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        大地電磁測深在地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用研究

        2022-03-30 02:36:56常鈺斌
        地下水 2022年1期

        徐 坤,常鈺斌

        (陜西地礦第二綜合物探大隊(duì)有限公司,陜西 西安 710016)

        地?zé)峥辈橹饕强辈榈刭|(zhì)構(gòu)造和熱儲(chǔ)地層的分布[1]。大地電磁測深法(AMT)作為一種傳統(tǒng)的頻率域測深法,具有勘探深度大、不受低阻層屏蔽、施工效率高等優(yōu)勢,在地?zé)嵴{(diào)查中應(yīng)用廣泛[2-5]。本文選用大地電磁測深和靜電α卡測量兩種物探手段,在陜北某工區(qū)進(jìn)行了聯(lián)合勘查,取得了滿意的效果。

        1 工作區(qū)域概況

        工作區(qū)位于延安市安塞區(qū)沿河灣鎮(zhèn),大地構(gòu)造位置屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡。根據(jù)收集到的勘察區(qū)內(nèi)的油氣井資料,勘查區(qū)主要地層有二疊系(P)、三疊系(T)、侏羅系(J)、白堊系(K)和第四系(Q)。

        鄂爾多斯盆地含水層系統(tǒng)由多種不同類型的巖石組成,由下而上分別為:寒武系-奧陶系碳酸鹽巖類巖溶含水系統(tǒng)、石炭系-侏羅系碎屑巖類巖溶含水層系統(tǒng)、白堊系孔隙-裂隙含水層系統(tǒng)和新生界松散巖類孔隙含水層系統(tǒng)[6]。本次勘查工作以石炭系-侏羅系碎屑巖裂隙地?zé)崴疄橹攸c(diǎn)。

        2 工作區(qū)地球物理特征

        不同地層間的電性差異是進(jìn)行電磁法勘探的地球物理基礎(chǔ)。研究表明,巖石的電性與含水性緊密相關(guān),這就為利用大地電磁測深結(jié)果研究地下水提供了地球物理前提。根據(jù)近年來在鄂爾多斯盆地開展大地電磁工作所獲得的電性資料(表2)可知,石炭-二疊系及更老地層整體呈現(xiàn)高電阻率值特征,電阻率值多在200 Ω·m以上;三疊系地層電阻率值在20~110 Ω·m,變化范圍比較大,含水性越好,電阻率值越低;侏羅系地層電阻率值整體偏低;白堊系地層電阻率值變化范圍在30~90 Ω·m;第四系地層呈現(xiàn)中低阻特征,電阻率值在10~60 Ω·m??傊?,本勘查區(qū)地層間存在電性差異,具備開展地球物理勘查前提。

        表1 鄂爾多斯盆地地層電性統(tǒng)計(jì)

        3 工作實(shí)例

        根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,共設(shè)計(jì)物探剖面1條,剖面方向北東56°,剖面長度1.8 km,共計(jì)15個(gè)大地電磁測深(MT)點(diǎn),點(diǎn)距120 m,因地形、住房、公路、河流、密林等因素部分地段無法布點(diǎn),實(shí)際點(diǎn)位有所偏移,在數(shù)據(jù)處理及成果解釋時(shí)將實(shí)際點(diǎn)位投影到一條線上。

        在大地電磁測深中,實(shí)測視電阻率曲線能反映出測點(diǎn)地下電性隨深度的變化以及附近地下電性結(jié)構(gòu)的不均勻性,對實(shí)測曲線類型的分析、比較是原前期定性認(rèn)識(shí)的重要環(huán)節(jié),是后期地質(zhì)解釋的重要依據(jù)[7-8]。曲線類型可以反映電阻率隨深度變化的趨勢特征和等效電性層位數(shù)量。從圖1來看,320~0.01 Hz范圍內(nèi)曲線類型為KH型,電阻率從淺到深表現(xiàn)為低-高-低-高,呈現(xiàn)四層變換特征,整體上電阻率隨著深度的增大而增大。同時(shí)TE與TM模式首支重合,體現(xiàn)出該剖面測線的電性結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定,即地層在橫向上的展布比較平穩(wěn),地質(zhì)構(gòu)造較簡單,電性層分布情況較明顯。

        在對曲線定性分析的基礎(chǔ)上,對測點(diǎn)視電阻率和相位曲線進(jìn)行了一維TM[9-10]模式的反演,大致可以分4層電性結(jié)構(gòu)。

