EH-4電磁測深法和高密度電法在地熱勘查中的聯(lián)合應(yīng)用

秦國強

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州450053）

EH-4電磁測深法和高密度電法是兩種比較常用的地球物理勘探手段，單一地球物理方法對具有含水層、小斷裂帶等的特殊地質(zhì)的勘探存在一定的局限性。因此，在實際應(yīng)用中，我們嘗試將兩種方法合理地組合，充分發(fā)揮各自地球物理方法的優(yōu)勢和特長，達到探明地熱資源的目的。

1 基本工作方法

1.1 EH-4電磁測深系統(tǒng)的工作原理

EH-4電磁測深系統(tǒng)屬于部分可控源與天然源相結(jié)合的一種大地電磁測深系統(tǒng)，該系統(tǒng)同時使用天然場源和人工場源進行頻域電磁觀測，主要通過電阻率的變化來分辨地下構(gòu)造情況。對于深部構(gòu)造通過天然背景場源成像（MT），其信息源為10-100kHz，淺部構(gòu)造則通過一個新型的便攜式低功率發(fā)射器發(fā)射1-100kHz人工電磁訊號，補償天然信號的不足，從而獲得高分辨率的成像（圖1）[1-2]。

圖1 EH-4電磁測深法工作流程圖

EH-4電磁測深系統(tǒng)既具有有源電探法的穩(wěn)定性，又具有無源電磁法的節(jié)能和輕便的特點，測量速度快，觀測時間短，可輕易實現(xiàn)密點連續(xù)測量，進行EMAP連續(xù)觀察，效率高于直流電法；能同時接收和分析X、Y 2個方向的電場和磁場，反演X-Y電導(dǎo)率張量剖面，對判斷構(gòu)造產(chǎn)狀特別有利；具有較高的分辨率，使探測某些小的地質(zhì)構(gòu)造和區(qū)分電阻率差異不大的地層成為可能[3]。

1.2 高密度電法的工作原理

高密度電法屬于電阻率法，基本工作原理與常規(guī)電阻率法大體相同，是以地下介質(zhì)的電性差異為基礎(chǔ)的一種電探方法。該方法根據(jù)在施加電場作用下地中傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律，對實測的視電阻率剖面進行計算、分析，推斷地下具有不同電阻率的地質(zhì)體的賦存情況，從而劃分地層，判定異常等?，F(xiàn)場測量時，只需將全部電極布置在一定間隔的測點上，由主機自動控制供電電極和接收電極的變化，完成測量（圖2）。

圖2 高密度電法工作流程圖

高密度電法一次設(shè)置較高密度的測試電極，減少了因電極設(shè)置引起的干擾和由此帶來的測量誤差；能有效地進行多種電極排列方式的測量，從而獲得較豐富的關(guān)于地電結(jié)構(gòu)狀態(tài)的地質(zhì)信息；是一種剖面法和電測深法的組合式的剖面裝置，一次勘探過程完成縱橫二維的勘探測量，能獲取地下豐富的地電參數(shù)，從不同電性角度對地下結(jié)構(gòu)進行刻畫。

2 應(yīng)用實例

2.1 工區(qū)地質(zhì)概況

工區(qū)地處豫北某鎮(zhèn)，屬于太行山東麓淺山丘陵余脈，位于剝蝕丘陵區(qū)，地表出露地層主要有奧陶系、石炭系、二疊系、第三系和第四系。巖性包括白云巖、石灰?guī)r、泥灰?guī)r、頁巖、礫巖、砂巖和亞粘土、亞砂土等。地形條件較復(fù)雜，沖溝發(fā)育，地面坡度相對較小。

工區(qū)位于華北沉降帶與太行山隆起帶的過渡帶，構(gòu)造強烈，斷裂發(fā)育，其主要斷裂有NNE向及NWW向斷裂，次級斷裂多受這兩組斷裂控制。

統(tǒng)計本區(qū)地質(zhì)、物探資料，區(qū)內(nèi)各地層之間存在一定的電性差異，為電法勘探奠定了地球物理前提。

2.2 野外工作布置

根據(jù)勘查任務(wù)并結(jié)合勘探區(qū)地表條件，東向西布設(shè)EH-4電磁測深法測線1條，方向283°，西向東布設(shè)高密度電法測線1條。測線布設(shè)盡可能使兩條勘探測線重疊，且使測線走向垂直于推測斷層的走向，這樣同一測線上采用兩種物探方法探測相互印證，既便于對資料進行綜合對比分析，又能提高資料的可用率和成果解釋的可信度，同時使視電阻率斷面圖能夠真實地反映斷層傾角。

2.2.1 EH-4電磁測深野外布置

實際野外測量中需要采取必要的技術(shù)措施來保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，這些技術(shù)措施包括以下幾項。

2.2.1.1 開展工作前進行平行試驗，確認儀器工作正常。

2.2.1.2 前置放大器（AFE）放在測量點上，與磁棒距離大于5m，與主機距離大于10m。電極、磁棒、前置放大器（AFE）和主機盡可能遠離人工設(shè)施（如圍墻）和噪聲源（如電力線），減少人文因素等的干擾。

2.2.1.3 使用羅盤儀定向，保證Y-Dipole電偶極子的方向與X-Dipole電偶極子的方向、2個磁棒的方向相互垂直。x和y方向的電極和磁棒應(yīng)始終保持一致，不能隨意調(diào)換方向，以減少系統(tǒng)誤差。

