■陳全

（四川省地質(zhì)工程勘察院四川成都610072）

大地電磁測(cè)深法與可控源音頻大地電磁測(cè)深法在某區(qū)尋找地?zé)嶂械膽?yīng)用

■陳全

（四川省地質(zhì)工程勘察院四川成都610072）

本文介紹了大地電磁測(cè)深（MT）法與可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）法的工作原理,并以?xún)煞N方法在某地地?zé)峥碧街械膽?yīng)用為例，分析兩種方法在地?zé)峥碧街械膽?yīng)用效果。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，分別對(duì)兩條測(cè)線探測(cè)結(jié)果做了解釋和推斷，分析有利于地下熱水聚集的地質(zhì)條件，圈定儲(chǔ)熱空間，并為驗(yàn)證鉆孔的孔位與孔深提供參考意見(jiàn),鉆探結(jié)果表明兩種方法的推斷結(jié)果與實(shí)際情況比較吻合。

MT CSAMT 地?zé)?儲(chǔ)熱空間

0　前言

作為一種新型的可再生清潔能源，地?zé)峋哂袕V闊開(kāi)發(fā)前景，除了用于發(fā)電之外，也可直接用于采暖、醫(yī)療洗浴和各種形式的工農(nóng)業(yè)用熱，以及水產(chǎn)養(yǎng)殖等，尤其在大氣污染日益嚴(yán)重的今天，利用地?zé)豳Y源，無(wú)疑可以在一定程度上降低我國(guó)經(jīng)濟(jì)對(duì)于煤炭消耗的過(guò)分依賴(lài)，是減輕大氣污染，保護(hù)環(huán)境，建立發(fā)展集約型環(huán)保型經(jīng)濟(jì)的重要方式。

地?zé)豳Y源的現(xiàn)代含義包括地?zé)徇^(guò)程的全部產(chǎn)物，如天然蒸汽、熱水和熱鹵水等[1]。我國(guó)的地?zé)豳Y源分布廣泛，在城市周邊，人們對(duì)于溫泉的需求日益增高，很多城市都在城市的邊緣尋找地?zé)豳Y源，利用地下的熱水建設(shè)溫泉，滿足人們的生產(chǎn)生活需要，其主要目標(biāo)集中于地下熱水的勘探，而地下熱水來(lái)源多與斷裂構(gòu)造聯(lián)系在一起，物探方法就是勘探斷裂構(gòu)造以圈定形成地下熱水有利的位置，達(dá)到勘探地?zé)岬哪康腫2]。根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)，大地電磁測(cè)深法與可控源音頻大地電磁測(cè)深法作為深部構(gòu)造與金屬礦產(chǎn)勘探中常用的物探方法，被廣泛用于地?zé)豳Y源的勘探，并擁有較多的成功應(yīng)用實(shí)例。本文將這兩種方法用于研究某區(qū)的地?zé)豳Y源。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，確定該區(qū)的地?zé)豳Y源的空間分布情況。

1　方法原理

本次勘探儀器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，是一種先進(jìn)的四維地球物理數(shù)據(jù)觀測(cè)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。

常規(guī)的大地電磁法是采用天然場(chǎng)源的一種勘探方法，以電磁場(chǎng)理論為基礎(chǔ)，通過(guò)研究介質(zhì)的介電常數(shù)、磁導(dǎo)率與電導(dǎo)率的差異解決不同的地質(zhì)問(wèn)題。其觀測(cè)的基本參數(shù)是地表上相互正交的電場(chǎng)分量(Ex，Ey)和磁場(chǎng)分量(Hx，Hy)，通過(guò)式（1）與（2）即可確定測(cè)點(diǎn)下方不同頻率對(duì)應(yīng)的深度上介質(zhì)的視電阻率[3-6]。

式中f為頻率（Hz），ρ是電阻率(Ω·m)；E是電場(chǎng)強(qiáng)度(mV/ km);H是磁場(chǎng)強(qiáng)度(nT)。此處的E與H，應(yīng)理解為一次場(chǎng)和感應(yīng)場(chǎng)的空間張量疊加后的綜合場(chǎng)，簡(jiǎn)稱(chēng)總場(chǎng)[7]。

在電磁理論中，把電磁場(chǎng)在大地中傳播時(shí)，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）[8]，即

由式（3）可知，趨膚深度(δ)隨頻率f的降低而增大。根據(jù)趨膚效應(yīng)，大地電磁場(chǎng)的變化周期越長(zhǎng)，電磁場(chǎng)能量在傳播過(guò)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(chǎng)的變化，反映了不同深度范圍內(nèi)的電阻率信息，因此，通過(guò)觀測(cè)不同頻率的電磁信號(hào)，即可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，即可推斷地下介質(zhì)的電性分布特征。[1]

