音频大地电磁法（AMT）在页岩气钻井选址中的应用

音频大地电磁法（AMT）在页岩气钻井选址中的应用

张冬李桂花

青海省第四地质勘查院810029

摘要：测区内勘探程度较低，附近缺乏钻井资料，仅靠地表调查，无法准确推测地覆构造形态、溶洞和断层发育情况、峨眉山玄武岩厚度以及目的层埋深等。研究区岩溶较发育，溶洞、溶蚀带富含地下水，使得地质体呈现出低阻的特征。经实践验证，证实了推断结果的准确性，说明音频大地电磁方法在灰岩地区溶洞的勘查中能够取得较好的效果。

关键词：音频大地电磁测深；溶洞；电阻率

1测区地质概况

1.1地质概况

拟设的2#钻井位于地势总体南高北低，由西南斜向东北，呈带形，境内地形地貌深受区域地层、构造的控制，以峡谷山岳地形地貌为主，海拔1100～1280m。二叠系上统峨眉山玄武岩：灰绿色、灰黑色致密状、斑状玄武岩；二叠系中统茅口组-栖霞组：灰岩，深灰、灰黑色，可能出现溶洞、裂隙；志留系主要岩性为灰色-灰黑色灰岩；奥陶系上统：浅灰色龟裂纹灰岩，为区域稳定分布的标志层。云永地井钻2井选址位置处于永盛复向斜西南部，向斜南北长约35km，宽约30km，四周地层均向中间倾斜，核部位于雷波县永盛乡一带。断裂以南北向为主，断层性质以逆断层为主，断面倾向南东和向西为主，断面倾角较陡，多在45°以上。区内断层主要有刹水坝-马颈子断层、老营盘断层、羿子坝断层和黄龙滩断层等。刹水坝-马颈子断层：是区内最主要的断层，由马边高竹营向南经刹水坝、马颈子至雷波牛牛寨南延，总体呈南北延伸。老营盘断层：南起雷波柑子乡向北经老营盘入马边幅，近南北向，断面倾角45°～50°，倾向南西，为逆断层。

1.2地球物理特征

在该区布置了2条区域大地电磁测剖面，野外采集用加拿大凤凰地球物理公司生产的V8大地电磁测深系统。音频大地电磁法（AMT）主要借助不同地质体之间的电阻率差异进行判别，根据一定范围内的电阻率变化形态推测深部地质体的空间形态。根据测区采集的岩石标本利用双频激电仪测得标本电性参数得出测区各地层的相对电阻率值，如见表1所示。第四系松散地层电阻率一般为10～50Ω·m，砂、砂岩电阻率一般为40～400Ω·m，区内玄武岩、灰岩等的电阻率较高，为800～5000Ω·m。此外，电阻率的大小受岩石的完整性、赋水性等影响较大，通常岩石破碎、裂隙或节理发育时其电阻率明显降低。因此，在相对均一的地质体中突然出现某一段低阻率突然降低的现象，一般是由溶洞、断裂等引起的。该理论认识为岩溶发育区域的物探勘查奠定了基础。

表1岩石标本物性参数测定统计结果表

2方法技术

2.1音频大地电磁法基本原理

音频大地电磁法是地质勘查中常用的方法之一，其原理主要是以大地电场和磁场强度的变化为主，通过二者的变化规律分析地下深部电性特征。其基本模型可以表述为假设地下地质体在水平方向上是均匀变化的，并设定高空电磁波为场源，地表为平面电磁波，电磁波向地下深处传播的过程中，将送到地面振幅的1/e作为趋肤深度的穿透深度，进而实现测深的目的。

2.2野外施工方法

根据本次物探工作的目的，在测区内布置一条950m剖面线，点距50m，本次音频大地电磁法使用的仪器为加拿大凤凰公司第八代多功能V8大地电磁测深系统，在拥有非常成熟的系统2000和V5、V6的基础上，V8更趋向于完善，包括轻便坚固的采集系统和GPS同步系统，不受地域限制，能实现高精度同步叠加扫频。其频率范围为10000～0.00005Hz（20000s），极大地提高了相位的测量精度，使电阻率的离差降低到5%以下。音频大地电磁法的野外“十字”型装置，在南北和东西方向布设电导和磁导，其方向偏差不大于1°。电极使用不极化电极，测量前电极放在水中检测，电极电位差不超过5mV时再投入使用，电测量时电极保持接地良好，电极接地电阻尽量不大于2kΩ。磁棒埋设水平，保持稳定，Hx⊥Hy，且方位误差小于1°，两根磁棒水平距离大于5m。数据采集过程中，所有人员远离磁棒，磁棒埋设时远离大树、房屋、电缆，以避免受到干扰。

