四川盆地東南部地區復雜構造帶深層頁巖氣勘探進展與突破

胡東風 魏志紅 李宇平 劉珠江 袁 桃 劉曉晶

中國石化勘探分公司

0 引言

自2012年以來，我國陸續發現了涪陵、長寧、威遠、昭通等等一系列大中型頁巖氣田，獲得了頁巖氣產業發展的重大突破，積累了豐富的頁巖氣勘探開發經驗[1-4]。隨著勘探開發理論認識與技術的進步，研究認為，四川盆地及其周緣五峰組—龍馬溪組深層（埋深大于3 500 m）頁巖分布廣泛，資源潛力大，可能是未來頁巖氣勘探開發的重要接替領域[5-6]。由此近年來，深層頁巖氣逐漸成為下一步勘探開發的重要方向。但隨著埋深增加，在深層頁巖氣富集理論認識與評價技術、工程工藝技術等方面仍然存在著一系列瓶頸問題，需要不斷攻關探索，落實勘探前景。

川東南地區復雜構造帶是四川盆地及其周緣五峰組—龍馬溪組深層頁巖氣勘探的重要探區。受多期次、多方向、多方式構造改造和應力影響[7-8]，該區域地質條件復雜，勘探難度大。在構造特征上主要表現為多構造邊界和多構造體系，為復雜的褶皺構造發育帶，發育中古生代多層次滑脫構造，具有顯著的南東向變形強、北西向變形弱，南東向變形早、北西向變形晚的遞進變形特征[9-10]。盆地東南邊界的齊岳山斷裂將該區域分為湘鄂西斷褶帶和川東斷褶帶兩個不同的構造區，其中湘鄂西斷褶帶以“隔槽式”結構為主，川東斷褶帶為“隔檔式”結構，而區域內的頁巖氣主要就分布于復雜的川東“隔檔式”斷褶帶[1]。

自2013年以來，中國石化在該區域內持續進行深層頁巖氣的勘探開發。從DY2井首探深層開始，到近期實施的XY1井獲得日產量超過50×104m3的高產頁巖氣流，歷經近十年，逐步取得了深層頁巖氣孔隙發育、富集條件認識和評價預測技術、工程工藝技術的突破，展現出深層頁巖氣巨大的勘探開發潛力，為川渝地區建設“氣大慶”增添了堅實的資源接替陣地。為此，梳理了川東南地區復雜構造帶深層頁巖氣勘探開發歷程，總結了該區域深層頁巖氣勘探進展與成效，以期為我國深層頁巖氣的進一步勘探開發提供參考。

1 勘探發現歷程

川東南地區深層頁巖氣勘探發現歷程主要包括氣田的發現、主體控制和基本探明三個重要階段。

1.1 氣田的發現

在2012年底涪陵頁巖氣田焦石壩區塊JY1井取得頁巖氣勘探開發的戰略性突破后，中國石化隨即開始了對礦權范圍內的五峰組—龍馬溪組整體評價，最終優選了18個有利目標。參考涪陵頁巖氣田構造樣式，優選埋深適中、優質頁巖發育的有利目標，部署實施了兩口埋深相對較淺的盆緣頁巖氣風險探井，但最終均告失利，盆緣復雜構造帶的頁巖氣勘探遭遇低潮。勘探人員經過反思，重新瞄準保存條件好、埋藏深，但分布面積更廣的深層頁巖氣開展評價。鑒于當時對深層頁巖是否發育優質儲層、可改造性如何等問題仍不明了，同時壓裂技術也存在局限，最終選擇了更穩妥的方案，加深鉆探常規風險探井——LS2井，并更名為DY2井，旨在取全、取準深層頁巖氣儲層資料，開展整體評價，研究深層頁巖氣生、儲、賦存等機理，并探索相關工程工藝技術。

DY2井位于川東南地區盆緣丁山構造軸部低緩部位，于2013年6月完鉆，完鉆井深4 418 m，鉆遇五峰組—龍馬溪組泥頁巖厚度82.0 m，優質頁巖段平均含氣量為8.82 m3/t，平均TOC為3.95%，平均孔隙度為5.96%，脆性礦物平均含量為57.5%。鉆探揭示丁山區塊具備良好的頁巖氣勘探潛力。在DY2井導眼井完鉆后，利用鉆井、錄井、測井及巖心分析資料對五峰組—龍馬溪組頁巖氣層進行快速評價，決定不開展直井壓裂測試，直接實施水平井鉆探、評價產能。選擇DY2井底部4 362 m作為側鉆水平井水平段靶窗中心，實施側鉆水平井——DY2HF井，側鉆水平井于2013年9月完鉆，完鉆井深5 700 m（斜深），垂深4 417.36 m，水平段長1 034.23 m。并于2013年10月，分12段進行大型水力壓裂測試，2013年12月開始放噴求產，獲穩定測試產量10.42×104m3/d，由此揭開了深層頁巖氣勘探的序幕[11-12]。

