古志文，田紅軍，王安平，李勝良

廣域電磁法在川南地區(qū)溫泉勘查方面的應(yīng)用

古志文，田紅軍，王安平，李勝良

（四川中成煤田物探工程院有限公司，成都 610072）

四川盆地地?zé)豳Y源豐富，特別是龍門山斷裂帶周緣，是我國(guó)主要地?zé)崽锓植嫉貐^(qū)之一,具有豐富的地?zé)豳Y源開發(fā)潛力，但這些地區(qū)往往因?yàn)槌擎?zhèn)、鄉(xiāng)村等人類活動(dòng)密集區(qū)的電磁干擾，導(dǎo)致天然場(chǎng)的電磁類方法難以取得優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)，后期的資料處理、反演無從著手，也就沒有可靠的勘查成果。廣域電磁法具有勘探深度深、精度高、探得準(zhǔn)的特點(diǎn)，本文通過介紹采用廣域電磁法在川南地區(qū)進(jìn)行溫泉勘查的案例，闡明了人工源類物探方法在強(qiáng)電磁干擾地區(qū)的溫泉勘查、鉆孔選址方面，發(fā)揮著重要的作用。

溫泉勘查；川南地區(qū)；廣域電磁法

近幾十年來，地?zé)豳Y源的開發(fā)利用在西方發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成熟，而我國(guó)正處于發(fā)展的黃金時(shí)期。地球物理找水方法技術(shù)作為必不可缺的勘查手段，具有透視性、成本低、效率高等特點(diǎn)，在水文工程地質(zhì)調(diào)查中的地質(zhì)效果和經(jīng)濟(jì)效益十分明顯（田廷山等，2006）?，F(xiàn)有的地?zé)豳Y源大部分位于深部地層，且勘探條件較差，如電磁干擾強(qiáng)、地形條件差等，因此，選擇適合的物探方法極為重要。本文論述的四川盆地龍門山斷裂帶周緣具有豐富的地?zé)豳Y源開發(fā)潛力（張薇等，2019），但電磁干擾多，常規(guī)天然場(chǎng)電磁法難以取得優(yōu)質(zhì)可靠的數(shù)據(jù)，急需具有抗干擾、探的深、精度高的地球物理方法，本文通過介紹廣域電磁法在川南地區(qū)的地?zé)豳Y源的勘探案例，闡明了人工源物探工作手段在溫泉勘查前期的選址方面，有著重要的作用。

1 地質(zhì)及地球物理特征

工作區(qū)位于四川省冕寧縣城北東，毗鄰城廂鎮(zhèn)靈山景區(qū)，附近有國(guó)道108線及雅攀高速公路經(jīng)過，區(qū)內(nèi)有靈山寺公路（白靈路），交通較為方便。

1.1 地質(zhì)概況

1.1.1 地層

工作區(qū)已實(shí)施過一口鉆井，根據(jù)鉆井資料揭露的地層，由下至上簡(jiǎn)介如下：

3. 第四系?？咨?.00～124.00m為第四系沖洪積、冰水堆積及冰磧松散層。巖性主要為漂石、卵石、礫石夾砂，呈塊狀-棱角狀-次圓狀，少量呈圓狀，粒徑為2～600mm，個(gè)別達(dá)1m左右；成分為灰白色石英砂巖、鈣質(zhì)砂巖、紫紅色-灰綠色流紋巖等。該層分選性差，大小混雜，透水性好,該層賦存豐富的孔隙潛水及承壓水。

2. 第三系?？咨?24.00～330.00m為第三系昔格達(dá)組泥質(zhì)膠結(jié)地層。巖性為灰色、灰綠色泥巖、頁(yè)巖、粉砂巖及礫巖，泥質(zhì)膠結(jié)，半成巖。上部富水性弱，為相對(duì)隔水層；下部為泥質(zhì)膠結(jié)的砂巖和礫巖，結(jié)構(gòu)松散，富水性強(qiáng)，含有豐富的孔隙承壓水。

