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四川盆地位于上扬子西缘，是扬子克拉通台地基础上发育形成的复合型盆地（Deng Kangling，1992; Guo Zhengwu et al.，1996; Wang Zecheng，et al.，2008），其基底是由前震旦系变质岩系组成（Qiu Yuming et al.，2000; Zheng Jianping et al.，2006），主要经历了五次大型的沉降、隆升剥蚀阶段（Burchfiel et al.，1995; Meng Qingren et al.，2005; Zhang Yueqiao et al.，2011; Wang Xuejun et al.，2015），沉积了震旦系至第四系巨厚的地层，逐步演变形成现今四周环山的盆地构造样式（图1a）。四川盆地发育有多套海相-海陆交互相-湖泊相的富有机质页岩层系，如下寒武统筇竹寺组、上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组、侏罗纪自流井及沙溪庙组等（Liu Shugen et al.，2016; Zou Caineng et al.，2019），为页岩气的富集成藏提供了重要的物质基础（Zhang Jinchuan et al.，2009; Nie Haikuan et al.，2012）。由于四川盆地长期高温深埋藏作用，促使这一系列的烃源岩经历了充分的热演化，导致了有机质的持续演化生成天然气，形成了四川盆地以蕴涵巨富的天然气禀赋特征的资源格局（Potter，2018），探明并发现了多个天然气田（图1a）。
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研究认为2020年前后，四川盆地的产气量可能会超过鄂尔多斯盆地的产量，有望一跃成为中国最大的天然气产区（Ma Xinhua et al.，2019）。特别是近十年来，随着水平压裂技术的大力发展，助推了页岩气资源的勘探开发，并取得了较大的商业成功，如威远、长宁、涪陵等页岩气田（Guo Tonglou et al.，2014; Guo Xusheng et al.，2016; 图1a）。然而，这些页岩气田分布在盆地的南部或东南部一带，且其主要产气层位是下古生界地层，如上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组、下寒武统筇竹寺组等（He Jianglin et al.，2017; He Zhiliang et al.，2017; Wu Jing et al.，2019）。四川盆地及其周缘地区是最具页岩气勘探前景的区块，盆地的中东部探明发现了大量的天然气田（图1a），那么富有机质页岩层系埋深普遍较浅的西部可能是“经济性”页岩气藏前景地带（Guo Xusheng et al.，2016），而且这一带的研究工作相对薄弱，这就表明盆地西部可能是页岩气勘探突破的新区块，特别是乐山一带。
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川西南乐山地区发育了两套富有机质页岩层系，下寒武统筇竹寺组以及上三叠统须家河组（Qin Shengfei et al.，2018; Zheng Tianyu et al.，2019）。其中，针对该地区的筇竹寺组页岩气，探井资料揭示了工业气流的存在（Liang Jiaju，2014; Liu Shugen et al.，2016）。同时，该地区普遍发育上三叠统须家河组地层，厚度达数百米，黑色有机质页岩集中分布在须一、三、五段，是良好的生烃层位（Zhu Rukai et al.，2008; Zou Caineng et al.，2009），特别是须三段和须五段（Zhao Wenzhi et al.，2011）。近年来，川中地区须家河组的多个探井获得了工业气流，为四川盆地内其他地区的须家河组找气提供了可靠的例证（Zhang Shuichang et al.，2009; Huang Jie et al.，2010）。此外，地震剖面揭示整个四川盆地西南部地质结构稳定并具有良好的找气前景，落实了多个有利构造（Chen Zhuxin et al.，2020），并进一步在四川盆地西南部的北部区块探明了多个气田，如平乐坝、大兴西、邛西等气田（Yang Yueming et al.，2009; Pei Senqi et al.，2012），这些都为乐山地区的新层系上三叠统须家河组富有机质页岩层系的页岩气勘探前景提供有力支撑。
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本文在前人研究的基础上，通过资料的综合研究确定页岩气新区新层系的探测区块，根据研究区的地层构造特点构建理论电性模型，并开展数值模拟试验，进一步判定音频大地电磁方法在新区新层系探测的理论可行性。在此基础上，在重点研究区部署了一条音频大地电磁测深剖面，建立研究区的深部电性结构模型，并配合地质资料提供了综合地质解释方案。经钻孔揭示研究区具有良好的页岩气显示，认为乐山地区上三叠统须家河组三段、五段作为页岩气勘探的新区新层系具有良好的前景。
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1 有利区块及地质背景
