CN104656157B - 一种识别页岩气甜点区的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种识别页岩气甜点区的方法及装置。根据获取的电磁场信息确定待识别目标区域的频率域视电阻率，并得到频率域视电阻率的分布变化规律；根据频率域视电阻率的分布变化规律进行电阻率垂直梯度成像，得到页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围；并根据电磁场信息提取待识别目标区域的幅频率，得到幅频率分布变化规律；根据频率域视电阻率、幅频率分布变化规律以及所述页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围，识别得到页岩气甜点区。能够准确地识别页岩气甜点区的区域分布规律，实现高效、低耗、高精度、大深度识别和勘探，且不受地表灰岩屏蔽，为页岩气的大规模勘探和开发提供重要的地质信息和依据。

Description

一种识别页岩气甜点区的方法及装置

技术领域

本发明涉及地球物理勘察技术领域，具体涉及一种识别页岩气甜点区的方法及装置。

背景技术

文献“快速识别页岩气‘甜点’目标的时频电磁勘探技术及应用”(周印明等，物探与化探，第39卷第1期，第60-63、83页，2015年2月10日)，是本发明最接近的现有技术，北美地区主要采用地震和钻井技术进行页岩气勘探，我国目前重点开展海相页岩气勘探的区域主要位于四川、重庆、贵州、湖南等几个省区在内的上扬子地区。上述地区大多以山地地形为主，地质条件复杂多变，地震地质条件相对复杂，地面出露的地层年代一般较老，主要为奥陶系、二叠系灰岩及上三叠统石英砂岩，激发条件较差，由于页岩层位上覆和下伏构造复杂，波阻抗差小，反射能量弱，导致地震等页岩气甜点区识别技术应用效果不佳，面临挑战。

发明内容

针对现有页岩气甜点区识别技术应用效果不佳的缺陷，本发明提供了一种识别页岩气甜点区的方法及装置。

一方面，本发明提供的一种识别页岩气甜点区的方法，包括：

获取待识别目标区域的电磁场信息、地质参数和测井数据；

根据所述电磁场信息确定所述待识别目标区域的频率域视电阻率；并根据所述电磁场信息提取所述待识别目标区域的幅频率，以确定所述待识别目标区域的幅频率分布变化规律；

根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率、幅频率、地质参数和测井数据建立初始地电模型，对所述待识别目标区域的频率域视电阻率进行反演，得到所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律；

根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律进行电阻率垂直梯度成像，对所述电阻率垂直梯度成像识别得到页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围；

根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率、幅频率分布变化规律以及所述页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围，识别得到所述待识别目标区域的页岩气甜点区。

进一步地，所述待识别目标区域的电磁场信息包括电磁发送设备和电磁接收设备的坐标信息、电磁发送设备发送的各频率的电流数据以及电磁接收设备接收的各频率的电位差数据。

进一步地，根据所述电磁场信息采用下式提取所述待识别目标区域的幅频率：

η＝[(V_L-V_H)/V_H]×100％

其中，η为所述待识别目标区域的幅频率，V_L和V_H为电位差，且V_L对应的频率小于V_H对应的频率。

进一步地，所述根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律进行电阻率垂直梯度成像的步骤，包括：

根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律，采用二维可视化线性信息增强技术进行电阻率垂直梯度成像。

另一方面，本发明还提供一种识别页岩气甜点区的装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取待识别目标区域的电磁场信息、地质参数和测井数据；

确定模块，用于根据所述电磁场信息确定所述待识别目标区域的频率域视电阻率；并根据所述电磁场信息提取所述待识别目标区域的幅频率，以确定所述待识别目标区域的幅频率分布变化规律；

反演模块，用于根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率、幅频率、地质参数和测井数据建立初始地电模型，对所述待识别目标区域的频率域视电阻率进行反演，得到所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律；

成像模块，用于根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律进行电阻率垂直梯度成像，对所述电阻率垂直梯度成像识别得到页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围；

识别模块，用于根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率、幅频率分布变化规律以及所述页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围，识别得到所述待识别目标区域的页岩气甜点区。

进一步地，所述获取模块中待识别目标区域的电磁场信息包括电磁发送设备和电磁接收设备的坐标信息、电磁发送设备发送的各频率的电流数据以及电磁接收设备接收的各频率的电位差数据。

进一步地，所述确定模块，进一步用于根据所述电磁场信息采用下式提取所述待识别目标区域的幅频率：

η＝[(V_L-V_H)/V_H]×100％

其中，η为所述待识别目标区域的幅频率，V_L和V_H为电位差，且V_L对应的频率小于V_H对应的频率。

进一步地，所述成像模块，进一步用于：

根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律，采用二维可视化线性信息增强技术进行电阻率垂直梯度成像。