3资料处理

本次资料处理与解释采用的主体软件为“Soft2D大地电磁二维处理和解释软件”。其是由成都理工大学地球探测与信息技术教育部重点实验室王绪本等专家为大地电磁测深设计的处理与解释软件。

4资料应用解释

依据音频大地电磁法带地形二维非梯度（NLCG）的二维反演电阻率断面图，结合现有地质资料，形成了电阻率等值线断面图，。对上述资料进行分析并结合标本物性资料，得出解释原则如下：

对溶沟、断裂构造等发育的部位，电磁法剖面中具有独特的变化形式，主要体现在：

（1）破碎带，电磁法剖面主要呈现为低阻的带状异常，且在纵向上由地表延伸至地下深部。

（2）对于溶洞、落水洞等，若溶洞没有充填物质存在，则表现为高阻异常，有时也呈现为低阻异常；若被地下水充填时，由于水体中富含大量的可溶性电解质，使得溶洞、落水洞的电阻率降低，反映为低阻异常；若落水洞、溶洞处于半充填状态时，溶洞上部呈现出高阻特征，下部呈现出低阻特征。音频大地电磁测量反演电阻率断面图反映了地下介质的电性特征，对溶洞的反映较为直观。较为稳定拟设钻井位置附近深部岩性稳定依据电阻率大小并考虑地层岩性等因素及等值线密集处（梯度变化较大），将异常大致分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，Ⅰ区在埋深0～80m处的电阻率在浅表范围内呈现了相对低阻，推断为砂岩、泥岩等含水层；Ⅱ区从高程1100～800m区域内电阻率值较为稳定，电性以大范围的高电阻为主，推断Ⅱ区为玄武岩；Ⅲ区在高程800～600m区域内显示相对较的中高阻区，推断Ⅲ区为灰岩。从图中可以看出高阻体反演电阻率等值线密集，梯度变化大，而周边电阻率等值线稀疏平缓，梯度变化小。这一高阻圈闭特征清晰地反映了溶洞区的电阻率特征，是典型灰岩溶洞的反应。从图中也可看出溶洞区在反演电阻率断面图中为近似于圆形或椭圆形的相对高阻圈闭的特征，与周边地层电阻率差异明显，易于区分和判别。为进一步了解剖圈定区域内岩性特征，选取一条垂直剖面进行测量，钻井选址区域内岩石结构致密，岩石的电阻率相对稳定，无大的断裂、溶洞构造，因此选择该钻井位置是合适的。

6结束语

（1）音频大地电磁法对探测地下深处岩溶的大致展布特征具有明显的优势，能够较为精确地圈定出裂隙、溶洞等不良地质体，且生产成本也相对较低。

（2）在电阻率断面图中，由岩溶而形成的溶洞、落水洞等与围岩的差异较大，不但可以直观圈定溶洞、断层发育等单个目标体，还可以较为直观地反映出溶蚀现象的变化规律，因此，在工程地质勘查中具有广泛的应用前景。

（3）在工程地质勘查过程中，不同区域的地质条

件背景存在较大的差异，溶洞的成因、形态、充水情况等存在较大差异，导致所获的电阻率等值线图的形态差异较大，在推断解译过程中要结合该区域的地质资料等进行合理判定。

参考文献：

[1]李爱勇，柳建新，朱春生，等.大地电磁测深在桂中坳陷油气勘探中的应用[J].物探与化探，2012，36（1）：8-12.

[2]丁文伟，陈辉，余辉.直流电阻率法与音频大地电磁法二维联合反演[J].江西科学，2019（2）：203-208.

[3]王彬，刘伟祖.复杂地质模型音频大地电磁反演研究[J].工程地球物理学报，2018，15（6）：780-787.