超低頻地質(zhì)遙感探測(cè)法在地?zé)衢_(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

□白雪鋒 □任韶甫（鄭州市抗旱服務(wù)中心）

1.概述

新鄭機(jī)場(chǎng)南寺東莊附近，區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦，西北較高、東南較低，標(biāo)高150m左右。坡降為1.7‰～2.0‰。地表巖性為粉土。測(cè)區(qū)地層主要為二疊系（P）、新近系(N)及第四系（Q）地層組成。

采用超低頻地質(zhì)遙感探測(cè)法進(jìn)行地?zé)峥碧焦ぷ?本次工作共完成超低頻地質(zhì)遙感探測(cè)點(diǎn)3個(gè),具體物探工作布置見(jiàn)圖1。同時(shí)收集了與本次工作有關(guān)的地質(zhì)、水文地質(zhì)及物探資料，為下一階段鑿井施工提供必須的成井技術(shù)依據(jù)。

圖1 物探工作布置示意圖

2.工作技術(shù)方法及質(zhì)量評(píng)述

2.1 工作技術(shù)方法

BD-6型超低頻地質(zhì)遙感探測(cè)儀是由北京大學(xué)承擔(dān)的國(guó)家863科技攻關(guān)項(xiàng)目第818號(hào)課題《超長(zhǎng)波被動(dòng)遙感技術(shù)原理與研究》課題組的科研成果。探測(cè)地層深度為20～10000m，分辨率為1～5m。該儀器探測(cè)效率高，每個(gè)測(cè)點(diǎn)工作時(shí)間少于20min，儀器輕便，自帶電源，只要避開(kāi)高壓線和變壓器，可在任何地方進(jìn)行探測(cè)，不受場(chǎng)地條件的限制。該課題于2000年6月5號(hào)通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。已完成陜北油田油氣層探測(cè)，新鄭櫻桃溝煤層探測(cè)，郟縣地?zé)豳Y源探測(cè)，豫東地?zé)豳Y源研究、江蘇省阜寧、沭陽(yáng)地?zé)峋?、禹州鴻暢煤田采空區(qū)探測(cè)、信陽(yáng)市商城地?zé)峋綔y(cè)及新密煤田采空區(qū)探測(cè)等數(shù)10個(gè)項(xiàng)目，報(bào)告結(jié)論已得到了實(shí)際驗(yàn)證。

超低頻地質(zhì)遙感探測(cè)儀是以大地電磁場(chǎng)為工作場(chǎng)源，利用不同介質(zhì)電磁學(xué)性質(zhì)的差異測(cè)量地下巖性分界面對(duì)天然電磁場(chǎng)的反射信息來(lái)解釋不同深度的地質(zhì)構(gòu)造，達(dá)到解決地質(zhì)問(wèn)題的一種被動(dòng)遙感電磁勘探方法，也可視為被動(dòng)源大地電磁測(cè)量的一種新方法。

經(jīng)典大地電磁波理論最初假設(shè)場(chǎng)源為垂直反射地面的平面電磁波，大地介質(zhì)為均勻水平狀分布，故大地電磁波的變化規(guī)律服從麥克斯韋方程組、歐姆定律和阿契定律。其中電阻率是描述介質(zhì)電學(xué)性質(zhì)的主要物理量。但受介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、孔隙度、壓力和密度的影響較大。超低頻地質(zhì)遙感探測(cè)儀實(shí)際上是通過(guò)地面電磁波測(cè)量的遙感曲線的幅值變化的形態(tài)來(lái)研究深部隱伏地質(zhì)體的物性特征。所獲取的遙感曲線并不是介質(zhì)的真正電阻率，而是介質(zhì)電阻率、密度、孔隙度和壓力的綜合反應(yīng)?？梢院?jiǎn)單地理解為視電阻率和視密度的乘積（Ω·m.g／cm3）。由平面電磁波在均勻大地介質(zhì)的傳播特性可知隨時(shí)間改變的電磁場(chǎng)在均勻各向同性大地介質(zhì)中傳播時(shí)沿傳播方向是諧變的，并且按指數(shù)規(guī)律衰減。介質(zhì)的電阻率越低，信號(hào)頻率越高衰減的越快，這時(shí)場(chǎng)源將只集中在介質(zhì)的淺部，既趨膚效應(yīng)，因而穿透深度也稱為趨膚深度。不同頻率的電磁波穿透深度也不同，當(dāng)頻率很高時(shí)，電磁波可能只集中在第一層介質(zhì)中，電磁場(chǎng)不受下伏巖層的影響。隨著頻率的減小，穿透深度增大，電磁場(chǎng)值將受到深部介質(zhì)分布的影響。通過(guò)探測(cè)到的電磁波的頻率信息，建立深度反演模式，通過(guò)綜合分析曲線特征，就可以解釋深部地質(zhì)體的巖性組合特征、重要地質(zhì)界面、破碎程度、含水狀況、斷裂構(gòu)造、礦產(chǎn)資源、煤層瓦斯、采空區(qū)等地下信息。

