章新榮 徐成華 顧 問(wèn) 顏世明 丁 偉

(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊(duì)，江蘇 南京 210041)

地?zé)豳Y源屬于清潔能源，開發(fā)利用地?zé)豳Y源可以減少燃煤消耗，改善生態(tài)環(huán)境，緩解能源壓力。物探是水文地質(zhì)工作的重要手段之一，以被探測(cè)地質(zhì)體與圍巖的物性差異為基礎(chǔ)，探測(cè)、識(shí)別地質(zhì)體。近年來(lái)，隨著地?zé)豳Y源開發(fā)的深度越來(lái)越大，有些深度已超過(guò)2 000 m，地表觀測(cè)深部地層的電阻率、磁性等物理性質(zhì)差異越來(lái)越小，單一的勘探方法已不能滿足工作要求。為減小多解性，提高工作精確性，可從不同地球物理特性識(shí)別地質(zhì)體，達(dá)到相互驗(yàn)證的目的。

1 項(xiàng)目概況

蘇州市某鎮(zhèn)緊鄰太湖，旅游資源豐富，為更好的發(fā)展旅游資源，擬開發(fā)利用地?zé)豳Y源。工作區(qū)附近已成功開鑿出一眼井深2 000 m左右的地?zé)峋瑸楸敬慰辈楣ぷ魈峁┝藚⒖家罁?jù)?？紤]2 000 m深左右的地?zé)峋顿Y較大，本區(qū)雖有成功案例，但在本區(qū)開發(fā)地?zé)豳Y源還是有一定的風(fēng)險(xiǎn)，詳細(xì)的地?zé)岬刭|(zhì)前期勘查工作可以提高選址準(zhǔn)確性、降低風(fēng)險(xiǎn)。本項(xiàng)目共采用了可控源音頻大地電磁探測(cè)、瞬變電磁探測(cè)、微動(dòng)測(cè)量法三種勘查手段。

本項(xiàng)目可控源音頻大地電磁探測(cè)共布置6條測(cè)線，202個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)線總長(zhǎng)10 450 m。主要成果：F1斷裂走向北東，傾向東南，其切割深度大于3 000 m；F2斷裂走向東南，傾向北東，其切割深度大于3 000 m；均屬于大型斷裂，對(duì)深層地?zé)崴鸬娇刂谱饔谩?/p>

2 工作區(qū)地形地貌

工作區(qū)位于太湖東側(cè)，鎮(zhèn)域內(nèi)僅浦莊有一座海拔191 m的低山，其余均為湖積平原，地形平坦，地勢(shì)略呈東北向西南傾斜。

3 工作區(qū)地質(zhì)概況

以湖(州)—蘇(州)斷裂為界，西側(cè)為東山—西山推覆體，東側(cè)為吳江斷塊，本區(qū)位于東山—西山推覆體東緣。區(qū)域構(gòu)造以北東向褶皺及北東—北北東向展布推覆構(gòu)造為主，北東、北西向斷裂發(fā)育，局部發(fā)育近南北向斷裂；本區(qū)斷裂發(fā)育帶多表現(xiàn)為低阻特征。

本區(qū)地層屬揚(yáng)子地層區(qū)。區(qū)內(nèi)分布地層由老至新主要有志留系中統(tǒng)茅山組，泥盆系上統(tǒng)—石炭系下統(tǒng)五通群及上統(tǒng)黃龍組、船山組，二疊系棲霞組、孤峰組、龍?zhí)督M、長(zhǎng)興組，三疊系下統(tǒng)青龍組，侏羅系上統(tǒng)黃尖組，白堊系上統(tǒng)浦口組和赤山組，第四系海門組、啟東組、昆山組、滆湖組和如東組。

據(jù)鄰區(qū)資料，二疊系長(zhǎng)興組大理巖，龍?zhí)督M砂巖、粉砂巖、泥巖等均無(wú)磁性，其中含磁黃鐵礦時(shí)顯示弱磁性；花崗巖為無(wú)磁—微磁，僅鐵鋅礦具強(qiáng)磁性。

據(jù)鉆孔揭露，白堊紀(jì)地層之下發(fā)育火山巖地層，主要形成于晚侏羅世，巖性主要為安山質(zhì)火山角礫巖、安山巖、角礫狀安山質(zhì)凝灰?guī)r，受湖—蘇斷裂控制，具裂隙式噴發(fā)特點(diǎn)，從巖漿演化特征分析，其巖漿源區(qū)相對(duì)較深。

