物探技術(shù)在地?zé)峋碧街械膶?shí)踐探析

朱超杰，鄭建烽

（1.河南省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，河南 鄭州450009；2.河南省地質(zhì)物探工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州450009）

1 工程概況

設(shè)計(jì)勘探區(qū)位于吉林省白山市撫松縣松江河鎮(zhèn)的西北方位，區(qū)域面積0.15km2。區(qū)內(nèi)晚古生代、中生代，新生代地層均有不同程度出露，主要出露新生界侏羅紀(jì)地層，勘探區(qū)所屬區(qū)域內(nèi)由新到老的主要地層特征如表1 所示：

2 勘探方法確定

通過(guò)對(duì)勘探區(qū)域的地球物理特征進(jìn)行分析，確定出該區(qū)域新生界玄武巖、侏羅系凝灰?guī)r與巖漿巖的地層表現(xiàn)分別為低阻、中阻和高阻。在地層裂隙帶充水、斷層破碎帶含水區(qū)域范圍內(nèi)，由于水體的導(dǎo)電性能，致使該區(qū)域的水體與圍巖出現(xiàn)了較為明顯的電性差異（含水地帶在電性上主要表現(xiàn)為低阻異常，一般稱之為低阻異常區(qū)），這是利用用電磁法進(jìn)行水文地質(zhì)探測(cè)的基本前提，基于這一特點(diǎn)，本文擬通過(guò)音頻大地電磁法（CSAMT）結(jié)合直流電測(cè)深法對(duì)設(shè)計(jì)勘探區(qū)域進(jìn)行探測(cè)與分析。

2.1 直流電測(cè)深

直流電測(cè)深法簡(jiǎn)稱電測(cè)深，又名電阻率垂向測(cè)深，是一種常規(guī)的直流電法。電測(cè)深以巖礦石的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，用以分析電性不同的巖層沿垂向分布情況，通過(guò)在同一點(diǎn)上逐次擴(kuò)大電極距，使探測(cè)深度逐漸加大，從而得到觀測(cè)點(diǎn)處電阻率沿垂直方向由淺到深的變化情況[1]。工程實(shí)踐活動(dòng)中，主要用于探測(cè)水平或傾角不超過(guò)200產(chǎn)狀的不同電性層的分布，諸如地層斷裂帶，含水破碎帶等。

表1 地層特征表

2.2 可控源音頻大地電磁法

可控源音頻大地電磁法簡(jiǎn)稱CSAMT 法，具有如下特點(diǎn)：

1）工作效率高。CSAMT 測(cè)量裝置利用一個(gè)偶極發(fā)射，可以完成在4 個(gè)大扇形區(qū)域內(nèi)的觀測(cè)、測(cè)量作業(yè)；

2）勘探深度范圍大。通過(guò)工程實(shí)踐數(shù)據(jù)顯示，CSAMT 法的最小勘探深度在20m 左右，最大勘探深度高達(dá)3km 左右；

3）地形影響小。CSAMT 法對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)作歸一化處理，易于校正，大大地降低了地形對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響性；

4）高阻層的屏蔽作用小。由于CSAMT 法使用的是交變電磁場(chǎng)，因而它可以穿過(guò)高阻層甚至是高阻薄層[3]，較之直流電測(cè)深，CSAMT 法能更好地反映高阻層下的地質(zhì)體的情況。

3 工程實(shí)踐

3.1 測(cè)線布置

在試驗(yàn)勘探區(qū)域分別進(jìn)行CASMT 測(cè)線、瞬變電磁電法測(cè)線以及地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線的布置，各勘探方法的測(cè)網(wǎng)布置參數(shù)如下：

CASMT 測(cè)線：在試驗(yàn)勘探區(qū)共布置10 條測(cè)線，編號(hào)為CSAMT1～CSAMT10，沿地震測(cè)線的水平、垂直方向分別布置一條測(cè)線，測(cè)線長(zhǎng)度分別為2400m、1400m，測(cè)線編號(hào)為CSAMT8、CSAMT10，在CSAMT8測(cè)線北邊布置1 條長(zhǎng)度為900m 平行測(cè)線，測(cè)線編號(hào)為CSAMT9，沿CSAMT8 測(cè)線南邊布置7 條長(zhǎng)度為900m 的平行測(cè)線，測(cè)線編號(hào)為CSAMT1 ～CSAMT7，各測(cè)線的間距與點(diǎn)距均為50m，共計(jì)布置CASMT 測(cè)點(diǎn)230 個(gè)。

