張春賀，劉雪軍，何蘭芳，何委徽，周印明，朱永山，崔志偉，鄺錫漢

1 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京 100029

2 中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司，河北 涿州 072751

3 江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八一四隊(duì)，南京 210007

1 引 言

頁(yè)巖為典型的細(xì)粒沉積巖石，由粉砂和黏土級(jí)顆粒經(jīng)壓實(shí)作用而形成，是全球大多數(shù)常規(guī)油氣藏的主要源巖或封蓋層.頁(yè)巖氣產(chǎn)自極低孔滲的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)集系統(tǒng)中.頁(yè)巖氣于1821年在美國(guó)東部阿帕拉契亞盆地紐約州Chautauga縣泥盆系Perrysbury組Dunkirk黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中被發(fā)現(xiàn)［1－2］.頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)，起源于美國(guó)，在美國(guó)成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，正在不斷顯現(xiàn)出改變美國(guó)乃至世界能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)、地緣政治格局的趨勢(shì).

我國(guó)在2011年底，已經(jīng)將頁(yè)巖氣列為第172個(gè)獨(dú)立礦種.逐步實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣資源的有效開(kāi)發(fā)，對(duì)于提高我國(guó)能源安全保障、優(yōu)化能源供給配置結(jié)構(gòu)、促進(jìn)環(huán)境保護(hù)，都具有積極的現(xiàn)實(shí)意義.

頁(yè)巖氣勘探，是當(dāng)今能源勘探領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一.與國(guó)外相比，我國(guó)還處于頁(yè)巖氣勘探起步階段，目前在頁(yè)巖氣領(lǐng)域的工作內(nèi)容，主要集中在資源調(diào)查評(píng)價(jià)、有利區(qū)優(yōu)選、先導(dǎo)區(qū)試驗(yàn).在當(dāng)前乃至今后若干年時(shí)間內(nèi)，我國(guó)頁(yè)巖氣工作的主要內(nèi)容，仍然還是以進(jìn)一步準(zhǔn)確獲得富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系分布的埋深、厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)成熟度、含氣性、頁(yè)巖巖石力學(xué)性質(zhì)、頁(yè)巖物性、頁(yè)巖礦物成分等關(guān)鍵地質(zhì)要素作為主要重點(diǎn).

由于我國(guó)復(fù)雜的地質(zhì)背景，必然導(dǎo)致了頁(yè)巖氣形成與富集地質(zhì)條件的復(fù)雜.針對(duì)我國(guó)地質(zhì)條件開(kāi)展頁(yè)巖氣地球物理勘探技術(shù)攻關(guān)，研究總結(jié)識(shí)別富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系的地球物理分布特征，無(wú)疑是做好資源調(diào)查評(píng)價(jià)、有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選工作的關(guān)鍵和重要基礎(chǔ).

非地震勘探，特別是電法勘探技術(shù)在盆地基底結(jié)構(gòu)研究、油氣資源勘探、環(huán)境和工程領(lǐng)域等都發(fā)揮出了重要的作用.近二十年來(lái)，電法在油氣勘探中正逐步由區(qū)域勘探走向目標(biāo)勘探，并取得一系列可喜的成果［3－8］.

北美地區(qū)，主要采取地震和鉆井技術(shù)進(jìn)行頁(yè)巖氣勘探.德國(guó)在北德盆地，嘗試了利用大地電磁勘探直接獲得頁(yè)巖的分布，通過(guò)二維電阻率反演，在剖面北部近9km深度左右發(fā)現(xiàn)了低阻的頁(yè)巖厚度及電性差異分布［9］.南非在Karoo地區(qū)，采用大地電磁技術(shù)，對(duì)頁(yè)巖的勘探也取得了較好的效果［10］.

我國(guó)目前重點(diǎn)開(kāi)展海相頁(yè)巖氣勘探的區(qū)域主要位于包括四川、重慶、貴州幾個(gè)省區(qū)在內(nèi)的上揚(yáng)子地區(qū).上述地區(qū)大多以山地地形為主，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，地震地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，地面出露的巖層年代一般較老，主要為奧陶系、二疊系灰?guī)r及上三疊統(tǒng)石英砂巖，激發(fā)條件較差，由于頁(yè)巖層位上覆和下伏構(gòu)造復(fù)雜，波阻抗差小，反射能量弱，共同導(dǎo)致我國(guó)目前所開(kāi)展的頁(yè)巖氣地球物理勘探效果整體還不夠理想，綜合勘探成本還較高［11－15］.我國(guó)如何在頁(yè)巖氣勘探的早期工作中檢驗(yàn)電法勘探技術(shù)對(duì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系識(shí)別的有效性，充分發(fā)揮非地震勘探技術(shù)效率高、成本低的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是在頁(yè)巖氣勘探起步階段亟待解決的重要問(wèn)題之一.