2.2 質(zhì)量評(píng)述

為保證野外工作質(zhì)量，我們采取了如下措施：

一是，工作前檢查探頭及電瓶電池電壓，保證其在正常工作電壓范圍之內(nèi)；工作期間應(yīng)不定時(shí)查看，以免工作電壓低于正常值，從而影響所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。二是，應(yīng)避開(kāi)高壓線及變壓器的干擾，以保證所測(cè)數(shù)據(jù)的正確性。三是，對(duì)于每一個(gè)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集，都要至少觀測(cè)采集5次；隨時(shí)調(diào)整探頭方向，在測(cè)量過(guò)程中，對(duì)畸變點(diǎn)、異常點(diǎn)均進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)，以使野外資料盡可能接近于實(shí)際。

綜上所述，本次野外取得的數(shù)據(jù)是可靠的?？梢宰鳛槭覂?nèi)解釋使用。

3.資料推斷與解釋

依據(jù)測(cè)區(qū)地球物理特征，超低頻地質(zhì)遙感探測(cè)法采用北京大學(xué)研發(fā)數(shù)據(jù)處理軟件；由于地質(zhì)情況復(fù)雜和地質(zhì)體各向異性的存在，對(duì)于每個(gè)測(cè)深點(diǎn)的解釋、推斷，可能會(huì)存在有一定的誤差。

通過(guò)對(duì)野外實(shí)測(cè)曲線的整理，依據(jù)地球物理特征，對(duì)測(cè)深點(diǎn)進(jìn)行定性、定量解釋及超低頻地質(zhì)遙感探測(cè)點(diǎn)的地質(zhì)解釋，結(jié)合地質(zhì)、水文地質(zhì)資料及該區(qū)已知井測(cè)深資料對(duì)比分析，我們認(rèn)為測(cè)區(qū)地層水平方向變化不大，區(qū)內(nèi)新近系底板埋深由西向東逐漸變深，新近系底板埋深由720m變至750m，下部為二疊系頁(yè)巖、砂巖。由于二疊系砂巖、頁(yè)巖出水量較小，該區(qū)取水段主要為新近系砂層空隙水，該區(qū)3號(hào)超低頻地質(zhì)遙感探測(cè)點(diǎn)成井條件較好，成井深度800m左右為宜，水溫>33℃。出水量25m3/h左右。推測(cè)井位區(qū)地層如下：0～760m以上是以粘土、砂層為主；760m以下是以二疊系砂巖、頁(yè)巖為主。

4.結(jié)論與建議

一是，通過(guò)對(duì)該區(qū)的水文地質(zhì)調(diào)查及物探勘察，基本查明了測(cè)區(qū)內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)及含水層的空間分布；二是，測(cè)區(qū)內(nèi)含水巖組以孔隙水為主；三是，根據(jù)以上分析，3號(hào)超低頻地質(zhì)遙感探測(cè)點(diǎn)處成井條件較好，成井深度800m左右為宜，出水量25m3/h左右，出水溫度不低于33℃。

由于地表電性不均勻及地下地質(zhì)體的各向異性的存在，使測(cè)量精度受到一定影響，解釋結(jié)果會(huì)存在一定誤差。必要時(shí)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證。