CSAMT法在鹽化老腔形狀檢測中的勘探試驗

井崗，何俊，翁小紅，王曉剛，薛雨

（中國石油西氣東輸管道公司儲氣庫管理處，江蘇鎮江212050）

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CSAMT法在鹽化老腔形狀檢測中的勘探試驗

井崗，何俊，翁小紅，王曉剛，薛雨

（中國石油西氣東輸管道公司儲氣庫管理處，江蘇鎮江212050）

鹽化企業采鹵形成的地下空間是一種寶貴的儲氣資源，鹽化老腔直接改造成儲氣庫可以縮減建庫時間、迅速提高庫容和節省資金。目前老腔形狀檢測是改造過程中的技術瓶頸，腔體的形狀直接關系腔體穩定性。腔體鹵水和圍巖在電阻率上存在差異，這為CSAMT法提供了地球物理勘探前提條件。本次試驗選擇在淮安地區開展可控源音頻大地電磁勘探法，采用合理的野外排列方式、數據處理、資料解釋及腔體形態構建，確定了腔體的空間形態展布。

CSAMT；V8；鹽腔；聲納

1　腔體檢測技術現狀

目前國內外成熟的地下腔體檢測采用聲納測量技術，鹽穴聲納測量技術的工作原理為：沿采鹽井井筒下放聲納測量井下儀器，井下儀器的聲納探頭進去鹽穴腔體后，在某一深度進行360°水平旋轉，同時按設定的角度間隔向鹽穴腔體壁發射脈沖聲波，接收回波信號，信號經井下儀器的連接電纜傳回地面中心處理器，得到某一深度上的腔體水平剖面圖；在鹽穴腔體內不斷改變檢測深度，則可獲得腔體不同深度的水平剖面，最終可得到整個腔體的體積和三維形態圖像［1］，聲納測量施工工藝圖（見圖1），金壇地區A井的聲納三維圖像（見圖2）。

聲納測量技術可以很好的測量單井單腔這種立式鹽腔，鹽化企業采鹵一般采用直井+斜井水平對接的方式注水采鹵，形成的腔體（見圖3），對于直井段的腔體形態可以通過聲納測量獲取，對于水平段和斜井段的腔體形態目前還沒有技術可以獲取，這就導致無法深入評價水平鹽腔的可用性，水平對接采鹵井形狀檢測就成為了老腔改造評價的技術瓶頸。

圖1　聲納測量施工工藝示意圖

圖2　金壇A井聲納三維圖

圖3　水平對接采鹵井腔體示意圖

2　工區地質概況及勘探前提

2.1工區地質概況

在大地構造上，淮安楚州鹽礦賦存于蘇北盆地鹽阜坳陷淮安中斷陷。淮安中斷陷為中生代的斷陷，新生代的凸起，南深北淺的箕狀斷陷。淮安鹽礦內地層有第四系東臺組、上第三系鹽城組上段、白堊系上統赤山組和浦口組，期間缺失整個下第三系和上第三系鹽城組下段。淮安鹽礦含鹽地層為白堊系上統浦口組中部，為一套暗棕色、灰黑色泥巖、膏質泥巖、硬石膏、鈣芒硝與鹽巖組成不等厚互層。根據不同巖類的組合特點及剖面上的分布狀況，可將含鹽層剖面分為三個巖性亞段：上鹽亞段、淡化段、下鹽亞段。上鹽亞段第四巖性組合底板埋深800m～2 900m，平均埋深1 600m左右。上鹽亞段第三巖性組合底板埋深1 000 m～3 300 m，平均埋深2 000m左右。上鹽亞段底板埋深1 300m～3 700m，平均埋深2 200m左右。

2.2地球物理勘探前提條件

根據區域地質資料顯示：工區內主要被第四系覆蓋，目標層段成巖性較好，溶腔內滿含鹵水。根據本次試驗目的，結合鉆探資料、區域地質資料，將區內主要巖性電阻率參數總結（見表1）。