本发明提供的一种识别页岩气甜点区的方法及装置，能够准确地识别页岩气甜点区的区域分布规律，实现高效、低耗、高精度、大深度识别和勘探，且不受地表灰岩屏蔽，为页岩气的大规模勘探和开发提供重要的地质系信息和依据。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1是本发明一个实施例中识别页岩气甜点区的方法的流程示意图；

图2是本发明一个实施例中广域电磁发射设备与接收设备布置区域示意图；

图3是本发明一个实施例中反演频率域视电阻率的断面示意图；

图4是本发明一个实施例中页岩储层埋深的电阻率垂直梯度成像示意图；

图5是本发明一个实施例中页岩储层的厚度示意图；

图6是本发明一个实施例中幅频率分布变化规律示意图；

图7是本发明一个实施例中识别得到的页岩气甜点区示意图；

图8是本发明一个实施例中识别页岩气甜点区的装置的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步详细阐述。

图1示出了本实施例中识别页岩气甜点区的方法的流程示意图，如图1所示，本实施例提供的一种识别页岩气甜点区的方法，包括：

S1，获取待识别目标区域的电磁场信息、地质参数和测井数据；

S2，根据所述电磁场信息确定所述待识别目标区域的频率域视电阻率；并根据所述电磁场信息提取所述待识别目标区域的幅频率，以确定所述待识别目标区域的幅频率分布变化规律；

S3，根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率、幅频率、地质参数和测井数据建立初始地电模型，对所述待识别目标区域的频率域视电阻率进行反演，得到所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律；

S4，根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律进行电阻率垂直梯度成像，对所述电阻率垂直梯度成像识别得到页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围；

S5，根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率、幅频率分布变化规律以及所述页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围，识别得到所述待识别目标区域的页岩气甜点区。

举例来说，在本实施例中所述待识别目标区域的电磁场信息采用广域电磁法进行勘测，具体的：

在待识别目标区域相隔一定收发距的发送位置上，布置广域电磁发送设备，一次同时向地下发送包含多个主频率的伪随机电流激励信号；在待识别目标区域接收位置上，布置多台广域电磁接收设备，一次性地同时接收广域电磁发送设备所发送并经过地下介质传输的所有频率的地电响应信息，从而一次性地同时提取地下不同深度的电磁场信息。

其中，所述待识别目标区域的电磁场信息包括广域电磁发送设备和广域电磁接收设备的坐标信息、广域电磁发送设备发送的各频率的电流数据以及广域电磁接收设备接收的各频率的电位差数据。所述待识别目标区域的电磁场信息包括广域电磁发送设备和广域电磁接收设备的坐标信息可采用高精度RTK(Real-time kinematic，实时动态控制***)测量技术获得。

如图2所示，A、B为广域电磁发送设备的发送电极，长度一般为1至3公里。发射设备由数个埋有铝板的发送点击坑并联构成接地点源，采用大功率发射机一次同时向地下发送包含多个主频率的伪随机电流激励信号。例如，发射信号分为5个频组，每个频组包含7个频率，最高频率为8192Hz，最低频率为0.0117Hz。在偏离广域电磁发送设备一定收发距的地电响应接收位置布置多台广域电磁接收设备，M、N为广域电磁接收设备的接收电极，一次性地同时接收经过地下介质传输的所有频率的地电响应信息，收发距一般为几公里到几十公里，接收设备用电极接收平行于AB的电场(Ex)信号，接收设备之间的距离一般为50m到200米。

采用广域电磁法进行电磁场信息勘测具有如下特点：

1)与CSAMT(Controlled Source Audio Magnetotelluric method，可控源音频大地电磁法)方法电磁法测量多个分量不同，广域电磁法只需要测量电磁场的一个分量，如电场的水平分量E_x、磁场的垂直分量H_z等，即可得到反演计算的信息数据，因此大大提高了勘探速度和精度。

2)广域电磁勘探不但可在“远区”工作，可以在”非远区”测量。由于电场信号与收发距离的立方(r³)成反比，磁场信号与收发距离的平方(r²)成反比，在“非远区”工作大大减小了收发距离，相对于CSAMT更大的优势是获得同样信号大小的情况下，发送电流大大减小，因此设备更加轻便，或者说勘探深度更大。反之，要达到与广域电磁法同样的勘探深度，CSAMT需要更大的发送电流，更大的发送功率，在很多情况下，或许根本无法实现。

