田玉杰，高玉麟，王 勝

（河北省地礦局第十一地質(zhì)大隊(duì)，河北邢臺(tái)054000）

綜合電法在河北某地地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用

田玉杰*，高玉麟，王 勝

（河北省地礦局第十一地質(zhì)大隊(duì)，河北邢臺(tái)054000）

對(duì)河北某地進(jìn)行了瞬變電磁法（TDEM）和可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）工作，通過原始數(shù)據(jù)采集、處理，并結(jié)合區(qū)域地?zé)崴牡刭|(zhì)條件進(jìn)行了解釋推斷。經(jīng)過鉆孔驗(yàn)證，取得了良好的效果，對(duì)在華北平原地區(qū)開展類似工作具有借鑒作用。

瞬變電磁；可控源音頻大地電磁；地?zé)峥辈椋或?yàn)證

地?zé)豳Y源是儲(chǔ)存于地球內(nèi)部可再生的環(huán)保型能源。能夠廣泛利用而不受時(shí)間和地域限制，在開發(fā)投資及利用方面優(yōu)于太陽能、風(fēng)能、生物能等新型能源，因此被稱之為繼石油、煤、天然氣之后的第四能源。地?zé)豳Y源中富含各種化學(xué)元素和組分，同時(shí)也是集熱、礦、水三位一體的礦產(chǎn)資源和對(duì)人體有益的醫(yī)療資源。

地?zé)豳Y源的開發(fā)和利用越來越受到人們的重視，進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國(guó)地?zé)豳Y源的開發(fā)也出現(xiàn)了快速發(fā)展的勢(shì)頭。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、旅游業(yè)的日益興旺、房地產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模開發(fā)、醫(yī)療保健水平的提高、地下熱水的需求逐漸增大，地?zé)豳Y源的開發(fā)十分必要。地?zé)豳Y源用途廣、開發(fā)成本低具較強(qiáng)的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。目前開發(fā)地?zé)嵋殉蔀橐环N產(chǎn)業(yè)，是政府、企事業(yè)單位在考慮經(jīng)濟(jì)上是否可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地下熱水的用途有17種以上，在發(fā)電、采暖、洗浴、醫(yī)療、養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等方面都得到了充分利用。

本次工作的目的任務(wù)主要是利用綜合電法工作，結(jié)合水文地質(zhì)調(diào)查和資料收集，大致查明勘查區(qū)的地層、構(gòu)造情況，簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)地下熱儲(chǔ)情況，為鉆探施工供熱井提出依據(jù)。

1 測(cè)區(qū)地質(zhì)概況

（1）地層。研究區(qū)處于山西斷隆太行拱斷束和華北斷凹冀中臺(tái)陷之過渡地帶。其主要地層為：

太古界贊皇群（Ar）:分布于測(cè)區(qū)西部，主要巖性為片麻巖、混合巖等各類變質(zhì)巖，總厚度大于7400m。

寒武系（ε）：為一套濱海、淺海相沉積地層，與下伏地層假整合接觸。主要巖性為：鮞狀灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r、頁巖等。厚度283～627m。

奧陶系（O）:為一套海相碳酸鹽巖沉積。中上部奧陶系中統(tǒng)（O2）主要為灰?guī)r、花斑灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等，下部奧陶系下統(tǒng)（O1）為白云巖。厚度大于450m。

石炭系中上統(tǒng)（C）:為一套以陸相為主海陸交互相地層。中統(tǒng)本溪組（C2b）主要為鋁土頁巖，底部為褐紅色砂巖；上統(tǒng)太原組（C3t）巖性為砂巖、泥巖頁巖夾數(shù)層煤和薄層灰?guī)r。厚度140m。

二疊系（P）：下部山西組主要為陸相沉積的砂巖、泥巖，夾1號(hào)煤和2號(hào)煤；上部石盒子組主要為陸相沉積的中粗砂巖。厚度30～130m。

第四系（Q），分布在測(cè)區(qū)東部，主要為沖洪積、冰漬、冰水積的黃土狀土、粘性土夾砂層、卵礫石和泥礫。厚度總體上西薄東厚，從數(shù)米到數(shù)百米。

（2）構(gòu)造。區(qū)內(nèi)構(gòu)造頗為發(fā)育，主要為北東—北北東向，構(gòu)成區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造框架。其次為北西向的次級(jí)構(gòu)造。

（3）地?zé)崴牡刭|(zhì)特征。根據(jù)含水巖系的不同，本區(qū)屬于碳酸鹽巖巖溶水類型。碳酸鹽巖巖溶裂隙水是由寒武系和奧陶系組成的一套復(fù)雜的含水巖系，由西向東，由裸露型轉(zhuǎn)為覆蓋和埋藏型，巖溶裂隙水逐漸由潛水轉(zhuǎn)為承壓水；多數(shù)情況下，由于灰?guī)r埋藏深度較淺，巖溶裂隙發(fā)育，水量豐富，巖溶水徑流條件好，循環(huán)交替作用強(qiáng)烈。由于地下水的冷卻作用較好，不易產(chǎn)生地?zé)岙惓?。但局部地段在?gòu)造作用下易形成封閉的斷塊，地下水徑流滯緩，在斷裂構(gòu)造帶附近有一定水量，可形成地?zé)崃黧w，此類型是本區(qū)的主要熱儲(chǔ)層。