“全國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力調(diào)查評(píng)價(jià)及有利區(qū)優(yōu)選”項(xiàng)目，2011、2012兩個(gè)年度在四川盆地南部筠連地區(qū)，相繼開(kāi)展了頁(yè)巖氣時(shí)頻電磁法二維、三維勘探試驗(yàn)研究工作，所取得的成果表明，時(shí)頻電磁法能夠有效地應(yīng)用于頁(yè)巖氣勘探.

2 勘探試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)特征

勘探試驗(yàn)區(qū)位于四川盆地川南低陡褶皺帶南緣（圖1）.四川盆地屬中國(guó)華南型地層，區(qū)域上地層發(fā)育完整，前震旦系至第四系均有出露，古生界－新生界沉積蓋層厚度約為6000～12000m，志留系現(xiàn)今殘余厚度約為0～1200m［16］.由于具有充足的烴源巖和良好的保存條件，四川盆地是我國(guó)西部重要的含油富氣盆地，勘探潛力巨大［17］.

2007年以來(lái)，包括國(guó)土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)在內(nèi)的相關(guān)科研單位陸續(xù)在四川盆地開(kāi)展了頁(yè)巖氣勘探工作.目前四川盆地頁(yè)巖氣勘探的區(qū)塊主要集中在川南資陽(yáng)—威遠(yuǎn)氣區(qū)、川南宜賓—長(zhǎng)寧地區(qū)、川東重慶—永川地區(qū).通過(guò)淺井地質(zhì)鉆探并進(jìn)行巖芯取樣測(cè)試，獲得了頁(yè)巖氣含氣量、有機(jī)質(zhì)豐度等相關(guān)地質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)，這些成果的取得，對(duì)于研究四盆地頁(yè)巖氣儲(chǔ)層特征、資源狀況、賦存規(guī)律均有重要作用［18］.

采用時(shí)頻電磁法進(jìn)行頁(yè)巖氣勘探的研究區(qū)，位于四川盆地川南低陡褶皺帶南緣，是華鎣山斷褶帶向西南延伸、呈帚狀撒開(kāi)的雁行式低背斜群，在加里東為坳陷區(qū)，印支期為瀘州古隆起的主體部分，是中生代以來(lái)的隆起區(qū).川南低陡褶皺帶發(fā)育NE向、EW向和SN向3組構(gòu)造，各組構(gòu)造之間相互影響，呈反接或斜接復(fù)合［19］.

圖1 川南低陡褶帶構(gòu)造綱要及時(shí)頻電磁試驗(yàn)區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖（a）川南低陡褶皺帶構(gòu)造綱要圖；（b）2011年度時(shí)頻電磁試驗(yàn)測(cè)線分布圖.Fig.1 Structural characteristics（a）and the TFEM exploration lines（b）at the southern Sichuan Basin

在整個(gè)下古生代，川南地區(qū)長(zhǎng)期處于川黔坳陷之中，北面為樂(lè)山—龍女寺古隆起，南面為黔中古陸.至志留紀(jì)末，受廣西運(yùn)動(dòng)影響抬升為陸，遭受剝蝕，下古生界首次褶皺變形，成為后期古構(gòu)造發(fā)展的雛形，并定型最后構(gòu)造.現(xiàn)今構(gòu)造以華鎣山背斜為主體，向南逐漸分支，包括溫塘峽—臨峰場(chǎng)、瀝鼻峽—六合場(chǎng)、東山—壇子壩、西山—龍洞坪、古佛山—南井、螺觀山—廣福坪、青山嶺—雙河場(chǎng)等構(gòu)造帶.

滇黔北斷褶帶從印支期開(kāi)始，隨著上揚(yáng)子地區(qū)持續(xù)褶皺抬升，滇東黔北地區(qū)逐漸形成由6個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元組成，南高北低的復(fù)雜斷褶帶，以背斜構(gòu)造帶為主體，向斜居次.在北部靠近四川盆地邊緣區(qū)，構(gòu)造基本呈東西走向.在中南部地區(qū)，構(gòu)造總體呈北東—南西走向.另外，地表?xiàng)l件與兩種構(gòu)造類(lèi)型相對(duì)應(yīng)，寬緩背斜區(qū)一般為丘陵或平壩，窄陡向斜區(qū)一般為山地.

勘探研究區(qū)內(nèi)地層自上而下分下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組和銅街子組，上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖組、下二疊統(tǒng)茅口組、棲霞組和梁山組，中志留統(tǒng)大路寨組、嘶風(fēng)崖組和下志留統(tǒng)龍馬溪組和黃葛溪組、上奧陶統(tǒng)五峰組、下奧陶統(tǒng)湄潭組.下志留統(tǒng)龍馬溪組和上奧陶統(tǒng)五峰組是四川盆地開(kāi)展頁(yè)巖氣勘探的主要目的層之一［20－22］.

