韋明汛，李世平，漆 劍，黃文芳，陶 毅，楊承豐

(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，廣西 南寧 530023)

0 引言

頁(yè)巖氣是一種保存在富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖中的非常規(guī)油氣資源，是較理想的清潔能源，具有分布廣泛、總資源豐富、開(kāi)采周期長(zhǎng)等特點(diǎn)[1]。頁(yè)巖氣早已在美國(guó)得到工業(yè)化生產(chǎn)，而在我國(guó)雖然也逐漸取得了一些突破，但是總體上尚處于探索評(píng)價(jià)階段，頁(yè)巖氣的勘探方法及開(kāi)發(fā)技術(shù)問(wèn)題亟需進(jìn)一步解決[2]。目前傳統(tǒng)油氣與頁(yè)巖氣探測(cè)方法技術(shù)以地震勘探為主[3-5]，地震勘探模式已經(jīng)得到較廣泛的應(yīng)用，夏一軍等[6]全面地分析頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中地球物理技術(shù)的應(yīng)用，區(qū)小毅等[7-8]討論了重、磁、電勘探等地球物理方法在廣西桂中地區(qū)頁(yè)巖氣勘探中的應(yīng)用。廣西桂北地區(qū)海相沉積廣泛分布，炭質(zhì)泥頁(yè)巖具有較好的生烴條件，具備形成頁(yè)巖氣藏潛力[9-10]，但是該地區(qū)地形起伏較大，灰?guī)r廣泛出露，喀斯特地貌導(dǎo)致通行障礙物多，使用淺層地震探測(cè)條件差，數(shù)據(jù)采集難度大且質(zhì)量不高，而大地電磁法探測(cè)深度大、對(duì)高導(dǎo)層分辨能力強(qiáng)、不受高阻屏蔽，適用于山區(qū)復(fù)雜地形的頁(yè)巖氣前期勘探[11]。

探測(cè)結(jié)果表明，本次采用大地電磁法在桂北研究區(qū)進(jìn)行頁(yè)巖氣勘探可基本查明向斜盆地炭質(zhì)泥頁(yè)巖目標(biāo)層的埋深、厚度及分布范圍，推斷各地層空間展布和斷裂構(gòu)造空間形態(tài)特征，為頁(yè)巖氣綜合調(diào)查評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。

1 工區(qū)地質(zhì)概況

1.1 構(gòu)造

研究區(qū)地處桂中坳陷次一級(jí)構(gòu)造帶環(huán)江淺凹的西南角(圖1)，屬于晚古生代丹池盆地的重要組成部分，其范圍內(nèi)斷裂發(fā)育，主體構(gòu)造線為NNE-近SN向，其西南部因受NW構(gòu)造疊加，部分褶皺軸由NE向折轉(zhuǎn)為NW向或近EW向，褶皺一般寬闊平緩，中部及東部褶皺寬緩，西部褶皺則較緊密。主要斷裂有NW向的丹池?cái)嗔?、益蘭斷裂和天峨—東蘭斷裂，NE向的巴平斷裂、下王祥斷裂、吾隘斷裂、長(zhǎng)老斷裂和拔貢斷裂，NE向斷裂多屬正斷層，少數(shù)為逆斷層。

1.2 地層

研究區(qū)地表主要出露地層為中泥盆統(tǒng)至下石炭統(tǒng)，在向斜核部也有二疊系和三疊系出露。泥盆系有塘丁組、羅富組、榴江組及五指山組，石炭系有鹿寨組、巴平組、南丹組，二疊系有棲霞組、茅口組、四大寨組，其中富含有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的地層主要有鹿寨組、羅富組和塘丁組。在工作區(qū)側(cè)嶺鄉(xiāng)一帶鹿寨組厚度較穩(wěn)定，約為350 m，地表出露的暗色泥頁(yè)巖厚度一般在200 m以上，為本次研究的重點(diǎn)目標(biāo)層。

2 地球物理特征

2.1 區(qū)域地球物理場(chǎng)特征

研究區(qū)的區(qū)域地質(zhì)背景較為復(fù)雜(圖2)，地質(zhì)主構(gòu)造的走向?yàn)镹W向，區(qū)域上布格重力異常和剩余重力異常以重力高為主，其異常形態(tài)總體上可體現(xiàn)出區(qū)域構(gòu)造特征及地層的起伏形態(tài)，而局部異常特征則對(duì)局部地層上凸(下凹)起伏形態(tài)和局部地質(zhì)構(gòu)造展布形態(tài)等有較好的反映，綜合推斷區(qū)域局部重力高為二疊系-泥盆系的沉積巖所致。