DY2HF井是國內第一口埋深超過4 000 m的頁巖氣探井，證實了深層頁巖氣具有良好的資源潛力。通過該井的鉆探，認識到深層頁巖儲層是富氣的，孔隙也是發育的，但孔隙發育機理、賦存機理尚不明確，富集條件也尚存疑慮，深層工程工藝技術也不成熟，勘探風險相對較大。

1.2 主體控制

在DY2HF井突破的基礎上，2014年為進一步落實丁山區塊構造細節，查明頁巖氣“甜點”區，部署實施了超400 km2的三維地震，為丁山區塊頁巖氣勘探開發奠定扎實資料基礎。2015年，在三維地震實施的基礎上，通過加強丁山區塊地質評價、地質和工程“雙甜點”預測，開展了新一輪的甜點區識別，優選丁山構造軸部斜坡帶為丁山區塊的“雙甜點”有利目標。為實現雙“甜點”區整體控制，考慮不同埋深及井間距離，同時部署了DY4、DY5井，2017年兩口井測試均獲10×104～20×104m3/d的工業氣流，實現了丁山區塊頁巖氣開采的商業化突破和“甜點區”的整體控制，基本落實丁山區塊氣田含氣面積超過500 km2，初步探索形成了“單段2～4簇、大排量、前置膠液+高黏滑餾水+后置膠液”的深層頁巖氣工程工藝技術，打開了川東南地區深層頁巖氣勘探的新局面。

1.3 基本探明

2019—2022年，為擴大含氣面積，探索不同構造樣式的高產富集條件，持續開展深層頁巖氣壓裂工程工藝技術攻關，設立了中國石化東溪深層頁巖氣試驗區，先后部署實施了DYS1、DYS2、DY7、DY8、DY9、DY10、XY1井等多口探井。其中 DYS1、DYS2、DY7、XY1井均獲得30×104～60×104m3/d的高產工業氣流，證實了不同構造部位的良好含氣性，形成了適用于3 500 m以深“密切割、增凈壓、促縫網、保充填”的深層頁巖氣壓裂工藝技術，為實現丁山區塊深層頁巖氣田千億立方米儲量的探明奠定了基礎。

2 理論認識進展

中國石化依托“十三五”國家重大專項等研究課題，在丁山、東溪、威榮、永川、涪陵江東、平橋等地區進行了深層頁巖氣的理論探索與技術攻關，揭示了深層頁巖氣儲層普遍具有“高壓、高孔、高含氣量”的“超壓富氣”特征，查明了深層頁巖氣甜點評價的關鍵要素，建立了深層頁巖氣“超壓富氣”模式，為川東南地區復雜構造帶深層頁巖氣的勘探突破奠定了理論基礎。

2.1 深層頁巖氣“超壓富氣”新認識

通過對四川盆地五峰組—龍馬溪組埋深3 500 m以深的深層頁巖氣富集機理研究，明確了深層發育“高孔”優質儲層，查明了深層頁巖儲層孔隙發育與保持機理，深化了深層頁巖氣賦存與保存機理，有效指導了深層頁巖氣的目標評價優選。

2.1.1 深層頁巖氣“高壓、高孔、高含氣量”特征

勘探實踐和研究表明，川東南地區復雜構造帶深層與中淺層相似，同樣具有良好的頁巖氣成藏物質基礎，具備富集高產的基本地質條件。實鉆揭示，保存條件較好的DY4、DY5、DYS1 等井深層優質頁巖氣層（TOC≥2%）壓力系數分別為：1.45、1.47、1.85；平均孔隙度分別為5.90%、4.78%、6.05%（表1），有機質孔發育，面孔率高（一般介于10%～40%，局部可達60%），孔徑主要介于2～200 nm，主要為蜂窩狀的橢圓形；平均含氣量分別為5.17 m3/t、6.16 m3/t、5.06 m3/t。