2.2.1.4 數(shù)據(jù)質(zhì)量較差時，應(yīng)增加疊加次數(shù)，必要時擇時重測。

2.2.2 高密度電法野外布置

電法儀器采用WGMD-9分布式超級高密度電法系統(tǒng)。根據(jù)勘查目的和現(xiàn)場條件，本次勘查選擇裝置為α排列（溫納裝置AMNB），極距10m，120個電極。

野外布線要在對推測斷層充分認識的基礎(chǔ)上，做好野外場地環(huán)境的調(diào)查，排除所受干擾（例如樹木、建筑物和輸電線等）。使用羅盤儀和手持GPS確定布線方向，沿EH-4測線進行敷設(shè)。

2.2.2.1 保證電極與土層密實接觸，若電極接地不能滿足作業(yè)要求，應(yīng)在接觸地點處澆灌鹽水或改用鋁箔電極。

2.2.2.2 導(dǎo)線敷設(shè)應(yīng)盡可能遠離電力線和通訊線，通過道路時，應(yīng)采用特制的過路膠帶進行保護。此外，還應(yīng)盡量不使導(dǎo)線承受過大拉力。

2.2.2.3 主機盡量布設(shè)在遠離輸電線和變壓器的平臺上，還應(yīng)兼顧供電站的布設(shè)。采取必要的防潮、防雨和防暴曬措施，最大可能減少外部因素造成的不良干擾。

3 資料處理及解釋

3.1 EH-4大地電磁測深資料處理及解釋

EH-4大地電磁測深的現(xiàn)場采集結(jié)束后，通過二維數(shù)據(jù)處理，可以形成各測線的二維視電阻率成像斷面圖，該斷面反映了測線下方豎直方向上的電性特征。

對EH-4野外采集的時間序列的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理后，在現(xiàn)場進行FFT變換，獲得電場和磁場虛實分量和相位數(shù)據(jù)，并現(xiàn)場進行一維BOSTIC反演。在一維反演的基礎(chǔ)上，利用EH-4系統(tǒng)二維成像軟件進行快速自動二維電磁成像。為提高分辨率，二維成像的系數(shù)選為0.2，同時選擇較小的像素，使反演數(shù)據(jù)得到加密，從而突出相對微弱低阻異常。

對反演得到的數(shù)據(jù)，在XY平面上進行網(wǎng)格化，在X軸和Y軸上，采用各項異性的方法進行半徑搜索，從而滿足電性各向異性的實際情況。根據(jù)二維電磁成像數(shù)據(jù)，取不同點等深數(shù)據(jù)，利用Surfer8.0成圖軟件，生成視電阻率剖面圖。

圖3 EH-4音頻大地電磁測深二維反演電阻率剖面圖

從EH-4音頻大地電磁測深二維反演電阻率剖面圖看出：沿測線方向100-200m段和300-400m段電性層有明顯差異，視電阻率等值線呈豎直方向跌落，電性層分布有明顯錯動情況。且在深度600-800m處視電阻率低阻異常明顯，為構(gòu)造裂隙發(fā)育帶的電性反應(yīng)，斷層向下延伸向東傾斜，傾角陡，西盤抬升東盤下降。

3.2 高密度電法資料處理及解釋

高密度電法數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)采集結(jié)果自動存入主機，主機通過通訊軟件把原始數(shù)據(jù)傳輸給計算機，計算機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成處理軟件要求的數(shù)據(jù)格式。為了確保地面物探資料的準確、可靠，在對野外資料數(shù)據(jù)進行全部復(fù)核后，對采集到的個別異常數(shù)據(jù)進行剔除處理。之后采用Surfer8.0成圖軟件進行反演，最終得到高密度視電阻率斷面圖，該圖可形象、直觀地反映地電斷面的電性分布、巖土體的界面形態(tài)，準確地給出斷層的位置和走向。

圖4 高密度電法測深Surfer二維反演電阻率剖面圖

從高密度電法測深剖面圖來看，西向東400-600m段，深度350-600m，電性層分布有明顯錯動情況，推測為構(gòu)造裂隙發(fā)育帶的電性反應(yīng)，斷層西高東低，向東傾斜，傾角大。與EH-4音頻大地電磁測深電阻率剖面推斷比較，分析結(jié)果基本吻合。

綜合兩種物探方法所得的成果，確定工作區(qū)內(nèi)，地熱構(gòu)造發(fā)育，斷層向下延伸向東傾斜，傾角陡，西盤抬升東盤下降。同時確定沿EH-4剖面線東向西150m處，為成井相對有利位置?？紤]本次勘查目的為開采地熱資源，建議取用1000m以下灰?guī)r裂隙水。實踐證明本次聯(lián)合物探成果是準確可信的。

4 結(jié)論

4.1通過EH-4電磁測深法與高密度電法的聯(lián)合應(yīng)用，查明了工作區(qū)內(nèi)的地熱構(gòu)造，達到了預(yù)期效果。并且與后期鉆探的結(jié)果基本吻合，同時修正了以往地質(zhì)資料中的一些偏差，對本次生產(chǎn)具有較好的參考價值。

4.2實踐表明，采用EH-4電磁測深法與高密度電法相結(jié)合的綜合物探方法，在斷層定位和地熱勘查方面取得了較好的效果，為今后多種物探方法的綜合應(yīng)用提供了一個有效的組合模式。

［1］陳樂壽，王光鍔.大地電磁測深法［M］.北京:地質(zhì)出版社，1990.

［2］李金銘.地電場與電法勘探［M］.北京:地質(zhì)出版社，2005.

［3］伍岳.EH4電磁成像系統(tǒng)在砂巖地區(qū)勘查地下水的應(yīng)用研究［J］.物探與化探，1999，23（5）:335-338.