1. 震旦系?？咨?30.00～1253.05m為震旦系下統(tǒng)小相嶺組。巖性主要為紫紅、灰綠色、灰白色、灰黑色流紋巖。其中頂部為古風(fēng)化殼，風(fēng)化裂隙發(fā)育，含風(fēng)化裂隙水，下部巖層致密堅(jiān)硬、完整，局部有構(gòu)造裂隙破碎帶，含構(gòu)造裂隙深循環(huán)承壓水，系熱儲(chǔ)含水層。

1.1.2 地質(zhì)構(gòu)造

（1）安寧河斷裂：近直線型的安寧河谷，呈南北向延伸，北段略偏于河?xùn)|進(jìn)入石棉境內(nèi)，南段嚴(yán)格地沿河谷延入西昌境內(nèi)。該斷裂與東側(cè)埡口村斷層平行，共同構(gòu)成地塹型盆地。其主要特點(diǎn)是：活動(dòng)具有長(zhǎng)期性、間歇性和繼承性。為區(qū)域多期巖漿活動(dòng)的主要通道。在斷裂帶兩側(cè)，巖石糜棱巖化、片理化、碎裂化十分發(fā)育。東側(cè)震旦系、侏羅系有明顯的區(qū)域動(dòng)力變質(zhì)現(xiàn)象。

（2）埡口村斷層：為東傾高角度連沖斷層。與安寧河斷裂相平行，地貌為一南北向直線型谷地。新生代沉積物大片分布于埡口村與安寧河斷裂谷中。斷裂兩側(cè)震旦系、侏羅系中普遍發(fā)生動(dòng)力變質(zhì)作用。在瀘沽附近，第三系多處可見被埡口村斷層錯(cuò)動(dòng)跡象，表明該斷層在新生代仍有明顯活動(dòng)。

（3）姑魯溝-鹽井溝斷層：位于小相嶺西坡，經(jīng)鹽井溝至跑馬坪。南北向延伸，長(zhǎng)度75km，產(chǎn)狀90o∠75o，穿過的地層巖性有震旦系流紋巖（Zaλ）、瀘沽花崗巖（γ22）、前震旦系（Pt）、侏羅系（J），東盤時(shí)代老，西盤時(shí)代新。該斷層為沖斷層，斷距在前震旦系（Pt）地層中可達(dá)千米以上，侏羅系（J）地層中可大于300m。

（4）橫向斷層：有北東向、北西向及東西向。北東向組分布在安寧河以東，這些斷層切割了南北向組以及部分北北西向組，呈銳角相交，主要為平推性質(zhì)。這些斷裂的形成期與北北西向組相同或者稍晚些.該地區(qū)附近斷裂發(fā)育，以壓性-壓扭性為主，其斷裂帶本身含水性差，但因構(gòu)造活動(dòng)劇烈，大規(guī)模的斷裂影響帶含水性好，使斷裂一側(cè)或兩側(cè)充水，斷裂對(duì)深部熱水也起到一定的控制作用（圖1）。

圖1 工作區(qū)構(gòu)造及工程布置示意圖

1.2 地球物理特征

根據(jù)已有鉆井的測(cè)井資料，進(jìn)行了視電阻率特征值統(tǒng)計(jì)（表1）。可以看出，第四系地層卵石、礫石為高阻電性特征，新近系的泥頁(yè)巖及砂巖整體為低阻電性特征，震旦系流紋巖為高阻火成巖，主要地層間電性差異明顯。此外，在震旦系高阻儲(chǔ)熱地層內(nèi)，含水地層及含水構(gòu)造相對(duì)于完整地層表現(xiàn)為低阻。因此本工區(qū)能夠用電性差異區(qū)分物性差異較大的巖性，具備開展廣域電磁法的地球物理勘查條件。

