大地電磁測深在南鄱陽盆地頁巖氣勘探中的應用

胡曉麗，寇 明，王朝錦，李鐵柱

大地電磁測深在南鄱陽盆地頁巖氣勘探中的應用

胡曉麗1，寇 明2，王朝錦2，李鐵柱2

（1.四川川核地質工程有限公司，成都 610000；2.四川省核工業地質調查院，成都 610000）

為了解江西南鄱陽盆地區域深部構造特征，以及樂平組、小江邊組、安源組等主要頁巖氣層系泥頁巖空間展布、巖性等特征，開展了4條大地電磁測深剖面資料的處理和定性、定量分析。通過對大地電磁測深資料的斷面視電阻率、阻抗相位分析及二維連續介質反演，結合研究區的地質和地球物理特征，基本查明了剖面上主要斷裂的位置、性質及發育特征，大致圈定了區內主要地質層系（電性層）的空間展布。研究表明：區內斷裂構造發育，樂平組底界埋深整體與盆地情況比較接近，東部盆地邊緣埋深較淺，西部越靠近盆地中心埋深越深。

大地電磁測深；構造特征；頁巖氣勘探；鄱陽盆地

大地電磁測深法是油氣非震勘探的主要方法之一，具有裝備輕便、成本低、工作效率高、探測深度大等特點，并具有不受高阻層屏蔽影響，對低阻層分辨能力強的優勢（田巍等，2019），可用于識別深大斷裂、深部地殼和主要地層界面，同時可以為構造單元劃分提供重要依據，也常被用來地熱勘探和地震預報等研究工作（李金銘，2005）。

南鄱陽坳陷位于江西省鄱陽盆地的南部，呈北東走向，面積約6790km2。近年工作表明：為一個受NNE向贛江斷裂和NE向反轉斷裂體系雙重控制的白堊紀一古近紀張扭斷陷盆地，與九嶺—懷玉前白堊系海相逆沖構造層系一起構筑成具有疊合盆地構造地質背景，二疊系—三疊系海相—海陸過渡相烴源巖與二疊系一白堊系多套儲蓋組合相互疊置構成晚期良好的油氣成藏組合條件；前人實施的鳴檢1井龍潭組官山段（P21）揭露12.7m油砂、樂探1井周家店組底部（K31）等證實了坳陷基本具備整體封閉保存條件，二疊系烴源巖普遍經歷了二次生烴過程，是中國南方開展油氣勘探的有利地區（鄭華平等,2006）。

圖1 南鄱陽盆地構造單元劃分圖

本文基于大地電磁測深（MT）成果所顯示的電性特征，深入研究南鄱陽盆地的地球物理特征，闡述了南鄱陽盆地斷裂和地層展布特征，在此基礎上推測了南鄱陽盆地頁巖氣有利層段及區域的分布，為下一步南鄱陽盆地頁巖氣勘探開發提供了依據。

1 區域地質概況與地球物理特征

1.1 區域地質概況

鄱陽坳陷的前身應為九嶺-高臺山合拱之一部分，屬長期隆起剝蝕區。燕山構造旋迴期間，由于強烈的斷塊運動，才開始逐步斷陷下沉，形成了晚白堊世及其以后的陸相碎屑建造。湖區西部，晚白堊世和第三紀沉積地層均較發育；湖區東部則僅有晚白堊系，而缺失第三系，說明鄱陽盆地的沉降中心曾向西遷移。喜馬拉雅運動時期曾一度隆起，因而缺失晚第三紀的沉積。第四紀再度強烈沉降，沉積物以北部和西部地區最厚。

南鄱陽坳陷地質結構具有“上張下壓”的疊合盆地特征。下構造層地質結構的顯著特征是發育推覆構造, 由北向南推覆, 在坳陷南緣與官帽山逆沖系相向逆沖形成向塘-二甲村對沖帶。其內部結構受推覆構造影響呈現條帶狀分布的殘留向斜, 部分地區呈現為逆沖超疊單斜片。坳陷內的推覆構造與萍樂坳陷北部九嶺推覆構造體系實屬同一構造體系，由九嶺向東延伸至波陽, 再向東與高臺山逆沖系相接, 主要推覆活動受燕山運動影響。

