王延忠,沈金松，周正武,符　超，路肖堯

(1.神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，北京 100083；2.中國(guó)石油大學(xué) 地球物理與信息工程學(xué)院，北京 102249；3.中國(guó)石油集團(tuán)公司 物探重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；4.長(zhǎng)江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院,湖北 武漢 434023)

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井震約束的廣域電磁數(shù)據(jù)反演及其在保靖頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

王延忠1,沈金松2,3，周正武1,符超1，路肖堯4

(1.神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，北京 100083；2.中國(guó)石油大學(xué) 地球物理與信息工程學(xué)院，北京 102249；3.中國(guó)石油集團(tuán)公司 物探重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；4.長(zhǎng)江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院,湖北 武漢 434023)

目的是研究一種井震約束的廣域電磁數(shù)據(jù)反演方法，用以處理湖南保靖地區(qū)采集的廣域電磁數(shù)據(jù),獲取地層電阻率反演結(jié)果，然后用以得到研究區(qū)的地層分布格架、斷層展布特征和頁(yè)巖儲(chǔ)層的縱橫向分布。文中所用的方法包括三個(gè)方面。首先，用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)標(biāo)定地震資料，對(duì)二維地震剖面進(jìn)行處理解釋，得到地震層位和斷層分布；然后，用地震層位結(jié)果建立初始電阻率分布模型, 用測(cè)井分層電導(dǎo)率作為上下界約束，對(duì)廣域電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行井震約束反演，得到研究區(qū)地下地層的電阻率分布；最后，對(duì)電阻率反演結(jié)果進(jìn)行綜合地質(zhì)解釋，建立頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的縱橫向分布剖面，給出頁(yè)巖氣富集的有利分布位置。通過(guò)與3口測(cè)井及試氣結(jié)果對(duì)比，初步證實(shí)了井震約束的廣域電磁數(shù)據(jù)反演方法在保靖頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用效果。

井震約束；廣域電磁數(shù)據(jù)；電磁場(chǎng)靈敏度計(jì)算；正則化反演；頁(yè)巖氣儲(chǔ)層

1　引　言

頁(yè)巖氣是典型的非常規(guī)天然氣資源，產(chǎn)自極低孔滲以富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖為主的儲(chǔ)集巖系中，以自生自儲(chǔ)方式或以游離氣，或以吸附氣賦存于地下儲(chǔ)層中。我國(guó)的頁(yè)巖氣勘探尚處于起步階段，與美國(guó)等西方國(guó)家的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層相比，我國(guó)頁(yè)巖氣賦存區(qū)受構(gòu)造破壞更嚴(yán)重,地表和地下地質(zhì)條件更為復(fù)雜，致使勘探開發(fā)成本高，風(fēng)險(xiǎn)更大，急需綜合地球物理勘探手段優(yōu)選和精細(xì)評(píng)價(jià)有利分布區(qū)。鑒于頁(yè)巖儲(chǔ)層與非頁(yè)巖區(qū)存在的電性差異大，除了必備的地震勘探外，許多頁(yè)巖氣勘探區(qū)還將電磁勘探作為補(bǔ)充手段。在本研究的目標(biāo)區(qū)保靖區(qū)塊選用了何繼善[1-3]提出的廣域電磁法。

廣域電磁法是何繼善從場(chǎng)的統(tǒng)一性出發(fā)，將“近區(qū)”、“過(guò)渡區(qū)”和“遠(yuǎn)區(qū)”有機(jī)地結(jié)合而提出的,他在深入分析可控源音頻大地電磁(CSAMT)測(cè)量及其視電阻率定義的基礎(chǔ)上，提出廣域電磁測(cè)量方法和全區(qū)視電阻率的定義[2,3]。該方法改善了非遠(yuǎn)區(qū)的畸變效應(yīng)，使得測(cè)深能在廣大的、不局限遠(yuǎn)區(qū)的區(qū)域進(jìn)行，在同等收發(fā)距上可勘探的深度增大。同時(shí)，用適合于全域且無(wú)需簡(jiǎn)化的公式計(jì)算的視電阻率，拓展了人工源電磁法的觀測(cè)范圍，提高了觀測(cè)速度、精度和野外工作效率。在廣域電磁測(cè)量響應(yīng)的數(shù)值模擬和反演方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者也開展了多方面的研究。余云春[4]實(shí)現(xiàn)了各種水平電流源廣域電磁法一維正演，并從理論響應(yīng)分析了各種水平電流源和場(chǎng)的不同分量對(duì)不同地電模型的響應(yīng)能力，比較了廣域電磁法與其他電磁測(cè)深法的探測(cè)性能。李帝詮等[5]采用積分方程法實(shí)現(xiàn)了廣域電磁響應(yīng)的三維正演模擬，給出4種不同裝置的測(cè)量結(jié)果，對(duì)比廣域視電阻率與Cagniard視電阻率對(duì)典型三維地質(zhì)體的分辨能力。