地層水電阻率與地下水礦化度的函數關系為：logρ水=a+b log C，式中：ρ水-地層水的電阻率，C-礦化度，b-與礦化度有關的系數，a-與溫度有關的系數。

為了更明確的說明地下水礦化度與電阻率的關系，下面給出前蘇聯某地區松散類地下水礦化度與電阻率的關系曲線（見圖4）。鹽鹵水的電阻率約為4Ω·m，圍巖電阻率為18Ω·m～24Ω·m，兩者之間電阻率差異較大［2］，這就為CSAMT電磁勘探提供了地球物理前提。

表1　工區地層電阻率參數

圖4　電阻率與地下水礦化度的關系曲線

3　CSAMT法野外數據采集

3.1野外采集儀器設備

可控源音頻大地電磁簡稱CSAMT，是利用接地水平電偶源為信號源的一種頻率域電磁測深法，CSAMT采用了大功率的人工場源，具有信號穩定、信噪比高、穿透能力強、探測深度大等特點。近幾年，CSAMT作為研究深部礦成礦環境研究的有限手段，在研究盆地基底埋深起伏、蓋層及成礦目的層展布規律、確定隱伏構造等方面得到廣泛應用。探測深度可用公式H=356來計算，其中探測深度（H）與視電阻率ρs的平方根成正比，與頻率（f）的平方根成反比［3］。本次CSAMT采用加拿大產V8電法系統，包括發電機組、發射機和接收機三個部分。發射機為TXU-30（20 kW），發電機組是德國進口30 kW的24GF型柴油發電機組，最高電壓1 000 V（I=20 A），最大電流40 A（V=500 v）；接收機系統由V8多功能電法儀和兩個RXU（輔助采集站）組成。V8多功能電法儀具有以下特點：每道采用A/ D轉換器，低頻MT弱信號采用24位，保持了最高的動態范圍和分辨率；發射和接收為無線連接，始終采用GPS同步，避免了不斷需要校對時鐘同步的麻煩和出錯的可能性；采用TXU-30發電機組，功率大、頻率高，在提高觀測信號的同時，可有效地避免我國50 Hz的工業電干擾，有利于在礦區和城市附近開展工作。

3.2觀測系統及采集參數

CSAMT野外觀測系統示意圖（見圖5）。在CSAMT法野外工作中，觀測區域布置在一個梯形范圍內。發射偶極AB平行測線布置，AB到測線的距離應大于三倍的趨膚深度，一般為6 km～12 km，測線的長度應保持在梯形范圍內。

圖5　CSAMT法野外工作方法示意圖

本次CSAMT試驗共布置9條測線，近南北方向，分別為20線、30線、35線、40線、50線、55線、60線、70線和80線，線距為20m。

本次試驗探測最大深度為1 800m，采集頻率選擇為3 072 Hz～0.44 Hz，采用自動采集方式，共38個頻點，深度在1 200 m～1 500 m附近，設計加密，大大的提高了分辨率；發射和接收采用GPS時鐘對時，達到時間上的嚴格一致。本次AB偶極布設均平行測線，AB長均大于1.7 km，收發距為6.5 km。接收測線信號均落在AB電極中間張角60°范圍內，發射最大電流達到18 A。

圖6　CSAMT法數據處理流程圖

4　CSAMT法室內數據處理

CSAMT法數據處理的流程（見圖6）。

（1）對采集數據進行預處理，轉換成處理反演軟件所要求的SEC/PLT文件，檢查數據轉換時給定的排列采集參數是否正確；

（2）建立L記錄文件，先后導入SEC/PLT文件及測線坐標TXT文件；

（3）人工剔除跳點、曲線平滑、靜態校正及空間濾波。

由于干擾和觀測誤差的存在，在頻率-視電阻率曲線上有時會出現非正常的跳躍。結合干擾記錄，根據相鄰測點的曲線特征，對野外采集的原始視電阻率和時間衰減曲線突變點進行平滑或丟棄［4］。