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对于页岩气有利区的选择，区域资料的分析是一种重要的研究方式（Li Yuxi et al.，2012）。页岩气有利区涉及的地质要素可能主要包括总有机碳含量（TOC）、有机质成熟度（Ro）、页岩有效厚度、含气量、埋深以及保存条件等（Zhang Jinchuan et al.，2009）。
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1.1 有利区块的选择
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页岩气的“生、储、盖”等都发生在页岩自身内，页岩气的勘探首先要寻找有利的构造-沉积背景，优选出优质页岩的有利发育区（Guo Xusheng et al.，2016）。四川盆地须家河组黑色页岩分布面积广，厚度约为100~800 m，平均厚度约为350 m，TOC分布为1.0%~4.5%，TOC＞2%的页岩厚度介于25~60 m之间（Zou Caineng et al.，2019），这些表明区域上是具有良好的物质基础。石油地震资料揭示研究区主体为一单斜地层，且倾向西（Hubbard et al.，2009）。同样，Chen Zhuxin et al.（2020）利用石油地震剖面认为须家河组地层由西向东逐渐减薄，这与前人的区域上的研究具有类似的特质特征。尽管研究区受晚新生代构造印亚板块碰撞的影响（Burchfiel et al.，1995; Yin An et al.，2000），从石油地震资料来看，研究区一带地层总体上较为稳定，连续分布，构造相对不发育，具备良好的页岩气勘探前提。
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图1 四川盆地气田分布及地震剖面图
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Fig.1 Gas field distribution and seismic profile of Sichuan basin
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（a）—气田分布图;（b）—地震剖面解释图（据Hubbard et al.，2009）
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(a) —Gas field distribution; (b) —seismic profile of interpretation (after Hubbard et al., 2009)
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Wang Maomao et al.（2016）通过大量石油地震及钻井资料建立了四川盆地的三维速度结构模型，认为中生代地层埋深较大的是龙门山断裂南侧成都、绵阳以及巴中一带，而雅安、乐山以及宜宾埋深相对较浅，约为2 km左右（图2a）。然而，这一区块发育了数百米厚的三叠系须家河组地层，柱状图包含了须家河组地层（T3x）、雷口坡组T2l以及飞仙关组T1f地层，其中须家河组一段、三段、五段是黑色泥岩含煤，属于产气的烃源岩（Qin Shengfei et al.，2018; Zheng Tianyu et al.，2019）。而须家河组二段、四段以及六段主要岩性为砂岩含泥岩，是良好的储层（图2b）。显然，这一埋藏深度有利于油气资源的勘探。
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图2 四川盆地地质地球物理综合图
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Fig.2 Comprehensive geological and geophysical map of Sichuan basin
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（a）—中生代埋深等值线图（m）（据Wang Maomao et al.，2016）;（b）—须家河组柱状图（据Qin Shengfei et al.，2018）;（c）—须家河组三段（T3x3）厚度等值线图（m）（据Zheng Dingye et al.，2019）;（d）—须家河组五段（T3x5）厚度等值线图（m）（据Zheng Tianyu et al.，2019）
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(a) —Buried depth contour (m) of Mesozoic (after Wang Maomao et al., 2016) ; (b) —stratigraphic column of Xujiahe Formation (after Qin Shengfei et al., 2018) ; (c) —thickness contour (m) of the 3rd Member of Xujiahe Formation (T3x3) (after Zheng Dingye et al., 2019) ; (d) —thickness contour (m) of the 5th Member of Xujiahe Formation (T3x5) (after Zheng Tianyu et al., 2019)