本文在對(duì)湖南保靖頁(yè)巖氣勘探區(qū)塊的地質(zhì)和地球物理特征分析的基礎(chǔ)上，采用測(cè)井標(biāo)定地震數(shù)據(jù)，對(duì)二維地震剖面進(jìn)行處理解釋，得到地震層位和斷層構(gòu)造分析結(jié)果。接著，用地震層位結(jié)果建立初始電導(dǎo)率分布模型，測(cè)井分層電導(dǎo)率結(jié)果作為上下界約束，對(duì)廣域電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，得到研究區(qū)地下地層的電阻率分布。最后，參考測(cè)井、地震的處理解釋結(jié)果，對(duì)電阻率反演結(jié)果進(jìn)行綜合地質(zhì)解釋，刻畫頁(yè)巖儲(chǔ)層的縱橫向分布。實(shí)現(xiàn)了井震約束的廣域電磁數(shù)據(jù)反演在湖南保靖地區(qū)電磁測(cè)量的反演處理，得到了研究區(qū)的地層分布格架、斷層展布特征和頁(yè)巖儲(chǔ)層的分布剖面。

2　廣域電磁視電阻率數(shù)據(jù)的預(yù)處理

2.1廣域電磁視電阻率簡(jiǎn)介

為便于理解后續(xù)的電磁響應(yīng)正演模擬中源的處理，文中采用的廣域電磁數(shù)據(jù)采集時(shí)使用的電流源為一對(duì)接地電極A和B，且當(dāng)正、負(fù)電流源A和B之間的距離dL(m)與觀測(cè)點(diǎn)到場(chǎng)源的距離r(m)相比很小時(shí)，將之看成一對(duì)電偶極子。水平電偶極源的場(chǎng)分布用解析關(guān)系表達(dá)[1-3]。實(shí)際工作中使用的長(zhǎng)導(dǎo)線作為發(fā)射源，AB距離較大，不能簡(jiǎn)化成點(diǎn)偶極源，需要將長(zhǎng)導(dǎo)線剖分成若干小段，將每個(gè)小段用點(diǎn)偶極源近似，再通過(guò)點(diǎn)偶極源激發(fā)的電磁場(chǎng)響應(yīng)的積分求解。由于在均勻大地表面布設(shè)激發(fā)電流I(A)，長(zhǎng)為dL(m)的電偶源的電場(chǎng)關(guān)系前人做過(guò)詳細(xì)的研究和分析[7-9]，長(zhǎng)導(dǎo)線電磁場(chǎng)的積分計(jì)算也有何繼善等[1-3]開展過(guò)系統(tǒng)研究，在此不再贅述。

需要說(shuō)明的是，廣域視電阻率的計(jì)算較之經(jīng)典的卡尼亞(Cagniard)視電阻率計(jì)算更為復(fù)雜。一方面，它也需要將觀測(cè)到的電位差、發(fā)送電流以及有關(guān)的幾何參數(shù)代入視電阻率的定義式計(jì)算[1]，另一方面，由于電磁效應(yīng)函數(shù)中也含有未知電阻率ρ(m/S)[3],需要采用迭代法逐次逼近求解[3,4,6]。同時(shí)，由于該視電阻率定義對(duì)觀察點(diǎn)到發(fā)送源的距離沒(méi)有任何限制，它適合于廣大測(cè)量區(qū)域，而不是像可控源音頻大地電磁(CSAMT)那樣只適用于遠(yuǎn)區(qū)，因此，把該視電阻率稱為廣域視電阻率[2,3,10]。

