大地電磁測(cè)深在地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用研究

徐 坤，常鈺斌

(陜西地礦第二綜合物探大隊(duì)有限公司，陜西 西安 710016)

地?zé)峥辈橹饕强辈榈刭|(zhì)構(gòu)造和熱儲(chǔ)地層的分布[1]。大地電磁測(cè)深法(AMT)作為一種傳統(tǒng)的頻率域測(cè)深法，具有勘探深度大、不受低阻層屏蔽、施工效率高等優(yōu)勢(shì)，在地?zé)嵴{(diào)查中應(yīng)用廣泛[2-5]。本文選用大地電磁測(cè)深和靜電α卡測(cè)量?jī)煞N物探手段，在陜北某工區(qū)進(jìn)行了聯(lián)合勘查，取得了滿意的效果。

1 工作區(qū)域概況

工作區(qū)位于延安市安塞區(qū)沿河灣鎮(zhèn)，大地構(gòu)造位置屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡。根據(jù)收集到的勘察區(qū)內(nèi)的油氣井資料，勘查區(qū)主要地層有二疊系(P)、三疊系(T)、侏羅系(J)、白堊系(K)和第四系(Q)。

鄂爾多斯盆地含水層系統(tǒng)由多種不同類型的巖石組成，由下而上分別為：寒武系-奧陶系碳酸鹽巖類巖溶含水系統(tǒng)、石炭系-侏羅系碎屑巖類巖溶含水層系統(tǒng)、白堊系孔隙-裂隙含水層系統(tǒng)和新生界松散巖類孔隙含水層系統(tǒng)[6]。本次勘查工作以石炭系-侏羅系碎屑巖裂隙地?zé)崴疄橹攸c(diǎn)。

2 工作區(qū)地球物理特征

不同地層間的電性差異是進(jìn)行電磁法勘探的地球物理基礎(chǔ)。研究表明，巖石的電性與含水性緊密相關(guān)，這就為利用大地電磁測(cè)深結(jié)果研究地下水提供了地球物理前提。根據(jù)近年來在鄂爾多斯盆地開展大地電磁工作所獲得的電性資料(表2)可知，石炭-二疊系及更老地層整體呈現(xiàn)高電阻率值特征，電阻率值多在200 Ω·m以上；三疊系地層電阻率值在20～110 Ω·m，變化范圍比較大，含水性越好，電阻率值越低；侏羅系地層電阻率值整體偏低；白堊系地層電阻率值變化范圍在30～90 Ω·m；第四系地層呈現(xiàn)中低阻特征，電阻率值在10～60 Ω·m。總之，本勘查區(qū)地層間存在電性差異，具備開展地球物理勘查前提。

表1 鄂爾多斯盆地地層電性統(tǒng)計(jì)

3 工作實(shí)例

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，共設(shè)計(jì)物探剖面1條，剖面方向北東56°，剖面長(zhǎng)度1.8 km，共計(jì)15個(gè)大地電磁測(cè)深(MT)點(diǎn)，點(diǎn)距120 m，因地形、住房、公路、河流、密林等因素部分地段無法布點(diǎn)，實(shí)際點(diǎn)位有所偏移，在數(shù)據(jù)處理及成果解釋時(shí)將實(shí)際點(diǎn)位投影到一條線上。

在大地電磁測(cè)深中，實(shí)測(cè)視電阻率曲線能反映出測(cè)點(diǎn)地下電性隨深度的變化以及附近地下電性結(jié)構(gòu)的不均勻性，對(duì)實(shí)測(cè)曲線類型的分析、比較是原前期定性認(rèn)識(shí)的重要環(huán)節(jié)，是后期地質(zhì)解釋的重要依據(jù)[7-8]。曲線類型可以反映電阻率隨深度變化的趨勢(shì)特征和等效電性層位數(shù)量。從圖1來看，320～0.01 Hz范圍內(nèi)曲線類型為KH型，電阻率從淺到深表現(xiàn)為低-高-低-高，呈現(xiàn)四層變換特征，整體上電阻率隨著深度的增大而增大。同時(shí)TE與TM模式首支重合，體現(xiàn)出該剖面測(cè)線的電性結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，即地層在橫向上的展布比較平穩(wěn)，地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，電性層分布情況較明顯。

在對(duì)曲線定性分析的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)點(diǎn)視電阻率和相位曲線進(jìn)行了一維TM[9-10]模式的反演，大致可以分4層電性結(jié)構(gòu)。