表1 工作區(qū)地層典型巖性電阻率值

2 廣域電磁法基本原理

廣域電磁法是相對(duì)于傳統(tǒng)的可控源音頻大地電磁法（CSAMT）和磁偶極源頻率測(cè)深法（MELOS）提出來的，所謂“廣域”就是指突破“遠(yuǎn)區(qū)”局限，在包括遠(yuǎn)區(qū)也包括非遠(yuǎn)區(qū)的廣大地區(qū)進(jìn)行測(cè)量，把電磁測(cè)深的觀測(cè)范圍擴(kuò)大到包括非遠(yuǎn)區(qū)的廣大區(qū)域（何繼善，2010）。CSAMT采用了人工場(chǎng)源，克服了MT法信號(hào)隨機(jī)性和信號(hào)弱的缺點(diǎn)，但是它沿用在遠(yuǎn)區(qū)測(cè)量一對(duì)正交電、磁分量，按遠(yuǎn)區(qū)近似公式計(jì)算電阻率的做法，在一定程度上限制了適用范圍，MELOS方法突破了“遠(yuǎn)區(qū)”限制，擴(kuò)展了頻率域電磁法的觀測(cè)范圍，相較于CSAMT法理論基礎(chǔ)上已經(jīng)取得了進(jìn)步，但是它把非遠(yuǎn)區(qū)的測(cè)量結(jié)果“校正”到遠(yuǎn)區(qū)會(huì)增加野外和室內(nèi)的工作量。廣域電磁法摒棄了CSAMT遠(yuǎn)區(qū)信號(hào)弱的劣勢(shì)，擴(kuò)展了觀測(cè)適用范圍，也摒棄了MELOS方法的校正方法，保留了視電阻率計(jì)算公式中的高次項(xiàng)，既不沿用卡尼亞公式，也不把非遠(yuǎn)區(qū)校正到遠(yuǎn)區(qū)，而是適用于全域的公式計(jì)算電阻率，很大程度上擴(kuò)展了人工源電磁法的觀測(cè)范圍，同時(shí)提高了觀測(cè)速度、精度和效率。在均勻大地表面上水平電偶極源E的嚴(yán)格的表達(dá)式為（湯井田和何繼善，2005；朱裕振和許聰悅，2011；周必文和凌帆，2012）:

根據(jù)（1）式可以定義廣域意義上的視電阻率：

E水平電偶極源產(chǎn)生的電場(chǎng)水平分量，為測(cè)量電極距。上述（2）式構(gòu)成了廣域電阻率的計(jì)算基礎(chǔ)。廣域電磁法生產(chǎn)施工原理見圖2。

3 資料及成果解釋

3.1 典型剖面（L1線）推斷解釋

L1線通過反演成果圖可以看出，由淺至深大致可以分為4個(gè)電性層，測(cè)線西側(cè)成層性較好，測(cè)線東側(cè)視電阻率等值線發(fā)生畸變，斷層特征明顯，中深部發(fā)育低視電阻率異常區(qū)，L1線廣域電磁法反演成果見圖3。

L1線從淺至深依次表現(xiàn)為低-中高-低-中高的整體電性特征，該剖面發(fā)育的地層巖性主要為昔格達(dá)組砂泥巖及小相嶺流紋巖。以下分別進(jìn)行闡述：

第一電性層，整體電性特征表現(xiàn)為中低阻（ρ＜100Ω?m），測(cè)線北西端以0號(hào)里程點(diǎn)、海拔1400m為底界向東延伸，至2700號(hào)里程點(diǎn)附近電阻率等值線形態(tài)發(fā)生明顯變化，低電阻區(qū)向大號(hào)點(diǎn)方向向深部延伸，且有變厚趨勢(shì)，推斷此處的電性特征變化為受已知斷層F2的影響所致，該電性層在測(cè)線東側(cè)4000號(hào)點(diǎn)附近底界大致為海拔1500m，本層共發(fā)育3個(gè)低視電阻率異常區(qū)，分別編號(hào)為W1-W3。

圖3 L1線廣域電磁法反演剖面等值線圖

第二電性層，整體電性特征表現(xiàn)為中高阻（100Ωm＜ρ＜1000Ω?m），測(cè)線北西端以0號(hào)里程點(diǎn)、海拔900～1400m為該電性層的底及頂向東抬升，至2700號(hào)點(diǎn)附近，視電阻率等值線同樣受F2斷層影響發(fā)生變化，中高阻區(qū)向深部發(fā)育，沿該斷層下滑地層加深。