2.2視電阻率數(shù)據(jù)的預(yù)處理

廣域電磁測(cè)量數(shù)據(jù)中不可避免含有部分噪聲，以及受到近地表非均勻體的靜態(tài)位移影響。因此需要對(duì)野外測(cè)量的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。在廣域電磁法施工中由于各種電磁噪音的存在，不可避免地給實(shí)測(cè)資料帶來(lái)一定的誤差，嚴(yán)重時(shí)使曲線的形態(tài)發(fā)生變化，圖1給出了4個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)原始電磁響應(yīng)計(jì)算的視電阻率曲線，圖中看到，不同頻率上存在干擾造成的測(cè)量誤差。所以在資料解釋前必須進(jìn)行去噪處理，一般需要觀察原始記錄曲線形態(tài)，剔除畸變和壓制噪聲。

由于工區(qū)地表起伏不平及近地表介質(zhì)電阻率局部橫向變化較大，需要對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施靜態(tài)效應(yīng)校正，以免后續(xù)的反演解釋得出錯(cuò)誤的結(jié)果[11,12]。本文是通過(guò)給出頻率—視電阻率等值線圖，通過(guò)對(duì)頻率—視電阻率等值線圖的分析，確定測(cè)線數(shù)據(jù)是否存在靜態(tài)效應(yīng)的影響，并對(duì)受到影響的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間濾波校正[13,14]。圖2給出了6個(gè)測(cè)點(diǎn)的電磁響應(yīng)計(jì)算的視電阻率曲線經(jīng)過(guò)靜態(tài)校正的結(jié)果，從圖2中看到，經(jīng)過(guò)空間濾波基本消除了隨機(jī)干擾和靜態(tài)效應(yīng)影響。

圖1　四個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)原始電磁響應(yīng)計(jì)算的視電阻率曲線(注:ρ/Ω·m=ρ/m·S-1)Fig.1　The apparent resisitivity curves field EM measurements of 4 measuring points (note:ρ/Ω·m=ρ/m·S-1)

圖2　六個(gè)測(cè)點(diǎn)的電磁場(chǎng)響應(yīng)計(jì)算的視電阻率經(jīng)過(guò)靜態(tài)校正的結(jié)果(注:ρ/Ω·m=ρ/m·S-1)Fig.2　The static correction results of the apparent resistivity derived from the EM responses of 6 stations (note:ρ/Ω·m=ρ/m·S-1)

3　廣域電磁數(shù)據(jù)井震約束反演方法

文中廣域電磁測(cè)量數(shù)據(jù)的井震約束反演是將在地表測(cè)得的視電阻率數(shù)據(jù)通過(guò)正演模擬和地震構(gòu)造和層位信息約束的迭代反演方法，獲得各測(cè)點(diǎn)地下不同深度的電阻率值，給出勘探剖面對(duì)應(yīng)的地下地層的電阻率分布剖面。由于在地面的實(shí)測(cè)電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)只是電流源激發(fā)的空間電磁場(chǎng)分布的極小部分信息，與地下未知的電阻率分布相比，仍是一個(gè)數(shù)據(jù)信息少得多的欠定問(wèn)題，必須通過(guò)其他已知信息的約束及適當(dāng)?shù)恼齽t化反演求解。

在本研究的廣域電磁數(shù)據(jù)反演中，首先根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)認(rèn)識(shí)和地震解釋層位建立一個(gè)初始地層電阻率模型；其次，采用2.5維有限元方法計(jì)算地層模型的理論廣域電磁響應(yīng)，估算實(shí)際測(cè)量值與正演模擬理論值之間的差異；再次，采用激發(fā)源產(chǎn)生的電磁場(chǎng)與接收點(diǎn)假想源電磁場(chǎng)的互換原理計(jì)算理論電磁響應(yīng)對(duì)地下電阻率參數(shù)的靈敏度，結(jié)合實(shí)測(cè)電磁場(chǎng)與模擬電磁場(chǎng)的差異估算地下電阻率模型參數(shù)的修正量；最后，重復(fù)正演模擬響應(yīng)與實(shí)測(cè)電磁場(chǎng)誤差計(jì)算與電磁場(chǎng)對(duì)電阻率參數(shù)的靈敏度估算過(guò)程，修改地電模型的電阻率值，使實(shí)測(cè)電磁場(chǎng)響應(yīng)與正演模擬的理論值之差的平方和達(dá)到最小，得到最終的地下電阻率反演結(jié)果。為了文章的嚴(yán)謹(jǐn)和完整性，下文就電磁場(chǎng)響應(yīng)正演模擬、電磁場(chǎng)對(duì)地下電阻率的靈敏度和井震約束正則化反演算法加以簡(jiǎn)單介紹。