坳陷中部明顯受南北向贛江走滑斷裂體系控制。坳陷東部主要受控于晚印支-燕山期北東向逆沖斷裂在晚期的反轉作用，表現在斷裂走向和逆沖方向差別較大，“南斷北超”，北東-北北東走向的斷陷形態明顯（梁興等，2006）。斷裂走向往北偏移，以北東向為主。自北西至南東可分為康山坳陷、瑞洪凸起和二甲村凹陷三個次級構造（圖1）。

研究區巖石物性測定統計表

地層極化率η電阻率ρ（Ω·m） 最小值最大值平均值最小值最大值平均值 K0.1%3.4%0.76%63.31702.58203.20 J1s0.6%3.28%1.65%204.273644.741074.66 T3a0.15%1.53%0.35%544.18750.203689.28 T2y0.76%4.37%1.80%145.40466.72228.07 P3c0.47%3.7%2.11%347.072872.881063.9 P3l0.08%6.72%1.39%52.081018.43332.19 P2m0.08%1.71%0.57%321.46140071.322935.55 P2x0.23%8.43%1.94%9569.37100307.0434354.74 P2q0.04%2.22%0.69%2814.2329802.1910634.66 P1m0.06%0.61%0.35%2360.2294448.8431799.93 C2h0.21%1.82%0.61%8673.74142941.6835820.95 C1z0.45%4.17%1.78%546.24338131.417358.62 C1h1.18%4.17%2.57%2979.9338131.4011738.27

1.2 地球物理特征

據研究區物性測定結果，結合已有的地質、電性、鉆井巖心資料，揭示出電性特征如下：研究區地層相應巖性電阻率總體上具有從新至老，可劃分為四個電性層：

第一電性層：白堊系以粉砂巖、砂巖為主，綜合表現為低阻特征；第二電性層：侏羅系、三疊系安源組以砂巖、礫巖為主，僅少部分地區可見，二疊系長興組以灰巖為主，視電阻率較高，綜合表現為中低阻特征；第三電性層：三疊系楊家組以砂巖為主，二疊系樂平組以頁巖、砂巖為主，視電阻率整體表現為低阻特征，定為電性標志層；第四電性層：二疊系茅口組、小江邊組、棲霞組、馬平組，石炭系黃龍組、梓山組、華山嶺組以灰巖、白云巖、砂巖為主，視電阻率綜合為高阻特征，電阻率值可達數萬Ω·m。主要目標層樂平組為低阻特性與下伏地層差異明顯，為電法工作開展提供依據。

2 數據采集及處理

大地電磁法是利用天然的大地電磁場作為場源來測定地下巖石的電性參數，通過研究地電斷面的變化來解決地質問題(古志文等，2020)。在本次研究區布置了4條垂直構造的大地電磁測深剖面，即MT01—MT04（測線位置見圖2）。測量頻率為320～0.00069 Hz，每一測點觀測Ex、Ey、Hx、Hy、Hz5個時間序列，點距500m，共測得210 個測點的MT資料，所有測點均采用了遠參考處理。通過綜合分析對比時間試驗結果，本次工作選擇8h作為野外工作的測量時間。

圖2 研究區大地電磁法剖面位置圖

本次大地電磁測深的數據處理與解釋的主要流程有預處理、濾波、靜態校正、定性分析、定量分析、反演等。原始資料預處理是利用加拿大鳳凰公司的SSMT2000數據現場處理軟件。本次工作預處理過程中通過去噪、靜態校正、遠參校正等方法獲得可靠的阻抗、視電阻率和相位等要素，提高資料質量。通過對曲線類型、視電阻率擬斷面和阻抗相位等資料的定性分析，從而定性掌握地下電性層分布特征、斷裂分布、剖面構造單元劃分及地層起伏變化情況。本次定量解釋采用了MTsoft2D軟件中的一維Bostick變換和帶地形二維NLCG反演，多種方法的反演結果相互佐證，以提高本次推斷解釋資料的準確性。

