地球物理勘探在地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用分析

喻佑順

摘 要：由于我國地域廣闊，各類資源和能源儲量相對豐富，其中地?zé)豳Y源約占全球熱能總量的7.9%，但是目前我國的開采量僅為地?zé)豳Y源的5.82%。在社會經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和城市化進(jìn)程不斷加快的背景下，人們對地?zé)豳Y源的需求量越來越多，因此地?zé)峥碧介_采工作尤為重要。本文針對物理勘查的概念以及方法，結(jié)合實(shí)際地?zé)豳Y源勘查案例，分析其應(yīng)用和效果，為其他地區(qū)的地?zé)峥辈樘峁﹨⒖己徒梃b。

關(guān)鍵詞：物理勘探;地?zé)峥辈?應(yīng)用分析

中圖分類號：P314 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）23-0132-03

0 引言

地?zé)豳Y源是一種非常寶貴的自然資源，在為人們提供熱能的同時也提供了豐富的水資源和礦物資源。其本身具有用途廣泛、功能多樣而且使用年限較長、綠色環(huán)保等突出特點(diǎn)，是我國當(dāng)前大力扶持和鼓勵使用的新型能源之一。在供暖、洗浴、醫(yī)療、飲用礦泉水生產(chǎn)等領(lǐng)域能夠發(fā)揮巨大的作用，所以地?zé)豳Y源的勘探開采成為了社會資源利用戰(zhàn)略最主要的組成部分。

1 物理勘探概述

地?zé)豳Y源是地球上一種可以通過人為控制進(jìn)行開采活動并利用的可再生自然資源，因其在社會發(fā)展的多個領(lǐng)域中能夠發(fā)揮較大的作用而被人們所重視，地?zé)崮芩哂械慕?jīng)濟(jì)價值和社會效益逐漸被人們所認(rèn)可。而且在綠色環(huán)保的發(fā)展戰(zhàn)略要求下，地?zé)崮艿氖褂贸蔀榱四茉撮_發(fā)的主要方向，我國的地?zé)崮軆α渴重S富，但開采量較少，所以應(yīng)用合理的勘探方法對地?zé)崮苓M(jìn)行勘察是十分必要的。

2 物理勘探的方法

對地?zé)崮苓M(jìn)行勘察有很多的物理勘探方法，其具有效率高、成本低、適用范圍廣泛、深度大等優(yōu)勢，而且隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了很多種先進(jìn)的儀器設(shè)備和處理技術(shù)，能夠?qū)⑽锢砜碧椒椒ǖ淖饔冒l(fā)揮到最大程度。但是不同的物理勘探方法也具有不同的特點(diǎn)和適用條件，以下是現(xiàn)階段我國對地?zé)崮芸辈榈闹饕椒ǎ?/p>

（1）重力勘探。因為在自然環(huán)境中地下巖石和各種礦物的密度分布呈現(xiàn)不均勻的現(xiàn)狀，因此就會引起一定程度的重力變化，或者是也可能是因為地質(zhì)體育周圍的巖石密度存在較大的差異而出現(xiàn)重力變化，這種現(xiàn)象就是重力差異。根據(jù)這種原理和其他相關(guān)資料能夠有效的勘查處該區(qū)域的地下儲熱區(qū)的起伏狀況和斷裂構(gòu)造的分許，從而判斷出該地區(qū)地?zé)崃黧w的位置。通過野外觀測獲取重力數(shù)據(jù)，繪制成為重力異常圖，可參照圖像尋找到地?zé)豳Y源。

（2）磁法勘探。由于地?zé)豳Y源中含有一定量的礦物，所以利用其磁化強(qiáng)度能夠勘查出地?zé)崃黧w的狀況，比如空間分布、流動規(guī)律等信息。比較典型的就是在沉積巖地區(qū)，能夠觀察到該地區(qū)的地磁場異常，而引起異常的主要原因就是巖漿巖的流動。借助航空磁測或者是地面高精度磁測能夠準(zhǔn)確測量出地?zé)崮芪恢谩?/p>