3.1電磁場(chǎng)響應(yīng)正演模擬

對(duì)于電流源的廣域電磁法，頻率域麥克斯韋方程為[15]：

(1)

針對(duì)保靖的二維廣域電磁測(cè)量數(shù)據(jù)，用圖3所示的二維介質(zhì)模型模擬。設(shè)y方向與走向平行，在該方向上，電導(dǎo)率σ，介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ不變，在x-z平面內(nèi)這些參數(shù)可以變化。將方程(1)中電場(chǎng)E和磁場(chǎng)H表示成3個(gè)分量，并消去Ex、Ez及Hx、Hz，得到關(guān)于Ey、Ey分量耦合方程，再對(duì)變換后的方程和源項(xiàng)作y方向的Fourier變換，即

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

圖3　二維介質(zhì)模型(y方向與走向平行)Fig.3　Two dimensional model of the conductivity (y direction is along with the strike)

KF=S

(7)

3.2靈敏度計(jì)算

電磁場(chǎng)響應(yīng)對(duì)電導(dǎo)率的靈敏度定義為單位電導(dǎo)率變化引起的電磁響應(yīng)變化，用(7)式的電磁場(chǎng)離散關(guān)系來(lái)考察電磁響應(yīng)的靈敏度時(shí)，對(duì)于電流源的廣域電磁法，由于源項(xiàng)與電導(dǎo)率參數(shù)無(wú)關(guān)，電磁響應(yīng)的靈敏度可以寫成[14,16-18]：

(8)

式中，p是電導(dǎo)率參數(shù)；?F/?p是三個(gè)電場(chǎng)或磁場(chǎng)分量對(duì)電導(dǎo)率的靈敏度；?K/?p是剛度矩陣對(duì)電導(dǎo)率的變化，只有反演單元上的單元?jiǎng)偠染仃嚨脑夭粸榱恪?/p>

方程(8)看到，右端等效源項(xiàng)是由原電磁場(chǎng)與反演單元上的單元?jiǎng)偠染仃囎兓膬?nèi)積得到。因此,反演計(jì)算中,需要計(jì)算相當(dāng)于反演單元數(shù)的正演問(wèn)題,這在實(shí)際電磁數(shù)據(jù)的反演中是難于實(shí)現(xiàn)的。事實(shí)上，在實(shí)際反演計(jì)算中，只需要接收器位置的電磁場(chǎng)對(duì)電導(dǎo)率的靈敏度，因此可以采用電磁場(chǎng)的互易原理簡(jiǎn)化接收器位置電磁場(chǎng)靈敏度的計(jì)算[18]。

3.3井震約束的正則化最小二乘反演方法

Φ=‖WD(Dc-Do)-WDJAΔm‖2·

‖Wm(m-mp)‖2

(9)

其中，式中，D0是觀測(cè)數(shù)據(jù)；Dc是計(jì)算的廣域電磁波理論響應(yīng)；JA是廣域電磁理論響應(yīng)對(duì)電阻率的偏導(dǎo)數(shù)組成的雅克比(Jacobian)矩陣；Δm是迭代反演中電阻率(電導(dǎo)率的倒數(shù))的變化量；WD和Wm是測(cè)量數(shù)據(jù)和模型參數(shù)的加權(quán)矩陣，通常取各自的標(biāo)準(zhǔn)方差的倒數(shù)組成的矩陣；mp為先驗(yàn)信息確定的電阻率參數(shù)。