3 勘探研究區(qū)物性特征

通過(guò)對(duì)研究區(qū)開(kāi)展露頭標(biāo)本測(cè)定和鉆孔資料分析，區(qū)內(nèi)巖石物性特征1）張春賀，何蘭芳，趙國(guó)等.富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系非地震勘探技術(shù)2011年度研究成果報(bào)告.國(guó)土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心，2012.見(jiàn)表1，按地層統(tǒng)計(jì)后的地層物性特征如表2所示.

從巖石物性特征上看，頁(yè)巖相對(duì)灰?guī)r、泥巖和玄武巖而言，具有典型的低密度、低磁性、低電阻特征，而頁(yè)巖的高極化率特征可能是由于其富含有機(jī)質(zhì)成分而產(chǎn)生的.可以看到，利用電磁法從電性和極化性兩個(gè)方面研究頁(yè)巖層的分布，進(jìn)而研究富有機(jī)質(zhì)層系的范圍，具有很好的物性基礎(chǔ).

從地層的物性分析可以看出，研究區(qū)主要目的層志留系龍馬溪組和奧陶系五峰組有以下特征：平均密度2.53g／cm3，平均磁化率28.9×10－5SI，干巖石平均電阻率287Ωm，百分頻散率4.87.具有低密度、低磁化率、低電阻率、高極化率的特征.

表1 研究區(qū)不同巖石干巖樣品的物性測(cè)定結(jié)果Table 1 Measurement results of the physical properties of the different dry rock samples at the TFEM exploration area

表2 研究區(qū)地層物性參數(shù)表Table 2 The physical parameters of the formation at the TFEM exploration area

依據(jù)研究區(qū)地層的電性特征，研究區(qū)奧陶系往上分為五個(gè)電性層，分別為：第一電性層：包括三疊系銅街子組（Tj）、三疊中下統(tǒng)地層、二疊系上統(tǒng)等三套地層，表現(xiàn)相對(duì)低阻特征，其中銅街子組地層干巖樣為高阻特征，但本套巖溶發(fā)育、厚度較小，在第一電性層中主要表現(xiàn)為低阻特征.第二電性層：包括二疊系中下統(tǒng)灰?guī)r和玄武巖等3套地層，表現(xiàn)相對(duì)高阻特征，其中二疊系玄武巖在整個(gè)第二電性層中電阻率相對(duì)較低.第三電性層：志留系羅惹坪組一段和二段，一段地層主要為低阻地層，二段電阻率相對(duì)較高，整體上第三電性層表現(xiàn)為相對(duì)低阻.第四電性層：包括志留系龍馬溪組和奧陶系五峰組地層，本層是本研究區(qū)的主要目的層，具有明顯的低阻和高極化特征，具有良好的時(shí)頻電磁法勘探前提.第五電性層：包括奧陶系中下統(tǒng)和寒武系上統(tǒng)灰?guī)r，電性特征為高阻特征.

4 電性異常數(shù)值模擬1）

為研究電法勘探探測(cè)深埋富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的可行性，研究電磁勘探法對(duì)低阻薄層有較強(qiáng)的識(shí)別能力，我們依據(jù)本區(qū)地層的電性結(jié)構(gòu)特征，設(shè)置了3個(gè)不同的數(shù)值模擬模型，分別為：

模型1：發(fā)育牛蹄塘、龍馬溪組頁(yè)巖（包含兩套低阻頁(yè)巖）；

模型2：發(fā)育龍馬溪組，不發(fā)育牛蹄塘頁(yè)巖（包含一套低阻頁(yè)巖）；

模型3：不發(fā)育牛蹄塘、龍馬溪組頁(yè)巖（不發(fā)育低阻頁(yè)巖）.

所有模型的背景特征為：總體上為包含兩條低幅斷裂的背斜模型，共包含7個(gè)主要電性層：第一電性層，電阻率100Ωm，中心位置厚度700m，代表三疊系和二疊系上統(tǒng)砂巖地層；第二電性層，電阻率20Ωm，中心位置厚度200m，代表二疊系上統(tǒng)煤層；第三電性層，電阻率1500Ωm，中心位置厚度700m，代表二疊系中下統(tǒng)火成巖和灰?guī)r層；第四電性層，電阻率20Ωm，中心位置厚度200m，代表志留系羅惹坪組上段泥頁(yè)巖；第五電性層，電阻率100Ωm，中心位置厚度200m，代表志留系羅惹坪組下段砂巖；第六電性層，中心位置厚度200m，代表志留系上統(tǒng)，本套地層在模型1和模型2中的電阻率為10Ωm，代表龍馬溪組，在模型3中，電阻率為100Ωm，為假定不發(fā)育龍馬溪組替代發(fā)育的砂巖；第七電性層，為奧陶系和寒武系灰?guī)r（本次模擬基底地層），電阻率為1000Ωm，在模型1中，夾一套厚約300m的寒武系牛蹄塘組頁(yè)巖，電阻率為10Ωm.

