大地電磁測深在利辛地?zé)豳Y源調(diào)查的應(yīng)用分析

吳成書

[摘要]大地電磁測深法（MT）已廣泛應(yīng)用于地球深部構(gòu)造研究及礦產(chǎn)資源勘查中，而對(duì)數(shù)據(jù)反演方法的選擇則直接影響到其應(yīng)用效果.目前，大地電磁反演方法大都是基于均勻水平層狀介質(zhì)模型假設(shè)條件和L2范數(shù)下提出來的，如博斯蒂克反演法、大地電磁擬地震反演法、擬線性近似反演法、聚焦反演法等.上世紀(jì)90年代后期，隨著非線性反演理論和三維正反演技術(shù)的發(fā)展，一些非線性反演方法隨之興起，如模擬退火法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演法、量子路徑積分算法、阻尼粒子群優(yōu)化反演法等。

[關(guān)鍵詞]大地電磁法 勘查 資料處理

[中圖分類號(hào)] P631.3+25 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-8-316-1

0前言

“利辛縣地?zé)豳Y源勘查”，勘查區(qū)域所在的皖西北地區(qū)位于華北地臺(tái)南緣，地層結(jié)構(gòu)與華北地臺(tái)其它地區(qū)相似。地層具典型雙層結(jié)構(gòu)。結(jié)晶基底為五河群含鐵巖系和下元古界鳳陽群變質(zhì)巖系，蓋層為第四系。第四系地層主要上更新統(tǒng)茆塘組。其下段由黃至棕黃色粉砂、亞粘土，夾灰黑色砂質(zhì)淤泥，含鈣質(zhì)、鐵錳質(zhì)結(jié)核。

結(jié)晶基底為晚太古代的變質(zhì)巖系，內(nèi)部褶皺構(gòu)造復(fù)雜。古生代的地層也普遍發(fā)生褶鄒變形。中、新生代的地層以斷裂構(gòu)造變形為主。

區(qū)域構(gòu)造線方向近東西-北西西向。近東西重要斷裂構(gòu)造有五河-界首斷裂又稱利辛斷裂和臨泉-劉府?dāng)嗔眩媳毕蛑匾獢嗔褬?gòu)造有永城-阜陽-麻城斷裂。

因勘查區(qū)為黃淮沖積平原分布區(qū)，地表已被第四系地層所覆蓋，沒有基巖露頭，主要依據(jù)霍邱地區(qū)、新蔡地區(qū)、蚌埠地區(qū)以及區(qū)內(nèi)少量鉆孔的地質(zhì)資料了解區(qū)內(nèi)地層情況。

1勘查位置物理特性

本項(xiàng)目應(yīng)用大地電磁測深方法主要是對(duì)地層（松散層厚度）進(jìn)行劃分以及對(duì)該地區(qū)斷裂進(jìn)行推斷分析，討論提出有力的地?zé)豳Y源靶區(qū)。

根據(jù)相關(guān)地質(zhì)資料，勘查位置基本是“二層”結(jié)構(gòu)，第四系直接覆蓋上太古界的老變質(zhì)基底之上?？辈槲恢脙?nèi)地表平坦，構(gòu)造變形較小，較接近于一維地質(zhì)模型，因此，在反演方法的選擇上，主要以一維反演為主。反演時(shí)，采用了兩種反演模型，即一維連續(xù)介質(zhì)模型和一維層狀介質(zhì)模型。采用的曲線主要為ρxy（視電阻率較高的一支曲線），同時(shí)參考一維ρxy（視電阻率較低的一支曲線），一維TE，一維TM，一維TEM等連續(xù)介質(zhì)反演結(jié)果，從反演效果看，一維ρxy，一維TE反演等方法效果相對(duì)較好，而且一維TE和一維TM連續(xù)介質(zhì)反演結(jié)果相差不大，一維TE連續(xù)介質(zhì)反演結(jié)果對(duì)淺部電性劃分較細(xì)致，而一維TE層狀介質(zhì)反演對(duì)高低阻層接觸界面刻畫的比較清楚。

這種圓滑、反演的過程也是反復(fù)進(jìn)行，總體原則，是在遵守原始資料趨勢，綜合地質(zhì)（尤其是地表地質(zhì)）分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

研究技術(shù)思路是：在現(xiàn)代地質(zhì)理論指導(dǎo)下，以巖石物性和地質(zhì)模型為紐帶，通過地質(zhì)資料和地球物理模型的結(jié)合，多種地球物理資料的結(jié)合以及正反演計(jì)算的結(jié)合，經(jīng)過由宏觀到局部，由定性到定量，從已知到未知，在認(rèn)識(shí)上的多次反饋，解決本項(xiàng)目的各種地質(zhì)問題。即“一種指導(dǎo)，兩條紐帶，三種結(jié)合和多次反饋”。

資料分析總的思路：遵循從定性到定量的原則，即從原始定性圖件出發(fā)，結(jié)合定量計(jì)算的結(jié)果，以MT資料為主并綜合重、磁、地質(zhì)等資料進(jìn)行綜合分析。