在實(shí)際資料的計(jì)算中，模型參數(shù)是未知的，其標(biāo)準(zhǔn)差無(wú)法得到，考慮到介質(zhì)電性參數(shù)的漸變特性，文中取Wm為等間隔離散的拉普拉斯二維差分算子。對(duì)于測(cè)量數(shù)據(jù)加權(quán)矩陣WD，文中采用視電阻率的倒數(shù)組成的對(duì)角陣。式(9)的極小化目標(biāo)泛函對(duì)應(yīng)的正則化方程為：

(10)

式中，Δm迭代反演中電阻率(電導(dǎo)率的倒數(shù))的變化量。

考慮到地震層位和測(cè)井電阻率的約束，方程(7)加上兩個(gè)約束的解即為下邊矩陣的最小二乘解[20]：

(11)

m=m(0)+Δm

(12)

其中，m(0)是上一次迭代的更新值。

考慮到式(11)的剛度矩陣條件數(shù)較大，在實(shí)現(xiàn)反演過(guò)程中采用Gauss-Newton最速下降方法和帶先驗(yàn)信息約束的加權(quán)L2模正則化法[20]求解，以保證迭代反演的每一步具有一定的誤差減小。

4　保靖區(qū)塊廣域電磁數(shù)據(jù)反演結(jié)果的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)應(yīng)用

4.1工區(qū)位置及地質(zhì)地球物理概況

圖4給出了工區(qū)的測(cè)線位置和構(gòu)造綱要, 縱橫坐標(biāo)為相對(duì)坐標(biāo)，所有與地名相關(guān)的信息均采用了覆蓋處理。該頁(yè)巖氣區(qū)塊位于云貴構(gòu)造活化區(qū)南部邊緣，后期構(gòu)造破壞強(qiáng)烈，主要構(gòu)造線呈北北東向展布，向斜傾角平緩，背斜傾角較大，同時(shí)伴生斷裂發(fā)育，主要斷裂走向與褶皺軸線基本一致。所布置的測(cè)線基本與構(gòu)造走向垂直。除北北東向構(gòu)造外,還有北東向構(gòu)造及其伴生斷裂，少部分?jǐn)嗔炎呦驗(yàn)楸蔽飨?。研究區(qū)頁(yè)巖分布層位為古生界下志留統(tǒng)龍馬溪組(S1ln)以及下寒武統(tǒng)牛蹄塘組(∈1n)。兩套目標(biāo)層埋深大約為0～2 500 m和0～5 000 m范圍內(nèi)。工區(qū)近地表普遍灰?guī)r區(qū)覆蓋，地下高陡地層發(fā)育。

圖4　保靖區(qū)塊廣域電磁勘探測(cè)線分布Fig.4　Configuration of exploration lines of the wide field electromagnetic measurements in Baojing area

4.2廣域電磁測(cè)量數(shù)據(jù)的定性分析

資料的定性分析是針對(duì)頻率—視電阻率剖面進(jìn)行的，依據(jù)不同地質(zhì)構(gòu)造、電性分布特征的大地電磁響應(yīng)規(guī)律，分析提取原始資料中的地質(zhì)信息，定性地把握地下電性層分布特征、地層起伏變化情況、局部構(gòu)造、構(gòu)造單元?jiǎng)澐值?，為進(jìn)一步的定量解釋提供依據(jù)，同時(shí)評(píng)價(jià)、檢驗(yàn)、落實(shí)定量解釋成果的可靠性。在廣域電磁法中，對(duì)實(shí)測(cè)曲線類型的分析、比較是資料定性認(rèn)識(shí)解釋更準(zhǔn)確地獲得測(cè)區(qū)地質(zhì)結(jié)論的重要組成部分。曲線類型定性地反映地下電性層的分布特征，如電性層數(shù)，相對(duì)埋深和各電性層間電阻率相對(duì)變化情況。特別是通過(guò)對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)曲線類型的分析比較，可對(duì)測(cè)區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造單元進(jìn)行劃分與歸類，給出測(cè)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的定性概念。

本文利用各測(cè)點(diǎn)相應(yīng)頻率上的視電阻率值勾繪等值線圖，得到圖5所示的L5測(cè)線的頻率—視電阻率擬斷面圖。分析該頻率—視電阻率擬斷面圖，可以定性了解測(cè)線上的電性分布、基底的起伏、斷層的分布、電性層的劃分等斷面特征。一般而言，在深部(低頻)高視電阻率等值線的起伏形態(tài)與基底起伏相對(duì)應(yīng)，而視電阻率等值線密集、扭曲和畸變的地方又往往與斷層有關(guān)，斷層越淺，這種特征越明顯。