第三電性層，整體電性特征表現(xiàn)為低視電阻率（ρ＜100Ω?m），測(cè)線北西端以海拔500～850m為電性層的底及頂，向東逐漸抬升，至2700點(diǎn)附近被F2斷層切斷，低視電阻率區(qū)向深部發(fā)育，該電性層至測(cè)線東側(cè)大致位于500～1050m，本層共發(fā)育2個(gè)低視電阻率異常區(qū)，分別編號(hào)為W4-W5。

第四電性層，位于上覆第三電性層以下，至本次廣域電磁法反演剖面-1000m深度，推斷為震旦系下統(tǒng)小相嶺流紋巖的電性反映。

圖4 L2、L3線廣域電磁法反演剖面等值線圖

3.2 L2、L3線推斷解釋

L2、L3線剖面由淺至深大致可以分為5個(gè)電性層，東側(cè)在3000號(hào)里程點(diǎn)附近電性特征不連續(xù)，L2線斷層特征明顯，L3線逐漸變?nèi)酰猩畈堪l(fā)育低視電阻率異常區(qū)，可以看出，該2條線與L1線整體形態(tài)較為一致，電性分層連續(xù)性好，反演成果見圖4。

3.3 斷層推斷解釋

已知斷層F1、F2在剖面上均有電性反映，另外，推斷在L2線及L3線的東側(cè)，發(fā)育一條小規(guī)模斷層F3，在L2線的里程點(diǎn)上主要在3000號(hào)點(diǎn)附近，在L3線上主要在2800點(diǎn)附近，本次工作斷層推斷解釋見圖5。

圖5 廣域電磁法反演斷層推斷解釋

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

相對(duì)于對(duì)淺部地質(zhì)體識(shí)別能力較強(qiáng)的高密度電法等常規(guī)電法（古志文等，2020），廣域電磁法有探的深、精度高的特點(diǎn)，適合埋藏較深的溫泉勘查工作。根據(jù)本次物探工作實(shí)施及反演解釋情況，得出如下結(jié)論及認(rèn)識(shí)：

（1）驗(yàn)證了2條已知斷層F1及F2，推斷了一條新斷層F3。推斷解釋了11個(gè)低阻異常區(qū)，其中4個(gè)（W4、W5、W8、W11）在埋深及規(guī)模上對(duì)熱儲(chǔ)有利。

（2）廣域電磁法抗干擾能力強(qiáng)，探測(cè)深度深（最大可達(dá)8km），精度高，對(duì)斷層、地層的反映清晰，可以預(yù)見將會(huì)在地質(zhì)工作往地球深部進(jìn)軍的過程中，將發(fā)揮越來越重要的作用。

田廷山，李明朗，白冶．2006．中國(guó)地?zé)豳Y源及開發(fā)利用[M]．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社．

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湯井田，何繼善．2005．可控源音頻大地電磁法及應(yīng)用[M]．長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社．

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The Application of Wide-Area Electromagnetic Method to the Hot Spring Exploration in South Sichuan

GU Zhi-wen TIAN Hong-jun WANG An-ping LI Sheng-liang

(Sichuan Zhongcheng Institute of Coalfield Geophysical Engineering, Chengdu 610072)

Sichuan basin, especially area around the Longmenshan fracture zone, is rich in geothermal resources and is one of the main geothermal field distribution areas in China and has great potential for developing geothermal resources. However, it is difficult to get good results in electromagnetic prospecting due to the electromagnetic interference from human activity in these areas. Wide-area electromagnetic method is characterized by deep exploration depth, high precision and accurate exploration. In this study, the wide-area electromagnetic method is used for hot spring exploration in the south of Sichuan Province, achieving good results.

hot spring exploration, south Sichuan, wide-area electromagnetic method.

P319.2

A

1006-0995（2021）04-0662-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.04.023

2020-12-30

古志文（1983— ），男，四川中江人，高級(jí)工程師，主要從事電磁法勘探、測(cè)井、水土保持工作