電磁法在深部地?zé)嶂械难芯颗c應(yīng)用

李貴棟 劉 巍

河北省地球物理勘查院

電磁法在深部地?zé)嶂械难芯颗c應(yīng)用

李貴棟 劉 巍

河北省地球物理勘查院

地?zé)豳Y源是一種綜合資源。改革開放以來，隨著地?zé)豳Y源的不斷開采，其可采儲(chǔ)量下降。我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐嚴(yán)重受制于這種不合理的能源結(jié)構(gòu)。目前，在全國范圍內(nèi)，已開發(fā)的地?zé)豳Y源共計(jì)約 4000 余處而且還處于逐年上漲的態(tài)勢中。鑒于以上原因，本文簡單分析、對比幾種勘查地?zé)岬牡厍蛭锢矸椒?，以電法為重點(diǎn)，著重研究激發(fā)極化法、可控源音頻大地電磁測深法和電阻率測深法來尋找地?zé)豳Y源。通過對比上述三種方法的成果進(jìn)行了綜合分析，并以東北實(shí)驗(yàn)區(qū)作為試點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。

電法；磁法；深部；地?zé)豳Y源

1、電法在地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用

1.1 地?zé)崤c地球物理方法

地下熱水是識別地?zé)豳Y源的重要特征，它具有低阻異常、電阻率低等特點(diǎn)。有多種方式來勘查地下熱水，例如：①電法勘探；②重磁勘探；③地震勘探等。但是探測手段的不同，會(huì)獲取不同的效果。

(1)電法勘探。電法勘查主要是根據(jù)不同的礦石、巖石的導(dǎo)電性特點(diǎn)，通過研究天然或者人工的電磁場空間分布規(guī)律進(jìn)行礦產(chǎn)資源、地?zé)豳Y源勘測的一種重要手法。該方法是一種方便、快捷的方法，也因此得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用此方法可以檢測地下熱水儲(chǔ)存量、分布范圍及熱源位置，除此之外，還可以斷定巖石斷裂構(gòu)造位置等。

(2)重磁勘探。重磁勘探可以在地?zé)峥辈?、地?zé)崽飪?chǔ)量、分布評價(jià)等方面具有重要的作用。重磁勘探在探測構(gòu)造斷裂帶、巖石凸起凸起構(gòu)造和地下熱水具有明顯的優(yōu)勢，其主要利用了重力場、磁力場的變化規(guī)律特征。

(3)地震勘探。地震勘探是一種用來解決地質(zhì)問題的重要手段。它主要研究地震波的動(dòng)力學(xué)特征和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。在巖層斷裂位置以及成因方面，二維地震剖面具有良好的效果，特別是在已獲取了明確的層位信息和標(biāo)準(zhǔn)反射信息時(shí)，利用這種方法進(jìn)行推斷將更為準(zhǔn)確。

在地?zé)豳Y源的勘探方面，應(yīng)該根據(jù)不同的實(shí)際情況選擇不同的物探方法。這樣既可以降低成本，還可以提高探測效率。自由電異常和電阻率異常等情況，可能是因?yàn)榈責(zé)岬拇嬖诙鴮?dǎo)致的。在外電場下引起的極化過程可能會(huì)因?yàn)闊崴g變粘土化等因素導(dǎo)致。這些異常特征為地?zé)岬碾姺ā⒋欧辈樘峁┝朔浅Ｖ匾睦碚撝巍?/p>

1.2 電法在地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用實(shí)例

早在1991年，在黑龍江濱東地區(qū)某鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)兩處具備多項(xiàng)火山存在特征以及巖石構(gòu)造分帶特征，因?yàn)槎喾矫嬖?，后續(xù)并未對進(jìn)行深一步的勘察。近年來，在該地區(qū)發(fā)生了多處大小不一的塌陷坑。這些塌陷坑雖然毫無排列規(guī)則，但是相互連接，直徑范圍在1～10m之間。塌陷坑中的互切割，存在明顯的斷層特征，并呈現(xiàn)出呈現(xiàn)片礫狀、疊瓦狀。有關(guān)氣象信息表示，該地區(qū)寒冷的冬季，夜間氣溫達(dá)零下 20℃左右時(shí)，也不曾出現(xiàn)霜凍，植物依然呈霧凇景，并且該地區(qū)的草提前10～20天進(jìn)行發(fā)芽。該地區(qū)在 被大雪覆蓋之后，地表出現(xiàn)多個(gè)蜂窩狀小洞，而且其中無積雪。

該地區(qū)劃屬興凱湖—布列亞山地層塊區(qū)，該區(qū)域內(nèi)水系較多，都屬于松花江水系，主要有：牤牛河、拉林河、螞蟻河、阿什河等。

(1)第四系松散堆積層孔隙潛水。在上述的水系兩岸分布著一階地和低漫灘。這也就提供了較厚而穩(wěn)定含水層。同時(shí)，這些水系附近地下水蘊(yùn)藏豐富，能提供大量的水供給。這些含水層厚度大約在15～40m左右，巖性大部分為砂礫石層，而且單井涌水量 100～200t/d；大氣降水為主要的水補(bǔ)給來源。