（3）電法勘探。其實(shí)地球物理勘查方法中應(yīng)用最廣泛、最普及的方式，是通過導(dǎo)熱構(gòu)造以及熱能儲備分布和熱儲蓋層組合的特征進(jìn)行分析判斷，從而勘探出地?zé)豳Y源形態(tài)。比較常用的有電測探法，即是對探查地區(qū)的地層進(jìn)行縱向的劃分，目的是為了確定熱儲層和蓋層結(jié)構(gòu)。然后根據(jù)導(dǎo)電電阻在巖石斷裂破碎帶兩側(cè)的數(shù)值高低變化繪制電測深曲圖，如果存在比較顯著的低阻異常則說明該地區(qū)存在儲熱構(gòu)造;其二是激發(fā)極化法，利用激發(fā)極化的效應(yīng)直接向地下供直流電，保持電流不變的情況下，測量地面上兩個電極之間的電位差，期間電位差會隨著時間的變化而發(fā)生變化，在趨向穩(wěn)定飽和值時進(jìn)行斷電，所得到的數(shù)據(jù)為一次場電位差。斷電之后的數(shù)據(jù)為二次場電位差。通過這兩項數(shù)據(jù)的變化能夠判斷出水熱蝕變帶，進(jìn)而確定水熱礦化現(xiàn)象;其三是可控源音頻大地電磁測探法，其主要是利用有限長接地電偶級子作為場源，隨后在距離偶極中心一定距離的地方對電和磁的參數(shù)變化進(jìn)行觀察，通過對電場水平的分量和磁場水平分量的觀測，在利用電場振幅來計算阻抗電阻率、利用電場相位計算阻抗相位，最后綜合兩種計算反向演算電阻率的參數(shù)，進(jìn)而能夠?qū)Φ刭|(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷。這種方法的探測深度較大，而且縱向和橫向的分辨率較高，同時人工場源要比自然場源穩(wěn)定，所以具有相對較好的勘查效果。

（4）地震勘查。除了重力、電、磁以外，地震勘探也具有精度高和探測深度大的優(yōu)點(diǎn)，因其是利用人工激發(fā)而產(chǎn)生的地震波在擁有不同彈性的地層之內(nèi)進(jìn)行傳播，從而獲得傳播的規(guī)律以此來對地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行推測。原理是地震波在地下受到巖石的彈性參數(shù)的影響而產(chǎn)生反射、折射以及透射的現(xiàn)象，借助先進(jìn)儀器對地震波進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，可以推斷出該地區(qū)是否存在儲熱區(qū)。

（5）遙感測控勘探技術(shù)。即是指利用現(xiàn)代化科技體系中的衛(wèi)星或者是航空拍照等提供的影像、圖片資料，按照不同的比例尺和時間對勘探區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測，從而能夠分析出該地區(qū)的地質(zhì)條件，比如地形、地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、河流分布等，可以對是否存在地?zé)豳Y源或其他礦藏進(jìn)行有效的判斷。

3 地?zé)峥辈橹形锾椒椒ǖ慕M合應(yīng)用

3.1 地球物理勘探方法的組合應(yīng)用

在地球物理勘查過程中對參數(shù)的勘探，所利用的方法就是一種典型的組合型勘探技術(shù)。由于地球物理勘探技術(shù)的內(nèi)涵就是應(yīng)用不同的參數(shù)測量方法來實(shí)現(xiàn)對調(diào)查區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)信息收集，其主要包括平面測量和垂直測量兩大方面。因此為了保障在勘探中對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的總結(jié)和分析，應(yīng)該采用多種物探方法相結(jié)合的方式。特別是在地質(zhì)勘查工作中首先要合理的選擇測量技術(shù)，然后根據(jù)實(shí)際情況中的研究區(qū)域與其他地層地質(zhì)特點(diǎn)的差異性進(jìn)行組合。能夠達(dá)到以下幾個目的：（1）能夠確定地?zé)岙惓７秶蜔崃績Υ鎱^(qū)的分布特點(diǎn);（2）能夠基本確認(rèn)勘查地區(qū)基底的起伏和存在隱伏斷裂的空間位置;（3）可以更有效的確定勘查區(qū)域的地層結(jié)構(gòu)和地?zé)醿Υ鎱^(qū)的埋藏深度等。所以物探方法的組合應(yīng)用可以完成地?zé)豳Y源儲存區(qū)域的相關(guān)工作任務(wù)。