表1 各頁巖氣井目的層段關鍵參數對比表

2.1.2 深層深水陸棚相頁巖孔隙發育與保持機理

勘探實踐表明，深層深水陸棚相頁巖孔隙度沒有因為埋深、上覆巖層壓力的增大而出現明顯下降。研究發現，“石英抗壓保孔”和“儲層流體超壓”聯合作用是深層頁巖孔隙得以發育和保持的關鍵。

1）深水陸棚生物硅質對于頁巖有機質孔的形成、保持具有重要的作用。五峰組—龍馬溪組優質頁巖儲層中見大量筆石、有孔蟲、放射蟲、海綿骨針等生物化石，硅質含量高，且有機質含量與硅質含量呈明顯的正相關性，另外在 Al—Fe—Mn 三角圖上，絕大多數測量值落在了生物成因區，認為五峰組—龍馬溪組深水陸棚相優質頁巖的硅質礦物主要以生物成因為主[1,13-14]。通過分析DYS1井五峰組—龍馬溪組頁巖孔隙度與硅質礦物含量的關系表明，孔隙度與硅質含量具有正相關性。由此推斷生物成因的硅質含量是影響優質頁巖孔隙度的一個重要因素[15]。

另外，五峰組—龍馬溪組優質頁巖發育于深水陸棚相環境，在沉積成巖過程中，隨著埋深、熱演化程度的增大，伴隨著干酪根、液態烴裂解生氣，有機質孔伴生發育。同時深水陸棚相生物成因的硅質（蛋白石A），在埋藏成巖早期轉化成高硬度晶態石英，高硬度石英抗壓實作用強，為優質頁巖儲集層早期原油充注及納米級蜂窩狀有機孔的發育和保持提供了空間和保護，是有機孔得以保存的關鍵因素。而淺水陸棚相孔隙度與硅質相關性則不好，這可能是由于淺水陸棚硅質含量低、硅質支撐弱，黏土含量高、表現出強壓實的特征，早期形成的孔隙沒有得到有效保護[15]。

2）深層頁巖儲層超壓有利于有機質孔的保持。四川盆地南部五峰組—龍馬溪組深層頁巖構造形變弱、普遍具有超壓特征，超壓對于頁巖孔隙的發育與保持具有明顯的保護作用，抵消了上覆地層有效應力對頁巖儲層的機械壓實，從而使已形成的塑性有機質孔保存下來，有利于有機質孔的維持。同樣是深層頁巖氣層，優質頁巖層TOC相近，超壓頁巖氣層壓力系數、含氣量較大，孔隙度明顯較大（圖1）；而保存條件較差的儲層，壓力系數、含氣量明顯較小，孔隙度同樣較小。典型的YZ1井，該井目標儲層保存條件較差，壓力系數小于1.0，優質頁巖實測孔隙度介于0.60%～2.60%，平均為1.91%，掃描電鏡下顯示，保存條件、孔隙發育程度相比于DYS1井要差，孔徑也明顯較小（圖2）。這也進一步證實了深層非超壓條件下有機孔隙不能有效保存。因此，良好的保存條件對深層頁巖孔隙發育至關重要。近期勘探實踐表明，在“石英抗壓保孔”和“儲層流體超壓”聯合作用下，發現了PS1井五峰組—龍馬溪組埋深近6 000 m的優質頁巖依然具有高孔、有機質孔發育的特征，PS1井優質頁巖發育厚44 m，平均TOC為3.66%，平均孔隙度為5.22%（圖1），有機質孔發育，呈蜂窩狀，孔徑主要分布于2～80 nm之間，孔隙結構與中淺層、深層相似。

圖1 不同探井頁巖TOC與孔隙度關系、壓力和埋深關系圖

圖2 五峰組—龍馬溪組優質深層頁巖儲集特征圖

2.1.3 深層頁巖氣賦存特征

研究表明，深層深水陸棚相優質頁巖氣儲層一般具有超高壓特征，在保存條件好、流體壓力高的情況下，隨埋深、濕度增大，頁巖氣層吸附能力降低、游離氣占比增大，游離氣更富集。