圖2為一維模擬結(jié)果，如圖所示，模擬電阻率曲線中，模型3和模型2、模型1的模擬結(jié)果曲線形態(tài)有明顯的差異，表明電磁勘探法對(duì)低阻薄層有較強(qiáng)的識(shí)別能力.模型1和模型2的模擬結(jié)構(gòu)形態(tài)和數(shù)值比較接近，表明電磁勘探法不易分辨多套薄層低阻頁(yè)巖.

圖2 研究區(qū)不同地電模型的一維模擬結(jié)果Fig.2 The simulations of different geoelectric models（1D）at the TFEM exploration area

圖3為二維模擬結(jié)果.從結(jié)果可以看出，模擬計(jì)算的剖面整體形態(tài)（圖3b）和模型的形態(tài)（圖3a）基本一致，表明數(shù)值模擬結(jié)果總體可靠.在模型中加入龍馬溪組頁(yè)巖（模型2）后，模擬結(jié)果中出現(xiàn)兩套明顯的低阻電性層，低阻層的埋深比模型設(shè)置的電性層埋藏深度低約200m，在電磁測(cè)深法的深度誤差范圍內(nèi).

差分處理（圖4右上）結(jié)果表明：2000m埋深的200m厚的10Ωm的低阻層（相對(duì)于研究區(qū)龍馬溪組）能形成3倍以上的地面觀測(cè)異常.模擬結(jié)果揭示，在設(shè)置了龍馬溪組低阻地層的模型中加入寒武系牛蹄塘組頁(yè)巖，能引起一定的電阻率異常，但異常的規(guī)模不大，差分處理（圖4右下）結(jié)果表明：在以模型2為背景模型的基底灰?guī)r中加入埋深為3000m，厚度為200m、電阻率為10Ωm的低阻頁(yè)巖引起的電阻率相對(duì)異常規(guī)模為20%～30%.

5 時(shí)頻電磁方法與數(shù)據(jù)采集和處理

5.1 時(shí)頻電磁法介紹

圖3 研究區(qū)不同地電模型的二維模擬結(jié)果上為模型3及正演結(jié)果，中為模型2及正演結(jié)果，下為模型1及正演結(jié)果.Fig.3 The simulations of different geoelectric models（2D）at the TFEM exploration areaUpper：Model 3and the forward result，middle：Model 2and the forward result，below：Model 1and the forward result.

圖4 研究區(qū)不同地電模型的模擬變化結(jié)果上：模型3相對(duì)模型2；中：模型3相對(duì)模型1；下：模型2相對(duì)模型1.Fig.4 The change simulations of different geoelectric models at the TFEM exploration areaUpper：model 3vs.2；middle：model 3vs.1；below：model 2vs.1.

時(shí) 頻 電 磁 法 （Time－frequency electromagnetic methods），是在可控源音頻大地電磁測(cè)深法（CSAMT）和長(zhǎng)偏移距瞬變電磁法（LOTEM）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)電磁勘探法.時(shí)頻電磁法的優(yōu)勢(shì)是將時(shí)間域與頻率域電磁勘探方法結(jié)合在一起，其工作方式類(lèi)似于地震勘探，分發(fā)射和接收兩部分.發(fā)射端采用長(zhǎng)導(dǎo)線源，利用大功率發(fā)電機(jī)供電，具有大功率激發(fā)探測(cè)深度大、信噪比高的特點(diǎn)，特別是采用大功率長(zhǎng)周期信號(hào)激發(fā)有利于研究油氣目標(biāo)的極化響應(yīng).接收端利用采集站連續(xù)高頻采樣，同時(shí)采集電場(chǎng)和磁場(chǎng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)傅里葉分析獲得頻率域信息，其中的低頻信號(hào)可以進(jìn)行時(shí)間域處理，低頻時(shí)間衰減曲線記錄了測(cè)點(diǎn)處由淺至深的電性變化信息，一次性采集到的時(shí)間域和頻率域信號(hào)，為兩者聯(lián)合處理解釋，進(jìn)而提取和探測(cè)目標(biāo)層位的電阻率和激電異常特征信息提供了最佳可能.

依據(jù)發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)布設(shè)的空間相對(duì)關(guān)系，可將時(shí)頻電磁法分為地面時(shí)頻電磁法、井－地時(shí)頻電磁法、地－井時(shí)頻電磁法和井間時(shí)頻電磁法四類(lèi).發(fā)射源與接收站的距離即偏移距（又稱收發(fā)距）與要探測(cè)的目標(biāo)深度及研究區(qū)地質(zhì)條件有關(guān)，根據(jù)技術(shù)規(guī)程要求本研究區(qū)為5～10km，接收系統(tǒng)采用排列式接收，每個(gè)排列為12～24道，利用250kw發(fā)電機(jī)供電，野外施工布置見(jiàn)圖5［23－25］.