(2)低山丘陵基巖裂隙水。在區(qū)域內(nèi)，二疊系變質(zhì)巖和侏羅系火山碎屑巖產(chǎn)生了斷裂構(gòu)造和風(fēng)化裂隙。這也為大氣降水的滲入提供了良好的條件，非常有利于形成基巖裂隙水。但是，由于裂隙大小不一，也導(dǎo)致了含水量各不相同。被風(fēng)化強(qiáng)烈的火山巖，花崗巖為地下水循環(huán)提供了良好的條件，而且也會(huì)地下徑流方式提供水補(bǔ)給。區(qū)域內(nèi)火山巖是區(qū)內(nèi)產(chǎn)生地?zé)岬脑蛑?。由于巖漿中的水分含量增加，蒸汽也就提供了更大的壓力。一部分熱量傳遞給了巖石，并間接的提供給了地下循環(huán)水，使其變熱。另外，部分巖漿蒸汽空隙上升至地下循環(huán)水中，使水的溫度增高，構(gòu)成了地?zé)崽铩?/p>

圖1 測區(qū)水溫地質(zhì)圖

2、巖層電阻率與深部地?zé)釡囟汝P(guān)系的研究

2.1 巖層電阻率和溫度的關(guān)系

電阻率法不僅是一種切實(shí)可行的物探勘查方法，也是地?zé)崽锟碧降某Ｓ梅椒ㄖ?。在斷裂?gòu)造位置、地層埋深等多個(gè)領(lǐng)用，可以采用利用率異常方法。熱儲(chǔ)構(gòu)造電阻率和孔隙度、地下水礦物化等多個(gè)指標(biāo)相關(guān)。

隨著溫度的不斷升高， 地下水溶劑礦物質(zhì)的能力增強(qiáng)，密度和粘滯性減少，水的礦化程度增高，導(dǎo)電 離子增加，電阻率降低。由含水巖層標(biāo)本電阻率和巖礦化度及溫度變化關(guān)系曲線可以看出：在相同壓力下，相同溫度的水礦物質(zhì)化程度越高，其電阻率越低。除此之外，在水礦化度不變的情況下，溫度約升高，其電阻率降低。當(dāng)溫度和礦物化程度達(dá)到一定值后，其電阻率不在發(fā)生變化。

2.2 電阻率推斷深部地?zé)釡囟鹊那疤釛l件

巖層巖性、巖層所含液體的導(dǎo)電性和巖層破碎的走向等多個(gè)因素都對巖層的電阻率產(chǎn)生影響。在小的范圍內(nèi)，巖層的電阻率和巖層孔隙度隨溫度溫度變化不會(huì)發(fā)生較大的變化，而在大范圍內(nèi)，就會(huì)變化的非常明顯。這一特征為尋找熱田打下了良好的基礎(chǔ)。

在計(jì)算時(shí)，第一：需要先對地質(zhì)分布進(jìn)行分析，如果缺失地質(zhì)剖面信息缺失，則需使用電阻率斷面圖進(jìn)行推理；第二：需要將不同巖性的地層劃分成不同的小區(qū)，按照分布情況，結(jié)合物性參數(shù)，并依據(jù)實(shí)測電阻率電阻率溫度計(jì)算；最后：用溫度異常進(jìn)行地質(zhì)解釋。

3、電法在東北實(shí)驗(yàn)區(qū)的使用

3.1 工區(qū)地質(zhì)和地球物理特征

根據(jù)采集的材料進(jìn)行分析，雖然各個(gè)區(qū)內(nèi)在導(dǎo)電性方面存在一定差異，但是在理論上可以明顯的區(qū)分出地質(zhì)界線。一般情況下，第四系和第三系地層在一定程度上存在電阻率差異，但是由于第三系地層情況非常復(fù)雜，還包含有半成巖的特征，一些地段有部分熱水填充到了第三系砂礫層內(nèi)，所以難以利用電阻率變化準(zhǔn)確刻畫出出第三系地層厚度。

3.2 電性斷層推斷和地質(zhì)解釋

從整體反演試驗(yàn)中上，一條電阻率分布在大約深度100米左右，高于100米區(qū)域的電阻率較低， 而100米以下區(qū)域隨深度而電阻率明顯上升。導(dǎo)致出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能由于巖石結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造發(fā)生變化導(dǎo)致。在試驗(yàn)中，很難利用電阻率準(zhǔn)確計(jì)算出第三系的真實(shí)厚度，所以在解釋斷面工作中，將電阻率高的界面推斷為花崗巖。