武 斌，曹俊興，鄒 俊，黃金寶

(1.成都理工大學(xué)信息工程學(xué)院，四川成都 610059;2.四川省地勘局物探隊(duì)，四川成都 610072)

音頻大地電磁測深法在康定小熱水地?zé)峥辈檠芯恐袘?yīng)用

武 斌1，2，曹俊興1，鄒 俊2，黃金寶2

(1.成都理工大學(xué)信息工程學(xué)院，四川成都 610059;2.四川省地勘局物探隊(duì)，四川成都 610072)

利用音頻大地電磁測深法在康定小熱水地?zé)豳Y源的勘查應(yīng)用，從地?zé)豳Y源與地質(zhì)構(gòu)造(斷裂或斷層)的內(nèi)在聯(lián)系，研究小熱水地?zé)岬姆植继攸c(diǎn)，分析熱儲(chǔ)層的分布特點(diǎn)和淺部熱水的形成機(jī)制，為小熱水地區(qū)地?zé)岬木C合研究提供了重要理論依據(jù)，這說明了音頻大地電磁測深法是勘查和研究地?zé)豳Y源的一種有效手段。

音頻大地電磁測深法;地?zé)嵫芯?構(gòu)造;導(dǎo)儲(chǔ)模式;小熱水

0 前言

地?zé)崾翘N(yùn)藏于地下的重要地質(zhì)資源，它通過水熱活動(dòng)，以熱水或水汽形式埋藏于地下或出露地表，被人們廣泛用于發(fā)電、動(dòng)力、醫(yī)用治療和采暖供熱，是繼煤、石油之后又一開發(fā)前景極為廣闊的能源。與傳統(tǒng)能源相比，地?zé)崮軆?chǔ)存于地下，不受氣候條件影響，是一種潔凈的能源。在世界日益重視環(huán)保發(fā)展的今天，地?zé)崮茉聪鄬τ谄渌稍偕茉?，具有更大的發(fā)展?jié)摿涂臻g［1］。

四川康定小熱水地區(qū)的地?zé)幔瑢俚刂泻！柴R拉雅地?zé)釒А＿@條地?zé)釒а貧W亞板塊和印度洋板塊碰撞的拼合地帶，屬縫合線型。受區(qū)域大地構(gòu)造及溫度場的控制，地?zé)崴男纬墒怯纱髿饨邓ㄟ^巖石斷裂的裂隙系統(tǒng)循環(huán)至地下深處，受地?zé)嵩鰷?，以及放射性物質(zhì)衰變熱和巖漿巖余熱加熱后，在靜水壓力和熱動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下，回升至地表形成溫?zé)崛?，或埋藏在一定深度形成熱水層的對流型熱水系統(tǒng)。

地?zé)豳Y源的形成是具有一定特定地質(zhì)條件的。有儲(chǔ)熱構(gòu)造，運(yùn)移通道，有蓋層，這樣地?zé)岵拍鼙煌暾Ａ粝聛?。其中任何一種構(gòu)造被破壞，地?zé)岫紩?huì)遭到不同程度的破壞，這樣就會(huì)影響到地?zé)岬拈_發(fā)和利用。所以后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，也會(huì)對其產(chǎn)生影響。

為了提高效率，減少投資風(fēng)險(xiǎn)，在開發(fā)地?zé)豳Y源前必須進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，而地球物理勘探是地?zé)豳Y源調(diào)查的重要手段之一。作者在本文，主要采用音頻大地電磁測深法(AMT)，對康定小熱水的地?zé)豳Y源進(jìn)行研究。根據(jù)調(diào)查區(qū)的熱儲(chǔ)地層和地質(zhì)構(gòu)造的分布關(guān)系，研究該地區(qū)地?zé)嵝纬傻奶攸c(diǎn)［2～4］。

1 音頻大地電磁測深法原理

本次音頻大地電磁法(AMT)使用加拿大鳳凰地球物理公司生產(chǎn)的最新一代多功能電法儀V8，它是世界上最先進(jìn)的四維地球物理數(shù)據(jù)觀測系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用于油氣勘探、地?zé)峥辈?、地下水調(diào)查、活斷層研究以及礦產(chǎn)調(diào)查等領(lǐng)域。

音頻大地電磁法觀測的基本參數(shù)，是相互正交的電場分量(Ex，Ey)和磁場分量(Hx，Hy)，通過式(1)和式(2)，即可計(jì)算出相應(yīng)頻率所對應(yīng)的該測點(diǎn)下隨深度變化的電阻率估計(jì)值，進(jìn)而達(dá)到測定地下各層電阻率的目的。