4 方法原理

4.1 原理

瞬變電磁測(cè)深法(簡(jiǎn)稱TEM法)是一種時(shí)間域電磁法，是以地質(zhì)體的導(dǎo)電性差異為物理基礎(chǔ)，以脈沖電流作為場(chǎng)源，利用接地導(dǎo)線或不接地回線向地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，在脈沖間隙測(cè)量二次場(chǎng)隨時(shí)間變化的響應(yīng)，達(dá)到了解地質(zhì)體電性變化情況的目的。觀測(cè)時(shí)，通過(guò)多次正反向電流激勵(lì)，瞬變響應(yīng)多次疊加，達(dá)到良好的結(jié)果。

良性導(dǎo)電地質(zhì)體產(chǎn)生的感應(yīng)二次場(chǎng)與地質(zhì)體的電阻率密切相關(guān)，電阻率越低、低電阻地質(zhì)體規(guī)模越大，感應(yīng)二次場(chǎng)越高、二次場(chǎng)衰減越慢(見圖1)。

4.2 技術(shù)特點(diǎn)

1)觀測(cè)純二次場(chǎng)，受地形起伏影響小。

2)觀測(cè)方式采用同點(diǎn)組合(同一回線、重疊回線、中心回線)與勘探目標(biāo)耦合緊，異常響應(yīng)明顯，形態(tài)簡(jiǎn)單，分層能力強(qiáng)。點(diǎn)位、方位或收發(fā)距要求不嚴(yán)，工作簡(jiǎn)單，工效高。

3)通過(guò)多次脈沖激發(fā)、增大功率，可增強(qiáng)二次場(chǎng)信號(hào)、提高信噪比和觀測(cè)精度、增加探測(cè)深度，有穿透低阻的能力。

4)剖面測(cè)量和測(cè)深工作同時(shí)完成，提供更多的有用信息，減少多解性。

5)磁源發(fā)射不需要接地，適用于地表干燥區(qū)開展工作。

4.3 應(yīng)用條件

1)被測(cè)體相對(duì)規(guī)模較大，且相對(duì)周邊介質(zhì)呈低阻，其上方?jīng)]有極低阻屏蔽層，沒(méi)有外來(lái)電磁干擾。

2)被測(cè)體的規(guī)模、埋深、與圍巖的電性差異，應(yīng)保證所測(cè)的異常完整性及周圍有一定范圍的正常背景場(chǎng)。

4.4 應(yīng)用范圍

1)探測(cè)巖溶及地下洞穴的位置、埋深和大小。

2)探測(cè)覆蓋層的厚度，劃分第四紀(jì)含水層。

3)探測(cè)隱伏斷層破碎帶的位置、寬度、基巖風(fēng)化層厚度，確定含水層。

4)確定不同巖性接觸帶；劃分咸淡水。

5 工作概況

澳大利亞生產(chǎn)的瞬變電磁勘探儀器(TerraTEM)具有不用考慮其他電磁方法而犧牲瞬變電磁勘探的優(yōu)勢(shì)。

瞬變電磁測(cè)深有多種工作裝置，常用的有偶極—偶極裝置、大定回線源裝置、同點(diǎn)裝置，大定回線源多用于精測(cè)剖面測(cè)量(沒(méi)有測(cè)深工效)，同點(diǎn)裝置具有測(cè)深測(cè)量和剖面測(cè)量的雙重工效及占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。

由于工作區(qū)地形復(fù)雜，本次選擇同點(diǎn)工作裝置的中心回線形式工作(包括重疊回線和中心回線兩種形式)，使用多匝回線進(jìn)行發(fā)射和接收，該裝置探測(cè)巖層的富水性特別敏感。通過(guò)試驗(yàn)選擇了10匝2 m邊長(zhǎng)的線圈發(fā)射和20匝1 m邊長(zhǎng)的線圈接收，參數(shù)如下：

增益：32；疊加次數(shù)：256；供電周期：80 ms；測(cè)量窗口范圍：1～30；最大測(cè)量時(shí)間：35.025 ms；測(cè)量延時(shí)：100 μs。