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须家河组三段几乎分布于整个四川盆地，沉积厚度约为5~120 m，平均厚度约为45 m，其中，川西凹陷平均厚度大于50 m（Zheng Dingye et al.，2019; 图2c）。须家河组五段的沉降中心分布在德阳和成都，沉积厚度超过了600 m，有效烃源岩厚度达250 m，沿沉降中心向外逐渐减薄，乐山一带该地层厚度约为200~250 m，其中有效的烃源岩厚度约为100 m（Zheng Tianyu et al.，2019）。毫无疑问，四川盆地西南缘一带具有数百米的烃源岩，且烃源岩具有高的有机质丰度和大的有效厚度以及高的热成熟度（Du Jinhu，2011; Wu Xiaoqi et al.，2016）。
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富有机质页岩的有效厚度较大，达15 m以上，区域上连续稳定分布，同时具有良好的保存条件，那么盆地中心区或构造斜坡区都可形成页岩气富集的有利区（Li Yuxi et al.，2012），显然选取乐山地区作为有利区开展进一步研究是合理的。
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1.2 研究区地质背景
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研究区位于乐山市西南侧，是低缓的褶断带（图1a，图3a），研究区地层主体为一单斜地层，向北西方向倾伏。出露地层主要是元古宇基底和震旦系至新生界沉积盖层。研究区的西部，峨边一带出露峨边群，岩性为浅变质岩系，震旦系不整合接触在基底之上。同时还有少量的寒武系、奥陶系、二叠系出露，古生代及以前的地层主要分布在荥经—天全断裂及峨边断裂一带，中生代地层占据研究区的绝大部分区域，包括三叠系飞仙关组、嘉陵江组、雷口坡组、须家河组，侏罗系—白垩系岩性以棕红色、紫红色砂泥岩为主。
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须家河组覆盖于雷口坡组之上，雷口坡组主要为:中部以灰岩为主，上部为白云岩、含石膏白云岩夹膏溶角砾岩（图2b）。作为须家河组地层底板具有较好的封闭性，须家河组上覆地层为侏罗系下统白田坝组，主要为灰褐色泥岩和黏土岩，灰白色石英砂岩互层，该岩性段封闭性较好，能对须家河组内烃源岩形成有效封盖。研究区位于盆地内，构造相对稳定，仅在研究区南西部有峨眉山次级断层，为盆地边缘逆冲于研究区之上，同时该断层规模相对较小; 在研究区北西部可见丰都庙断裂，该断裂规模一般，向北东向逐渐消失于侏罗纪—白垩纪地层内。在研究区目标层系埋深深度为600~2000 m（图3c）。
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图3 乐山地区地质简图及测点分布
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Fig.3 Geological sketch of Leshan area and distribution of the detection Locations
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（a）—研究区地质图;（b）—须家河组底界面埋深图（m）;（c）—B—B'地质剖面图
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(a) —Geological map of the study area; (b) —buried depth (m) of the bottom interface of Xujiahe Formation; (c) —B—B' geological profile
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2 数值模拟试验
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为了能够验证方法的有效性，需要进行数值模拟计算，获得可靠的理论支持。根据研究区的构造特征确定了试算模型构造样式为低缓的褶皱形式产出。对采集的岩石样品开展了电阻率测量分析，确定了各主要层位的电性异常特征为“中低电阻率—低电阻率—高电阻率”，即中低电阻率阻异常为须家河组（T3x）及以上的地层的砂泥岩，须家河组中的低电阻率异常的煤及碳质页岩为烃源岩是主要的目标层位，而须家河组下部高电阻率异常的雷口坡组白云岩则是探测的基底岩性，结合须家河组底界面埋深图，可以基本确定进行数值模拟试验的电性结构模型，进一步分析试算效果，确定方法的可行性。
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2.1 模型参数
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根据研究区地层的岩性情况，采集了典型的岩石标本进行物性测量，共采集到标本203块，其中砂岩、泥岩样品102块，煤及碳质页岩52块，白云岩49块。根据测得电性分布规律以及目标层位的探测精度，将研究区的岩石电性分布规律统计分为三类，包括砂泥岩，煤及碳质页岩、白云岩。