4.3井震約束反演電阻率剖面地質(zhì)解釋

圖6給出了L5線在測(cè)井曲線標(biāo)定下地震解釋剖面，圖中看到基本的分層和對(duì)應(yīng)的斷層較為清晰確定，為廣域電磁數(shù)據(jù)反演電阻率分布奠定了基礎(chǔ)。圖7給出了L5線廣域電磁視電阻率數(shù)據(jù)在地震解釋剖面約束下得到的反演電阻率剖面，圖中看到反演電阻率也較好地反映了三個(gè)斷層的存在。

圖5　L5線頻率—視電阻率擬斷面Fig.5　The pseudo section of the apparent resistivity as a function of frequency at line L5

圖6　L5線在測(cè)井曲線標(biāo)定的地震解釋剖面Fig.6　The seismic interpretation result scaled with well logs of the line 5

圖7　L5線廣域電磁響在地震解釋剖面約束下得到的反演電阻率剖面Fig.7　The inverted resisitivity profile of the wide field electromagnetic responses constrained with well logs and seismic stratum

4.4電阻率反演結(jié)果的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)應(yīng)用

圖8給出了L3測(cè)線廣域電磁數(shù)據(jù)反演電阻率剖面解釋斷層分布，從圖8中可以看到，剖面中分布有2條主要斷層分別為F27、F29，推斷為逆斷層，從地層地表出露情況及傾角判斷L3線垂直于構(gòu)造走向，穿越向斜構(gòu)造帶，整體上呈兩側(cè)地層為老地層，自西向東經(jīng)過(guò)向斜核部、向斜右翼。受構(gòu)造作用影響，地層傾向傾角出現(xiàn)變化，地層之間出現(xiàn)斷層并產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)，地層分布出現(xiàn)變化。

圖9 L5測(cè)線廣域電磁數(shù)據(jù)反演電阻率剖面解釋斷層分布，從圖9中可以看到，電阻率分布表現(xiàn)出3條斷層分別為F17、F13、F19，推斷F17為逆斷層，F(xiàn)13為逆斷層，F(xiàn)19為逆斷層。從地層地表出露情況及傾角判斷L5線垂直于構(gòu)造走向，穿越向斜構(gòu)造帶，整體上呈兩側(cè)地層為老地層，中間為向斜核部新地層。

經(jīng)過(guò)測(cè)井標(biāo)定的目標(biāo)層反演結(jié)果如圖10所示，剖面反演圖中可見(jiàn)龍馬溪組及牛蹄塘組。龍馬溪組埋藏較淺，在測(cè)線中完整出現(xiàn)，兩側(cè)埋藏淺，中部埋藏深，中部埋藏深度不大于2 000 m；牛蹄塘組埋藏深度從3 000 m到5 000 m。L5龍馬溪組較完整，且埋藏不深，牛蹄塘組埋藏相對(duì)較深。

圖8　L3測(cè)線廣域電磁數(shù)據(jù)反演電阻率剖面解釋斷層分布Fig.8　Interpretation results of the faults obtained from inverted resistivity of the wide field electromagnetic measurements at line 3

圖9　L5測(cè)線廣域電磁數(shù)據(jù)反演電阻率剖面解釋斷層分布Fig.9　Interpretation results of the faults obtained from inverted resistivity of the wide field electromagnetic measurements at line 5.

