大地電場巖性探測技術在咸陽地區地熱勘探中的應用

鄒彥榮

（中國石化集團華北石油局三普油建公司，陜西咸陽 712000）

大地電場巖性探測技術在咸陽地區地熱勘探中的應用

鄒彥榮

（中國石化集團華北石油局三普油建公司，陜西咸陽 712000）

本文簡要介紹了大地電場巖性探測技術（CYT）的基本原理，通過在咸陽地區熱儲含水性評價中的實際應用，結果表明該項探測技術在預測熱儲層厚度方面符合率較高，但在預測熱儲層埋深方面符合率不足 50%，預測準確度隨著探測深度的增加而降低。

大地電場巖性探測；解釋模型；咸陽地區

0 前言

地震勘探技術目前是咸陽地區地熱開發中探測熱儲層采用的主要手段，但是隨著城市的地熱資源開發規模不斷擴大，城市中地熱井越來越多，地震勘探技術的應用越來越受到限制。大地電場巖性探測技術（CYT）則在這方面顯示了其獨特的優勢，該項技術目前已在咸陽地區的地熱井勘查中得到廣泛運用。本文結合咸陽地區勘查實例評價了該方法的應用效果。

1 基本原理

1.1 原理簡介

大地電場巖性探測技術是20世紀90年代發展起來的一種新物探方法，它是通過接收日—地空間中的電磁波在地下不同深度介質界面所產生低頻反射電磁場信息，判斷與識別地下介質界面一種方法。比如在巖性界面、斷層、油氣層、含水層等部位，大地電磁測深曲線均會有所顯示，從而達到找油、找水的目的。該方法具有垂直分辨率高的特點，尤其對地下薄層及條帶狀含油氣、含水砂層具有獨到的鑒別能力。勘探深度達一萬米以上，而且儀器使用簡單，不受任何地形、地物的影響，很適合城市建筑密集區的地質勘查。

當太陽里的原子核反應以連續不斷的方式向空間發射由電子、質子和離子組成的一種粒子流(一般稱為“太陽風”),其流速達300～ 600 km/s,以脈沖形式傳播到電離層時,粒子碰撞的機率劇增,導致電離層離子分離、復合，密度發生急劇變化, 就產生了電磁場。根據電磁波傳播的“窗口”特性, 大于10MHz 的超高頻電磁波被電離層衰減吸收，不能傳播到地球表面。而小于0.01MHz 的電磁波幾乎不衰減地傳播到大地表面并可垂直射入地層。這些電磁波在每個深度都能反射回到地面,由于地面是一個強反射面，且低頻電磁波在地層中衰減很慢，從而形成該深度與地面間的來回反射，形成穩定的諧振—多次電磁波(圖1) ，其頻率與深度的關系式為：f = (2n - 1) V / 4H

圖1 多次電磁波示意圖

式中：f——低頻電磁波在均勻水平介質中傳播時低頻截至頻率（Hz）；

V——上覆電磁波的平均傳播速度（m/ s）；

H——地層深度（m）；

n ——正整數。

1.2 解釋模型

大地電場巖性探測所獲曲線是對地下地質特性的一種間接反映, 這種間接資料給地質評價帶來模糊性及多解性。 經過長時間的研究, 前人已總結出了利用空間源巖性探測資料研究局部構造及地層劃分與對比的方法, 建立了判識陸相碎屑巖的幾種基本曲線類型。①泥巖型巖性曲線。泥巖地層一般具有均質性和非均質性兩種,均質性泥巖的電性曲線穩定,幅度小,近似直線狀,或者為頻率較高的振蕩波形( 圖2-a)；非均質性泥巖具有曲線近直線狀或曲線頻率較高且個別地方出現突變的特征(圖2-b)。②砂巖型及砂泥巖型巖性曲線。砂巖地層巖性探測曲線呈頻率變低的波形(圖2-c)。當砂巖與泥巖互為薄層時（圖2-d、e)，在巖性探測曲線上反映為振幅大小不等，曲線疏密相間。③砂礫巖型巖性曲線。礫石層一般都具有較高的電阻率值和較好的滲透性,巖性曲線輻值較大,有拐點存在,似不規則的寄生振蕩波形；含水砂礫巖或砂巖具有更高輻的右偏大