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煤及碳质页岩电阻率是本次研究的重要目标层位，其电阻率测量值也是三类岩性中最低的，电阻率测量值分布范围为1~48.2 Ω·m，36块样品（占该类岩性的69.2%）的电阻率测量值低于20 Ω·m（图4b）。砂岩、泥岩是研究区分布范围最广的岩石类型，电阻率的测量值分布6.1~302.5 Ω·m，82块样品（占该类岩性的89.1%）的电阻率测量值低于200 Ω·m，该类岩石的电阻率为中低阻异常（图4a）。须家河组的下部是雷口坡组白云岩，电阻率测量普遍大于1000 Ω·m，是典型的高电阻率异常（图4c）。
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研究区的电性结构呈现三分异常特征“中低—低—高”，根据电性异常特征确定模型层数。将须家河组（T3x）中的煤及碳质页岩以上的地层作为第一套电性层，须家河组（T3x）中的煤及碳质页岩作为第二套电性层，须家河组（T3x）中的煤及碳质页岩下部的砂泥岩作为第三套电性层，须家河组（T3x）下部的雷口坡组灰岩作为第四电性层（表1）。各层的厚度以须家河组底界面埋深图为基础，辅以研究区的岩性柱状图的标定，大致确定各层位的埋深，同时研究区的构造主要为低缓褶皱，基本上可以确定合理有效的理论计算模型（图5a）。
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图4 乐山地区岩石样品电阻率统计图
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Fig.4 Resistivity statistical diagrams of rock samples of Leshan area
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2.2 模型试算及效果分析
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设计的理论模型为一低缓的褶皱地层（图5a）。正演使用的频带范围是10000~0.35 Hz，总计60个频点。从模型的正演结果来看，音频大地电磁测深对模型的电性层位有良好的响应，四个层为基本能够很好地反应。选取一个典型的正演测深曲线，在剖面图上标出的“红色三角”。单点测深曲线上，TE与TM两个模式的视电阻率（ρ-TE和ρ-TM）和相位均呈现基本相似的形态特征，仅在幅值大小上存在一定的差别（图5b、c），视电阻率曲线位K型曲线特征，相位曲线位Q型曲线特征。频率log10（f）范围4~1.5，视电阻率幅值log10（ρ）为2左右，相位分布在40°~50°之间，频率log10（f）范围1.5~0.5，视电阻率则呈现了一个电阻率异常，这对应了低电阻率的第二电性层位，频率为1左右的时候呈现了视电阻率极小值，随着频率范围的逐渐降低，视电阻率始终呈现为上扬的形态。频率1.5以下的相位曲线正好与视电阻率曲线呈现相反的特征。
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绘制了该模型剖面上的正演资料，包括TE极化模式视电阻率剖面图（图5d）、TM极化模式视电阻率（图5e）、TE极化模式相位剖面图（图5f）以及TM极化模式相位剖面图（图5g），剖面能更直观地反映整个模型的正演效果，特别是视电阻率剖面图。图5d与图5e，视电阻率剖面图还是呈现与单点测线曲线类似的形态特征，在log10（f）的幅值为1有一层低电阻率层，更低频存在高电阻率异常，是第四层电性层的反映，在这高电性层与低电性层之间存在一电阻率梯度带，这可能是由于大地电磁的体积效应影响的结果。TM模式视电阻率在低频段存在多个局部“扰动”假异常，例如2~4 km、16~18 km一带，但总体上与TE模式一样都能够很好地反映理论模型的电性层位。
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基于非线性共轭梯度算法NLCG（Rodi et al.，2001），反演了理论模型的正演数据，获得了较为理想的结果（图6）。需要说明的是，对正演数据进行反演，常附加3%~5%的高斯白噪声，本次模型计算统一给定了5%的噪声值。从反演的结构来看，两个模式的反演都能很好地给出理论模型的电性层位特点，低缓的褶皱构造在剖面图上显示良好，同时第二电性层的低电阻率层也是有很好的显示，TM模式的反演给出的模型深部在10~15 km更为平坦（图6b），而TE的数据反演结果（图6a）可以给出更为精细的横向电性结构模型，获得更高的横向分辨率，与前人的研究成果具有相似的认识（Berdichevsky，1999）。同时，前人研究表明TE模式对构造变化带或岩性界面响应灵敏，TM模式可能具有更强的抗“三维性干扰”能力，受三维介质的影响小，横向分辨能力高（Ledo et al.，2006）。Cai Juntao et al.（2010）认为深部结构具有较强的三维性时，相比于TE模式，TM模式的反演结果可能会引入少的假异常，可以获得更为真实的地电模型。前人大都认为TM模式的数据往往具有较高的分辨率，可本文的模型试验却并没有得到这样的认识，这可能与设计的理论模型有很大的关系，即设计的理论模型是二维模型。这就在很大程度上表明，对于乐山研究区一带来说，TE模式的数据异常可能更能揭示真实的地质模型特征。
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图5 乐山地区理论模型正演计算结果
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Fig.5 Forward calculation results of theoretical model of Leshan area