式中 f為頻率，單位為Hz;ρ是電阻率(Ω·m);E是電場強(qiáng)度(mV/km);H是磁場強(qiáng)度(nT)。

必須指出的是，此時(shí)的E與H，應(yīng)理解為一次場和感應(yīng)場的空間張量疊加后的綜合場，簡稱總場。在電磁理論中，把電磁場(E、H)在大地中傳播時(shí)，其振幅衰減到初始值1/e時(shí)的深度，定義為穿透深度或趨膚深度(δ):

由式(3)可知，趨膚深度(δ)隨頻率的降低而增大。根據(jù)趨膚效應(yīng)，大地電磁場的變化周期越長，電磁場能量在傳播過程中損耗越小，因而穿透得越深。

在實(shí)踐中，不同周期的大地電磁場水平分量的變化，反映了不同深度范圍內(nèi)的電阻率信息。因此，通過觀測不同頻率的電磁信號(hào)，可以獲得不同深度的電性信息，結(jié)合已知地質(zhì)資料和地層情況，便可解譯目標(biāo)層的地質(zhì)特征。

2 音頻大地電磁測深法的應(yīng)用效果

2.1 工區(qū)地質(zhì)概況

工作區(qū)處于青、藏、滇、緬、印尼“歹字型”構(gòu)造體系的頭部與中部過渡地段東緣、鮮水河斷裂帶南東段一折多山北西向構(gòu)造中，主要表現(xiàn)為斷裂構(gòu)造。主要斷裂有康定～磨西斷裂、榆林河斷裂、白楊灣斷裂、龍頭溝斷裂和轉(zhuǎn)經(jīng)輪溝斷裂(見圖1)。在區(qū)內(nèi)，主要溫泉直接位于斷裂帶上，顯示了斷裂對熱水運(yùn)移排控制性影響。

研究區(qū)位于康定縣爐城鎮(zhèn)，地處川西橫斷山脈的大雪山中段。在地貌上屬于貢嘎山構(gòu)造強(qiáng)烈侵蝕極高山區(qū)，位于大渡河上游支流榆林河谷地帶，一般海拔約2800m～3400m。地勢總體南高北低，東高西低。該區(qū)區(qū)域上，主要為二疊紀(jì)變質(zhì)巖和第四系地層，二疊紀(jì)(分為段)變質(zhì)巖主要巖性為板巖、灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、片巖、結(jié)晶大理巖夾變質(zhì)礫巖。第四紀(jì)松散堆積層主要為砂、礫石與卵石。在研究區(qū)內(nèi)，巖漿巖分布廣泛，主要為中生代(印支～燕山期)侵入巖，巖性有石英閃長巖(δ0(3)2)、斜長花崗巖(γ0(4)2)和折多塘黑云母花崗巖(γβ5)。

圖1 康定小熱水地形地質(zhì)圖Fig． 1 The geological map of Xiaoreshui areain Kangding

工作的主要目的，就是查明在項(xiàng)目區(qū)域范圍內(nèi)的地層巖性、結(jié)構(gòu)變化特征。重點(diǎn)圈定地?zé)岙惓７秶蜔醿?chǔ)體的空間分布，判斷斷裂構(gòu)造的位置、深度及其在地面以下的通過情況，并查明破碎帶的位置和分布規(guī)模。

2.2 音頻大地電磁測深法資料采集與處理

作者在本次工作中使用的是加拿大鳳凰地球物理公司生產(chǎn)的最新一代多功能電法儀V8采集音頻大地電磁數(shù)據(jù)。音頻大地電磁測深點(diǎn)距為20m～40m，測深裝置采用張量觀測方式，接收電極為不極化電極，磁探頭頻率響應(yīng)范圍從1×10－1赫茲到上萬赫茲。儀器各記錄單元之間通過全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)，與世界通用協(xié)調(diào)時(shí)間(UTC)同步(見下頁圖2)。

數(shù)據(jù)處理使用的軟件是MTSoft2D2.3軟件，本處理軟件采用模塊開發(fā)，由四部份組成:

絲瓜絡(luò)纖維呈網(wǎng)絡(luò)狀，柔韌而有彈性，吸水性強(qiáng)，回潮率高于棉纖維且與麻相近，吸潮，吸汗，透氣導(dǎo)濕性良好，絲瓜絡(luò)纖維制成的床墊和床枕等應(yīng)用很廣泛[2]。

