大地电磁测深法在地热资源勘察中的应用

大地电磁测深法在地热资源勘察中的应用
曹江涛
【摘要】本文结合大地电磁测深法对平原地区地热资源进行勘探的工程实例,简单介绍了大地电磁测深法的工作原理、野外工作方法及对数据资料的处理,在对最终物探成果分析解译的基础上,推断了施工场地内深度约3200m处为地下热水的热储目标层,同时,推断勘探场地内存在一条可为热储目标层提供水源补给的近东西向的断层,为下一步工程设计、钻探施工提供了相关的地球物理技术依据.
【期刊名称】《世界有色金属》
【年(卷),期】2016(000)006
【总页数】3页(P38-40)
【关键词】大地电磁测深法;地热资源;应用;平原地区
【作者】曹江涛
【作者单位】华北地质勘查局五一九大队,河北保定071051
【正文语种】中文
【中图分类】P314.3
华北平原地下蕴藏有丰富的地热资源，地热开发、利用前景非常乐观，但由于平原地区地热分布的区域大部分均有第四系覆盖厚度深达几十米至上千米，且地质构造复杂，故大地电磁测深法在地热资源勘探前期勘察中显得尤为重要，亦是减少开发风险、取得地热资源开发利用最大社会经济效益和环境效益的手段，大地电磁测深（MT）法作为地球物理勘探方法之一，在地热资源勘探中发挥了重要作用。

1.1 工区地质概况
工区位于河北省徐水县县城东约5km，地貌特征为西部属低山丘陵地带，东部为广阔的华北平原，地势平坦，第四系沉积层厚度较大。

在地质构造上，徐水县属于冀中凹陷西缘的徐水凹陷，西邻太行山隆起地区，北连新城凸起，南接保定凹陷，东为容城凸起，面积约800km2，是一个典型的后期形成的箕状凹陷区。

在区内发育着不同地质时期形成的断裂带，且经过多期次构造活动，有的在近晚期活动仍较强烈，这为大气降水进入深部循环，在正常地温梯度下加热、水平径流、排泄提供了良好的通道和场所。

同时，本区内的大气降水相对较丰富，后期形成的箕状凹陷区，是地下水流汇集之地，良好的构造地质条件，使得区域内的地热资源相当丰富，具备寻找断裂构造控制的深循环型中低温温泉的地质条件。

1.2 地球物理特征
根据区域地质资料，经试验确定的本区各地层岩性电性参数具有如下特征：地表第四系地层总体上表现为电性不均匀，电阻率一般为低阻，约3～20Ω·m；新近系地层一般表现为相对高阻，在富水的情况下电阻率略有降低，表现为相对中低阻，阻值一般在15～30Ω·m；古近系地层电阻率一般在6～20Ω·m左右；其下中元古界砂岩、白云岩等阻值相对较高，电阻率在60Ω·m以上，在富水的情况下则表现为低阻。

本区地下水的电阻率值一般为1～10Ω·m。

不同时代地层岩性之间电阻率存在明显差异，为采用大地电磁测深（MT）法勘探提供了充分的地球物理前提。

1.3 地热资源概况及热储层特征
根据区域地质资料，华北地区存在两套热储系统：其一为基岩热储系统，主要为中元古界蓟县系（雾迷山组）、青白口系、古生界寒武系、奥陶系的各碳酸盐岩热储层，也是区内新生界沉积地层的基底；其二为新生界古近系-新近系热储系统，由下而上可划分为：古近系东营组热储层、沙河街组热储层；新近系明化镇组上段热
储层、馆陶组上段热储层。

徐水县大午集团地热井（井深3003.21m）是本区内目前开发利用较早的地热资源，主要开发利用的是蓟县系（雾迷山组）白云岩热储层，该层结构较松散，孔隙度20%～32.6%，具有良好的储集空间，储层埋深在3000m左右，水温40～60℃，地热水的矿化度适中。

参考大午地热资源勘查资料，推测本工区勘探储热层与大午地热井应为同一热储层，即蓟县系雾迷山组白云岩热储层。

2.1 方法选择及原理
勘探区内地质条件较简单，地形条件较好，在充分调研和论证的基础上，选择大地电磁测深法对工作区地下热水资源开展物探测量工作。

大地电磁测深法（简称MT），是利用天然交变电磁场作为场源来研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法［2］。

根据电磁感应的趋肤效应原理：电磁波在地球介质中传播时，高频成分衰减快，穿透深度小，低频成分衰减慢，穿透深度大，因此不同频率的电磁波携带有地球介质不同深度上的电性信息，通过改变频率来达到测深的目的。

由于大地电磁测深法不需要人工场源，具有工作方便，不受高阻层屏蔽，对低阻层分辨率高，且勘探深度较大等优点，在地质构造调查、石油、天然气普查、寻找松散沉积层孔隙水、基岩地区的地下水以及地热资源探测等诸多领域得到了成功应用［3］～［6］，尤其是近年来，仪器观测性能的提高及反演解释方法的成熟，已
成为一种能提供独立信息的重要物探方法。