可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）法是電磁方法的一個(gè)分支，其主要特點(diǎn)是用人工控制的點(diǎn)電源或磁偶極子在地面上產(chǎn)生的電磁場(chǎng)作為場(chǎng)源進(jìn)行大地電磁測(cè)深。采用人工場(chǎng)源可以克服MT法中天然場(chǎng)源信號(hào)微弱、信噪比低的缺點(diǎn)，但是波的非平面特性增加了處理資料時(shí)的復(fù)雜性。當(dāng)發(fā)射距達(dá)到探測(cè)深度的3-5倍，高頻時(shí)非平面波可以近似的看作平面波，而低頻時(shí)會(huì)出現(xiàn)近場(chǎng)效應(yīng)，因此必須做進(jìn)場(chǎng)校正，校正后的數(shù)據(jù)可以看成是平面波產(chǎn)生的結(jié)果，然后再用MT法的分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。所以MT法的反演方法原則上都可以用于近場(chǎng)校正后的CSAMT法的反演，若不做近場(chǎng)校正，只能取遠(yuǎn)場(chǎng)的值，而忽略近場(chǎng)或過(guò)渡區(qū)的數(shù)據(jù)，顯然會(huì)造成數(shù)據(jù)的浪費(fèi)。

表1　工區(qū)主要巖性的電阻率

2　工區(qū)地質(zhì)背景與地球物理特征

工作區(qū)在區(qū)域構(gòu)造上，處于我國(guó)新華夏系第三沉降帶——四川盆地西緣的龍門(mén)山隆起褶帶的西南緣展布方向?yàn)楸睎|35°～45°左右，區(qū)域歷次重大變動(dòng)均對(duì)其有重大影響。印支運(yùn)動(dòng)使之自成體系以來(lái)，新第三系末期的喜山運(yùn)動(dòng)使之活動(dòng)十分劇烈，進(jìn)一步使原復(fù)合沖斷層再度強(qiáng)烈活動(dòng)?，F(xiàn)代地貌亦表明，構(gòu)造上升剝蝕作用一直在不斷進(jìn)行。

勘查工作區(qū)主要構(gòu)造有壓性及扭壓性斷層F和向斜S，其構(gòu)造特征簡(jiǎn)述如下：

（1）壓性及扭壓性斷層F：該斷層沿低序次低級(jí)別背斜軸部出露，走向北30—35°東，長(zhǎng)約9km，斷距很小，斷面傾向北西，傾角44°，兩盤(pán)巖層牽引明顯，下盤(pán)巖層倒轉(zhuǎn)，斷層性質(zhì)屬壓及壓扭性。

（2）向斜S：長(zhǎng)約30km，東緣被第四系覆蓋出露不全，軸線呈緩“S”形，灌口一帶約為北東20度，往南漸次西偏至北東45度，之后經(jīng)大同至中興場(chǎng)轉(zhuǎn)往南偏。直至王爾壩附近南北向揚(yáng)起。向斜核部出露為大片白堊系灌口組，僅南段出露少量第三系“大邑礫巖”，均為3°～5°傾角開(kāi)展遠(yuǎn)布，于灌口東南，沿大邑—半邊街一線以北，相當(dāng)向斜南東翼核部灌口組內(nèi)，發(fā)育一系列次級(jí)背、向斜褶皺，其軸線均依山麓與平原交接線呈舒緩弧形凸向南東。

本次物性調(diào)查工作采用基巖露頭小四極法測(cè)定，測(cè)定參數(shù)為巖體的視電阻率。為了測(cè)試的準(zhǔn)確性,AB/2和MN/2盡可能大且采用多組極距讀數(shù)。實(shí)際測(cè)試時(shí)，AB/2一般取1.0m～15.0m，MN/2為0.3m～0.5m。

巖性露頭的選擇一般根據(jù)地質(zhì)人員的調(diào)查來(lái)確定,也可根據(jù)在有疑惑的成果資料所在測(cè)線進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，尋找露頭進(jìn)而測(cè)定視電阻率參數(shù)。在野外測(cè)試中一般同一巖性選擇2個(gè)或2個(gè)以上點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，獲得觀測(cè)結(jié)果求取算術(shù)平均值作為最終物性參數(shù)。經(jīng)過(guò)測(cè)定，工區(qū)主要巖性的電阻率參數(shù)如表1所示。