圖1 測(cè)點(diǎn)響應(yīng)曲線和一維反演結(jié)果

從大地電磁測(cè)深二維反演斷面圖2來看，電阻率等值線在縱向上表現(xiàn)為層狀結(jié)構(gòu)，由淺到深電阻率值高、低變化明顯，呈現(xiàn)低-高-低-高的分布的層狀特征。剖面的視電阻率最小值小于6 Ω·m，最大值大于300 Ω·m，整個(gè)剖面呈現(xiàn)的是低-高-低-高多層結(jié)構(gòu)。結(jié)合鉆孔及電性資料，地面以下50 m左右為第一層，電阻率10～30 Ω·m，局部大于50 Ω·m；埋深50～150 m之間為第二層，電阻率為50～60 Ω·m；埋深150～600 m之間為第三層，電阻率為10～60 Ω·m；埋深600～2 000 m之間為第四層，電阻率為2～100 Ω·m；埋深1 300～3 200 m之間為第四層，電阻率大于200 Ω·m。

圖2 大地電磁測(cè)深二維反演電阻率斷面圖

圖3 綜合解釋圖

依據(jù)大地電磁剖面電性層特征，結(jié)合鉆孔及電性資料將測(cè)區(qū)地層大致劃分為4層，具體分層情況見圖3。

第一電性層為第四系(Q)，巖性為黃土，河谷部位為河流沖積砂、礫石等，厚度約0～50 m。第二電性層為侏羅系(J)，巖性主要為淺紫色、灰褐色、灰綠色中、細(xì)粒砂巖與雜色泥巖，呈不等厚互層，厚度250～500 m。侏羅系地層中下部電阻率小于10 Ω·m，推測(cè)為侏羅系含水層所引起。第三電性層為三疊系(T)，巖性上部主要為灰綠、黃綠色厚層狀細(xì)砂巖、粉砂巖與泥巖互層，中部主要為厚層、塊狀砂礫巖為主夾砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖，下部為中粗粒長(zhǎng)石石英砂巖夾細(xì)粒砂巖及粉砂巖薄層。厚度1 000～1 500 m，在三疊系地層下部電阻率小于5 Ω·m，推測(cè)為三疊系含水層所引起，富水性較好，含水層厚度約為250 m。第四電性層為二疊-石炭系(P-C)。

從大地電磁測(cè)深反演斷面圖可以看出在剖面距400 m與1 450 m位置附近電阻率異常下陷出現(xiàn)梯度帶，鄂爾多斯盆地安塞縣地層為水平狀，因此圖中出現(xiàn)的梯度帶可能為斷裂構(gòu)造引起。推測(cè)的兩條正斷層編號(hào)分別為F1和F2，其中F1斷距較小，F(xiàn)2斷距約為100 m。整體來看，剖面所在位置在構(gòu)造形態(tài)上為一地塹結(jié)構(gòu)。

由區(qū)域地形條件看，測(cè)區(qū)位于延河河谷，地勢(shì)低緩，大氣降水、河水補(bǔ)給較為充沛。根據(jù)大地電磁測(cè)深及土壤測(cè)氡剖面解譯成果，同時(shí)結(jié)合工作區(qū)周邊鉆孔資料可知，測(cè)區(qū)內(nèi)有約2 000 m厚的三疊系-第四系(T-Q)，巖性以砂巖、粗砂巖、砂礫巖、泥巖為主，松散的砂巖、粗砂巖、砂礫巖為自然降水流通提供了條件，泥巖可作為隔水層，這兩種巖性及地層結(jié)構(gòu)提供了較好的儲(chǔ)水環(huán)境。從綜合解釋圖看，推斷測(cè)區(qū)有兩層含水層，上層為侏羅系地層含水層，取水深度約為200 m；下層為三疊系地層含水層，埋深在1 000～1 800 m左右，可作為取用地下水的主要層位。剖面所在位置在構(gòu)造形態(tài)上為一地塹結(jié)構(gòu)，在地表與沿河灣河谷位置相吻合。推測(cè)斷裂可提供熱源通道，使三疊地層水通過斷裂循環(huán)流通，增高水溫。依據(jù)本次物探成果，在測(cè)區(qū)擬設(shè)定鉆孔深度1 800 m，取水段為兩層，上層為侏羅系含水層，埋深約為200 m，下層為三疊系含水層，埋深約為1 500 m。

4 結(jié)語(yǔ)

大地電磁測(cè)深勘探深度大，通過二維反演能夠清晰地反演地下介質(zhì)的電性特征，根據(jù)物性和地質(zhì)資料，進(jìn)而推測(cè)各地層的空間展布形態(tài)以及富水狀態(tài)。剖面所在位置在構(gòu)造形態(tài)上為一地塹結(jié)構(gòu)。結(jié)合地質(zhì)、物性等資料，在測(cè)區(qū)擬定鉆孔深度1 800 m，取水段為兩層，上層為侏羅系含水層，埋深約為200 m，下層為三疊系含水層，埋深約為1 500 m。