工作區(qū)內(nèi)已布置了6條北西—西走向的可控源音頻大地電磁探測(cè)線和3個(gè)微動(dòng)探測(cè)點(diǎn)，查明了工作區(qū)地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)及位置，查清了巖性分布及巖性特征、地層賦水情況等。本次采用地面瞬變電磁測(cè)深法驗(yàn)證已有物探成果，減小多解性，查明工作區(qū)地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)及位置，查明地層含水情況，確定地?zé)峋恢?、井深、水溫和水量等。共布置?條北西—西走向的測(cè)線，線上物理點(diǎn)202個(gè)，檢查物理點(diǎn)21個(gè)，瞬變電磁總物理點(diǎn)223個(gè)，測(cè)線總長(zhǎng)度10 km。

6 資料處理與解釋

瞬變電磁測(cè)深資料的解釋主要依據(jù)各條測(cè)線感應(yīng)電壓多測(cè)道斷面圖和視電阻率擬斷面圖。多測(cè)道曲線描述的是二次感應(yīng)電壓不同延時(shí)沿測(cè)點(diǎn)的變化，均勻平緩變化說(shuō)明電阻率的變化較小，存在電性異常體的可能性小。含水異常多測(cè)道曲線的解釋原則是二次感應(yīng)電壓表現(xiàn)為中間低兩側(cè)高的“U”形或者“V”形特征，富水性越強(qiáng)，中間低與兩側(cè)高的變化幅度越大。瞬變電磁視電阻率擬斷面圖作為含水異常的輔助解釋圖，含水地質(zhì)體的同點(diǎn)裝置瞬變電磁異常反映為電阻率高或者電阻率等值線的繞曲。通過(guò)本次瞬變勘探解釋(見圖2～圖4)，經(jīng)綜合研究，其主要成果如下：

區(qū)內(nèi)構(gòu)造解釋是在剖面解釋的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，首先對(duì)測(cè)量的4條剖面進(jìn)行層位解釋、斷點(diǎn)標(biāo)注，作為初步解釋成果，然后結(jié)合標(biāo)定層位的分布起伏，數(shù)字化后得到每個(gè)目標(biāo)層的海拔標(biāo)高，再?gòu)姆囱輸?shù)據(jù)體上求取相應(yīng)位置的電阻率值，得到目標(biāo)層全區(qū)的電阻率值，成圖后得到目標(biāo)層順層電阻率切片圖，根據(jù)剖面上斷點(diǎn)的投影和順層電阻率切片圖，綜合組合出區(qū)內(nèi)的構(gòu)造展布。

通過(guò)瞬變電磁測(cè)深解譯成果，工作區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了2條斷裂，即F1和F2。該2條斷裂切割地層深度大于3 000 m，切割深度較深，屬于大型斷裂，對(duì)深層地?zé)崴鸬娇刂谱饔?，與已有的可控源音頻大地電磁測(cè)深解譯成果基本一致。

7 成果

本次勘查基本查明工作區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造，地層層序，共推測(cè)了2條斷裂構(gòu)造和3個(gè)低阻異常點(diǎn)，初步選定了3個(gè)擬定井位，建議優(yōu)先鉆井的成井深度2 200 m。工作區(qū)在2 000 m以上沉積有石炭—二疊系地層，該地層巖性主要為灰?guī)r，受斷裂構(gòu)造F1和F2影響，發(fā)育有導(dǎo)水裂隙，構(gòu)成地?zé)崴闹饕d體。經(jīng)地?zé)徙@井驗(yàn)證，探采結(jié)合井井深2 300.58 m，抽水試驗(yàn)最大出水量可達(dá)1 258 m3/d，出水溫度68 ℃，出水量和水溫均達(dá)到同類地區(qū)較高水平。

8 結(jié)語(yǔ)

隨著地?zé)豳Y源開發(fā)的深度越來(lái)越大，其開發(fā)的成本和風(fēng)險(xiǎn)也隨之增大，前期勘查成果的可靠性對(duì)地?zé)豳Y源開發(fā)成敗影響較大，根據(jù)各物探方法的適用條件，選擇多種物探方法或者物探與其他勘查手段綜合，減小多解性，提高工作精確性。

水文地質(zhì)工作常用的物探方法為直流電法、電磁法、人工地震及放射性法等。鑒于本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜和物探解譯的多解性，本次選用了可控源音頻大地電磁探測(cè)、瞬變電磁探測(cè)、微動(dòng)測(cè)量法三種勘查手段，推斷了工作區(qū)地質(zhì)構(gòu)造，合理選擇了地?zé)峋唬档屯顿Y風(fēng)險(xiǎn)。探采結(jié)合井驗(yàn)證了本次勘查工作成果是正確的。