2建模及資料處理

斷裂的推斷是以MT剖面上斷裂的反應(yīng)并結(jié)合重磁資料（包括收集的面積性資料）等綜合分析而得到；地層的劃分在MT、重力剖面反演的基礎(chǔ)上，根據(jù)地質(zhì)及物性差異進(jìn)行。

在地質(zhì)分析過程中，斷裂及其性質(zhì)的確定和其深部發(fā)育形態(tài)的描繪是重點(diǎn)之一，本區(qū)斷裂分析是在各方法分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合分析的結(jié)果。斷裂分析的主要依據(jù)如下：

2.1 MT資料

A：曲線類型突變或形態(tài)變化較大；

B：頻率--視電阻率剖面、一維連續(xù)介質(zhì)反演剖面、二維連續(xù)介質(zhì)反演剖面等值線陡立、扭曲帶，而且這種陡立、扭曲帶的形態(tài)也往往反映斷裂深部發(fā)育形態(tài)；

C： 電性層有明顯的錯(cuò)動(dòng)或厚度有明顯的變化；

D：根據(jù)各剖面斷裂兩側(cè)電性層發(fā)育形態(tài)的比較進(jìn)而確定斷裂的平面展布趨勢；

2.2重力資料

布格異常梯級(jí)帶、方向?qū)?shù)極值帶、水平總梯度極大值等。

本項(xiàng)目使用了兩種反演方式，即一維連續(xù)介質(zhì)反演和一維層狀反演。從使用效果上看，一維連續(xù)介質(zhì)對(duì)地層的電性分布情況刻畫的更為精細(xì)，而一維層狀反演則對(duì)電性層界線劃分上更有優(yōu)勢，因此，在確定松散層的厚度的過程中，主要使用一維層狀反演的結(jié)果，其它的反演結(jié)果作為參考?？辈槲恢玫乃缮又饕傅氖堑谒南嫡惩翆?。由于含水性不同的原因，第四系粘土層劃分為兩個(gè)電性層，下部含水性較好的粘土層為低阻層（電阻率約10Ωm），而表層含水性較差的粘土層為次低阻層（電阻率約20歐姆米）。通過一維層狀反演軟件包對(duì)曲線的TE模式進(jìn)行反演擬合，得到的前兩層（低阻層和次低阻層）的層厚之和。從得到的數(shù)值來看，得到的基本規(guī)律是從西到東、從北到南，松散層的厚度逐漸增大，但東西向上的增厚幅度不如南北向上的明顯。最薄處位于勘查位置的東北角，約300米，而最厚處出現(xiàn)在勘查位置的西南角，厚度大于550米，厚度增加達(dá)250米以上。

勘查位置可開采的地?zé)嶂饕▋煞N熱儲(chǔ)類型，即第四系下段的孔隙熱儲(chǔ)和基底裂隙熱儲(chǔ)。第四系下段的孔隙熱儲(chǔ)的蓋層是第四系上段的粘土層，而基底裂隙熱儲(chǔ)的蓋層則是第四系下段的亞粘土層。第四系孔隙熱儲(chǔ)蘊(yùn)含的地?zé)釡囟认鄬?duì)較低，但其埋藏深度較淺，易于開采；而基底裂隙熱儲(chǔ)所含的地?zé)崽攸c(diǎn)則水溫較高而埋藏深度較大。

所以從地?zé)嵩吹慕嵌葋碇v，斷裂處是地?zé)峋挠欣恢谩?/p>

從剖面圖上看，F(xiàn)11和F21斷裂規(guī)模較大，電阻率等值線向下扭曲明顯，推測其破碎度較高。在F11斷裂位置或其旁測，已有兩口正在開采的淺層低溫地?zé)峋?，說明附近存在地?zé)岙惓?。因此F11和F21斷裂上及其交匯處應(yīng)是地?zé)衢_采的有利靶區(qū)。

在井深選擇上，如開采目標(biāo)為淺層（第四系）地?zé)?，則進(jìn)入第四系含水層即可，井深可選擇140米到370米之間。如果開采目標(biāo)為基底裂隙熱儲(chǔ)地?zé)?，則深度應(yīng)大于1000米，以便進(jìn)入裂隙松散層。

3結(jié)束語

本次大地電磁測深工作，共推斷了斷裂四條。對(duì)測區(qū)內(nèi)的松散層厚度時(shí)行了反演計(jì)算，并繪制了松散層等厚圖。對(duì)勘查位置內(nèi)的地?zé)犷愋图跋鄳?yīng)的儲(chǔ)層和蓋層進(jìn)行了討論。提出了地?zé)豳Y源的有利靶區(qū)。大地電磁測深方法從最初地震預(yù)報(bào)的輔助手段發(fā)展為深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測、固體礦產(chǎn)資源勘查等領(lǐng)域的常規(guī)方法，對(duì)其反演技術(shù)的發(fā)展提出了新的要求，為了解地形構(gòu)造以及進(jìn)一步開發(fā)提供了技術(shù)支持。