5.2 數(shù)據(jù)采集與處理

野外共完成時(shí)頻電磁法測(cè)線2條，剖面總長(zhǎng)20km，物理點(diǎn)202個(gè)，勘探試驗(yàn)野外采集布設(shè)如圖1b所示.

數(shù)據(jù)采集工作包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理、后期資料處理兩部分.

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理在研究區(qū)野外采集小組營(yíng)地完成.每天的采集工作結(jié)束后，資料采集人員將采集到的數(shù)據(jù)交給資料現(xiàn)場(chǎng)處理人員，處理員將資料進(jìn)行原始數(shù)據(jù)備份、現(xiàn)場(chǎng)資料處理.現(xiàn)場(chǎng)處理主要分以下幾個(gè)部分：（1）資料準(zhǔn)確性校對(duì)；（2）資料預(yù)處理；（3）數(shù)據(jù)去噪.

后期資料處理又分為時(shí)間域資料處理和頻率域處理兩大部分，圖6為資料處理流程：

時(shí)間域數(shù)據(jù)處理主要分為初步處理、求取地電參數(shù)、反演及地質(zhì)層位標(biāo)定等幾個(gè)階段：

（1）初步處理：包括對(duì)記錄信號(hào)進(jìn)行回放顯示、頻譜分析和同步疊加.通過(guò)回放顯示，可以了解野外記錄的數(shù)據(jù)品質(zhì)和噪聲水平.

（2）求取地電參數(shù)：求算每個(gè)測(cè)點(diǎn)的綜合地電參數(shù)，即確定任意源區(qū)的視電阻率ρ（t）和縱向電導(dǎo)S（t）.

（3）反演處理及地質(zhì)層位標(biāo)定：對(duì)所獲得的視電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行深度反演，獲得電阻率信息，可以給出地下介質(zhì)電阻率隨深度的變化規(guī)律，提供了地層縱橫向定量的電性變化規(guī)律，較準(zhǔn)確地反映了地層起伏形態(tài)和地電結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律.

解釋時(shí)頻電磁資料前，需要利用已知資料對(duì)電阻率反演結(jié)果和各種異常信息進(jìn)行地質(zhì)層位標(biāo)定，其目的是建立已知資料—反演結(jié)果—電性異?！刭|(zhì)層位之間的關(guān)系.

頻率域資料處理分為三個(gè)階段：

（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理：包括對(duì)記錄信號(hào)進(jìn)行回放顯示、頻譜分析和同步疊加.通過(guò)回放顯示，可以了解野外記錄的數(shù)據(jù)品質(zhì)和噪聲水平，進(jìn)行去噪處理.同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，建立測(cè)區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù).

（2）異常信息提取：在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，利用激發(fā)電流數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，去除干擾頻點(diǎn)和畸變點(diǎn)，求取各點(diǎn)振幅和相位，并進(jìn)一步利用振幅和相位數(shù)據(jù)處理振幅異常和相位異常.

（3）利用地震層位約束進(jìn)行電阻率反演和極化率反演.

6 勘探效果分析1）

6.1 電阻率（R）異常特征分析

圖7和圖8為對(duì)01線和02線的約束反演剖面，剖面總體電性異常有如下特征：第一，電性層總體上變化平緩，界面連續(xù)，說(shuō)明本區(qū)地層、特別是淺部地層發(fā)育平穩(wěn).第二，兩條剖面總體電性結(jié)構(gòu)具有類(lèi)似的特征，自上而下總體上表現(xiàn)出高低相間的電性結(jié)構(gòu)，自南向北高阻基底逐漸抬升.第三，在－2000高程以下，兩條剖面電性結(jié)構(gòu)特征有明顯的差異，主要是02線深部高阻在北段急劇抬升，1線中部高阻自南向北逐步抬升，沒(méi)有突變抬升.考慮到2線北端已進(jìn)入煤礦開(kāi)采區(qū)，預(yù)計(jì)受到了一定的干擾.

電阻率反演剖面（圖7，圖8）顯示電性層從上至下依次呈現(xiàn)為次高—低—次高—低—高—低—高，變化規(guī)律與電測(cè)井曲線反映的趨勢(shì)基本一致，三疊系銅街子組高于下三疊系、上二疊系電阻率，下二疊表現(xiàn)為次高阻，志留系羅惹坪組上段表現(xiàn)為低阻、下段表現(xiàn)為高阻，主要勘探目的層志留系龍馬溪組和奧陶系五峰組表現(xiàn)為低阻，奧陶系往下整體為高阻，但有巨厚的低阻夾層，推測(cè)為寒武系泥頁(yè)巖的電性反映.反演電阻率剖面揭示電性層變化規(guī)律與物性資料一致.