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（a）—理论模型;（b）—单点视电阻率曲线;（c）—单点相位曲线;（d）—TE模式视电阻率;（e）—TE模式相位;（f）—TM模式视电阻率;（g）—TM模式相位
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(a) —Theoretical model; (b) —apparent resistivity curves; (c) —phase curves; (d) —apparent resistivity of TE mode; (e) —phase of TE mode; (f) —apparent resistivity of TM mode; (g) —phase of TM mode
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图6 乐山地区TE与TM模式反演结果
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Fig.6 Inversion results of TE and TM modes of Leshan area
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（a）—TE模式;（b）—TM模式
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(a) —TE mode; (b) —TM mode
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如前所述，音频大地电磁测深可以有效地揭示理论模型的电性层位和结构特征，特别是深部隐伏的具有低电阻率性质的富有机质页岩层位。此外，前人利用电磁法有效揭示富有机质页岩层系的成功案例也不在少数，如He Zhanxiang et al.（2010）利用可控源时频电磁技术在塔里木盆地等地进行油气储层预测和有利区块划分等方面，取得了良好效果; Wang Xuben et al.（2012）通过可控源音频大地电磁揭示沁水盆地的太原组和山西组等富有机质层位埋深情况; Zhang Chuanhe et al.（2013）通过时频电磁法揭示了川南筠连县五峰—龙马溪组的埋藏情况; Min Gang et al.（2014）利用音频大地电磁揭示了黔东北岑巩地区的牛蹄塘组的深部特征，这些充分表明电磁法对探测油气资源是行之有效的。
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3 数据的采集、处理及解释
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3.1 数据采集与处理
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为了厘清研究区一带的地下2 km电性结构特征、优选稳定的地区以及优质页岩的层系分布，本研究部署了一条音频大地电磁测深剖面，剖面方向为北东—南西向，全长16.85 km，共完成了80个测点，点距在25~200 m按照不均匀网格分布，钻井的核心区点距控制在25 m，靠近剖面的两侧则是200 m左右。测量的设备采用的V8电法工作站，布极方式为正南北与正东西，观测时间为1.5 h。
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图7 乐山地区典型视电阻率与相位曲线
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Fig.7 Typical apparent resistivity and phase curves of Leshan area
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（a）—测点4.2 km视电阻率曲线;（b）—测点4.2 km相位曲线;（c）—测点11.9 km视电阻率曲线;（d）—测点11.9 km相位曲线;（e）—测点16.5 km视电阻率曲线测点;（f）—16.5 km相位曲线
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(a) —Apparent resistivity curve at 4.2 km; (b) —phase curve at 4.2 km; (c) —apparent resistivity curve at 11.9 km; (d) —phase curve at 11.9 km; (e) —apparent resistivity curve at 16.5 km; (f) —phase curve at 16.5 km
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选取三个典型的测深点进行曲线绘制（图7），里程分别在4.2 km、11.9 km以及16.5 km，并在曲线上给出了测量误差分布，从误差上来看，观测数据的误差并不大，同时在反演的过程中，设定了三组电阻率误差值（5%，7.5%以及10%），同时相位误差值往往是电阻率误差的两倍，并分别进行了试算，在误差设定为5%时，反演的模型可能更接近真实的地质结构情况。三个测点的视电阻率普遍较低，均在100 Ω·m以下，主要分布在10~60 Ω·m，均呈现尾支上扬的形态，代表了深部存在高电阻率的岩石地层，在频率为10 Hz附近有一个低电阻率异常带，可能代表了这一频带范围内分布有低电阻率的岩石地层，这可能表明了地下介质的电性模型偏向于“中低电阻率—低电阻率—高电阻率”三层电性分层，与前面设计的理论模型具有基本相似的结构特征，可能在一定程度上代表了研究区的区域地质结构情况。对于同一个测点来说，TM模式的视电阻率幅值普遍高于TE模式的视电阻率幅值，在位置端存在部分交叉（图7a、c、e）。相反，这些测点的相位曲线并没有像视电阻率曲线那般有规律性的特征，相位曲线可能显示了更为复杂的电性结构特征。
