CSAMT法在盐化老腔形状检测中的勘探试验

井岗，何俊，翁小红，王晓刚，薛雨

（中国石油西气东输管道公司储气库管理处，江苏镇江212050）



CSAMT法在盐化老腔形状检测中的勘探试验

井岗，何俊，翁小红，王晓刚，薛雨

（中国石油西气东输管道公司储气库管理处，江苏镇江212050）

盐化企业采卤形成的地下空间是一种宝贵的储气资源，盐化老腔直接改造成储气库可以缩减建库时间、迅速提高库容和节省资金。目前老腔形状检测是改造过程中的技术瓶颈，腔体的形状直接关系腔体稳定性。腔体卤水和围岩在电阻率上存在差异，这为CSAMT法提供了地球物理勘探前提条件。本次试验选择在淮安地区开展可控源音频大地电磁勘探法，采用合理的野外排列方式、数据处理、资料解释及腔体形态构建，确定了腔体的空间形态展布。

CSAMT；V8；盐腔；声纳

1　腔体检测技术现状

目前国内外成熟的地下腔体检测采用声纳测量技术，盐穴声纳测量技术的工作原理为：沿采盐井井筒下放声纳测量井下仪器，井下仪器的声纳探头进去盐穴腔体后，在某一深度进行360°水平旋转，同时按设定的角度间隔向盐穴腔体壁发射脉冲声波，接收回波信号，信号经井下仪器的连接电缆传回地面中心处理器，得到某一深度上的腔体水平剖面图；在盐穴腔体内不断改变检测深度，则可获得腔体不同深度的水平剖面，最终可得到整个腔体的体积和三维形态图像［1］，声纳测量施工工艺图（见图1），金坛地区A井的声纳三维图像（见图2）。

声纳测量技术可以很好的测量单井单腔这种立式盐腔，盐化企业采卤一般采用直井+斜井水平对接的方式注水采卤，形成的腔体（见图3），对于直井段的腔体形态可以通过声纳测量获取，对于水平段和斜井段的腔体形态目前还没有技术可以获取，这就导致无法深入评价水平盐腔的可用性，水平对接采卤井形状检测就成为了老腔改造评价的技术瓶颈。

图1　声纳测量施工工艺示意图

图2　金坛A井声纳三维图

图3　水平对接采卤井腔体示意图

2　工区地质概况及勘探前提

2.1工区地质概况

在大地构造上，淮安楚州盐矿赋存于苏北盆地盐阜坳陷淮安中断陷。淮安中断陷为中生代的断陷，新生代的凸起，南深北浅的箕状断陷。淮安盐矿内地层有第四系东台组、上第三系盐城组上段、白垩系上统赤山组和浦口组，期间缺失整个下第三系和上第三系盐城组下段。淮安盐矿含盐地层为白垩系上统浦口组中部，为一套暗棕色、灰黑色泥岩、膏质泥岩、硬石膏、钙芒硝与盐岩组成不等厚互层。根据不同岩类的组合特点及剖面上的分布状况，可将含盐层剖面分为三个岩性亚段：上盐亚段、淡化段、下盐亚段。上盐亚段第四岩性组合底板埋深800m～2 900m，平均埋深1 600m左右。上盐亚段第三岩性组合底板埋深1 000 m～3 300 m，平均埋深2 000m左右。上盐亚段底板埋深1 300m～3 700m，平均埋深2 200m左右。

2.2地球物理勘探前提条件

根据区域地质资料显示：工区内主要被第四系覆盖，目标层段成岩性较好，溶腔内满含卤水。根据本次试验目的，结合钻探资料、区域地质资料，将区内主要岩性电阻率参数总结（见表1）。

地层水电阻率与地下水矿化度的函数关系为：logρ水=a+b log C，式中：ρ水-地层水的电阻率，C-矿化度，b-与矿化度有关的系数，a-与温度有关的系数。

为了更明确的说明地下水矿化度与电阻率的关系，下面给出前苏联某地区松散类地下水矿化度与电阻率的关系曲线（见图4）。盐卤水的电阻率约为4Ω·m，围岩电阻率为18Ω·m～24Ω·m，两者之间电阻率差异较大［2］，这就为CSAMT电磁勘探提供了地球物理前提。