CSAMT 測(cè)量野外裝置布設(shè)示意圖如圖1 所示。

圖1 CSAMT 測(cè)量野外裝置示意圖

瞬變電磁電法測(cè)線：在試驗(yàn)勘探區(qū)共布置9 條瞬變電磁電法測(cè)線，分別與編號(hào)為CSAMT1 ～CSAMT9 測(cè)線重合，各測(cè)線長(zhǎng)度均為900m，線距與點(diǎn)距分別為50m、25m，共計(jì)布置測(cè)點(diǎn)333 個(gè)。

地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線：在試驗(yàn)勘探區(qū)共布置9 條地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線，各測(cè)線與瞬變電磁電法測(cè)線的布置完全相同，各測(cè)線的長(zhǎng)度、線距分別為900m 和50m，共計(jì)布置測(cè)線長(zhǎng)度為8100m。

3.2 施工參數(shù)

通過(guò)在試驗(yàn)勘探區(qū)進(jìn)行可控源音頻大地電磁法的初步試驗(yàn)，確定出較為合適的施工參數(shù)如下：

頻段：7680～1Hz

電極距：20m

發(fā)射電流：16A

收發(fā)距：12km

通過(guò)加密頻點(diǎn)對(duì)勘探區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，共計(jì)測(cè)量加密的頻點(diǎn)40 個(gè)，各加密頻點(diǎn)的頻率分別為：7680，6400，5120，3840，3072，2560，1920，1536，128 0，1024，853.3333，640，512，426.67，341.33，256，21 3.33，170.67，128，106.67，85.33，64，53.33，42.67，3 2，26.67，21.33，16，13.33，10.67，8，6.67，5.33，4，3.3 3，2.67，2，1.67，1.33，1

3.3 放樣成果

本次勘探的勘探工程量見(jiàn)表2。

表2 勘探工程量

本次勘探共對(duì)201 個(gè)CSAMT 測(cè)點(diǎn)、5 個(gè)直流電測(cè)探點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量放樣，對(duì)兩種探測(cè)方式進(jìn)行測(cè)點(diǎn)評(píng)級(jí)，得到的測(cè)點(diǎn)評(píng)定等級(jí)見(jiàn)表3。

表3 測(cè)點(diǎn)評(píng)定等級(jí)表

4 數(shù)據(jù)整理與分析

4.1 數(shù)據(jù)處理

4.1.1 資料預(yù)處理

由于勘探環(huán)境的復(fù)雜性與觀測(cè)的誤差性，個(gè)別頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)非正常的跳躍，特別是處在高壓線區(qū)域范圍內(nèi)的測(cè)點(diǎn)，由于磁場(chǎng)的影響，在頻率為50Hz 的區(qū)域附近，出現(xiàn)了較為頻繁的數(shù)據(jù)波動(dòng)，在繪制原始視電阻率曲線時(shí)，為保證數(shù)據(jù)的可靠性，需根據(jù)相鄰測(cè)點(diǎn)大地電磁測(cè)深曲線的特征對(duì)曲線作圓滑處理，舍掉畸變的頻點(diǎn)，保留高質(zhì)量的頻點(diǎn)數(shù)據(jù)[4]。

4.1.2 反演成圖

為保證反演擬合粗糙度的最小化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精確化處理，本次勘探作業(yè)選用MtSoft2D 反演軟件對(duì)區(qū)域獲取的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，反演最終經(jīng)計(jì)算作出Bostick 反演、Occam 反演、非線性共軛梯度等視電阻率反演斷面圖[5]。模型的初始模型為平滑模型，該模型能夠較好地?cái)M合觀測(cè)數(shù)據(jù)，合理地反映地質(zhì)體及構(gòu)造的地電特征。

4.2 數(shù)據(jù)分析

對(duì)獲取的勘探數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理，繪制出的局部測(cè)線CSAMT 視電阻率斷面如圖2 所示。

圖2 CSAMT 視電阻率斷面圖

圖2 所示的CSAMT 視電阻率斷面圖中，橫、縱坐標(biāo)分別代表測(cè)點(diǎn)號(hào)與標(biāo)高，單位為千米，圖中通過(guò)紅色～黃色～青色～藍(lán)色的過(guò)渡代表視電阻率值由高到低的變化過(guò)程。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造情況，把視電阻率值在0～300Ω·m 之間、淺部標(biāo)高在+100m 以上的區(qū)域解釋為對(duì)新生界玄武巖的反映；把視電阻率值在300～1000Ω·m 之間、中部標(biāo)高在+100～-900m 之間的區(qū)域解釋為對(duì)侏羅系凝灰?guī)r的反映。把視電阻率值大于1000Ω·m、深部標(biāo)高在-900m 以下的區(qū)域解釋為對(duì)花崗巖的反映。

圖2（a）為1200 測(cè)線視電阻率斷面圖，該測(cè)線布置在測(cè)區(qū)主樓北10m 左右，近東西向布置。從視電阻率斷面圖看，1200 測(cè)線的橫向電阻率值相對(duì)連續(xù)，縱向電阻率值呈現(xiàn)由低到高的變化趨勢(shì)。