2 地球物理測(cè)量

本次物探野外工作主要開展了瞬變電磁法（TDEM）和可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT），共布置測(cè)線3條，基本垂直區(qū)域構(gòu)造走向。

（1）瞬變電磁法（TDEM）：瞬變電磁法工作選取大定源裝置進(jìn)行工作,參數(shù)的確定：

在設(shè)置參數(shù)之前，須了解工區(qū)的一些參數(shù)，從而確定使用的發(fā)射框的大小、波形的頻率等。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次勘查深度400m，工區(qū)背景電阻率大概在20Ω·m左右。

利用下式來估算：

式中：D——勘探深度，m；

ρ——背景電阻率值，Ω·m；

t——有圓滑曲線的最晚時(shí)間，ms。

通過計(jì)算，t=16ms。

確定了需要觀測(cè)的最晚延時(shí)，根據(jù)下表選擇相應(yīng)周期的波形的頻率為8.33333Hz。

表1 波形選擇參考表

發(fā)射框大小的確定：對(duì)于固定噪音水平的儀器，最晚可測(cè)時(shí)間確定后，利用下式發(fā)射框和電流的大小也可確定。

式中：μ——空氣中的磁導(dǎo)率，4π×10-7H/m；

Mt——發(fā)射電流距，Mt=IL2；

L——發(fā)射線框的邊長(zhǎng)，m；

I——發(fā)射電流，A；

ρa(bǔ)L——估算的背景電阻率；

Nm——實(shí)測(cè)噪音水平，10-9V/m2。

結(jié)果是若8A的電流時(shí)，300m×300m邊框即可滿足要求。

工作參數(shù)：發(fā)射線圈邊框300m×300m，發(fā)射線框面積90000m2左右，MTEM-AL接收線圈接收。儀器發(fā)射頻率8.33333Hz，最晚可測(cè)時(shí)間18ms，發(fā)射電流8A左右。觀測(cè)參數(shù)db/dt。

（2）可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）。頻率選擇：需要確定最低頻率和頻率表。在有區(qū)域背景電阻率資料的情況下，可以通過H≈300（ρ/f）1/2來反算需要的最低頻率。本次工作為了更好地反映深部信息，采用9600～1Hz。

頻率表：使用默認(rèn)的30min頻率表，頻率表中6400Hz以下不宜出現(xiàn)50Hz的整數(shù)倍頻率。

收發(fā)距的選擇：對(duì)于確定的ρ和f，勘探深度是H≈300（ρ/f）1/2m，為滿足遠(yuǎn)場(chǎng)接收的條件，收發(fā)距必須滿足D≥（2000～2500）×（ρ/f）1/2m，即D/H≥（6～8）。本次工作收發(fā)距為8.2km。

發(fā)射極距：收發(fā)距較近時(shí)5km以內(nèi)，采用1km的發(fā)射極距即可，收發(fā)距較遠(yuǎn)時(shí)采用2km或3km的發(fā)射極距。本次工作采用1.5km的發(fā)射極距，平行于測(cè)線布設(shè)。電極布設(shè)時(shí)，應(yīng)該盡量降低發(fā)射極的接地電阻。

點(diǎn)距：50m，太小的話電道信號(hào)太弱，但并不因?yàn)辄c(diǎn)距小就能提高解釋的橫向分辨率，太大的話橫向分辨較弱，同時(shí)施工效率不高。

3 資料解釋

以Ⅰ剖面為例。

從瞬變電磁等ρs反演斷面等值線圖（圖1）來看，有2個(gè)較為明顯的斷層存在，我們將其分別編號(hào)為F1、F2。

（1）在F1左側(cè)，電阻率ρs值一般在60～250Ω·m之間，結(jié)合地質(zhì)資料，主要為太古界贊皇群（Ar）片麻巖，中部埋深110～170m段ρ＜30Ω·m，分析該段地層較為破碎，充水所致。

圖1 瞬變電磁等ρs反演斷面等值線圖

（2）F1、F2中間部分：淺部約60m以上，電阻率ρ= 30～40Ω·m，主要為第四系亞粘土、亞砂土的反映，局部存在的高阻（半）閉合，電阻率ρ=40～100Ω·m，主要為砂卵礫石層；其下，ρ一般小于30Ω·m，為石炭系砂巖、頁巖，底板埋深110m左右；下部，ρ一般在40～250Ω·m，推斷為奧陶系灰?guī)r。

（3）F2右側(cè)，淺部約70m以上，電阻率ρ=20～200Ω·m，主要為第四系亞粘土、亞砂土、砂卵礫石的反映；其下，ρ一般小于20Ω·m，為石炭系砂巖、頁巖，底板埋深130m左右；下部，ρ一般在40～300Ω·m，推斷為奧陶系灰?guī)r。

從可控源音頻大地電磁測(cè)深反演斷面圖（圖2）來看，也較為明顯的存在F1、F22條斷層：

P631.3

B

1004-5716(2015)05-0097-03

2014-05-06

2014-05-18

田玉杰（1971-），男（漢族），河北蔚縣人，工程師，現(xiàn)從事電法、電磁法等工程物探和找礦工作。