研究區(qū)的磁異常由西到東主要表現(xiàn)“高-低-高”格局，由北到南磁異常逐漸減小，異常變化較為平緩。航磁 ΔT化極后磁異常從西往東呈“高-低-高”的異常形態(tài)，異常形態(tài)體現(xiàn)為NW向帶狀，與區(qū)域主構(gòu)造走向相對(duì)應(yīng)，低磁異常與側(cè)嶺向斜對(duì)應(yīng)。從區(qū)域上看，磁異常與重力異常具有一定的相似性，均體現(xiàn)為北高南低、東高西低的異常特征。

2.2 巖石電性特征

大地電磁法以巖石的電阻率差異為探測(cè)應(yīng)用前提，而決定物體電阻率差異的主要因素為巖性，根據(jù)物性探測(cè)經(jīng)驗(yàn)可知，沉積巖中碳酸鹽巖電阻率最高，砂巖、硅質(zhì)巖次之，泥質(zhì)巖電阻率最低。據(jù)收集的桂西北地區(qū)丹池成礦帶物性資料，歸納總結(jié)該地區(qū)不同巖性的電性特征，整理形成了研究區(qū)的巖性電阻率參數(shù)統(tǒng)計(jì)表(表1)。

表1 研究區(qū)的巖性電阻率參數(shù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)地層巖性分析，研究區(qū)棲霞組(P2q)和茅口組(P2m)主要巖性為灰?guī)r，表現(xiàn)為高阻特征；南丹組(C2Pn)基本上由厚層狀的灰?guī)r組成，大埔組(C2d)巖性上以白云巖為主，這兩套地層在電性上表現(xiàn)為高阻層；巴平組(C1-2b)主要由灰?guī)r、硅質(zhì)巖組成，電性上表現(xiàn)為中高阻層；鹿寨組(C1lz)分為三段，各段之間巖性略有差異，混合層巖性上以泥巖、砂巖為主，電性上表現(xiàn)為低阻層；上泥盆統(tǒng)五指山組(D3w)巖性為灰?guī)r，含有泥質(zhì)，總體上表現(xiàn)出中高阻特性；中泥盆統(tǒng)羅富組(D2l)、塘丁組(D2t)巖性為炭質(zhì)泥巖、泥巖，反映為中低阻特性。由此可見(jiàn)，本區(qū)物探工作的目標(biāo)層鹿寨組黑色泥頁(yè)巖層的電性特征與周?chē)貙硬町惷黠@，具備開(kāi)展大地電磁測(cè)深的物性條件。

3 工作布置及參數(shù)選擇

本次物探工作布置3條大地電磁測(cè)深條剖面，編號(hào)分別為A、B、C (圖3)，剖面總長(zhǎng)度78 km，物理點(diǎn)數(shù)127個(gè)，探測(cè)深度3000 m。因地形因素影響，實(shí)際采用500～1000 m點(diǎn)距。

本次工作投入物探設(shè)備為2臺(tái)V8多功能電磁儀和2臺(tái) MTU-5A 大地電磁儀，開(kāi)工前對(duì)儀器開(kāi)展標(biāo)定和一致性試驗(yàn)。再進(jìn)行電道極距試驗(yàn)和采集時(shí)長(zhǎng)分析，開(kāi)展了30 m、50 m和80 m 三種不同電道極距的試驗(yàn)，對(duì)比發(fā)現(xiàn) 50 m 極距的視電阻率曲線形態(tài)最為清晰穩(wěn)定。然后截取4 h、8 h、16 h和20 h時(shí)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果顯示，時(shí)長(zhǎng)為16 h和20 h的曲線質(zhì)量?jī)?yōu)于其他時(shí)長(zhǎng)，1 Hz 以上頻段的數(shù)據(jù)曲線達(dá)到優(yōu)良品級(jí)，1～0.1 Hz 頻段數(shù)據(jù)曲線達(dá)合格品級(jí)，滿(mǎn)足規(guī)范要求和勘探深度要求。綜合考慮數(shù)據(jù)質(zhì)量、勘探深度以及施工效率，決定采用50 m電極距，數(shù)據(jù)采集時(shí)長(zhǎng)不低于16 h。

