大地電磁法在沈陽某區(qū)地?zé)豳Y源勘查中的應(yīng)用

王茜

（天津市地球物理勘探中心 天津 300170）

1 引言

地?zé)豳Y源是一種綠色清潔能源，特別是發(fā)達(dá)國家在對地?zé)崮艿睦梅矫嬉呀?jīng)獲得了較好的經(jīng)濟(jì)收益。在全球能源危機(jī)的今天，世界各國均將目光集中在這種綠色環(huán)保、儲量巨大的地球內(nèi)部資源上。二十世紀(jì)中期以來，發(fā)達(dá)國家如日本、新西蘭等國，均投入了巨大的資金進(jìn)行相應(yīng)的研究和勘查開發(fā)工作，也取得了令人矚目的成就?；诘?zé)崮茉吹目稍偕院铜h(huán)保性，對其開發(fā)對我國非常重要。沈陽某區(qū)地?zé)犸@示區(qū)地理?xiàng)l件優(yōu)越，交通便利，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，隸屬城區(qū)，具有巨大的地?zé)峥辈殚_發(fā)價(jià)值。

2 大地電磁法概述

大地電磁測深法(MagetotelluricSounding)簡稱MT，是地球物理學(xué)中地球電磁感應(yīng)學(xué)分支學(xué)科中的一種,從導(dǎo)電性的角度研究地殼和上地幔結(jié)構(gòu),是進(jìn)行地?zé)嵴{(diào)查、地球深部探測的有效手段。在20世紀(jì)50年代初由前蘇聯(lián)學(xué)者季洪諾夫和法國學(xué)者卡尼爾分別獨(dú)立提出來，它是利用天然交變電磁場作為場源來研究地球電性結(jié)構(gòu)的一種地球物理勘探方法。根據(jù)電磁感應(yīng)的趨膚效應(yīng)原理：電磁波在地球介質(zhì)中傳播時(shí)，高頻成分衰減快，穿透深度小，低頻成分衰減慢，穿透深度大，因此不同頻率的電磁波攜帶有地球介質(zhì)不同深度上的電性信息，通過改變頻率來達(dá)到測深的目的。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 地質(zhì)及地球物理概況

3.1.1 地質(zhì)概況

工區(qū)位于道義盆地的邊部，在大民屯盆地東側(cè)，隸屬于遼河斷陷的一部分，東臨遼東隆起，西接燕山-遼西褶皺帶，北達(dá)內(nèi)蒙地軸，南部傾入遼東灣。整體可劃分為6個(gè)構(gòu)造帶，自西向東依次為西部凸起、西部凹陷、中央凸起、東部凹陷、東部凸起和大民屯凹陷。本區(qū)在鞍山運(yùn)動和呂梁運(yùn)動之后形成了東西向的隆起和坳陷，奠定了基底構(gòu)造雛形，后經(jīng)加里東運(yùn)動和海西運(yùn)動的抬升剝蝕，但構(gòu)造格局并未改變。中生代以來，發(fā)生了多期構(gòu)造運(yùn)動，特別是印支運(yùn)動和燕山運(yùn)動使區(qū)域近東西向構(gòu)造線發(fā)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，逐漸變?yōu)橐员睎|向?yàn)橹鳎醪叫纬闪藮|西向凹凸相間的基本構(gòu)造格局。新生代早期經(jīng)歷了以箕狀斷陷為特征的斷陷活動，晚期以區(qū)域坳陷活動為主。

3.1.2 地球物理特征

從表1中看出，凹陷區(qū)巖性的物性參數(shù)存在如下特征：

⑴ 第四系松散層為低密度無磁和低電阻率。

⑵ 第三系楊連屯組含煤、油頁巖等巖性屬低密度，無磁和低電阻率的層位。

⑶ 中元古界中的白云質(zhì)大理巖破碎帶（含地?zé)崴畬游唬?，其密度值較大白云質(zhì)大理巖明顯偏低，約為(1.6～2.2)×103kg/m3，其磁化率為0，視電阻率為30～60Ωm，較其圍巖白云質(zhì)大理巖電阻率值低很多，這種物性差異就為MT工作提供了理論依據(jù)。