(1)數(shù)據(jù)管理模塊(DataManager)。

(2)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊(MTPreSoft)。

(3)數(shù)據(jù)反演模塊(MT2DISoft)。

(4)反演結(jié)果顯示模塊(MTViewInvSoft)。

將野外數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)后，首先利用軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，剔除明顯的干擾點(diǎn)，對存在靜態(tài)影響的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間濾波，形成頻率～視電阻率等值線圖;再通過二維反演，繪出二維反演斷面圖。大地電磁法利用的是不同地層或同一地層不同賦存結(jié)構(gòu)之間電阻率參數(shù)差異，根據(jù)阻值高低及分布形態(tài)，來劃分地層界線、地質(zhì)構(gòu)造，以及圈定地?zé)岙惓７秶蜔醿?chǔ)體的空間分布，結(jié)合地質(zhì)資料做出初步地質(zhì)推斷。

圖2 AMT法野外工作布置示意圖Fig． 2 Schematic layout of AMT method in the field work

2.3 地質(zhì)解釋及成果分析

此次沿河谷方向由北向南布置縱測線，從斷面圖中(見圖3)可以看出:

(1)斷面淺部有多條低阻異常區(qū)域，推斷為巖體裂隙發(fā)育、破碎、軟弱或存在小構(gòu)造。

(3)斷面在高程1400m～1700m范圍存在低阻異常，推斷為由石英片巖、變質(zhì)砂巖等組成的含水層，是良好的儲(chǔ)熱層，并通過F1、F2斷裂破碎帶傳導(dǎo)至地表附近。

根據(jù)解譯結(jié)果(見下頁圖4)，在平距700m、2500m各布置一鉆孔予以驗(yàn)證。在下鉆230m～250m深度，均打出日出水量500t，孔口出水溫度達(dá)到87℃，這很好地驗(yàn)證了音頻大地電磁技術(shù)的效果。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 小熱水地區(qū)導(dǎo)熱構(gòu)造的勘查

結(jié)合AMT方法在小熱水地區(qū)的工作，由于地下水溫度的變化并不能顯著改變儲(chǔ)水巖石的電性特征，所以利用AMT方法只能發(fā)揮其特點(diǎn)，謀求間接的地?zé)峤缍ǚ椒?，即尋找?dǎo)儲(chǔ)地?zé)岬挠欣麡?gòu)造。而應(yīng)用AMT方法在小熱水地區(qū)勘查地?zé)?，就是尋找具有以下特點(diǎn)的構(gòu)造部位:

(1)電阻率擬斷面圖，具有明顯的低阻閉合圈(包括局部層間水、裂隙發(fā)育儲(chǔ)水部位或可溶巖的溶洞水)或低阻條帶(層間水或斷裂破碎帶賦水)，其規(guī)?？蛇_(dá)到開發(fā)要求。

圖3 音頻大地電磁ρs斷面圖Fig.3 AMT ρssection

圖4 音頻大地電磁解譯圖Fig． 4 AMT interpretation

(2)低阻區(qū)(帶)之上覆蓋有一定厚度的高阻(或高低阻夾雜)地層，覆蓋厚度的大小，對地?zé)豳Y源的形成具有重要的保護(hù)意義。

(3)低阻區(qū)(帶)周邊具有可分辨的熱源或?qū)嵬ǖ?，如切割較深的斷裂帶。

3.2 小熱水地?zé)峥辈榫C合研究成果

通過對康定小熱水地?zé)峥辈榈木C合研究，得到如下重要結(jié)論:在小熱水地區(qū)大的地?zé)峋?泉)附近，一定有大的斷裂構(gòu)造。而且一般都是沿著河谷，而這條河谷就是大的斷裂帶。根據(jù)AMT成果和該地區(qū)的地質(zhì)資料，繪出了康定小熱水的地?zé)釋?dǎo)儲(chǔ)模式圖(見圖5)，為研究該區(qū)的地?zé)崞鸬搅酥笇?dǎo)作用。

圖5 康定小熱水地?zé)岬膶?dǎo)儲(chǔ)模式Fig． 5 The lead storage mode in Xiaoreshui area of Kangding

4 結(jié)論

地下水溫度的變化，并不能顯著改變儲(chǔ)水巖石的電性特征，必須謀求間接的地?zé)峤缍ǚ椒?。而AMT方法對于尋找低阻體賦存部位，劃分深部地質(zhì)構(gòu)造具有明顯的優(yōu)勢。通過AMT方法在康定小熱水地?zé)峥辈榈墓ぷ?，大大提高了我們對該地區(qū)地?zé)豳Y源的宏觀認(rèn)識(shí)水平。

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1001—1749(2011)05—0507—04

2011－02－18 改回日期:2011－06－08

武斌(1971－)，男，漢族，山西臨猗人，高級(jí)工程師，博士，現(xiàn)在四川省地礦局物探隊(duì)從事物探工作。