圖2（b）為1160 測(cè)線視電阻率斷面圖，該測(cè)線布置在測(cè)區(qū)主樓南側(cè)。從視電阻率斷面圖看，1200測(cè)線的橫向電阻率值相對(duì)連續(xù)，縱向電阻率的表示顏色由淺至深，電阻率值呈現(xiàn)由低到高的變化趨勢(shì)，在該測(cè)線大點(diǎn)號(hào)位置附近斷面圖的等值線上出現(xiàn)了扭曲凹陷的低阻異常，可解釋為對(duì)相對(duì)富水的反映。

根據(jù)CSAMT 的視電阻率斷面圖，抽取標(biāo)高為-600m、-1000m、-1200m 電阻率值，繪制出各標(biāo)高視電阻率等深切片圖如圖3 所示。

圖3 視電阻率等深切片圖

圖3 在所示的視電阻率等深切片圖中，橫、縱坐標(biāo)分別代表點(diǎn)號(hào)與線號(hào)，圖中通過(guò)藍(lán)色～黃色～紅色的過(guò)渡表示視電阻率值由低到高的變化過(guò)程，通過(guò)視電阻率等深切片圖中可以看出，-600m 標(biāo)高的低阻區(qū)域出現(xiàn)在1280 線小號(hào)點(diǎn)和1000 線大號(hào)點(diǎn)位置。在-1000 標(biāo)高、-1200m 標(biāo)高的平面圖中存在一條北西向的高阻條帶，低阻區(qū)域分布在高阻條帶兩側(cè)。

4.3 勘探成果

通過(guò)對(duì)本次勘探成果進(jìn)行分析，侏羅系上部凝灰?guī)r厚度近千米，伴有砂頁(yè)巖互層，相當(dāng)于地?zé)岢傻V地質(zhì)條件中的蓋層，侏羅系底部為厚層狀砂礫石層，相當(dāng)于地?zé)岢傻V地質(zhì)條件中的含水層，侏羅系下部與巖漿巖接觸，溫度較高，相當(dāng)于熱源，在該地層中，基本具備了蓋、儲(chǔ)、通、源四個(gè)條件，因此，帶區(qū)域可構(gòu)成層帶狀熱儲(chǔ)。

設(shè)計(jì)勘探區(qū)的地溫梯度按2.5℃/100m 計(jì)算，恒溫帶溫度一般為14℃，恒溫帶深度一般為30m，由此計(jì)算：1600m 深井的地?zé)釡囟却蠹s在54℃左右。在標(biāo)高為-1000 和-1200m 的視電阻率等深切片圖上，將高阻條帶解釋為一條北西向斷裂構(gòu)造，通過(guò)實(shí)踐打井，在構(gòu)造東邊打設(shè)的兩口地井出現(xiàn)了地?zé)幔跇?gòu)造西邊打設(shè)的兩口地井沒(méi)有出現(xiàn)地?zé)?。結(jié)合這個(gè)特點(diǎn)，建議地?zé)峋淮蛟O(shè)的位置為1280 線1100 點(diǎn)和1120 線大號(hào)點(diǎn)兩個(gè)位置。綜合各測(cè)線視電阻率斷面圖，解釋新生界厚度在600m 左右，侏羅系厚度在1000m 左右，底部為巖漿巖，預(yù)計(jì)井深1600m。

5 結(jié) 論

本次物探工程完成CSAMT 測(cè)線8 條，直流電測(cè)深測(cè)點(diǎn)5 個(gè)，通過(guò)對(duì)本次采集數(shù)據(jù)處理解釋，分析了勘探區(qū)內(nèi)地層的地電信息和地層結(jié)構(gòu)；優(yōu)選出兩個(gè)井位坐標(biāo)，并估算了目的層埋深。結(jié)論如下：

1）采用靈敏度高的小線框中心回線裝置進(jìn)行瞬變電磁探測(cè)，查明了100m 以內(nèi)的地電信息，能較靈敏的反映淺部不均勻地質(zhì)體的變化。

2）采用CSAMT 探測(cè)勘探區(qū)深部巖溶裂隙發(fā)育情況，反演電阻率斷面圖反映地層電性信息，反射系數(shù)斷面圖反映地層變化信息，分辨率較高。

3）通過(guò)音頻大地電磁法結(jié)合直流電測(cè)深法設(shè)計(jì)勘探區(qū)進(jìn)行探測(cè)，基本確定出了該區(qū)域地?zé)峋奈恢?、井深、出水溫度等相關(guān)參數(shù)，為后續(xù)地?zé)峋慕ㄔO(shè)提供了一定理論保證。