表1　工区地层电阻率参数

图4　电阻率与地下水矿化度的关系曲线

3　CSAMT法野外数据采集

3.1野外采集仪器设备

可控源音频大地电磁简称CSAMT，是利用接地水平电偶源为信号源的一种频率域电磁测深法，CSAMT采用了大功率的人工场源，具有信号稳定、信噪比高、穿透能力强、探测深度大等特点。近几年，CSAMT作为研究深部矿成矿环境研究的有限手段，在研究盆地基底埋深起伏、盖层及成矿目的层展布规律、确定隐伏构造等方面得到广泛应用。探测深度可用公式H=356来计算，其中探测深度（H）与视电阻率ρs的平方根成正比，与频率（f）的平方根成反比［3］。本次CSAMT采用加拿大产V8电法系统，包括发电机组、发射机和接收机三个部分。发射机为TXU-30（20 kW），发电机组是德国进口30 kW的24GF型柴油发电机组，最高电压1 000 V（I=20 A），最大电流40 A（V=500 v）；接收机系统由V8多功能电法仪和两个RXU（辅助采集站）组成。V8多功能电法仪具有以下特点：每道采用A/ D转换器，低频MT弱信号采用24位，保持了最高的动态范围和分辨率；发射和接收为无线连接，始终采用GPS同步，避免了不断需要校对时钟同步的麻烦和出错的可能性；采用TXU-30发电机组，功率大、频率高，在提高观测信号的同时，可有效地避免我国50 Hz的工业电干扰，有利于在矿区和城市附近开展工作。

3.2观测系统及采集参数

CSAMT野外观测系统示意图（见图5）。在CSAMT法野外工作中，观测区域布置在一个梯形范围内。发射偶极AB平行测线布置，AB到测线的距离应大于三倍的趋肤深度，一般为6 km～12 km，测线的长度应保持在梯形范围内。

图5　CSAMT法野外工作方法示意图

本次CSAMT试验共布置9条测线，近南北方向，分别为20线、30线、35线、40线、50线、55线、60线、70线和80线，线距为20m。

本次试验探测最大深度为1 800m，采集频率选择为3 072 Hz～0.44 Hz，采用自动采集方式，共38个频点，深度在1 200 m～1 500 m附近，设计加密，大大的提高了分辨率；发射和接收采用GPS时钟对时，达到时间上的严格一致。本次AB偶极布设均平行测线，AB长均大于1.7 km，收发距为6.5 km。接收测线信号均落在AB电极中间张角60°范围内，发射最大电流达到18 A。

图6　CSAMT法数据处理流程图

4　CSAMT法室内数据处理

CSAMT法数据处理的流程（见图6）。

（1）对采集数据进行预处理，转换成处理反演软件所要求的SEC/PLT文件，检查数据转换时给定的排列采集参数是否正确；

（2）建立L记录文件，先后导入SEC/PLT文件及测线坐标TXT文件；

（3）人工剔除跳点、曲线平滑、静态校正及空间滤波。

由于干扰和观测误差的存在，在频率-视电阻率曲线上有时会出现非正常的跳跃。结合干扰记录，根据相邻测点的曲线特征，对野外采集的原始视电阻率和时间衰减曲线突变点进行平滑或丢弃［4］。

通过观测整条剖面上各测点电阻率-频率测深曲线的高频端曲线，结合野外地层的出露现状，采用电阻率曲线之间的以及相位曲线之间的相关系数识别CSAMT资料中的静态效应。

（4）建立相应的地电模型进行正反演计算，以确定最佳的反演方法；

（5）使用不同的方法包括近场Bostick反演以及二维带地形反演，输出反演结果绘制成电阻率等值线图。

5　CSAMT法处理成果解释

5.1电阻率剖面解释

反演处理的电阻率等值线剖面中，深约1 400 m处存在低阻异常，分析该异常由地下采卤形成的盐腔所致，该异常的边界电阻率为100.85≈7Ω·m。盐卤水的电阻率约为4Ω·m。本次试验深度较深，反演的电阻率结果是相对值，而不是真实的电阻率。通过建立模型进行正演并做二维反演，深度1 450 m处电阻率为4Ω·m的卤水腔反演出来的相对电阻率在7Ω·m左右，故结合研究区地层电性特征，对反演剖面结果做出解释，用电阻率值为7Ω·m的等值线来圈定腔体的边界。