3 大地電磁剖面綜合解釋

在解釋時遵循以下原則：遵循從已知到未知（陶娟等，2013）、從點到面、從簡單到復雜、從局部到全局的原則?？紤]各種因素對觀測結果的影響，依據地質規律及物性差異，對視電阻率擬斷面進行綜合解釋。把視電阻率等值線斷面圖、物性資料、地質資料及巖心資料等作為資料解釋的基本依據，根據

電阻率斷面圖中背景值大小、異常表現形態、異常幅值及其與背景值的差異等，并結合實際地段所對應的出露地層，對地層分界線、構造特征等情況進行判釋。

大地電磁測深圖件中斷層的標志可以是各種大地電磁參數出現大的梯度值，等值線呈現密集帶或者表示大地電磁參數的極化圖形狀和方向發生突變（陳樂壽等.1990）。曲線類型突變，形態變化較大，電阻率等值線呈扭曲、陡立形態，電性層有明顯的錯動或厚度有明顯的變化，反應了斷裂的存在（田巍等，2019）。結合地質資料與MT成果分析，本研究區發育NE-NW走向共計5條斷裂。

MT01剖面0～155號點（圖3），可劃分為四個層位，由淺往深第一層為白堊系茅店組至周田組地層，一般厚度500～1100m，第二層為侏羅系漳平組至水北組地層，平均厚度600m，第三層為三疊系楊家組至二疊系樂平組地層，一般厚度100～400m，第四層為二疊系茅口組至石炭系地層；160～285號點，可劃分為兩個層位，第一層為第四系地層，一般厚度10～50m，第二層為新元古界雙橋山群地層。

MT02剖面0～15號點(圖4)，整體電阻率較高，為新元古界雙橋山群地層；20～40號點，可劃分為兩個層位，第一層為二疊系樂平組地層，一般厚度100～1000m，第二層為新元古界雙橋山群；45～65號點，整體視電阻率較高，視電阻率等值線梯度變化以55號點為中心對稱，推測為局部隆起構造的反應；70～160號點，可劃分為三個層位，第一層為白堊系茅店組至周田組地層，一般厚度100～2200m，第二層為三疊系楊家組至二疊系樂平組地層，一般厚度100～400m，第三層為二疊系茅口組至石炭系地層；165～240號點，可劃分為四個層位，由淺往深第一層為白堊系茅店組至周田組地層，一般厚度500～1100m；第二層為侏羅系漳平組至水北組地層，平均厚度600m；第三層為三疊系楊家組至二疊系樂平組地層，一般厚度100～400m；第四層為二疊系茅口組至石炭系地層。

圖3 MT01線成果推斷圖

圖4 MT02線成果推斷圖

MT03剖面0～15號點（圖5），整體電阻率較高，為新元古界雙橋山群地層；20～140號點，可劃分為兩個層位，第一層主要第四系地層，平均厚度50m，第二層為新元古界雙橋山群地層；145～235號點，可劃分為三個層位，第一層為白堊系茅店組至周田組地層，一般厚度20～500m，第二層為二疊系樂平組， 平均厚度150m，第三層為二疊系茅口組至石炭系地層；240～295號點，可劃分為兩個層位，第一層為二疊系樂平組地層，一般厚度20～1100m；第二層為二疊系茅口組至石炭系地層。