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对80个测点的数据进行了精细的反演处理，获得地下深度1.5 km电性结构剖面（图8a）。其中，反演方法应用的是非线性共轭梯度算法，初始模型使用的是100 Ω·m的均匀半空间，分别对TE、TM以及TM+TE极化模式数据进行反演试算，对比发现TE模式的反演结果可能更能揭示真实的地电模型（图8）。该数据的反演给出了相应的拟合误差（图8），所有测点总体误差分布在5%以下，平均误差约为2.81%，具有较高的拟合精度。此外，还列出了几个典型测深点的拟合曲线（图7），可以看出该测线的反演结果是可靠的，这就为后续资料的解释提供了保证。
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3.2 模型的解释及讨论
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从整个电性剖面来看，全区电性结构可以分为三个近似连续可追踪的电性层位（C1、C2、C3）与两个电性异常体（A1、A2），F1位于剖面的南段，分为F11、F12、F13三支，F1断裂两侧具有明显的电性异常差异，这说明该断裂对研究区一带的电性结构具有显著的控制作用。从地质构造来看，F1断裂将研究区的地层分为两部分，断裂以北为安谷向斜南翼沉积稳定深埋区，沉积了有侏罗系至白垩系的紫红色碎屑岩，而断裂以南为抬升剥蚀区，则主要出露上三叠统须家河组中下段的地层，显然该断裂不仅控制研究区的构造格架，而且还对地层的分布具有一定控制作用，这点在后面的钻孔资料中将进一步证实。
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图8 乐山地区C—C'剖面电性模型与解释图
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Fig.8 Electrical resistivity model and interpretation of C—C' profile of Leshan area
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（a）—拟合误差;（b）—电性模型;（c）—异常解释图;（d）—地质解释图
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(a) —Fitting error; (b) —electrical resistivity model; (c) —interpretation model; (d) —geological interpretation model
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F1断层以北的沉积稳定区（里程0~11 km），电性结构主要为三个电性层位，基本具有近似的电阻率幅值，深部层位由北向南逐渐变浅，并出露至地表。三个电性层位为“低电阻率层位C1—梯度变化层位C2—高电阻率层位C3”，其中低电阻率层位C1是指Log10（ρ）＜1.3，高电阻率层位C3是指Log10（ρ）＞2.1，电阻率幅值介于两者之间的变化带是梯度变化层位C2。在这个稳定区，存在一个电阻率幅值异常区A1，其异常为多层中—低电阻率相间的似层状异常体，将该区的C1、C2与C3电性层位“错段”，与周边的电性层位形成了类似“地垒”构造的异常形态，据此将A1电性异常体解释为两条断层（F21与F22）产生的电性异常，该异常将在后期的钻孔资料中得到进一步验证。
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F1断层以南为抬升剥蚀区。这一带的电性结构主要表现为表层近似连续分布的中电阻率幅值带C2，该电性层位可与断层北部的电性层位连续对比，中深部位范围较大的低电阻率区，如图8b所示的黑色虚线框A2，称之为异常带，其旁侧则是C3高电阻率层位，可与断层南侧的C3高电阻率层位对比。
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F1断裂是马边-盐津断裂北端的分支断裂，走向为北东—南西向，研究区一段是南西倾的逆断层，倾角约为35°~40°，该断层控制着区域三叠纪与侏罗纪—白垩纪地层的分布，即断层南部是三叠纪地层，北部则相反。根据电性异常特征（图8b），推测认为F1断裂可能是由三条支断层组成，分别为F11，F12以及F13。
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F1断层南部出露的地层是上三叠统须家河组（中下段）地层，还包括煤层，在测线的不远处可见废弃的煤矿，显然此处地表的C2电性层位是对须家河组地层电阻率的响应，该层位电性是连续可追踪，向北隐伏至深部，这点在电性异常剖面上表现得很清晰（图8b）。因此，本研究将C2电性层位解释为须家河组地层，基于此进一步给出了C2上部的电性层位C1应该是侏罗系沙溪庙组和自流井组的地层，这点与地表地质资料相吻合。除此之外，按照正常的沉积层序来说，须家河组底部的地层为中三叠组雷口坡组，对应了电性异常解释图8b的电性层位C3。这样解释的合理性也得到钻孔资料的验证（图9），表明音频大地电磁解释资料的可靠性。