3)探测速度快，测量精度高、抗干扰能力强。目前国内外电磁法基本上均采用变频法，但变频法有一个很大的缺陷，工作时是一次供一个频率，故工作效率低，且由于野外电磁干扰是随机的，导致每个频率测量的精度相差较大。广域电磁发送伪随机电流信号，一次发送就包含了多个有效频率，广域电磁发射***能同时发射多个频率，故在工作效率和采集精度上均有提高，目前该***能同时发射7个频率，工作效率提高的同时，野外成本大幅降低。

CSAMT必须在远区进行测量，才能保证计算电阻率公式的正确性，远区测量的结果是获得的信号微弱，所以抗干扰能力比较差，同时导致探测精度降低。而广域电磁法不需要在远区进行测量，可以减小收发距，从而使得接收信号大大增加，提高了信噪比，探测分辨率得到大幅提高。

4)广域电磁接收设备仅需测量一个电磁场分量，信号通道量最低可减少到一个，因而接收设备的成本相对较低，能够实现一台发送设备发送、许多台接收设备同时接收，实现大规模三维电磁勘探，极大地提高了电磁法勘探效率以及勘探的精度和勘探效果。

5)非远区测量，获得的接收信号大，观测精度和效率都能得到明显提高。

6)探测深度大。当探测对象埋藏较深时，CSAMT受远区测量的限制，不能正确地反映深部电阻率的变化。广域电磁法则不受远区的限制，能够正确地反映深部电阻率的变化，获得更大的探测深度。

然后，根据所述电磁场信息确定所述待识别目标区域的频率域视电阻率，进而，对得到的待识别目标区域的频率域视电阻率进行反演，根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率、幅频率、地质参数和测井数据建立初始地电模型，采用GEOGME软件对所述目标区的频率域视电阻率进行二维反演，以获得页岩储层电阻率的分布变化规律，其结果就是图3所示的反演频率域视电阻率的断面示意图。

二维反演通过非线性共轭梯度反演方法，获取地下地质精细结构。二维反演是假定大地电性结构为二维的，即地下介质的电性在垂直于勘探剖面的方向上不变，而沿剖面方向和随深度发生变化的一种反演方法。与一维反演相比，二维反演的假设更接近于真实的地电情况，所以二维反演是重点，最终的地质解释是建立在该成果上进行的。在对剖面电性单元的划分上，二维反演同样可分为连续介质反演和层状介质反演，二维连续介质反演是在不受任何先验认识的约束下，将剖面进行薄层单元分块划分，而后进行电性拟合，求得各单元的电阻率，在断面上呈现出电性分布的等值线图件，以此进行地质认识与解释。为适应反演方法的要求，这里我们在纵向上对模型进行离散化，每个薄层用一个连续函数来描述其横向电阻率变化，因此，二维连续模型就可以用一组连续函数集来描述。二维连续介质反演就是通过最佳拟合一条剖面上的电磁法响应函数(视电阻率)求各个薄层的电阻率连续函数的具体形式。

根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律，采用二维可视化线性信息增强技术进行电阻率垂直梯度成像，页岩储层埋深的电阻率垂直梯度成像如图4所示；得到页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围，其中对页岩储层的顶底板埋深曲线进行拾取，获得页岩储层厚度的变化规律，如图5所示。

进一步地，采用以下公式计算所述待识别目标区域的幅频率：

η＝[(V_L-V_H)/V_H]×100％

其中，η为所述待识别目标区域的幅频率，V_L和V_H为电位差，且V_L对应的频率小于V_H对应的频率。

如图6所示，得到所述待识别目标区域的幅频率分布变化规律。通过分析不同测点归一化电场值大小及曲线变化特征，对原始电场信号，从低频到高频多个频点同时参与计算，测出了测线中不同测点位置的综合幅频率信息。需要指出，此幅频率为综合地质信息，即为从测点位置地表至地下整体的反映，并不具有深度特征，但在横向位置上具有较好的分辨率。页岩中有机碳可引起幅频率异常，而页岩中TOC(Total Organic Carbon，总有机碳含量)越高幅频率值也越高，TOC数值与幅频率大小成正相关。所以通过幅频率信息可以反映页岩TOC的分布情况，从而达到推断优质页岩分布，预测页岩气甜点区的目的。

根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率、幅频率分布变化规律以及所述页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围，综合分析具有适当的埋深、一定的厚度、低电阻率、高幅频率及构造完整性的重叠吻合区域，将其圈定为页岩气甜点区，如图7所示。

本实施例提供的一种识别页岩气甜点区的方法，能够准确地识别页岩气甜点区的区域分布规律，实现高效、低耗、高精度、大深度识别和勘探，且不受地表灰岩屏蔽，为页岩气的大规模勘探和开发提供重要的地质系信息和依据。