1）盆內深層后期抬升改造弱，剝蝕量少，保存條件好，普遍發育超壓。頁巖氣儲層超壓成因及演化研究結果表明，在持續抬升開始前的最大埋深時刻，深水陸棚相優質頁巖氣儲層一般具有高含氣量、異常高地層壓力等特征。高TOC、腐泥型—偏腐泥混合型干酪根、熱演化程度適中的五峰組—龍馬溪組在早深埋期，在頂、底板良好的封堵條件下，原油、烴類氣體滯留在頁巖儲層中富集，所生成的烴類大幅增壓，從而有利于頁巖氣藏高含氣量以及超壓的形成。四川盆地南部五峰組—龍馬溪組晚期構造抬升作用弱，早期形成的頁巖氣雖然在抬升剝蝕過程中有一定的散失，但總體上仍然保持了高含氣量的特征，超壓得以維持；而在盆緣或盆外強變形區，頁巖氣逸散相對更加強烈。例如YZ1井目標儲層，壓力系數小于1.0，優質頁巖段含氣量平均值小于0.5 m3/t，表現出深層頁巖氣儲層在保存條件差的地區只有極低的含氣量。

2）深層頁巖氣在高壓情況下，以游離氣為主，利于產出。利用JY1井龍馬溪組樣品模擬不同埋深及不同壓力系數下吸附氣和游離氣的變化規律，研究表明，五峰組—龍馬溪組頁巖隨著埋深增加，吸附氣量呈現先增大，在埋深超過1 000 m后明顯減小的趨勢；而游離氣量則表現出隨著埋深、壓力系數增大而不斷增大的趨勢（圖3）。這意味著埋深越深，越有利于游離氣的富集，且壓力系數越大，游離氣量越大。通過分子動力學模擬實驗研究表明，深層頁巖孔隙中主要以游離氣為主[12]。

圖3 不同埋深下頁巖吸附氣、游離氣含氣量變化規律圖

基于上述認識，開展了焦石壩區塊超壓區、丁山區塊超壓區和東溪區塊超壓區吸附氣和游離氣的定量表征，結果顯示焦石壩區塊超壓區游離氣占68%，吸附氣占32%；丁山區塊超壓區游離氣占81%，吸附氣占比19%；東溪區塊超壓區游離氣占84%，吸附氣占比16%。盡管都以游離氣為主，但焦石壩區塊超壓區由于埋藏淺，地層溫度低，其游離氣含量總體小于丁山區塊、東溪區塊的超壓區。

2.2 深層頁巖氣甜點評價的關鍵要素

深層頁巖氣儲層普遍具有埋深大、溫壓高、施工改造難度大等特點[16-18]，能獲得高產氣流的“甜點”要素由多方面因素共同控制。

深水陸棚相優質頁巖發育是深層頁巖氣儲層“甜點”評價的基礎條件。五峰組—龍馬溪組深層深水陸棚相優質頁巖具有高的生烴能力、適中的熱演化程度和良好的頁巖儲層品質[19-20]。川東南地區復雜構造帶深層深水陸棚相優質頁巖，厚度介于30～40 m，頁理發育，具有較高的有機碳含量和硅質含量，平均TOC為3.5%，硅質含量一般大于40%，黏土礦物含量低。總體看來，厚度超過30 m、高TOC值、高脆性、頁理發育的深水陸棚相優質頁巖，是深層頁巖氣“甜點”評價的基礎條件。

高流體壓力有利于深層頁巖氣富集。一方面，高流體壓力的頁巖儲層，揭示了其良好的保存條件，天然氣逸散作用較弱，使得頁巖儲層含氣性得以保存，表現出高流體壓力的頁巖儲層普遍具有高含氣量特征。另一方面，不同圍壓下三軸實驗揭示，圍壓對頁巖脆—延轉化起主導作用，隨著試驗圍壓的不斷升高，峰值強度、彈性模量、殘余強度等巖石力學參數不斷增大，破碎程度逐漸降低。但是對于超壓地層而言，由于高流體壓力的存在，能夠有效降低實際作用在巖石骨架上的有效應力，即實際圍壓降低，進而改善頁巖脆性，增強可壓品質。

超壓背景下的頁巖氣層微裂縫有利于高產。勘探實踐表明，國內深層頁巖氣測試產量在30×104m3/d以上的3口探井（DYS1、L203和Z202-H1井）都位于微裂縫相對發育區。頁巖發育大量的微細裂縫、微層理結構，它們與大量的孔隙聯合，形成裂縫—基質孔隙網絡系統。小斷層及微裂縫引起應力釋放，在一定程度上可以降低地應力，且在超壓情況下，微裂縫有可能為弱埋面，更容易降低頁巖起裂壓力。