由表1可見(jiàn)工區(qū)各種巖性之間存在巖性差異，并且工區(qū)內(nèi)背、向斜強(qiáng)烈發(fā)育，背、向斜、斷裂帶和較完整巖性之間存在著電性差異。因此工區(qū)具備開(kāi)展大地電磁法的地球物理勘探前提條件。

3　實(shí)測(cè)工作量與數(shù)據(jù)可靠性分析

本次勘探工作共完成兩條測(cè)線的數(shù)據(jù)采集，測(cè)線方向與地質(zhì)調(diào)查中向斜構(gòu)造的走向垂直，并且橫跨該地質(zhì)構(gòu)造。其中測(cè)線1分別采用兩種方法觀測(cè)以對(duì)比二者的勘探效果，測(cè)線2只采用MT法進(jìn)行觀測(cè)。此外，為了保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，在測(cè)區(qū)做了一定量的質(zhì)量數(shù)據(jù)檢查，檢查點(diǎn)占實(shí)際工作量的比例為5%，在檢查點(diǎn)上不同時(shí)間使用同樣參數(shù)進(jìn)行兩次重復(fù)觀測(cè)，比較所得數(shù)據(jù)的一致性，以分析數(shù)據(jù)的可靠性。表2是測(cè)區(qū)某些檢查點(diǎn)2次實(shí)測(cè)所得數(shù)據(jù)的視電阻率與相位的誤差統(tǒng)計(jì)。從表2可以看出，檢查點(diǎn)最大均方相對(duì)誤差控制在4%以下，小于規(guī)范要求的5%，因此可以判定野外資料采集質(zhì)量較好，數(shù)據(jù)可靠。

表2　檢查點(diǎn)數(shù)據(jù)誤差統(tǒng)計(jì)

圖1　工區(qū)視電阻率曲線主要類(lèi)型（a）HK型；（b）A型

4　資料處理及解釋

本次物探解釋軟件采用EMSoft2D大地電磁二維處理和解釋軟件。

定量反演解釋是在定性和半定量解釋基礎(chǔ)上進(jìn)行的，任務(wù)是給出實(shí)測(cè)曲線所對(duì)應(yīng)的地電斷面參數(shù)，提出工區(qū)的地球物理模型。定量解釋包括一維反演和二維反演兩步。一維反演是二維反演的基礎(chǔ)，它一般給出一個(gè)用于二維反演的初始模型，而二維反演結(jié)果，便是最終的地球物理模型。

本項(xiàng)目的研究思路為：在充分理解和掌握現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上，逐一研究和試驗(yàn)一些新的反演方法，對(duì)工區(qū)內(nèi)有代表性的幾條測(cè)線進(jìn)行試驗(yàn)，然后從中優(yōu)選出最佳的方法或方法系列，最后采用優(yōu)選的方法對(duì)全區(qū)的CSAMT和MT資料進(jìn)行處理。

通過(guò)數(shù)據(jù)處理可知，工區(qū)視電阻率曲線類(lèi)型整體上為KH、A等型（圖）。曲線前支為第四系堆積物或風(fēng)化破碎巖體的反映，中部段多呈平直或下凹狀，為破碎巖體的電性反映，曲線尾支為較完整巖體的電性反映。

基于工作區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況、物性資料和二維反演剖面的整體電阻率剖面來(lái)確定劃分地層、構(gòu)造及低阻異常體的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同巖體中的電性特征圈定低阻異常體范圍。劃分標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）局部破碎巖體：大地電磁測(cè)深曲線表現(xiàn)為局部相對(duì)下凹、緩平或相位曲線陡變，在視電阻率斷面圖上顯示為團(tuán)塊狀或片狀低阻異常；

（2）構(gòu)造破碎帶：曲線上表現(xiàn)為橫向突變、不連續(xù)，在視電阻率斷面圖上多表現(xiàn)為成條帶狀或串珠狀低阻異常，等值線梯度變化最大處對(duì)應(yīng)破碎帶的邊緣；

（3）巖性接觸帶：在曲線上表現(xiàn)為橫向突變，在視電阻率斷面圖上表現(xiàn)為等值線梯度帶兩側(cè)視電阻率值的明顯差異或高、低阻團(tuán)塊狀相間的過(guò)渡帶。

圖2，圖3，圖4分別為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理后得到的深度視電阻率等值線圖。由視電阻率等值線圖可以看出：該區(qū)總體上從淺到深表現(xiàn)為低阻、高阻結(jié)構(gòu)，淺部低阻對(duì)應(yīng)地層為第四系堆積物、強(qiáng)風(fēng)化破碎巖體，深部高阻為完整巖體的反映，局部低阻為巖體內(nèi)裂隙發(fā)育、局部破碎造成。