圖7 01線電阻率約束反演與疊合解釋剖面圖Fig.7 The constraints inversion of Resistivity and overlapping explain profiling（line 01）

區(qū)內(nèi)主要斷層在01線和02線的電性剖面上都有明顯的表現(xiàn)，主要表現(xiàn)為電阻等值線扭曲和相對(duì)低阻異常.

6.2 激電（IP）異常特征分析

時(shí)頻電磁法的優(yōu)勢(shì)之一就是能夠在提供探測(cè)目標(biāo)電阻率信息的同時(shí)，還能提供探測(cè)目標(biāo)的激電異常分布.

圖9和圖10為01線和02線層約束后的激電異常剖面.通常，激電異常反映的深度為視深度，和電性層的深度有關(guān)，但并非嚴(yán)格對(duì)應(yīng).兩條剖面總體激電異常特征為：第一，激電異常橫向變化相對(duì)平緩，界面較連續(xù)，說(shuō)明各電性層具有類(lèi)似的激電特征.第二，兩條剖面激電異常結(jié)構(gòu)具有類(lèi)似的特征，總體上有縱向分層的特點(diǎn).自上而下表現(xiàn)為高低相間的激電異常結(jié)構(gòu)，自南北向盆地中心，激電異常升高.激電異常剖面和電阻率反演剖面（圖7、圖8）有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，二疊系玄武巖、志留系羅惹坪組上段表現(xiàn)為中等激電異常，下三疊系泥巖、下二疊灰?guī)r、奧陶系和寒武系灰?guī)r表現(xiàn)為低極化異常特征，而勘探目的層志留系龍馬溪組和奧陶系五峰組表現(xiàn)為極高的極化率.

與常規(guī)激電勘探方法不同，時(shí)頻電磁法分析探區(qū)由淺至深的激電異常，通過(guò)異常的相對(duì)變化判定富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖或含油氣巖體的有機(jī)質(zhì)相對(duì)富集情況.雖然這類(lèi)方法在多個(gè)探區(qū)有不少成功的案例，但總體上，基于時(shí)頻電磁法的激電異常分析頁(yè)巖層系富有機(jī)質(zhì)的分布還有許多理論和實(shí)踐問(wèn)題有待深入研究.

采用電磁勘探法對(duì)低阻地質(zhì)體具有較強(qiáng)的發(fā)現(xiàn)能力，由于富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖具有較低的電阻率和相對(duì)較高的激電率，因而具備了較好的時(shí)頻電磁法工作前提.同時(shí)由于時(shí)頻電磁采用大功率發(fā)射系統(tǒng)，相對(duì)于被動(dòng)源電磁勘探法，采集數(shù)據(jù)具有較高的信噪比，有利于區(qū)分地下目標(biāo)的激電異常特征.因而，時(shí)頻電磁法能夠在富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖勘探試驗(yàn)中取得較好的效果.

7 結(jié) 論

對(duì)于還同時(shí)具備其它相關(guān)參考資料，特別是油氣地震資料約束的勘探地區(qū)，電法勘探的體積效應(yīng)能得到最大程度的克服，由此，時(shí)頻電磁法在面向富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系勘探工作中所發(fā)揮到的作用，有望實(shí)現(xiàn)從區(qū)域勘探過(guò)度為目標(biāo)勘探的轉(zhuǎn)換，即可用于直接含油氣性探測(cè).相對(duì)于大地電磁法近50年的發(fā)展歷程，時(shí)頻電磁法僅有不超過(guò)10年的發(fā)展過(guò)程，本方法在油氣勘探效果和應(yīng)用領(lǐng)域上，還有較大的發(fā)展?jié)摿?

圖10 02線極化率反演剖面Fig.10 The inversion profiling of induced polarization（line 02）

采用時(shí)頻電磁法在四川盆地南部地區(qū)開(kāi)展的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系勘探試驗(yàn)表明：（1）富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系的時(shí)頻電磁異常模式為低阻—高極化模式；（2）時(shí)頻電磁法不僅能獲得反映地電結(jié)構(gòu)的電阻率反演剖面，還可以同時(shí)獲得反映頁(yè)巖層系有機(jī)質(zhì)富集程度的激發(fā)極化異常；（3）研究區(qū)內(nèi)部分地段龍馬溪組（含奧陶系五峰組）電阻率相對(duì)異常大于20%，激電率異常大于20%，埋深約2000m，初步可以評(píng)價(jià)為富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖有利分布區(qū).