MT04剖面0～50號點（圖6），可劃分為兩個層位，第一層為二疊系樂平組地層，一般厚度50～1100m；第二層為二疊系茅口組至石炭系地層；55～70號點，可劃分為三個層位，第一層為第四系地層，一般厚度10～50m，第二層為二疊系樂平組地層，一般厚度50～2000m；第三層為二疊系茅口組至石炭系地層；75～130號點，可劃分為三個層位，第一層為三疊系安源組，一般厚度10～100m；第二層為二疊系樂平組地層，平均厚度150m；第三層為新元古界雙橋山群地層。185～210號點，可劃分為兩個層位，第一層為第四系地層，一般厚度10～50m，第二層為新元古界雙橋山群地層。

4 結論

根據本次工作實測野外巖石露頭、巖芯電阻率及已取得的物性資料，分析總結出研究區地層的電性規律：二疊系樂平組（P3）以砂巖、頁巖、泥巖為主，電阻率整體表現為低阻特征，樂平組上覆地層薄層長興組高阻，三疊系安源組、楊家組，侏羅系水北組整體為中低阻，樂平組下伏地層二疊系茅口組為高阻。

基于本次工作獲得的地層電性特征，綜合二維連續介質電阻率反演，基本確定了研究區各個目的層系的厚度、空間展布、構造和斷裂體系。

二疊系樂平組區內較為連續，厚度較大，約100～400m。在研究區內埋深分布不均勻，具有盆地邊緣埋深較淺，越靠近盆地中心埋深越深。

圖5 MT03線成果推斷圖

圖6 MT04線成果推斷圖

通過大地電磁測深結合電性特征綜合分析，在分析電性結構的基礎上，綜合地質、鉆井等資料，能夠較為準確的解譯深部構造空間展布、構造性質等特征，可作為頁巖勘探的初期階段的一種經濟有效的方法。

田巍，李旭兵，王保忠．2019．大地電磁測深在湘東南坳陷頁巖氣勘探中的應用[J]．物探與化探．43(2)：281-289．

李金銘．2005．地電場與電法勘探[M]．第一版．北京：地質出版社．

鄭華平，周松源，梁興，張廷山．2006．南鄱陽坳陷油氣成藏條件分析[J]．天然氣工業．26(6)：39-43．

梁興，葉舟，吳根耀，鄭華平，徐克定，張廷山，劉家鐸．2006．鄱陽盆地構造—沉積特征及其演化史[J]．地質科學．41(3)：404-429．

古志文，賈建超，譚章坤．2020．電磁法在川南大壩地區巖溶勘查中的應用[J]．四川地質學報．40(3)：491-494．

陶娟，雷宛，陳思宇，馬肖波，李怡，蒲丹．2013．大地電磁測深成果與地質剖面聯合解釋及其效果[J]．物探化探計算技術．35(6)：651-657．

陳樂壽，王光鍔．1990．大地電磁測深法[M]．第一版，北京：地質出版社．

The Application of Magnetotelluric Sounding to the Shale Gas Exploration in the Southern Poyang Basin

HU Xiao-li1KOU Ming2WANG Chao-jin2LI Tie-zhu2

(1-Sichuan Chuanhe Geological Engineering Co. , Ltd. , Chengdu 610061; 2-Sichuan Institute of Uranium Geological Survey, Chengdu 610061)

This study carries out qualitative and quantitative analysis of the data on 4 magnetotelluric profiles in order to understand the deep structural features of the southern Poyang Basin and spatial distribution and lithologic characteristics of gas-bearing shale of the Leping, Xiaojiangbian and Anyuan Formations. The position and characteristics of the main fractures on the profiles have been basically identified and spatial distribution of the main gas-bearing shale is delineated on the basis of the analytical results combined with regional geological and geophysical features. The study indicates that fracture structure is well developed in the studied area, and buried depth of the Leping Formation is deeper in the east of the basin than in the west of the basin.

magnetotelluric sounding; structural feature; shale gas exploration; Poyang Basin

2020-08-11

胡曉麗（1981— ），女，山東德州人，工程師，從事地球物理勘查數據處理與解釋工作

P319

A

1006-0995（2021）02-0315-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.02.026