結(jié)合地質(zhì)資料對(duì)各測(cè)線分析如下：

（1）測(cè)線1

測(cè)線剖面方位角為300°。同時(shí)采用CSAMT和MT兩種方法進(jìn)行探測(cè)。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查資料、物性測(cè)試成果和反演成果等值線形態(tài)劃分該區(qū)的巖性界限。結(jié)合地質(zhì)資料該區(qū)巖性主要有砂質(zhì)泥巖、泥巖、砂巖、石英砂巖和礫巖等。

由圖2和圖3可見(jiàn)，該測(cè)線從縱向上看在深度140～350米以?xún)?nèi)視電阻率值一般為10～100Ω.m。為砂質(zhì)泥巖層，其下伏泥巖夾石英砂巖厚度為470米，視電阻率值一般為10～40Ω.m。再其下為砂巖含礫砂巖層，其厚度為1300米，視電阻率值一般為40～250Ω. m，最后下伏砂巖、礫巖，其視電阻率值一般為100～500Ω.m。從橫向上看，在同一水平面上表現(xiàn)為兩邊高中間低，電性層位向下凹的型態(tài)，物探推斷其為向斜的視電阻率表現(xiàn)。且在里程1850米處有一向右下方向傾斜的低阻帶其視電阻率為50～120Ω.m比同一層位的巖層視電阻率低了100Ω.m左右,深度可達(dá)2.5km,物探推斷為向斜構(gòu)造的核部所在。

（2）測(cè)線2

測(cè)線剖面方位角為300°。MT方法均進(jìn)行了施測(cè)。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查資料、物性測(cè)試成果和反演成果等值線形態(tài)劃分該區(qū)的巖性界限。結(jié)合地質(zhì)資料該區(qū)巖性主要有砂質(zhì)泥巖、泥巖、砂巖、石英砂巖和礫巖等。

由圖4可見(jiàn)，該測(cè)線從縱向上看在深度180～480米以?xún)?nèi)視電阻率值一般為10～100Ω.m。為砂質(zhì)泥巖層，其下伏泥巖夾石英砂巖厚度為340米，視電阻率值一般為40～120Ω.m。再其下為砂巖含礫砂巖層，其厚度為1400米，視電阻率值一般為30～200Ω.m，最底層為下伏砂巖、礫巖，其視電阻率值一般為80～400Ω.m。從橫向上看，在同一水平面上表現(xiàn)為兩邊高中間低，電性層位向下凹的型態(tài)，且在里程在2000米處有一向右下方向傾斜的低阻帶其視電阻率為30～60Ω.m比同一層位的巖層視電阻率低了140Ω.m左右。深度直達(dá)2.5km。物探推斷為向斜構(gòu)造核部所在。

圖3　測(cè)線1可控源音頻大地電磁（CSAMT）法電阻率反演斷面

圖4　測(cè)線2大地電磁（MT）法電阻率反演斷面

5　應(yīng)用效果分析

物探成果結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料推斷此向斜構(gòu)造，其核部，巖體裂隙發(fā)育強(qiáng)烈，低阻破碎帶較多，影響范圍大，成為地下熱水運(yùn)移的良好通道。由于巖體有一定厚度礫巖存在，主要分布在J2、J3、K1地層中，有良好的儲(chǔ)水、儲(chǔ)熱空間，另外向斜上部表現(xiàn)為壓性，下部表現(xiàn)為張性，因此富水層位主要在深部地段。通過(guò)將兩條測(cè)線反應(yīng)的視電阻率剖面在垂直于測(cè)線的空間上進(jìn)行投影，可以得到各電阻率異常區(qū)在工區(qū)內(nèi)的分布情況以及向斜構(gòu)造S的走向，結(jié)果表明向斜構(gòu)造的走向大致與地質(zhì)上的推斷吻合。結(jié)合地質(zhì)資料沿2000m異常埋深的平面位置布設(shè)3個(gè)驗(yàn)證孔供，孔深設(shè)計(jì)2100m。鉆孔驗(yàn)證結(jié)果表明：MT法與CSAMT法推斷的地質(zhì)構(gòu)造走向與巖層的分布情況與地質(zhì)鉆探顯示的結(jié)果基本吻合，說(shuō)以上兩種方法在地?zé)峥碧街械挠行浴?/p>

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P318.6+3[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-7-213-3

陳全，男，工程師，研究方向?yàn)楣こ痰刭|(zhì)、水文地質(zhì)以及環(huán)境地質(zhì)。