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图9 乐山页岩气钻孔岩性柱状图
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Fig.9 Lithology column of Leshan shale gas borehole
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研究区完成了一个1200 m的钻孔，以揭示研究区的有机质页岩的基本地质特征，包括须家河组富有机质页岩的厚度、岩性等，进一步探索研究区作为新区新层系的资源潜力。钻孔资料揭穿了自上而下基本正常层序地层（图9），包括侏罗系遂宁组（J2sn，厚度较小并未在柱状图上标识出来）、沙溪庙组（J2s，分为上、下两段）、自流井组（J2z，分为上中下三段）、须家河组（T3x，共5段，分为须六、须五、须四、须三、须二）以及雷口坡组（T2l，未完全揭穿）。钻孔发现了数组隐伏构造，如深度为1080~1088 m处，发现了5组10~20 cm厚度不等的断层泥，这个断层泥对应电性异常图上的A1黑色虚线框。前文已经介绍了正常的须家河组地层总共分为六段，钻孔揭示了须家河组一段地层的缺失，而这个缺失的地方位于须家河组底部断层泥出现的地段。从区域上的地质情况来看，南部与北部不远的地方均有该地层出露，说明局部须家河组一段的缺失可能是断层活动的结果，其活动时间可能发生于晚三叠世早期。
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经过钻探资料标定，电性模型可以给出合理的解释模型（图8c）。研究区一带的地质结构总体较为稳定，开启性构造并不发育，地层基本连续分布，特别是富有机质页岩（须五段T3x5、须三段T3x3）具有稳定且连续相当的厚度，这为新区新层系页岩气资源前景的调查发现，提供了良好的物质基础和稳定区块。尽管在研究区一带发现了隐伏的断裂，但这些都不是开启性断裂，这可能是常规气体的有效运移通道，而须家河组发育的砂岩（须二段、须四段、须六段）和下部的雷口坡组白云岩是良好的储集层位（Zhao Wenzhi et al.，2011），须家河组上部发育的大量的泥页是天然的盖层，这些“生储盖组合”都为常规天然气的形成提供了良好的成藏基础，而页岩气的勘探往往是非常规气体与常规气体两者兼顾的，因此隐伏断裂的存在对于页岩气的勘探前景没有造成不好的影响。同时，尽管缺失了须一段（T3x1）地层，但研究区还具有两套优质生烃层位须三段和须五段，也是主力生烃层位（Zou Caineng et al.，2009）。此外，钻孔岩芯的碳质页岩段放在水中发生剧烈气泡，钻井过程可见大量沥青质的黑色有机质上涌，并伴随了大量的气泡冒出，点火可见升起数米高的火苗。结合页岩气的形成往往具有原位“滞留成藏”，连续型分布的特点（Curtis，2002; Zhang Jinchuan et al.，2008），电性资料揭示稳定的富有机质层位的分布，以及良好的钻井页岩气显示，说明研究区一带具有良好的页岩气资源前景，为页岩气新区新层系的探索工作打下了坚实的基础。
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然而，构造运动对页岩气的富集成藏具有明显的控制作用，四川盆地经历了差异性的埋藏以及多期次的变形调整阶段（Richardson et al.，2008; Liu Shugen et al.，2016），特别是三叠纪及后期的构造运动更是对新区新层系页岩气的富集成藏具有较大的控制作用。晚新生代的印亚板块碰撞导致了高原物质的东南向逃逸（Yin An et al.，2000），一方面可能会使有机质汇聚（Jia Chengzao et al.，2013），另一方面受到“远程效应”影响重新调整研究区的构造样式（Wang Erqi et al.，2009），是否破坏了研究区的“稳定”结构，这都还值得进一步的研究。因此，乐山地区上三叠统须家河组地层作为新区新层系是否能找出具有商业价值的页岩气，构造作用对页岩气的控制及改造是值得进一步研究的方向。
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4 结论
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（1）川西南乐山地区上三叠系须家河组作为四川盆地页岩气勘探的新区新层系，具有良好页岩气资源前景。通过对前人资料的综合研究，优选了新区新层系的探测区，应用音频大地电磁资料揭示了研究区深部的结构是较为稳定的，构造不发育，结合钻井资料认为须三段和须五段在全区稳定连续分布，并具有良好的页岩气显示，全区可能具有良好的页岩气资源前景。
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（2）音频大地电磁方法在新区新层系地区的探测中，取得了好的应用效果。通过调查研究确定了研究区的物性特征，并构建了理论电性模型并进行了数值模拟计算，确定了该方法的理论可行性。进一步利用音频大地电磁剖面拟定了研究区的具体层位和构造情况，给出了F2隐伏构造，这些都得到了钻孔资料的验证，说明音频大地电磁方法在四川盆地新区新层系中具有广阔的应用前景。
