大地電場(chǎng)巖性探測(cè)在貴州地?zé)峥碧街械膽?yīng)用

宋小慶，彭欽

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局111地質(zhì)大隊(duì)，貴州 貴陽(yáng)550008;2.貴州地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院，貴州貴陽(yáng)550008)

大地電場(chǎng)巖性探測(cè)技術(shù)(CYT)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)非地震地球物理勘探技術(shù)，該技術(shù)起源于美國(guó)國(guó)際地球物理公司(GI)［1］。我國(guó)在上世紀(jì)90年代開(kāi)始將該方法用于石油勘探、地下水資源的評(píng)價(jià)。由于儀器輕便、施工靈活、成本低廉及成果直觀［2］，大地電場(chǎng)巖性探測(cè)已越來(lái)越受到地質(zhì)勘探界的青睞。

貴州地?zé)崴Y源較為豐富，但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)地?zé)崴Y源的需求越來(lái)越大，地?zé)岬目碧揭惨褟牡匦屋^好的城市規(guī)劃區(qū)轉(zhuǎn)移至山區(qū)，地質(zhì)、地形條件越來(lái)越復(fù)雜，物探方法的應(yīng)用越來(lái)越受到限制，增加了地?zé)徙@探的風(fēng)險(xiǎn)。為有效的降低勘探風(fēng)險(xiǎn)，近年來(lái)，作為新引進(jìn)的物探方法，大地電場(chǎng)巖性探測(cè)被廣泛應(yīng)用于貴州地?zé)岬目碧?，在與其他物探方法相互驗(yàn)證的基礎(chǔ)之上，大地電場(chǎng)巖性探測(cè)已在多個(gè)地?zé)峋碧街谐晒?yīng)用。本文結(jié)合勘探實(shí)例，評(píng)價(jià)了該方法的應(yīng)用效果。

1 大地電場(chǎng)巖性探測(cè)原理

大地電場(chǎng)巖性探測(cè)技術(shù)(CYT)是通過(guò)接收日-地空間中的電磁波在地下不同深度介質(zhì)界面所產(chǎn)生的低頻反射電磁場(chǎng)信息，來(lái)判斷與識(shí)別地下介質(zhì)界面的一種方法［3］。

圖1 N層水平介質(zhì)示意圖

首先假設(shè)地層為水平二層均勻介質(zhì)，則介質(zhì)分界面產(chǎn)生的反幅射脈沖電磁場(chǎng)(Hn、En)的頻率與上覆地層巖性的電阻率(ρ)和巖性分界的埋深(即第一層的厚度)有關(guān)。由于大地對(duì)電磁的傳播同樣具有低頻“窗口”特性(圖1)。新產(chǎn)生的低頻脈沖電磁場(chǎng)(Hn或En)在“窗口”范圍內(nèi)傳播時(shí)幾乎無(wú)衰減。白瑞(Burrell)曾推出低頻電磁波在均勻水平二層介質(zhì)中傳播是低頻窗口截至頻率的計(jì)算公式:

式中:k=9.4×105;ρ為電阻率(Ω·m);H為深度(m);fc為頻率(HZ)。

從式中可知，截止頻率fe與h2成反比，即隨著深度的增大頻率將明顯降低，也就是說(shuō)深部地層巖性分界面脈沖電磁波的頻率很低，而截止頻率與電阻率成正比。也就是地下巖性表現(xiàn)為高阻層時(shí)，其截止頻率將升高。

假設(shè)地層深度為:h=2 000 m;電阻率增量dρ=0.1 Ω·m、dfc=kdρ/h2=0.023 5 HZ。由此可知，只要能分辨出微小的頻率變化，就能識(shí)別出電阻率發(fā)生微量變化的深部地層。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 貴州沿河區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)條件

沿河地處揚(yáng)子地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱鳳岡北北東向構(gòu)造變形區(qū)北東部，以北北東向及北東向多字形或雁列式構(gòu)造為主構(gòu)成基本格架，斷裂及次級(jí)褶皺非常發(fā)育，主要褶皺有沿河背斜，斷裂有鐘南樞紐斷層、沿河樞紐斷層及淇灘斷層。出露地層有寒武系(∈)、奧陶系(O)、志留系(S)、二疊系(P)及第四系(Q)，其中寒武系及奧陶系下統(tǒng)碳酸鹽巖是區(qū)內(nèi)主要的熱儲(chǔ)含水層。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)條件分析，沿河遠(yuǎn)離板塊邊緣，缺少巖漿侵入活動(dòng)和火山跡象，區(qū)域地溫梯度在2.5℃ /100 m 左右，熱流值在 50～60 mW/m2［4］，屬于低地溫梯度的板內(nèi)地?zé)嵯到y(tǒng)，地?zé)峥辈闉閷訝?帶狀復(fù)合型(Ⅱ3)［5］。