4 數(shù)據(jù)處理和反演

首先根據(jù)電性參數(shù)和地質(zhì)資料，建立地電模型，通過(guò)正演計(jì)算，求取理論響應(yīng)，確定物探異常解釋標(biāo)識(shí)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和反演。本次主要采用 SSMT2000 軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，再使用 MT-Editor 軟件進(jìn)行干擾數(shù)據(jù)剔除、消除曲線的“飛點(diǎn)”，最后使用 MT-Soft2D 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)圓滑、靜態(tài)校正、地形改正和反演計(jì)算，確定最終的地質(zhì)推斷解釋成果，本次采用非線性共軛梯度法進(jìn)行 TE&TM 聯(lián)合反演，數(shù)據(jù)處理解釋流程見(jiàn)圖4。

5 綜合地質(zhì)解釋

5.1 剖面成果分析

本次完成A、B、C三條測(cè)線探測(cè)，在此以C線綜合剖面成果為例進(jìn)行分析(圖5)：測(cè)深曲線類(lèi)型整體上主要為QH型和H型；一維反演斷面圖由淺到深為高阻-低阻-中高阻-中阻的變化；二維反演斷面圖為高阻-低阻-中高阻-低中阻的變化，從北西往南東呈逐漸抬升趨勢(shì)，基本反映了向斜核部至轉(zhuǎn)折端地層揚(yáng)起的特征。

反演綜合分析：頂部高阻層為二疊系和上石炭統(tǒng)的灰?guī)r、白云巖等綜合反映，厚800～1800 m；下伏低阻層連續(xù)性較好，形態(tài)略有起伏，局部出現(xiàn)錯(cuò)斷、升降現(xiàn)象，推測(cè)為下石炭統(tǒng)的硅質(zhì)巖、炭質(zhì)泥頁(yè)巖的綜合反映，整體厚200～500 m；中深部中高阻層起伏形態(tài)與上覆低阻層大概一致，推斷為中-上泥盆統(tǒng)的瘤狀灰?guī)r、泥晶灰?guī)r及硅質(zhì)巖等綜合反映，厚300～800 m；深部的低中阻層則為中泥盆統(tǒng)的炭質(zhì)泥頁(yè)巖、鈣質(zhì)泥巖、硅質(zhì)頁(yè)巖等綜合反映；據(jù)局部異常體被切割、呈不連續(xù)分布和升降現(xiàn)象，推測(cè)出7條斷裂構(gòu)造，其中F4、F6、F8為主要較深大斷層，f5、f7、f9、f10為次級(jí)斷裂。

5.2 綜合解釋推斷

為了能直觀地了解研究區(qū)的地電特征及斷裂構(gòu)造、目標(biāo)地層的空間展布形態(tài)，現(xiàn)將3條測(cè)線的二維反演斷面繪制成三維空間立體圖(圖6)，并繪制鹿寨組底界面等深度推斷圖(圖7)。由圖6可知，整體上C線斷面形態(tài)特征與A線和B線具有一定的相似性及延展性。綜合推斷目標(biāo)地層鹿寨組頂界面埋深0～2000 m，底界面埋深0～2500 m，厚200～500 m，其空間形態(tài)由南西到北東呈槽型分布特征，自北西至南東一直抬升，與向斜構(gòu)造形態(tài)基本一致。推斷了10條斷層，其中F1為推斷隱伏斷層，從空間上看，f5、f7、f9、f10對(duì)目標(biāo)地層展布沒(méi)有影響，而F1、F2、F3、F4、F6、F8則存在一定的錯(cuò)動(dòng)作用，可能會(huì)對(duì)頁(yè)巖氣的存儲(chǔ)產(chǎn)生影響。

6 結(jié)論

1)本次研究工作利用大地電磁測(cè)深技術(shù)在桂北地區(qū)開(kāi)展頁(yè)巖氣資源調(diào)查探測(cè)，能較為準(zhǔn)確地反映測(cè)區(qū)內(nèi)地層的起伏、厚度以及構(gòu)造分布特征等，對(duì)含有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖地層的探測(cè)取得較好效果，物探勘查方法選擇正確。

2)基本查明了研究區(qū)目標(biāo)層下石炭統(tǒng)鹿寨組炭質(zhì)泥頁(yè)巖層的埋深、厚度及空間展布特征，評(píng)價(jià)了斷裂構(gòu)造對(duì)目標(biāo)層的影響作用，為該地區(qū)的頁(yè)巖氣資源綜合評(píng)價(jià)提供了較好的物探勘查依據(jù)。

3)物探勘查方法的應(yīng)用及探測(cè)成果，對(duì)今后在類(lèi)似地區(qū)開(kāi)展油氣資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作具有一定的參考作用。