另一方面，如图8所示，本实施例还提供一种识别页岩气甜点区的装置，所述装置包括：

获取模块101，用于获取待识别目标区域的电磁场信息、地质参数和测井数据；

确定模块102，用于根据所述电磁场信息确定所述待识别目标区域的频率域视电阻率；并根据所述电磁场信息提取所述待识别目标区域的幅频率，以确定所述待识别目标区域的幅频率分布变化规律；

反演模块103，用于根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率、幅频率、地质参数和测井数据建立初始地电模型，对所述待识别目标区域的频率域视电阻率进行反演，得到所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律；

成像模块104，用于根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律进行电阻率垂直梯度成像，对所述电阻率垂直梯度成像识别得到页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围；

识别模块105，用于根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率、幅频率分布变化规律以及所述页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围，识别得到所述待识别目标区域的页岩气甜点区。

进一步地，所述获取模块101中待识别目标区域的电磁场信息包括电磁发送设备和电磁接收设备的坐标信息、电磁发送设备发送的各频率的电流数据以及电磁接收设备接收的各频率的电位差数据。

进一步地，所述确定模块102，进一步用于根据所述电磁场信息采用下式提取所述待识别目标区域的幅频率：

η＝[(V_L-V_H)/V_H]×100％

其中，η为所述待识别目标区域的幅频率，V_L和V_H为电位差，且V_L对应的频率小于V_H对应的频率。

进一步地，所述成像模块104，进一步用于：

根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律，采用二维可视化线性信息增强技术进行电阻率垂直梯度成像。

本实施例提供的一种识别页岩气甜点区的装置，能够准确地识别页岩气甜点区的区域分布规律，实现高效、低耗、高精度、大深度识别和勘探，且不受地表灰岩屏蔽，为页岩气的大规模勘探和开发提供重要的地质系信息和依据。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种识别页岩气甜点区的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待识别目标区域的电磁场信息、地质参数和测井数据；

根据所述电磁场信息确定所述待识别目标区域的频率域视电阻率；并根据所述电磁场信息提取所述待识别目标区域的幅频率，以确定所述待识别目标区域的幅频率分布变化规律；

根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率、幅频率、地质参数和测井数据建立初始地电模型，对所述待识别目标区域的频率域视电阻率进行反演，得到所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律；

根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律进行电阻率垂直梯度成像，对所述电阻率垂直梯度成像识别得到页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围；

根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率、幅频率分布变化规律以及所述页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围，识别得到所述待识别目标区域的页岩气甜点区。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待识别目标区域的电磁场信息包括电磁发送设备和电磁接收设备的坐标信息、电磁发送设备发送的各频率的电流数据以及电磁接收设备接收的各频率的电位差数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述电磁场信息采用下式提取所述待识别目标区域的幅频率：

η＝[(V_L-V_H)/V_H]×100％

其中，η为所述待识别目标区域的幅频率，V_L和V_H为电位差，且V_L对应的频率小于V_H对应的频率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律进行电阻率垂直梯度成像的步骤，包括：

根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律，采用二维可视化线性信息增强技术进行电阻率垂直梯度成像。

5.一种识别页岩气甜点区的装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取待识别目标区域的电磁场信息、地质参数和测井数据；

确定模块，用于根据所述电磁场信息确定所述待识别目标区域的频率域视电阻率；并根据所述电磁场信息提取所述待识别目标区域的幅频率，以确定所述待识别目标区域的幅频率分布变化规律；

反演模块，用于根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率、幅频率、地质参数和测井数据建立初始地电模型，对所述待识别目标区域的频率域视电阻率进行反演，得到所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律；

成像模块，用于根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律进行电阻率垂直梯度成像，对所述电阻率垂直梯度成像识别得到页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围；

识别模块，用于根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率、幅频率分布变化规律以及所述页岩储层的埋深、厚度和在所述待识别目标区域的分布范围，识别得到所述待识别目标区域的页岩气甜点区。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获取模块中待识别目标区域的电磁场信息包括电磁发送设备和电磁接收设备的坐标信息、电磁发送设备发送的各频率的电流数据以及电磁接收设备接收的各频率的电位差数据。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定模块，进一步用于根据所述电磁场信息采用下式提取所述待识别目标区域的幅频率：

η＝[(V_L-V_H)/V_H]×100％

其中，η为所述待识别目标区域的幅频率，V_L和V_H为电位差，且V_L对应的频率小于V_H对应的频率。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述成像模块，进一步用于：

根据所述待识别目标区域的频率域视电阻率的分布变化规律，采用二维可视化线性信息增强技术进行电阻率垂直梯度成像。