3.1.3 地?zé)豳Y源分布特征

受構(gòu)造、地溫場等因素的控制,工區(qū)的熱儲形態(tài)基本上可劃分為層狀熱儲和帶狀熱儲兩種形式：

⑴層狀熱儲分布區(qū)屬洋河井田范圍的地?zé)岙惓^(qū)，地下800m以內(nèi)地溫梯度高達(dá)3.16℃/100m,恒溫帶深度為16m,溫度為8.5℃,屬一級高溫區(qū)。

⑵新城子向斜,大橋、望花傾伏背斜為盆地內(nèi)的斷塊凸起,有利于地下熱水的生成和賦存，地下熱水點(diǎn)均屬望花背斜構(gòu)造控制形成的。

3.2 實(shí)測大地電磁測量成果

3.2.1 測點(diǎn)布設(shè)

本工區(qū)共布設(shè)4條MT剖面,點(diǎn)距500m,個(gè)別重點(diǎn)區(qū)域加密到200m，勘探深度3km,。測線為“井”字形布設(shè)，方向?yàn)槟媳毕騼蓷l，東西向兩條，測線長度不等。同時(shí)在已知井位布設(shè)測深點(diǎn)1個(gè)，完成井旁測深反演。

表1 工區(qū)巖石物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.2.2 資料解譯

（1）電性特征分析

全區(qū)主要曲線類型可分為A型和單層曲線。

⑴A型曲線：這類曲線特征是前支視電阻率較低，尾支受下部具一定厚度的高阻層影響，視電阻率隨頻率的降低而平穩(wěn)上升。表現(xiàn)的隨著深度的加大，電阻率值逐漸升高，深部高阻表現(xiàn)為基底的電性特征。

⑵單層曲線：這種曲線的形態(tài)比較簡單，由于地下沉積層巖性比較單一，電阻率變化不大。雖然頻率從高到低逐漸變化，但測深曲線沒有大的起伏，近乎一條直線。它主要出現(xiàn)在相對較短的兩條剖面上，表現(xiàn)為的低阻覆蓋層厚較度的特征。

（2）解譯原則

綜合電測深曲線、電阻率斷面圖以及往地質(zhì)資料，主要考慮電阻率斷面圖中背景值、低阻異常的形態(tài)、低阻異常值及其梯度值等因素，并結(jié)合以往沈北地區(qū)地球地球物理特征及本次井旁測深反演結(jié)果，對地層巖性、斷層及破碎帶情況進(jìn)行。

