主要用来获取准确的地层物性资料, 并对地震、广域电磁法的解释工作进行检验, 辅助地层标定工作等。

CT1井位于地震与广域电磁的试验线上, 井位处水井沱组地层已出露, 井深2 727 m, 其中2 666 m以浅为水井沱组地层, 2 666 m以深为震旦系地层, 通过测井资料中的深侧向电阻率测井和浅侧向电阻率测井可以获得地区内的地层电性参数(表1)。从表中可以看出, 测区的岩石电阻率:黑色泥页岩最低, 约100~200 Ω · m, 硅质岩与硅质泥岩次之, 约700 Ω · m, 白云岩约1 000 Ω · m, 灰岩更高; 其中黑色泥页岩有机碳含量较高, 页岩气含气量较高。这是电磁勘探方法的应用基础。

表1

表1

表1 不同岩性地层物性参数统计 岩性 埋深 m 厚度 m 深侧向电阻率Ω·m 浅侧向电阻率Ω·m 灰黑色泥岩和粉砂质泥岩互层夹少量硅质岩 600~880 280 329 260.4 灰黑色硅质泥岩 880~938 58 263.4 212.8 灰黑色泥岩和粉砂质泥岩互层夹灰黑色灰质泥岩 938~1300 362 394.7 335.3 黑色页岩夹泥岩, 粉砂质泥岩 1300~1416 116 191 175.5 深灰色灰质白云岩和云质灰岩 1416~1604 188 898.4 1029.1 黑色泥页岩, 夹硅质岩 1604~1800 196 118.2 108.2 黑色泥岩和硅质岩互层 1800~1985 185 304.5 282.9 黑色泥岩和灰色白云岩互层 1985~2023 38 270.7 263.5 浅灰色灰岩 2023~2084 61 4469.7 3889.9 灰色白云岩 2084~2192 108 1671.7 1373.4 灰色白云岩和泥岩互层 2192~2213 21 164.7 148.5 黑色泥岩和粉砂质泥岩 2213~2362 149 173.1 160.3 黑色泥岩, 夹少量灰岩 2362~2434 72 295.3 272.5 灰黑色粉砂质泥岩和泥岩互层 2434~2476 42 1119.9 938.4 黑色硅质泥岩和白云岩互层 2476~2508 32 648.6 640.2 黑色硅质岩和硅质泥岩 2508~2666 158 681.2 623.1 灰色硅质白云岩和白云岩 2666~2727 61 203 175.3

表1 不同岩性地层物性参数统计

针对地区内地层大范围呈不连续状断片式形态空间展布的特征, 有必要在野外勘探工作进行之前构造简单模型, 以研究电磁法在理论上是否具备分辨能力。根据地质模型(图4a), 简化设计二维地电模型(图4b), 背景空间为电阻率1 000 Ω · m的带地形均匀半空间, 内部在大量断层的切割下不连续分布电阻率100 Ω · m的异常体(模拟富有机质页岩)。

图4

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	图4 地质模型、地电模型和理论模拟结果

根据图4c可以看出, 在地层呈不连续状断片式形态空间展布的地区, 广域电磁法可以在整体上准确有效地识别出低阻区的存在, 但对小规模地质体的识别能力有限。

广域电磁法是何继善提出的一种新的人工源频率域电磁测深法, 采用人工场源解决了MT天然场源信号微弱的问题。采用广域视电阻率, 在同等条件下最大勘探深度可以达到7 km, 使用伪随机信号, 使频率域电磁法的野外观测效率大大提高^{[11, 12, 13, 14]}, 经过多年的发展, 已经多次被应用于页岩气的勘探, 并且取得较好的效果^[15]。为此, 部署一条广域电磁法试验线, 并与地震试验线重合, 以试验广域电磁法在大巴山弧形断裂带内的复杂地质构造条件下, 是否能够查明测线的地层分布、构造形态、断裂特征, 提供电性分布特征, 并预测油气前景。

广域电磁法试验线长14.2 km, 野外测量中供电端采用1.5 km的场源长度, 12 km的收发距, 供电频率为0.0117~8 192 Hz, 供电电流为110 A; 接收端极距为100 m, 点距为100 m, 靠近测井的测段加密为50 m。资料处理采用 “ 重磁电三维反演成像解释一体化系统” GME_3DI(V4.2)中的广域电磁法数据处理模块^[15]。由于试验线附近的地震勘探采集数据质量较差, 作为约束反演条件用于电磁反演效果较差, 因此主要依靠测井数据对电磁反演进行约束, 以减少体积效应对分辨能力的影响, 提高反演结果的准确度。

本次资料处理基本采用以下步骤:首先对广域电磁法原始数据进行预处理工作, 主要进行滤波去噪等工作; 然后进行一维连续介质反演成像工作, 得到对试验线的初步认识; 接着以一维结果为基础, 结合已知地质、地球物理勘探等资料进行约束, 进行二维层状介质反演成像; 最后基于二维反演结果, 进行地质推断解释。

通过对二维反演结果(图5b)的分析可以作出推断, 成规模的富有机质泥页岩应主要集中于位置①处, 该处低阻区范围较大, 规模较大, 埋深适中, 附近没有较大的断裂带, 盖层保存条件较好, 认为是测线上的首选有利区。测线大号点方向的低阻区域, 低阻区域范围较小, 电阻率相对略高, 附近有断裂带发育, 而且由于只有单条测线的原因, 无法确定低阻区域是否在测线正下方, 故认为是测线上的次级有利区。测线近地表的低阻区域, 电阻率虽然较低, 但低阻区域范围较小, 附近有断裂带发育, 且埋深较浅, 不利于页岩气储气层发育, 故认为是测线上的三级有利区。

图5

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	图5 广域电磁法试验线勘探结果

1) 通过测井资料得出大巴山地区不同地层, 尤其是富有机质黑色泥页岩的岩性和多种物性参数。

2) 高陡双复杂地区, 地震勘探的应用前提难以满足, 原始资料的信噪比较低, 不能提供准确的地层岩性、断裂等信息, 给储层压裂选层、方案制定、施工设计等带来了不确定性。

3) 通过理论计算证明广域电磁法可以在整体上获得成规模页岩气层的准确信息, 试验线的反演结果与测井资料吻合程度较高, 证明广域电磁法在地下断裂极其发育、地层破碎严重地区的适用性与可靠性。

4) 本次试验工作为该地区下一步的三维勘探工作奠定基础。