        圖1 測點(diǎn)響應(yīng)曲線和一維反演結(jié)果

        從大地電磁測深二維反演斷面圖2來看,電阻率等值線在縱向上表現(xiàn)為層狀結(jié)構(gòu),由淺到深電阻率值高、低變化明顯,呈現(xiàn)低-高-低-高的分布的層狀特征。剖面的視電阻率最小值小于6 Ω·m,最大值大于300 Ω·m,整個(gè)剖面呈現(xiàn)的是低-高-低-高多層結(jié)構(gòu)。結(jié)合鉆孔及電性資料,地面以下50 m左右為第一層,電阻率10~30 Ω·m,局部大于50 Ω·m;埋深50~150 m之間為第二層,電阻率為50~60 Ω·m;埋深150~600 m之間為第三層,電阻率為10~60 Ω·m;埋深600~2 000 m之間為第四層,電阻率為2~100 Ω·m;埋深1 300~3 200 m之間為第四層,電阻率大于200 Ω·m。

        圖2 大地電磁測深二維反演電阻率斷面圖

        圖3 綜合解釋圖

        依據(jù)大地電磁剖面電性層特征,結(jié)合鉆孔及電性資料將測區(qū)地層大致劃分為4層,具體分層情況見圖3。

        第一電性層為第四系(Q),巖性為黃土,河谷部位為河流沖積砂、礫石等,厚度約0~50 m。第二電性層為侏羅系(J),巖性主要為淺紫色、灰褐色、灰綠色中、細(xì)粒砂巖與雜色泥巖,呈不等厚互層,厚度250~500 m。侏羅系地層中下部電阻率小于10 Ω·m,推測為侏羅系含水層所引起。第三電性層為三疊系(T),巖性上部主要為灰綠、黃綠色厚層狀細(xì)砂巖、粉砂巖與泥巖互層,中部主要為厚層、塊狀砂礫巖為主夾砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖,下部為中粗粒長石石英砂巖夾細(xì)粒砂巖及粉砂巖薄層。厚度1 000~1 500 m,在三疊系地層下部電阻率小于5 Ω·m,推測為三疊系含水層所引起,富水性較好,含水層厚度約為250 m。第四電性層為二疊-石炭系(P-C)。

        從大地電磁測深反演斷面圖可以看出在剖面距400 m與1 450 m位置附近電阻率異常下陷出現(xiàn)梯度帶,鄂爾多斯盆地安塞縣地層為水平狀,因此圖中出現(xiàn)的梯度帶可能為斷裂構(gòu)造引起。推測的兩條正斷層編號(hào)分別為F1和F2,其中F1斷距較小,F(xiàn)2斷距約為100 m。整體來看,剖面所在位置在構(gòu)造形態(tài)上為一地塹結(jié)構(gòu)。

        由區(qū)域地形條件看,測區(qū)位于延河河谷,地勢低緩,大氣降水、河水補(bǔ)給較為充沛。根據(jù)大地電磁測深及土壤測氡剖面解譯成果,同時(shí)結(jié)合工作區(qū)周邊鉆孔資料可知,測區(qū)內(nèi)有約2 000 m厚的三疊系-第四系(T-Q),巖性以砂巖、粗砂巖、砂礫巖、泥巖為主,松散的砂巖、粗砂巖、砂礫巖為自然降水流通提供了條件,泥巖可作為隔水層,這兩種巖性及地層結(jié)構(gòu)提供了較好的儲(chǔ)水環(huán)境。從綜合解釋圖看,推斷測區(qū)有兩層含水層,上層為侏羅系地層含水層,取水深度約為200 m;下層為三疊系地層含水層,埋深在1 000~1 800 m左右,可作為取用地下水的主要層位。剖面所在位置在構(gòu)造形態(tài)上為一地塹結(jié)構(gòu),在地表與沿河灣河谷位置相吻合。推測斷裂可提供熱源通道,使三疊地層水通過斷裂循環(huán)流通,增高水溫。依據(jù)本次物探成果,在測區(qū)擬設(shè)定鉆孔深度1 800 m,取水段為兩層,上層為侏羅系含水層,埋深約為200 m,下層為三疊系含水層,埋深約為1 500 m。

        4 結(jié)語

        大地電磁測深勘探深度大,通過二維反演能夠清晰地反演地下介質(zhì)的電性特征,根據(jù)物性和地質(zhì)資料,進(jìn)而推測各地層的空間展布形態(tài)以及富水狀態(tài)。剖面所在位置在構(gòu)造形態(tài)上為一地塹結(jié)構(gòu)。結(jié)合地質(zhì)、物性等資料,在測區(qū)擬定鉆孔深度1 800 m,取水段為兩層,上層為侏羅系含水層,埋深約為200 m,下層為三疊系含水層,埋深約為1 500 m。

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