低地應力、較小的水平兩向應力差是儲層改造的有利地質條件。深層頁巖氣普遍具有高地應力特征，尋找低地應力的目標，降低施工難度是重要甜點評價要素之一。而尋找較小兩向應力差的目標，有利于實現裂縫的均勻起裂，從而形成復雜縫網，提高有效改造體積和頁巖氣層的有效動用。研究表明，現今地應力主要受埋深、現今區域應力、古地應力及斷裂等諸多因素的影響。其中，隨著埋深增大，地應力總體變大，不同地區兩向應力差和地應力梯度差異大；受現今區域應力影響，靠近控盆斷裂地應力梯度較高，遠離大型控盆斷裂地應力梯度低；在同等埋深條件下，寬緩構造應力差及應力梯度相對較小的地區，是深層頁巖氣勘探的有利目標。

綜上所述，深層深水陸棚相優質頁巖發育是深層頁巖氣“甜點”評價的基礎條件，而高流體壓力的深層頁巖儲層，保存條件好，含氣性高，有利于頁巖氣富集。低地應力、較小的水平兩向應力差是儲層有效改造的有利地質條件，超壓背景下發育微裂縫可降低起裂壓力，有利于實現高產。

2.3 深層頁巖氣富集模式

深層頁巖普遍具備富集高產的基本地質條件[20-22]，同時后期差異抬升剝蝕造成其保存條件總體較好，隨著埋深的增加，頁巖儲層普遍具有超壓富氣的特征。通過對典型深層頁巖氣藏解剖分析，建立了川東南地區盆緣復雜構造區三種深層頁巖氣富集模式。

2.3.1 斜坡漸變型

該類富集模式最典型的為丁山區塊。受齊岳山斷裂影響，沿著齊岳山斷裂帶向鼻狀構造帶的延伸方向，構造變型強度、構造抬升剝蝕作用呈現逐漸變弱的趨勢。淺埋藏帶頁巖氣發生“垂向+橫向聯合”逸散；深埋藏帶頁巖氣滯留富集，隨著埋深增加，頁巖氣層孔隙度、含氣量及壓力系數均呈現出逐漸變好的趨勢，表現為超壓、高含氣量、高孔隙度等特征。總體為“齊岳山斷裂帶主體控制、淺埋藏區垂向—橫向聯合逸散、深埋逸散較弱”的盆緣斜坡漸變型深層頁巖氣“超壓富氣”模式（圖4）。

2.3.2 斷洼遮擋型

該類富集模式最典型的為新場區塊、東溪區塊和良村區塊。該類目標構造相對較為寬緩、與盆緣呈斷洼相接，斷洼清晰，邊界斷層不通天，側向逸散程度低，保存條件好，而且隨著埋藏深度的增加，頁巖儲層表現出超壓的特征，頁巖氣藏滯留富集程度更高。分析認為，構造寬緩的斷洼構造是盆緣斷洼遮擋型深層頁巖氣富集的關鍵因素（圖4）。

2.3.3 逆斷層遮擋型

該類富集模式最典型的為焦石壩南地區。該類目標構造相對簡單，地層平緩，斷裂不發育，縱向、橫向逸散均相對較弱，在深埋藏區，頁巖儲層普遍具有超壓的特征，具有良好的保存條件，含氣性好；而在淺埋藏區發育逆斷層遮擋，對深層頁巖氣藏的滯留富集會更有利。由此分析認為寬緩深埋條件、逆斷層發育是盆緣逆斷層遮擋型深層頁巖氣富集的直接因素（圖4）。

圖4 川東南地區盆緣復雜構造區深層頁巖氣超壓富集模式圖

綜上所述，斷裂發育情況、構造樣式和埋深是盆緣深層頁巖氣富集的主要控制因素。邊界主控斷裂不通天、發育逆斷層遮擋、構造相對簡單寬緩和深埋條件，是川東南地區盆緣復雜構造區深層頁巖氣富集的有利因素。

3 深層頁巖氣“甜點”地震預測及壓裂監測技術的應用

在深層頁巖氣的勘探過程中，隨著埋深增加，地層壓力系數、地應力、裂縫等甜點參數等隨深度變化規律不清晰，地震預測難度大。以模擬原位巖石物理實驗為基礎，明確深層頁巖巖石物理特征，構建基于微納米—各向異性巖石物理模型，攻關各向異性疊前反演技術，形成頁巖儲層可壓性評價技術，提高了復雜構造區、深層頁巖氣甜點預測的精度。