本項(xiàng)工作在2011年度取得上述研究認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，于2012年度在同一地區(qū)，按照三維思路，繼續(xù)系統(tǒng)開(kāi)展了時(shí)頻電磁法勘探試驗(yàn).根據(jù)三維勘探試驗(yàn)，在試驗(yàn)區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系分布、有利目標(biāo)區(qū)分布預(yù)測(cè)兩方面，都取得了進(jìn)一步的成果認(rèn)識(shí).可以預(yù)見(jiàn)，采用時(shí)頻電磁法技術(shù)在進(jìn)行富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系勘探中，可能將會(huì)發(fā)揮出較大的實(shí)際應(yīng)用效果.

（References）

［1］《頁(yè)巖氣地質(zhì)與勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐叢書(shū)》編委會(huì).北美地區(qū)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)新進(jìn)展.北京：石油工業(yè)出版社，2009.Editorial Committee of the Book“Series of Shale Gas Geology and Its Exploration and Development Practice”. New Progress Made in Exploration and Development of Shale Gas in North America（in Chinese）.Beijing：Petroleum Industry Press，2009.

［2］《頁(yè)巖氣地質(zhì)與勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐叢書(shū)》編委會(huì).中國(guó)頁(yè)巖氣地質(zhì)研究進(jìn)展.北京：石油工業(yè)出版社，2011.Editorial Committee of the Book“Series of Shale Gas Geology and Its Exploration and Development Practice”.Research Progress of Shale Gas Geology in China （in Chinese）.Beijing：Petroleum Industry Press，2011.

［3］劉光鼎，郝天珧，劉伊克.重磁研究對(duì)認(rèn)識(shí)盆地的意義.地球物理學(xué)進(jìn)展，1996，11（2）：1－15.Liu G G，Hao T Y，Liu Y K.The significance of gravity and magnetic research for knowing sedimentary basins.Progress in Geophysics （in Chinese），1996，11（2）：1－15.

［4］郝天珧，徐亞，周立宏等.前新生代殘留盆地宏觀分布的綜合地球物理研究——以大港地區(qū)為例.地球物理學(xué)報(bào)，2008，51（2）：491－502.Hao T Y，Xu Y，Zhou L H，et al.Integrated geophysical research on macroscopic distribution of Pre－Cenozoic residual basins—A case in Dagang area.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2008，51（2）：491－502.

［5］楊輝，文百紅，戴曉峰等.火山巖油氣藏重磁電震綜合預(yù)測(cè)方法及應(yīng)用.地球物理學(xué)報(bào)，2011，54（2）：286－293.Yang H， Wen B H，Dai X F，et al.Comprehensive predication of hydrocarbon deposits in volcanic rock by gravity， magnetic，electrical and seismic data and its application.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2011，54（2）：286－293.

［6］郝宏建，王財(cái)富.綜合勘探在柴達(dá)木盆地山前帶的應(yīng)用效果.石油地球物理勘探，2003，38（增刊）：88－92.Hao H J， Wang C F.Application effects of integrated geophysical exploration techniques in the front mountain of Qaidam basin.Oil Geophysical Prospecting （in Chinese），2003，38（Suppl.）：88－92.

［7］何展翔，劉云祥，劉雪軍等.三維綜合物化探一體化配套技術(shù)及應(yīng)用效果.石油科技論壇，2008，27（5）：49－54.He Z X，Liu Y X，Liu X J，et al.3Dintegrated geophysicalgeochemical exploration technique and application effects.Oil Forum （in Chinese），2008，27（5）：49－54.

［8］張瑋，詹仕凡，張少華等.石油地球物理勘探技術(shù)進(jìn)展與發(fā)展方向.中國(guó)工程科學(xué)，2010，12（5）：97－101，112.Zhang W，Zhan S F，Zhang S H，et al.Technical progress and development trend of petroleum geophysical prospecting in China.Engineering Science （in Chinese），2010，12（5）：97－101，112.

［9］Hoffmann N，J?dicke H，Horejschi L，et al.Magnetotelluric sounding in the north German basin－new aspects of lower carboniferous palaeogeography and hydrocarbon generation.∥ 66th EAGE Conference ＆ Exhibition，Gravimetry，Magnetics，EM and Remote Sensing in EP 3，2004.

［10］Weckmann U，Ritter O，Jung A，et al.Magnetotelluric measurements across the Beattie magnetic anomaly and the Southern Cape Conductive Belt，South Africa.Journal of Geophysical Research，2007，112（B05），doi：10.1029／2005JB003975.

［11］劉光鼎，張麗莉，祝靚誼.試論復(fù)雜地質(zhì)體的油氣地震勘探.地球物理學(xué)進(jìn)展，2006，21（3）：683－686.Liu G D，Zhang L L，Zhu L Y.Seismic prospecting for oil and gas on the complex geological bodies.Progress in Geophysics （in Chinese），2006，21（3）：683－686.