35线CSAMT反演电阻率解释剖面（见图7），在测线平面位置1 212 m～1 270m，埋深1 331m～1 490 m处，存在7Ω·m的低阻异常，该异常为水平对接井采卤形成的腔体边界，该剖面上盐腔高差159 m，宽度58 m。55线CSAMT反演电阻率解释剖面（见图8），在测线平面位置1 123 m～1 173 m，埋深1 334 m～1 490 m处，存在7Ω·m的低阻异常，该剖面上盐腔高差156 m，宽度50 m。

5.2腔体三维形态构建

根据各条剖面刻画的低阻异常等值线（见图9深色部分所示）进行空间差值，可构建探测的腔体三维形态（见图10），计算其体积约为180×104m3。根据实际采出卤水约500×104m3，平均出卤浓度约300 g/L，结合该矿区采卤成腔经验。估算实际形成的盐腔体积（含沉渣）应在150×104m3左右，两者计算的体积差异分析可能原因见结论部分。

图7　35测线CSAMT反演电阻率解释剖面

图8　55测线CSAMT反演电阻率解释剖面

图9　CSAMT剖面叠加图

图10　腔体三维形态

6　结论

本次试验的主要目的是在淮安地区开展可控源音频大地电磁勘探试验，通过野外数据采集、室内处理反演及解释电阻率剖面来获取地下腔体尺寸规模，探讨CSAMT法刻画腔体空间展布的能力。

（1）通过野外试验选取合理的观测系统参数，获取质量较好的原始采集数据；

（2）通过V8现场测试及数据处理，基本掌握了由V8探测数据获取水平盐腔的空间形态方法；

（3）CSAMT法信号稳定，探测频率可根据需要加密，纵向分辨率高，对地下低电阻率腔体异常有较好的响应，可用于腔体尺寸定量-半定量的刻画；

（4）水溶采卤后腔体顶板可能会在一定范围内产生裂缝，高压卤水侵入顶板围岩，导致其电阻率大大降低，进而引起探测体积大于采卤计算体积；

（5）CSAMT法刻画的腔体形态属于间接数据获取的结论，建议在直井段进行声纳测量，对V8解释结果进行校正，以获得最可靠的测试结果。

［1］屈丹安，杨海军，徐宝财.采盐井腔改建储气库和声纳测量技术的应用［J］.石油工程建设，2009，35（6）：25-28.

［2］武毅，郭建强.用电阻率评价孔隙类地下水矿化度的方法技术［C］.地下水勘察与监测技术方法经验交流会，2003.

［3］顾勇.V8多功能电法仪及其方法技术［J］.新疆有色金属，2009，（增刊）：20-22.

［4］王大勇，李桐林，高远.CASMT法和TEM法在铜陵龙虎山地区隐伏矿勘探用的应用［J］.吉林大学学报（地球科学版），2009，39（6）：1135-1139.

Exploration of CSAMT testmethod in shape detection of salt cavity

JING Gang，HE Jun，WENG Xiaohong，WANG Xiaogang，XUE Yu
（Gas Storage Department of PetroChinaWest East Gas Pipeline Company，Zhenjiang Jiangsu 212050，China）

Underground space by salt company brined is a kind of precious natural gas resourceswhich can directly transform into gas storage.It can reduce construction time，quickly increase capacity and save money.At present，the shape of salt cavity that is important to the stability of cavity detection is the technical bottleneck in the process of transformation. There are differences in the resistivity between the brine and surrounding rock，which provides a geophysical prerequisite for the CSAMTmethod.It carried out controlled source audio-frequencymagnetotelluricsmethod in Huai An for exploration test.By using reasonable field arrangement，data processing，data interpretation and construction of cavity shape，it determined the distribution of spatialmorphology of the cavity.

CSAMT；V8；salt cavity；sonar

TE132.1

A

1673-5285（2016）07-0087-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.07.021

2016－06-07

中石油储气库重大专项子课题“地下储气库关键技术研究与应用”，项目编号：2015E-40。

井岗，男（1986-），工程师，主要从事盐穴储气库地质研究工作。