3.2 不同現(xiàn)實(shí)情況對物探方法的選擇

在城市地?zé)豳Y源的勘查工作中主要采用的是可控源音頻大地電磁法和地震法組合。因為可控源音頻大地電磁法具有勘測范圍廣泛、效率高和成本低的優(yōu)勢，但是其勘測的深度相對較淺，具有一定的深層屏蔽性。而地震法的優(yōu)勢是勘測準(zhǔn)確度高、深度大。不過具有成本費(fèi)用高、效率較低，尤其是在后期處理工作中特別緩慢，由此兩種方法恰好形成優(yōu)勢互補(bǔ)，通過二者的結(jié)合能夠比較有效的提高信號抗干擾能力，又能夠提高勘測的深度，具有良好的勘查效果。

而在北方平原地區(qū)一般是采用遙感測控技術(shù)和高密度電法的組合進(jìn)行勘查活動。因為北方基本為平原地貌，面積相對廣闊，而且地勢平坦，非常適合遙感測控技術(shù)工作的開展，能夠快速的圈定地?zé)岙惓５姆秶?，但是精度無法完全得到保障，此時應(yīng)用高密度電法勘探技術(shù)能夠彌補(bǔ)遙感測控技術(shù)的缺陷，實(shí)現(xiàn)縮小勘探區(qū)域，形成準(zhǔn)確度高、成本費(fèi)用低的地球物理勘探方法組合。

另一方面如果是針對裂縫型地?zé)豳Y源進(jìn)行勘查就需要組合遙感測控技術(shù)和大地電磁或者是可控源音頻大地電磁技術(shù)，因為裂縫型地?zé)豳Y源主要是通過地下深大裂縫和地下深處熱源相連通而能夠產(chǎn)生地?zé)岙惓＃虼耸褂眠@兩種組合方式能夠有效的勘測處地?zé)醿Υ鎱^(qū)的位置和范圍。相對于通過熱傳遞產(chǎn)生地?zé)岙惓５某袎盒偷責(zé)豳Y源來說，使用地震法和重力勘探法則會更加有效。

4 物理勘查方法的實(shí)際應(yīng)用

4.1 地質(zhì)概況

以我國甘肅省蘭州市轄區(qū)內(nèi)某地區(qū)的地?zé)峥辈闉槔?，對地球物理勘探方法的?yīng)用展開分析。該區(qū)域位于祁連山造山帶的祁連地塊，地層露出巖石主要有侵入巖、奧陶系、侏羅系以及前長城系、新近系為第四系。在早古生代的地殼運(yùn)動比較強(qiáng)烈，新生代晚期的喜馬拉雅運(yùn)動促使老地層褶皺成山，形成了該地區(qū)的基本構(gòu)造骨架，其地質(zhì)構(gòu)呈緊閉褶皺狀況。另一方面該地區(qū)的基底是由盆地蓋層自下而上的侏羅系地層和新近系碎屑巖沉積以及元古宇變質(zhì)巖組成的，其在巖性下部具有砂礫巖、砂巖等，上部有砂質(zhì)泥巖和細(xì)砂巖厚度在500-600m。此外其地下水的主要有三種;類型，包括基巖裂隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水和松散巖類孔隙水等其主要是通過大氣降水和溝谷河流潛水等進(jìn)行補(bǔ)給。