3.1 基于擾動體積模量的壓力系數地震預測技術

通過巖石物理研究，查明了體積模量是壓力的敏感參數，揭示了擾動體積模量（飽和流體體積模量與固體礦物體積模量的差）與壓力系數呈對數正相關。根據實鉆井數據建立了基于擾動體積模量的壓力預測模型，基于疊前體積模量反演實現壓力系數預測：

式中Pc表示壓力系數；ΔK表示擾動體積模量；a、b表示回歸系數，可由實測數據回歸得到。

丁山區塊斷鼻DY1、DY3井靠近齊岳山斷層，預測壓力系數小于1.1，為常壓區；遠離齊岳山斷層的深層DY4、DY5和DY2井，預測壓力系數大于1.5，為高壓區；東溪區塊整體位于齊岳山斷層的下盤，且其東斜坡與齊岳山斷層的斷洼相隔，4口鉆井揭示該地區具有較好的保存條件，預測結果與實測結果相一致，均為高壓區。

3.2 區域應力背景約束的水平應力差地震預測技術

水平地應力差越小越易于壓裂形成復雜縫網。目前的地應力預測方法多以水平差異系數預測為主，無法實現水平應力差絕對值的預測。通過對川東南地區復雜構造帶構造特征分析及重點探井解剖，明確了現今地應力受構造作用、埋深等因素影響。靠近控盆斷裂的強烈擠壓區現今應力總體較高，在埋深相同條件下，受構造變形較弱的寬緩構造水平應力差相對較小，小斷層及微裂縫的發育會引起應力釋放，可以在一定程度上降低地應力。因此，將地應力分解為背景應力與局部應力擾動，分別基于組合彈簧理論與各向異性理論計算背景應力與水平應力差異系數，最后將二者融合，可實現水平地應力差預測。從DYS1HF井水平應力差的預測剖面（圖5）可以看出，3～7段、11～13段和18～21段的水平應力差較低，微地震監測事件數局部明顯增加，該技術為水平井設計提供了一定的支撐作用。

圖5 應力差預測結果與微地震事件對比圖

3.3 各向異性增強的裂縫五維地震預測技術

天然裂縫具有結構弱面，強度較低，易于被壓裂的特性。隨著頁巖氣勘探向深層領域邁進，頁巖儲層裂縫的發育對工程壓裂的積極作用逐漸體現出來。但不經過反演直接利用振幅或屬性（頻率、衰減等）的裂縫預測方法僅能得到界面兩側地層的綜合響應，預測精度偏低。基于Rüger[23]提出的方位AVO近似方程，推導了方位彈性阻抗方程，將裂縫介質的界面信息轉化為地層內部彈性信息，進一步將方位彈性阻抗進行傅里葉級數展開：

式中EIA(θ,?)表示標準化后彈性阻抗；θ表示地震波入射角；?表示測線方向與裂縫法向的夾角；A0表示零階傅里葉系數，背景項，與觀測方位無關；A2與A4分別表示二階與四階傅里葉系數，只與入射角和各向異性參數有關，均反映了裂縫的各向異性特征。

通過式（2）剔除各向同性信息，提取各向異性信息，實現裂縫預測。結果顯示，DYS1HF井水平井10～19段裂縫較為發育，其余段裂縫不發育（圖6）；裂縫發育段地層破裂壓力相對其他段較低，其中14～16段為裂縫密度最大處，該段地層破裂壓力最低。整體上，預測結果與實際情況較為吻合（圖6）。

圖6 裂縫預測結果與壓裂施工參數對比圖

3.4 基于廣域電磁法的深層頁巖氣壓裂監測新技術

中國工程院院士何繼善及其團隊成功求解了電磁波在地下傳播方程的“嚴格解”，在此基礎上發明了高精度電磁勘探技術裝備及工程化系統，打破了國外電磁法儀器裝備的長期壟斷，具有分辨率高、抗干擾能力強、探測深度大、工作效率高等優勢[24]。

壓裂液相對圍巖電阻率低。因此，將廣域電磁技術引入到深層頁巖氣壓裂監測，求取并分析壓裂前、后電阻率變化特征，推斷壓裂波及范圍。DY5HF井第11段垂直井軌跡施工段前后電阻率變化幅度介于5%～10%（圖7），而兩側幾乎沒有差異。DY5HF井所有段壓裂前后的電阻率差異表征了壓裂波及范圍，有效反映了壓裂主裂縫和縫網在空間的展布情況（圖8）。