［12］楊貴祥.碳酸鹽巖裸露區(qū)地震勘探采集方法.地球物理學(xué)進(jìn)展，2005，20（4）：1108－1128.Liu G X.The method of seismic exploration in the bare carbonate rock area.Progress in Geophysics （in Chinese），2005，20（4）：1108－1128.

［13］李林新.南方海相碳酸鹽巖油氣區(qū)地震采集面臨的問(wèn)題和對(duì)策.石油物探，2005，44（5）：529－537.Li L X.The problem and countermeasure in seismic survey in southern marine carbonate area of China.Geophysical Prospecting for Petroleum （in Chinese），2005，44（5）：529－537.

［14］冉隆輝，謝姚祥，王蘭生.從四川盆地解讀中國(guó)南方海相碳酸鹽巖油氣勘探.石油與天然氣地質(zhì)，2006，27（3）：289－294.Ran L H，Xie Y X，Wang L S.Understanding exploration of marine carbonate reservoirs in South China through Sichuan basin.Oil ＆Gas Geology （in Chinese），2006，27（3）：289－294.

［15］朱鉉.中國(guó)南方海相油氣區(qū)地震勘探中的問(wèn)題與對(duì)策.勘探地球物理進(jìn)展，2008，31（5）：317－329.Zhu X.Problems of seismic exploration for marine hydrocarbon reservoirs in southern China and some countermeasures.Progress in Exploration Geophysics（in Chinese），2008，31（5）：317－329.

［16］陳尚斌，朱炎銘，王紅巖等.四川盆地南緣下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層礦物成分特征及意義.石油學(xué)報(bào)，2011，32（5）：775－782.Chen S B，Zhu Y M，Wang H Y，et al.Characteristics and significance of mineral compositions of Lower Silurian Longmaxi Formation shale gas reservoir in the southern margin of Sichuan Basin.Acta Petrolei Sinica （in Chinese），2011，32（5）：775－782.

［17］劉樹(shù)根，李智武，孫 瑋等.四川含油氣疊合盆地基本特征.地質(zhì)科學(xué)，2011，46（1）：233－257.Liu S G，Li Z W，Sun W，et al.Basic geological features of superimposed basin and hydrocarbon accumulation in Sichuan Basin，China.Chinese Journal of Geology （in Chinese），2011，46（1）：233－257.

［18］張靜平，唐書(shū)恒，郭東鑫.四川盆地下古生界筇竹寺組與龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探優(yōu)選區(qū)預(yù)測(cè).地質(zhì)通報(bào)，2011，30（2－3）：357－363.Zhang J P，Tang S H，Guo D X.Shale gas favorable area prediction of the Qiongzhusi Formation and Longmaxi Formation of Lower Palaeozoic in Sichuan Basin，China.Geological Bulletin of China （in Chinese），2011，30（2－3）：357－363.

［19］翟光明.中國(guó)石油地質(zhì)志：卷十：四川油氣區(qū).北京：石油工業(yè)出版社，1989.Zhai G M.Petroleum Geology of China：Vo110：Sichuan Oil and Gas Area （in Chinese）.Beijing：Petroleum Industry Press，1989.

［20］張金川，聶海寬，徐波等.四川盆地頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)條件.天然氣工業(yè)，2008，28（2）：151－156.Zhang J C，Nie H K，Xu B，et al.Geological condition of shale gas accumulation in Sichuan Basin.Natural Gas Industry（in Chinese），2008，28（2）：151－156.

［21］鄒才能，董大忠，王社教等.中國(guó)頁(yè)巖氣形成機(jī)理、地質(zhì)特征及資源潛力.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2010，37（6）：641－653.Zou C N，Dong D Z， Wang S J，et al. Geological characteristics，formation mechanism and resource potential of shale gas in China. Petroleum Exploration and Development（in Chinese），2010，37（6）：641－653.

［22］鄒才能，董大忠，楊樺等.中國(guó)頁(yè)巖氣形成條件及勘探實(shí)踐.天然氣工業(yè)，2011，31（12）：26－39.Zou C N，Dong D Z，Yang H，et al.Conditions of shale gas accumulation and exploration practices in China.Natural Gas Industry （in Chinese），2011，31（12）：26－39.

［23］劉雪軍.人工源電磁技術(shù)在油氣勘探中的應(yīng)用.地質(zhì)與勘探，2003，39（增刊）：10－14.Liu X J.The application of controlled－source EM methods in oil and gas exploration.Geology and Prospecting （in Chinese），2003，39（Suppl.）：10－14.

［24］Wang C F，He Z X，Ge Y H.Lithology study using TFEM technique in western Qaidam Basin.SEG expanded abstracts 25，2006：825－829.

［25］He Z X，Hu W B，Dong W B.Petroleum electromagnetic prospecting advances and case studies in China.Surveys in Geophysics，2010，31（2）：207－224.