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致谢:感谢中国地质调查局成都地质调查中心余谦教授级高级工程师、刘伟高级工程师对本文的指导。
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摘要
四川盆地蕴含有巨量的天然气资源,经过十多年的地质理论发展,页岩气的勘探实现了较大突破,在盆地的南部和东南部探明了多个大型页岩气田,其主要的产气层位是上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组。四川盆地发育了六套富有机质页岩层系,其他的层位还没有取得大的突破,基础地质条件适合的盆缘地区可能是寻找经济型页岩气藏的有利区块。在分析前人的研究资料基础上,优选川西南乐山地区须家河组作为新区新层系的探测目标。根据研究区地质情况,构建理论电性参数模型,开展数值模拟试验,明确音频大地电磁方法的理论可行性。进而在重点研究区部署了一条音频大地电磁剖面,通过资料的处理和分析获得研究区的深部电性结构,结合地质资料提供了地质解释方案,配合钻井资料认为研究区一带具有稳定的地质结构、连续分布的富有机质页岩层以及好的页岩气显示。据此表明川西南乐山地区上三叠统须家河组作为页岩气勘探的新区新层系,可能具有良好的资源前景。
Abstract
Sichuan basin contains a huge amount of natural gas resources. After more than ten years' development of geological theory, shale gas exploration has made a great breakthrough. In the south and southeast of the basin, several large shale gas fields have been discovered. The main gas producing horizon is the Upper Ordovician Wufeng Formation and the Lower Silurian Longmaxi Formation. However, there are six sets of organic-matter-rich shales in Sichuan basin, and other horizons have not made great breakthroughs. The basin margin area with suitable basic geological conditions may be a favorable block for looking for economic shale gas reservoirs. Based on the analysis of previous research data, the Xujiahe Formation in the Leshan area of southwest Sichuan basin is selected as the exploration target of the new horizon in the new area. According to the regional geological conditions, the theoretical electrical model is constructed, and the numerical simulation test is carried out to determine the theoretical feasibility of the audio magnetotelluric. In addition, an audio magnetotelluric profile is deployed in the key research area. The deep electrical structure of the study area is obtained by data processing and analysis. Combined with the geological data, the geological interpretation model is provided. Combined with drilling data, it is considered that the study area has stable geological structure, continuous distribution of organic-matter-rich shales and good shale gas content. It is suggested that the upper Triassic Xujiahe Formation in the Leshan area of southwest Sichuan may have a good resource prospect as a new shale gas exploration area.
Keywords
Sichuan basin ； shale gas ； the new horizon of the new area ； Xujiahe Formation ； AMT