4.2 勘探工作布置

本次勘查活動主要是通過可控源音頻大地電磁測探法，首先是通過對淺地層的構(gòu)造和巖性以及寬度、深度以及地下水情況進(jìn)行勘查，然后應(yīng)用大地電磁測深測量技術(shù)探測深部地?zé)岙惓５姆秶臀恢茫康氖菫榱瞬槊髟摰貐^(qū)基底的起伏狀況和斷裂帶的分布情況。這種方法從縱向和橫向分辨率上都有所提高，能夠比較準(zhǔn)確的反饋出淺部構(gòu)造和深部構(gòu)造的真實(shí)情況。該地區(qū)從西南到東北共設(shè)置五個大地電磁測量物理點(diǎn)，標(biāo)記為L1，同時平行于L1測量線的L2同樣設(shè)置五個大地電測量物理點(diǎn)，在其東北方向在進(jìn)行五個大地電磁測量物理點(diǎn)的布置，形成三道橫向主測線，同時連接這三條主測線形成覆蓋該地區(qū)的測量網(wǎng)絡(luò)。

4.3 資料解譯

根據(jù)該地區(qū)的中新生界沉積蓋層與古老變質(zhì)基底之間存在的電性界面，來對基底埋深進(jìn)行反演解釋?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場電阻率等值線的橫向梯度變化和垂直位移的特點(diǎn)，對斷裂層的構(gòu)造和斷裂傾向進(jìn)行推測。解譯的結(jié)果說明F1斷層面傾向西南方向，造成了山前盆地的總體沉積格局。而F2和F3斷層面是相對方向的傾向，使其間產(chǎn)生了一條地塹，造成新近系沉積，并且使地塹內(nèi)的構(gòu)造埋深程度是從西北向東南方向逐漸遞減。而F4斷層只是在L1測量線的剖面上有體現(xiàn)，主要控制著第四系的沉積，因此可以推斷出該地區(qū)呈現(xiàn)導(dǎo)水?dāng)嗔?。其次可控源音頻大地電磁測深能夠證明在西南端的埋深最最淺，而在中段位置就會受到兩條斷層面的影響形成小范圍的地塹。在該地區(qū)的東北端基底埋深程度有所減小，與靠近城區(qū)新近系厚度就越淺。此外因為三條剖面上的電測測量點(diǎn)在縱向進(jìn)行了連接，所以出現(xiàn)了第四條縱剖面，從而可以推測出有隱伏F5和F6的存在，其中一個為導(dǎo)熱斷裂，另一個為導(dǎo)水?dāng)嗔选?/p>

4.4 地球物理勘查結(jié)果

根據(jù)可控源音頻大地電磁測探法可以說明該地區(qū)的地下構(gòu)造大概呈現(xiàn)一致，其中共勘查了六條斷裂，經(jīng)分析推斷F1斷裂為山前逆沖斷裂、F2和F3為相向而傾的正斷層、F4為層間次級小斷裂、F5是隱伏控?zé)釘嗔?、F6是隱伏導(dǎo)水?dāng)嗔眩瑥亩@六條斷裂面形成了一個比較完整的地?zé)崮苜Y源地質(zhì)構(gòu)造。又因為該地區(qū)的地勢起伏較大，而且F2和F3之間出現(xiàn)了地塹構(gòu)造，F(xiàn)5和F6又分別是地塹構(gòu)造中的導(dǎo)熱斷裂和導(dǎo)水?dāng)嗔?，且流體流向與地下水方向一致，說明地下存在地?zé)醿^(qū)。而其范圍是東到F3斷裂、西到F2斷裂、北到勘查區(qū)邊界、南到勘查區(qū)的南邊界。參照比例尺可以計算該地?zé)崽锏拈L為8000m，平均寬度為1250m，總面積約為1.61km2。