值(圖2-f)。

圖2 不同碎屑巖曲線類型

縱坐標：井深/m；橫坐標：CYT幅度值/hn

以上幾種曲線形態均是在以水平層狀介質基礎上獲得的,大量事實證明，大地電場巖性探測曲線值與地層中所含流體性質及飽和度有關。所以不同地區不同儲集層的曲線特征可能有所差異, 因此在實際工作中,應了解已知區和未知區的區別。

2 大地電場巖性探測技術在咸陽地區地熱勘察中的應用

2.1 咸陽地區地熱地質條件簡況

咸陽地區地處渭河盆地的北部平緩斜坡帶上，近東西向的乾縣斷裂、禮泉斷裂、渭河北側斷裂自北向南將斜坡分割成乾縣、禮泉和咸陽渭河南部依次遞降的斷階（坡）帶。咸陽市區座落在渭河北側斷裂帶及其南、北兩側的低、中緩斜坡斷階（坡）帶上，主要熱儲深度適中（2000～3500m）、河流－河湖相多期發育、相帶寬，形成砂層橫向分布廣泛，縱向多砂層迭置，熱儲條件十分理想。深斷裂帶形成導水、導熱、聚熱、富水的帶狀水和兩側的典型帶層狀水分布區，加之熱源、水源以及良好的水動力環境，形成了咸陽市區優越的地熱地質環境。

2.2 熱儲層預測評價

咸陽地區地熱資源豐富，由于地熱資源的開發利用基本是市場經濟運作，地熱資源勘查主要存在地熱井出水量風險，如果地熱井的出水量達不到合同要求，建設方和施工方都會蒙受重大的經濟損失。因此，準確預測含水層厚度是地熱勘查的重點之一。大地電場巖性探測技術在地熱勘查評價中對熱儲含水層的識別能力相對較強。從表1統計的六眼地熱井可以看出，此項技術劃分出的熱儲含水層厚度與實鉆厚度復合率達到50%～80%，有效的降低了地熱資源勘查中的風險。但是該技術對含水層埋深的解釋精度不足50%，并且隨著預測深度的增加解釋精度逐漸降低，這主要受到解釋人員的經驗不足、強烈的電磁干擾、云雨天氣等方面的影響，解釋模型本身的完善性對解釋精度也有很大影響。

表1 巖性探測地層與實鉆地層對比表

3 結論

（1）利用大地電場巖性探測技術在咸陽地區預測熱儲層是可行的，在地熱資源勘查的宏觀評價方面具有一定的參考價值。

（2）大地電場巖性探測技術在熱儲層的精細評價方面精度較低，若要使該項技術取得更好的效果，不僅在于熟練操作儀器，更重要的是解釋人員應具備地球物理和地熱地質多方面的知識和解釋經驗。

（3）大地電場巖性探測技術可有效降低地熱資源勘查中的風險，隨著該項技術的研究和應用的不斷深入，可以預測該技術將會在地熱資源勘查中發揮越來越大的作用。

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[5] 張福禮，鄒彥榮. 渭河盆地地熱資源與開發前景 [R]. 2005.

Application of the Earth Electric Field Lithology Detection Technique to Xianyang Geothermal Exploration

ZOU Yanrong
(The Third Exploration Company of North Petroleum Bureau SINOPEC, Xianyang 712000)

This paper introduces the principle of the earth electric field detection technique. Based on the application of geothermal reservoir appraise in Xianyang area, the result indicates this technique is good at forecasting reservoirs thickness, but disadvantage to forecast reservoirs depth, and the precision degree reduces with the depth increase.

Earth electric field lithology detection; Interpretation model; Xianyang area

P631.3+21

B

鄒彥榮（1979-），男，工程師，主要從事渭河盆地地熱資源開發研究工作。E-mail:direzyr@163.com。