通過觀測整條剖面上各測點電阻率-頻率測深曲線的高頻端曲線，結合野外地層的出露現狀，采用電阻率曲線之間的以及相位曲線之間的相關系數識別CSAMT資料中的靜態效應。

（4）建立相應的地電模型進行正反演計算，以確定最佳的反演方法；

（5）使用不同的方法包括近場Bostick反演以及二維帶地形反演，輸出反演結果繪制成電阻率等值線圖。

5　CSAMT法處理成果解釋

5.1電阻率剖面解釋

反演處理的電阻率等值線剖面中，深約1 400 m處存在低阻異常，分析該異常由地下采鹵形成的鹽腔所致，該異常的邊界電阻率為100.85≈7Ω·m。鹽鹵水的電阻率約為4Ω·m。本次試驗深度較深，反演的電阻率結果是相對值，而不是真實的電阻率。通過建立模型進行正演并做二維反演，深度1 450 m處電阻率為4Ω·m的鹵水腔反演出來的相對電阻率在7Ω·m左右，故結合研究區地層電性特征，對反演剖面結果做出解釋，用電阻率值為7Ω·m的等值線來圈定腔體的邊界。

35線CSAMT反演電阻率解釋剖面（見圖7），在測線平面位置1 212 m～1 270m，埋深1 331m～1 490 m處，存在7Ω·m的低阻異常，該異常為水平對接井采鹵形成的腔體邊界，該剖面上鹽腔高差159 m，寬度58 m。55線CSAMT反演電阻率解釋剖面（見圖8），在測線平面位置1 123 m～1 173 m，埋深1 334 m～1 490 m處，存在7Ω·m的低阻異常，該剖面上鹽腔高差156 m，寬度50 m。

5.2腔體三維形態構建

根據各條剖面刻畫的低阻異常等值線（見圖9深色部分所示）進行空間差值，可構建探測的腔體三維形態（見圖10），計算其體積約為180×104m3。根據實際采出鹵水約500×104m3，平均出鹵濃度約300 g/L，結合該礦區采鹵成腔經驗。估算實際形成的鹽腔體積（含沉渣）應在150×104m3左右，兩者計算的體積差異分析可能原因見結論部分。

圖7　35測線CSAMT反演電阻率解釋剖面

圖8　55測線CSAMT反演電阻率解釋剖面

圖9　CSAMT剖面疊加圖

圖10　腔體三維形態

6　結論

本次試驗的主要目的是在淮安地區開展可控源音頻大地電磁勘探試驗，通過野外數據采集、室內處理反演及解釋電阻率剖面來獲取地下腔體尺寸規模，探討CSAMT法刻畫腔體空間展布的能力。

（1）通過野外試驗選取合理的觀測系統參數，獲取質量較好的原始采集數據；

（2）通過V8現場測試及數據處理，基本掌握了由V8探測數據獲取水平鹽腔的空間形態方法；

（3）CSAMT法信號穩定，探測頻率可根據需要加密，縱向分辨率高，對地下低電阻率腔體異常有較好的響應，可用于腔體尺寸定量-半定量的刻畫；

（4）水溶采鹵后腔體頂板可能會在一定范圍內產生裂縫，高壓鹵水侵入頂板圍巖，導致其電阻率大大降低，進而引起探測體積大于采鹵計算體積；

（5）CSAMT法刻畫的腔體形態屬于間接數據獲取的結論，建議在直井段進行聲納測量，對V8解釋結果進行校正，以獲得最可靠的測試結果。

［1］屈丹安，楊海軍，徐寶財.采鹽井腔改建儲氣庫和聲納測量技術的應用［J］.石油工程建設，2009，35（6）：25-28.

［2］武毅，郭建強.用電阻率評價孔隙類地下水礦化度的方法技術［C］.地下水勘察與監測技術方法經驗交流會，2003.

［3］顧勇.V8多功能電法儀及其方法技術［J］.新疆有色金屬，2009，（增刊）：20-22.

［4］王大勇，李桐林，高遠.CASMT法和TEM法在銅陵龍虎山地區隱伏礦勘探用的應用［J］.吉林大學學報（地球科學版），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

中石油儲氣庫重大專項子課題“地下儲氣庫關鍵技術研究與應用”，項目編號：2015E-40。

井崗，男（1986-），工程師，主要從事鹽穴儲氣庫地質研究工作。