2.2 熱儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

沿河和平鎮(zhèn)地?zé)醃K1井所處區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地?zé)豳Y源勘查主要存在地?zé)峋鏊康娘L(fēng)險(xiǎn)。因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鉆井的出水段是地?zé)峥辈榈闹攸c(diǎn)之一。大地電場(chǎng)巖性探測(cè)技術(shù)在地?zé)峥辈樵u(píng)價(jià)中對(duì)熱儲(chǔ)含水性的識(shí)別能力相對(duì)較強(qiáng)［6］，所以在開(kāi)展沿河和平鎮(zhèn)地?zé)徙@探前，采用杭州華維巖性探測(cè)儀研究所生產(chǎn)的CYT型大地電場(chǎng)巖性探測(cè)儀進(jìn)行了預(yù)測(cè)性勘探，數(shù)據(jù)采集深度為3 000 m，精度為2 m。

通過(guò)探測(cè)，ZK1井預(yù)測(cè)地?zé)崴鏊?個(gè)(圖2～圖3)。由此，在綜合地?zé)岬刭|(zhì)條件以及其他地球物理勘探資料的基礎(chǔ)上，沿河和平鎮(zhèn)ZK1地?zé)峋O(shè)計(jì)深度1 080 m，擬開(kāi)采井段為790～1 080 m。

2.3 大地電場(chǎng)巖性探測(cè)成果驗(yàn)證

2014年，貴州省地礦局111地質(zhì)大隊(duì)成功實(shí)施了沿河和平鎮(zhèn)ZK1地?zé)峋Ｔ撱@井最終深度1 051.6 m，開(kāi)孔地層為奧陶系下統(tǒng)大灣組碎屑巖，終孔地層為寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群白云巖。在井深879.0～890.0 m處遇沿河斷層，該段為ZK1井主要出水段。通過(guò)降壓試驗(yàn)，在壓力下降0.21 MPa的情況下，鉆孔涌水量1 840 m3/d，井口水溫44.2℃。地?zé)崴乃瘜W(xué)類型為HCO3·SO4-Ca·Mg，水中偏硅酸達(dá)到醫(yī)療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 ZK1地?zé)峋?30～890 m井段測(cè)井曲線與大地電場(chǎng)巖性探測(cè)曲線對(duì)比圖

圖3 ZK1地?zé)峋?000～1050 m井段測(cè)井曲線與大地電場(chǎng)巖性探測(cè)曲線對(duì)比圖

通過(guò)地球物理測(cè)井資料和鉆探編錄綜合對(duì)比，大地電場(chǎng)巖性探測(cè)解譯的熱儲(chǔ)層均對(duì)應(yīng)有實(shí)際存在的熱儲(chǔ)層(圖1～圖2)。從表1統(tǒng)計(jì)可以看出，大地電場(chǎng)巖性探測(cè)劃分的熱儲(chǔ)層埋藏深度較為準(zhǔn)確，這有效的降低了地?zé)豳Y源勘查中的風(fēng)險(xiǎn)。但是該技術(shù)解譯的含水層厚度較實(shí)際小，這主要是ZK1處于城市建設(shè)區(qū)，受到的電磁干擾較為強(qiáng)烈所致。

表1 大地電場(chǎng)巖性探測(cè)解譯與實(shí)際熱儲(chǔ)層對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

大地電場(chǎng)巖性探測(cè)技術(shù)作為一種直接判斷深部熱儲(chǔ)含水性的新方法，可解決其他地球物理方法無(wú)法解決的深部熱儲(chǔ)含水性問(wèn)題，有效的降低地?zé)崴碧降娘L(fēng)險(xiǎn)。隨著我國(guó)地?zé)豳Y源的不斷開(kāi)發(fā)，大地電場(chǎng)巖性探測(cè)方法將發(fā)揮越來(lái)越大的作用，特別是在斷裂控?zé)岬牡責(zé)釁^(qū)，更是目前其他預(yù)測(cè)方法所不能比擬的。

［1］諸強(qiáng)，布志虹.大地電場(chǎng)巖性探測(cè)在油氣勘探開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，1996，3(6):15-19.

［2］寇玉亭，李延芝.CYT-Ⅲ型大地電場(chǎng)巖性探測(cè)儀在中原油田的應(yīng)用［J］.錄井技術(shù)通訊，1994，1(2):24-29.

［3］柯柏林，丁連靖，冉偉彥，等.大地電場(chǎng)巖性探測(cè)技術(shù)在北京地?zé)峥碧街械膽?yīng)用［J］.城市地質(zhì)，2007，2(1):42-46.

［4］袁玉松，馬永生，胡圣標(biāo)，等.中國(guó)南方現(xiàn)今地?zé)崽卣鳎跩］.地球物理學(xué)報(bào)，2006，49(4):1118-1126.

［5］GB/T 11615-2010地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.