圖7 DY5HF井第11段電磁法壓裂監測前后電場的變化圖

圖8 DY5HF井壓裂儲層平面波及范圍圖

3.5 “蜂窩”陣列微地震壓裂檢測技術

深層頁巖氣壓裂信號弱，四川盆地山地地形復雜，常規微地震監測方式噪音大、事件定位難度大，測線排列鋪設難度大。基于相控陣原理，提出了“蜂窩”陣列采集方法，可避開施工困難區和噪音源，施工靈活、效率高。針對深層壓裂微地震信號信噪比低，研發了面陣波束約束弱信號增強處理技術，壓制橫波干擾及隨機噪聲，提高信噪比。同時考慮事件點的時間與空間分布，利用微地震發生的時間序列，“點—縫”準則與“各向異性”準則計算得到裂縫網絡。該項技術在DYS1HF井取得良好效果，從解釋結果可以看出該井壓裂主裂縫特征比較明顯，有一定規模（圖9）。

圖9 DYS1HF井裂縫網絡形態圖

針對深層頁巖儲層兩向地應力高、應力差異大，裂縫轉向困難，裂縫復雜性低，實現大砂量壓裂難度高等難點，經過持續性地攻關，查明了深層頁巖儲層具有非線性破裂特征，大幅提高縫內凈壓力是提高深層頁巖裂縫復雜程度和改造效果的關鍵。揭示了深層頁巖破巖及復雜縫網形成機理，探索“短簇距射孔、大排量施工、大規模加砂、前置膠量、變黏度壓裂液多尺度造縫”壓裂模式，創新形成了深層頁巖氣“密切割、增凈壓、促縫網、保充填”壓裂工藝技術。

4 結論與展望

1）在川東南地區復雜構造帶深層頁巖氣近10年的勘探歷程中，從氣田的探索發現、到主體控制，再到基本探明，取得了一系列勘探突破和工程工藝技術的進步。在勘探地層深度方面，實現了探井深度從3 500 m到4 000 m的跨越；在關鍵技術方面，形成了從早期的“施工壓力高、無法建立大排量、加砂困難、改造體積小”的壓裂模式，到“單段2～4簇、大排量、前置膠液+高黏滑溜水+后置膠液”的早期深層壓裂模式，再到“密切割多段少簇+大液量+高排量+中強加砂+雙暫堵”較成熟的深層壓裂模式，形成了“密切割、增凈壓、促縫網、保充填”成熟的深層頁巖氣壓裂工藝技術；在勘探突破方面，從早期10×104m3/d，到20×104～30×104m3/d，再到50×104m3/d，實現了勘探成果的不斷突破和飛躍。

2）“石英抗壓保孔”和“儲層流體超壓”聯合作用是深層頁巖孔隙得以發育和保持的關鍵，在兩個因素聯合作用下，深埋頁巖依然發育高孔優質儲層；“優質頁巖、高流體壓力、微裂縫、低地應力”是深層頁巖氣甜點評價的關鍵要素，建立了斜坡漸變型、斷洼遮擋型、逆斷層遮擋型3種頁巖氣富集模式，為川東南地區復雜構造帶深層頁巖氣勘探突破奠定了理論基礎。

3）基于深層頁巖氣甜點評價要素，形成了基于擾動體積模量的壓力系數、區域應力背景約束的水平應力差、各向異性增強的裂縫五維地震三大預測技術，為深層頁巖氣勘探部署提供了強有力的技術支撐。

4）深層頁巖儲層具有非線性破裂特征，大幅度提高縫內凈壓力是提高深層頁巖裂縫復雜程度和改造效果的關鍵，創新形成了深層頁巖氣“密切割、增凈壓、促縫網、保充填”壓裂工藝技術，以及基于廣域電磁法的深層頁巖氣壓裂監測新技術和“蜂窩”陣列微地震壓裂檢測技術，有效保障了深層頁巖氣儲層的壓裂改造效果。

5）深層頁巖氣資源潛力大，川東南地區復雜構造帶深層頁巖氣高產穩產技術的突破，將推動該領域加快實現商業開發，成為中國頁巖氣勘探開發的重要接替領域。