2.2 工程施工
工作区位于某公司厂区东侧，施工范围较小，南北长约70m，东西宽约45m，
本次工程物探勘察的重点是查明工作区范围内地质情况，以判断该地层内是否存在地下热水的热储层，为设计和钻探施工提供基础资料。

依据规范［7］要求，共布
置勘探线6条，其中，南北向测线3条（编号为L1～L3），间距15m；东西向测线3条（编号为L4～L6），间距20m；因场地条件限制，6条测线呈不规则的网格状排列。

勘探线上点距10～30m，共完成物理点31个，各测线情况详见表1。

2.3 参数选择
野外工作投入四台具有GPS卫星同步功能的V5-2000型电磁观测系统进行野外数据采集，采集装置见图3，观测方式为四分量（Ex、Ey、Hx、Hy）观测，频率范围320～0.0005493Hz，采用小十字、“T”型布极方式。

由于工区内有电线，电磁干扰信号较强，故本次施工的平均电极距控制在50m左右。

2.4 数据处理
由于大地电磁测深法是以天然电磁信号作为场源，要求场源与观测点之间距离要足够大以满足电磁波为平面电磁波垂直入射的条件，因此观测点附近的电磁场被视为干扰，为了消除干扰，需要对观测的原始数据进行编辑及圆滑处理，以提高信噪比，提高资料整体的可信度。

在此基础上，将地表观测到的视电阻率和相位差随频率变化的资料，通过一定的数值模拟计算，进行MT资料的反演，生成深度域断面图，获得地下不同深度介质
的电阻率值及勘探剖面地下的电性分布特征，该特征不仅反映沿剖面方向不同断块电阻率的横向变化特征，也能反映不同电性层的纵向变化特征；电阻率等值线密集带、数值梯度带一般为断层或电性层分界的反映。

数据处理解释流程图见图3所示。

在对采集数据综合分析的基础上，提取有效电阻率信息，并结合地质资料，获得了L1～L6测线剖面的反演推断解释图，反演深度为3500m。

南北向L1～L3三条剖面和东西向L4～L6三条剖面的各自的基本形态及电性特征的表现形式基本一致；视电阻率横向变化不均匀，总体上呈南部较高，北部较低的趋势，且向深部逐渐增大。

根据电阻率分布特征，自上而下可分为3个电性层：
第①层表现为低阻特征，视电阻率约5～20Ω.m，且横向电阻率变化不均匀，推
测该层为第四系及新近系（Q+N）的亚砂土夹砂砾石、砂岩、砂砾岩、砾岩，含
水性较差；南北向三条剖面中，南部浅表电阻率相对较高。

第②层横向电阻率变化较均匀，视电阻率约10～15Ω.m，该层顶板和底板电阻率稍高，中间层电阻率较低，推测为古近系（E）砂泥岩互层，透水性较差。

第③层中上部的电阻率较高，约40～60Ω.m，推测为中元古界蓟县系雾迷山组石灰岩、白云岩。

在3200m左右，电阻率相对较低，约1～10Ω.m，为石灰岩、白云岩中含水层的反映，推测为本区的热储目标层。

其中在南北向剖面上L1-060、L2-060和L3-060号点附近电阻率变化较大，结合电性特征分析，推断为断裂破碎带（编号F），倾向北，为储热层水源补给的通道。

（1）本区采用大地电磁测深法进行勘探，经试验确定的观测系统和技术参数正确，取得了较好的勘探效果。

（2）大地电磁测深工作成果反映，在深度3200m左右，有较明显低阻体赋存，
结合以往地质、地热等资料，推测为热储目标层。

（3）推断在勘探场地内存在一条NNE走向（81°）的断层（F），倾向北；该断
层通过L1、L2和L3的060号点附近，为热储层水源补给提供通道，靠近断层F
附近水源较充足。

（4）根据勘探成果，建议设计井位在断层F的上盘，即L1、L2和L3的060号
点北侧附近。

（5）由于该工作区周边工厂较多、电线网密布、电磁干扰信号较强，范围较大，对MT数据采集造成一定干扰，因此部分程度上压制了有效观测信号，对成果认
识方面，特别是对地层埋深的解释精度可能存在一定误差。

【相关文献】
［1］黄兆辉，魏长洪，李春辉.综合物探方法在地热资源勘查中的应用［J］.重庆科技学院学报（自然科学版），2010.12（01）：7-10；
［2］黄力军，孟银生，陆桂福.可控源音频大地电磁测深在深部地热资源勘查中的应用［J］.物探化探计算技术，2007.29（增刊）：60-63；
［3］孙林.可控源音频大地电磁法在地热资源勘查中的应用［J］.河北煤炭.2010.01： 47-50；［4］高亮，陈海波，李向宝，胥博文.综合电磁法在银川盆地地热资源勘查中的应用［J］.山东理工大学学报（自然科学版）.2013.27（03）：62-66；
［5］黄力军，陆桂福，刘瑞德，杨冠鼎.电磁测深方法在深部地热资源调查中的应用［J］.物探与化探，2004.06：493-495
［6］中华人民共和国地质矿产行业标准《电磁测深法技术规程》（DZ/ T0173-1997）［S］：北京.1997：1-9。