工作區(qū)地球物理特征主要表現(xiàn)如下∶

⑴第四系覆蓋層表現(xiàn)為中低阻特征,阻值在30～200Ωm；

⑵第三系中泥巖、砂巖及頁巖電阻率值表現(xiàn)為低阻，凝灰?guī)r和玄武巖為中阻反映，阻值范圍在20～2000Ωm之間；

⑶薊縣系的白云質(zhì)大理巖為高阻反映，阻值范圍在1500～3800Ωm之間；

⑷巖石破碎或裂隙使電阻率有所下降，在裂隙和巖溶富水發(fā)育的情況下會表現(xiàn)出低阻特性，因而高阻基底背景中的低阻異常是富水的表現(xiàn)。

3.2.3 反演結(jié)果認(rèn)識

1號剖面和2號剖面測線長度均為5.9km，兩條測線相互平行，測線垂向距離200m左右。大地電磁測深反演電阻率綜合斷面圖可以看出，兩剖面電性分層比較明顯，基本形態(tài)一致。整體電阻率值呈淺部低，深部高的趨勢，電阻率值范圍在幾十歐姆米到幾千歐姆米之間。0～100m之間電阻率值表現(xiàn)在中低阻特征，且電阻率分布不均勻，等值線橫向連續(xù)性較好，推斷該層位異常主要為新生界第四系覆蓋層反映，由于地層中亞粘土、礫巖及砂礫石的不均勻分布，局部地段電阻率值有所增高。100～2200m之間電阻率表現(xiàn)為中等電阻率反映，等值線整體橫向連續(xù)性較好，結(jié)合已有資料可知，該層位異常為新生界第三系反映，局部地段阻值相對較高，與第三系地層中安山凝灰?guī)r或玄武巖的分布特征有關(guān)；在1號測線1-1號、1-13號測點(diǎn)和2號測線2-1號、2-11測點(diǎn)位置等值線呈明顯的陡立狀，推斷為斷層反映，斷層產(chǎn)狀較陡，F(xiàn)1走向近南北，F(xiàn)2走向北東東，斷層的上斷點(diǎn)埋深較大，約700m左右，為隱伏斷層。2200m以下電阻率值相對較高，且層狀連續(xù)性較好，推斷深部高阻異常應(yīng)為中元古界薊縣系白云質(zhì)大理巖反映。通過斷面圖等值線形態(tài)可以看出，第三系地層覆蓋厚度呈凹陷狀，測線兩端層厚度達(dá)到1300m左右，中段層厚度相對較大，可達(dá)到2200m左右，說明1號和2號測線穿過道義凹陷（或凹中凹）北東邊部，F(xiàn)2號斷裂為控凹斷裂。

圖11 號剖面大地電磁測深反演綜合斷面圖

圖22 號剖面大地電磁測深反演綜合斷面圖

圖33 號（左）、4號剖面大地電磁測深反演綜合斷面圖

3號測線和4號測線長度均為2.8km，整體走向近南北，測線間垂距200m左右。從大地電磁測深反演電阻率綜合斷面圖可以看出，兩剖面等值線形態(tài)基本一致，呈淺部電阻率低，深部電阻率高的簡單形態(tài)；低阻層從南往北厚度逐漸加大。0～100m埋深電阻率為中低阻放映，高低阻分布不均勻，應(yīng)為第四系覆蓋層反映。100～2100m左右埋深電阻率值在幾百歐姆米左右，等值線平緩，橫向連續(xù)性較好，推斷該層位為第三系下伏砂泥巖及頁巖等的巖性特征。深部高阻異常形態(tài)規(guī)則，呈完整塊狀體推斷為深部基底薊縣系白云質(zhì)灰?guī)r反映。在3號剖面和4號剖面的3-4和4-4號測線位置等值線梯度變化較大，呈陡立狀，推斷為斷層F3反映，斷層產(chǎn)狀較陡，走向近東西，為盆地內(nèi)次級發(fā)育斷裂。

4 結(jié)語

⑴工區(qū)中部新生代覆蓋厚度較大，在3、4號測線中部覆蓋層厚度基本可達(dá)到2200m左右，兩側(cè)覆蓋層相對較薄，厚度也可達(dá)到1300m左右。

⑵F1、F2為道義盆地內(nèi)次級斷裂發(fā)育，F(xiàn)2條斷層穿過道義盆地邊緣整體走向NEE，為控凹斷裂。

⑶3號剖面的3-5號測點(diǎn)位置斷裂帶異常明顯，該斷裂從深部向上延伸到第三系是一條新生代活動斷裂，有利于溝通深部熱源。建議開孔深度不小于2 500m，預(yù)期孔深2100m左右的位置穿透第三系覆蓋層進(jìn)入地?zé)岽鎯δ繕?biāo)層薊縣系白云質(zhì)灰?guī)r地層。

[1]趙國澤,陳小斌，等.中國地球電磁法新進(jìn)展和發(fā)展趨勢[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2007,22(4):1171-1180.

[2]劉瑞德.地?zé)崽镫姶欧辈榕c應(yīng)用技術(shù)研究[D].北京:中國地質(zhì)大學(xué)(北京),2008.

[3]張立恩,陳少峰,姜繼蓮，等.MT法在地?zé)峥碧街械膽?yīng)用[J].石油地球物理勘探,2004,39(增刊):66-70.

[4]陳樂壽.大地電磁測深資料處理與解釋[M].北京:石油工業(yè)出版社,1989.

[5]樸化榮.電磁測深法原理[M].北京:地質(zhì)出版社,1990.