圖10　L5測(cè)線經(jīng)過(guò)測(cè)井標(biāo)定的廣域電磁數(shù)據(jù)目標(biāo)層反演結(jié)果Fig.10　Inversion resistivity of the target formation scaled with well logs and obtained from wide field electromagnetic measurements at line 5

5　結(jié)論與認(rèn)識(shí)

文中采用廣域電磁法在湖南保靖地區(qū)的測(cè)量數(shù)據(jù)開展了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層電阻率的約束反演和評(píng)價(jià)研究，初步證實(shí)了文中約束反演算法的有效性，明確了保靖地區(qū)地下儲(chǔ)層的斷層構(gòu)造和碳質(zhì)泥頁(yè)巖的電性分布規(guī)律。采用井震約束的廣域電磁法數(shù)據(jù)反演方法，得到了地下地質(zhì)體的電阻率分布特征，較好地反映了研究區(qū)的構(gòu)造和優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖地層分布。從廣域電磁法測(cè)量數(shù)據(jù)的電阻率反演結(jié)果的評(píng)價(jià)分析，可以得到如下認(rèn)識(shí)：

1)廣域電磁法對(duì)地下地層電性參數(shù)的分辨率較高，通過(guò)井震約束的廣域電磁數(shù)據(jù)電阻率反演結(jié)果可以較好地反映研究區(qū)的地層分布格架、斷層展布特征和頁(yè)巖儲(chǔ)層的縱橫向分布；

2)從L5線的反演結(jié)果還可以看到，研究區(qū)采用的E-Ex廣域電磁法對(duì)地下高低阻異常體具有較好的分辨能力，為井震電阻率反演奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)；

3)用地震層位結(jié)果建立初始電阻率分布模型，用測(cè)井分層電導(dǎo)率作為上下界約束，對(duì)廣域電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行井震約束反演，得到研究區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的縱橫向分布剖面，可以清晰地給出頁(yè)巖氣富集的有利分布位置。

4) 初步應(yīng)用表明，由于廣域電磁法對(duì)高阻和低阻體的良好響應(yīng)和對(duì)復(fù)雜地表良好的適應(yīng)性，將在中淺層頁(yè)巖氣勘探中具有良好的推廣應(yīng)用前景。

致謝本文全部野外原始數(shù)據(jù)由中南大學(xué)繼善高科有限公司采集，部分成果由國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào)：41374141)和國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)(編號(hào)：2013CB228605)聯(lián)合資助。

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The Inversion of the Wide Field Electromagnetic Measurements with Well Logging and Seismic Constraints and Its Application to Evaluation of Shale Gas Reservoir in Baojing Area

Wang Yanzhong1，Shen Jinsong2,3，Zhou Zhengwu1，F(xiàn)u Chao1，Lu Xiaoyao4

(1.ShenhuaGeologicalExplorationLimitedCoporation,Beijing100083,China;2.CollegeofGeophysicsandInformationEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;.CNPCKeyLabofGeophysicalExploration,CNPC,Beijing102249,China;4.SchoolofGeophysicsandResources,YangtzeUniversity,WuhanHubei434023,China)

The objective of the paper is to study the inversion of the resistivity distribution of subsurface formation from wide field electromagnetic measurements based on the well logging and seismic constraints, and the inversion results have been applied to the gas reservoir assessment in Baojing area, Hunan province. And the framework of the formation distribution, the extent of the fault, and the shale formation have been obtained from the interpretation of the resisitivity inversion result. And the method applied in the paper includes three aspects. First, the seismic data were scaled and depth matching through well logging data, and the seismic sequences and faults were characterized with geological interpretation tool of the seismic processing system. Next，the inertial resistivity model was established based on the seismic sequences interpretation results and the wide field electromagnetic measurements were inverted for the formation resisitivity distribution under the upper and lower bounds of well logs. Finally, the resistivity distribution was interpreted geologically and provided the vertical and lateral distribution of the shale reservoir. By comparing with the gas test results and well logging data of 3 boreholes, it is validated that inversion method of the wide field electromagnetic measurements with well logging and seismic constraints is effective and its application to the evaluation of the shale gas reservoir in Baojing area is sound.

constraints with well logs and seismic data; wide field electromagnetic measurement; electromagnetic sensitivity calculation; regularized inversion; shale gas reservoir

1672—7940(2016)03—0253—10

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.03.001

國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào)：41374141)；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)(編號(hào)：2013CB228605)

王延忠(1969-)，男，博士，教授級(jí)高工，主要從事頁(yè)巖氣勘探開發(fā)研究工作。E-mail:geophyexplorer@163.com

沈金松(1964-)，男，博士，教授，主要從事電磁探測(cè)理論、方法和應(yīng)用研究。E-mail：shenjinsongcup@163.com

P631.3

A

2015-12-30