5 地球物理勘探在地?zé)峥辈橹写嬖诘膯栴}

地球物理勘探方法在地?zé)峥辈橹袝龅揭恍┳璧K，如相關(guān)業(yè)主和勘探設(shè)計部門以及當(dāng)?shù)卣畬ξ锾郊夹g(shù)的認(rèn)識和了解程度不夠，就會導(dǎo)致對地?zé)峥辈楣ぷ鞑恢匾?，由此會限制該地區(qū)的地?zé)豳Y源開發(fā)和使用;其次是因為地球物理問題具有多種解釋的特點(diǎn)，所以勘探地區(qū)的物質(zhì)形態(tài)和分布以及性質(zhì)可能會存在比較大的差異性，對地球物理勘探技術(shù)和方法都會產(chǎn)生或多或少的影響。也就導(dǎo)致了當(dāng)前通過地球物理勘探方法所獲得的相關(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)存在局限性;其三是在我國在改革開放以后，社會經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，對自然資源的消耗量巨大，同時地?zé)豳Y源的開發(fā)和開采力度不足，盡管在現(xiàn)階段我國的地?zé)豳Y源勘查工作已經(jīng)朝向更深層次發(fā)展，但不可否認(rèn)的是現(xiàn)有的地球物理勘探技術(shù)和方法已經(jīng)不能夠適應(yīng)市場需求。并且受到地?zé)豳Y源儲存區(qū)域的地形和地質(zhì)條件的影響，勘探和開發(fā)難度越來越大，而且在勘測現(xiàn)場所建立的磁場強(qiáng)度也不能滿足向深部開采的要求，不利于地球物理勘探技術(shù)的發(fā)展和對地?zé)豳Y源開發(fā)的研究。

6 地球物理勘探在地?zé)峥辈楣ぷ髦械慕ㄗh

由于當(dāng)前地球物理勘探技術(shù)和方法在實(shí)際的地?zé)豳Y源勘查活動中存在一定的問題和阻礙，所以相關(guān)工作人員和部門要針對這些制約因素進(jìn)行科學(xué)有效的分析，從中綜合出一系列的應(yīng)對措施，以提高地球物理勘探方法的應(yīng)用效率和水平，其具體建議和應(yīng)對措施如下：

（1）在應(yīng)用地球物理勘探方法開展地?zé)峥辈楣ぷ鲿r，要在解釋推斷的過程中充分的考慮勘查區(qū)域的地質(zhì)情況、地形形態(tài)、水文分布等信息，要將涉及到地?zé)豳Y源勘探的所有資料進(jìn)行綜合整理，以此作為選擇地球物理勘探方法的依據(jù)。（2）在實(shí)際的勘查工作中要能夠因地制宜，在了解勘查區(qū)域的基本情況后確定所要應(yīng)用的地球物理勘探方法和技術(shù)，在秉持經(jīng)濟(jì)、高效、簡便、科學(xué)的原則上實(shí)現(xiàn)勘探的成本最低、人工投入最低，減少不必要的資源和能源浪費(fèi)，促進(jìn)地球物理勘探方法的可持續(xù)發(fā)展。（3）由于地?zé)豳Y源的勘查工作具有一定的復(fù)雜性，所以為保障全面了解勘探區(qū)域、更好的勘探地?zé)豳Y源儲藏區(qū)，應(yīng)該要注重地球物理勘探方法的組合，加強(qiáng)不同物探技術(shù)的驗證和補(bǔ)充，能夠最大限度的實(shí)現(xiàn)地?zé)峥辈榻Y(jié)果的準(zhǔn)確度。（4）要想提高地球物理勘探技術(shù)和方法的應(yīng)用效率，最基本的要求就是要制定合理的勘探計劃和方案，在統(tǒng)籌規(guī)劃的基礎(chǔ)上合理對各種資源進(jìn)行優(yōu)化配置、嚴(yán)格規(guī)范勘查工作流程、建立健全完善的監(jiān)督保障體制，形成一套系統(tǒng)性、完整性的地球物理勘探體系，促進(jìn)物探方法和技術(shù)的有序?qū)嵤行У奶岣叩責(zé)峥辈楣ぷ鞯男屎唾|(zhì)量，降低工作風(fēng)險。

7 結(jié)語

綜上所述，因為地球物理勘探活動能夠?qū)⒄{(diào)查區(qū)域的地質(zhì)情況和地?zé)醿^(qū)的信息進(jìn)行直接的反饋，所以可以應(yīng)用在地?zé)峥辈橹小６疫€要根據(jù)調(diào)查區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況和地勢起伏等條件合理的選擇勘探方法，以保障勘查結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時在應(yīng)用地球物理勘探方法時要科學(xué)合理的布置相關(guān)工作，對資料解譯進(jìn)行仔細(xì)分析，最終才能實(shí)現(xiàn)為地?zé)豳Y源開采提供依據(jù)的目的。

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