超低頻地質遙感探測法在地熱開發中的應用

□白雪鋒 □任韶甫（鄭州市抗旱服務中心）

1.概述

新鄭機場南寺東莊附近，區內地勢平坦，西北較高、東南較低，標高150m左右。坡降為1.7‰～2.0‰。地表巖性為粉土。測區地層主要為二疊系（P）、新近系(N)及第四系（Q）地層組成。

采用超低頻地質遙感探測法進行地熱勘探工作,本次工作共完成超低頻地質遙感探測點3個,具體物探工作布置見圖1。同時收集了與本次工作有關的地質、水文地質及物探資料，為下一階段鑿井施工提供必須的成井技術依據。

圖1 物探工作布置示意圖

2.工作技術方法及質量評述

2.1 工作技術方法

BD-6型超低頻地質遙感探測儀是由北京大學承擔的國家863科技攻關項目第818號課題《超長波被動遙感技術原理與研究》課題組的科研成果。探測地層深度為20～10000m，分辨率為1～5m。該儀器探測效率高，每個測點工作時間少于20min，儀器輕便，自帶電源，只要避開高壓線和變壓器，可在任何地方進行探測，不受場地條件的限制。該課題于2000年6月5號通過國家驗收。已完成陜北油田油氣層探測，新鄭櫻桃溝煤層探測，郟縣地熱資源探測，豫東地熱資源研究、江蘇省阜寧、沭陽地熱井、禹州鴻暢煤田采空區探測、信陽市商城地熱井探測及新密煤田采空區探測等數10個項目，報告結論已得到了實際驗證。

超低頻地質遙感探測儀是以大地電磁場為工作場源，利用不同介質電磁學性質的差異測量地下巖性分界面對天然電磁場的反射信息來解釋不同深度的地質構造，達到解決地質問題的一種被動遙感電磁勘探方法，也可視為被動源大地電磁測量的一種新方法。

經典大地電磁波理論最初假設場源為垂直反射地面的平面電磁波，大地介質為均勻水平狀分布，故大地電磁波的變化規律服從麥克斯韋方程組、歐姆定律和阿契定律。其中電阻率是描述介質電學性質的主要物理量。但受介質的結構、孔隙度、壓力和密度的影響較大。超低頻地質遙感探測儀實際上是通過地面電磁波測量的遙感曲線的幅值變化的形態來研究深部隱伏地質體的物性特征。所獲取的遙感曲線并不是介質的真正電阻率，而是介質電阻率、密度、孔隙度和壓力的綜合反應。可以簡單地理解為視電阻率和視密度的乘積（Ω·m.g／cm3）。由平面電磁波在均勻大地介質的傳播特性可知隨時間改變的電磁場在均勻各向同性大地介質中傳播時沿傳播方向是諧變的，并且按指數規律衰減。介質的電阻率越低，信號頻率越高衰減的越快，這時場源將只集中在介質的淺部，既趨膚效應，因而穿透深度也稱為趨膚深度。不同頻率的電磁波穿透深度也不同，當頻率很高時，電磁波可能只集中在第一層介質中，電磁場不受下伏巖層的影響。隨著頻率的減小，穿透深度增大，電磁場值將受到深部介質分布的影響。通過探測到的電磁波的頻率信息，建立深度反演模式，通過綜合分析曲線特征，就可以解釋深部地質體的巖性組合特征、重要地質界面、破碎程度、含水狀況、斷裂構造、礦產資源、煤層瓦斯、采空區等地下信息。

2.2 質量評述

為保證野外工作質量，我們采取了如下措施：

一是，工作前檢查探頭及電瓶電池電壓，保證其在正常工作電壓范圍之內；工作期間應不定時查看，以免工作電壓低于正常值，從而影響所測數據的準確性。二是，應避開高壓線及變壓器的干擾，以保證所測數據的正確性。三是，對于每一個工作點數據的采集，都要至少觀測采集5次；隨時調整探頭方向，在測量過程中，對畸變點、異常點均進行重復觀測，以使野外資料盡可能接近于實際。

綜上所述，本次野外取得的數據是可靠的。可以作為室內解釋使用。

3.資料推斷與解釋

依據測區地球物理特征，超低頻地質遙感探測法采用北京大學研發數據處理軟件；由于地質情況復雜和地質體各向異性的存在，對于每個測深點的解釋、推斷，可能會存在有一定的誤差。

通過對野外實測曲線的整理，依據地球物理特征，對測深點進行定性、定量解釋及超低頻地質遙感探測點的地質解釋，結合地質、水文地質資料及該區已知井測深資料對比分析，我們認為測區地層水平方向變化不大，區內新近系底板埋深由西向東逐漸變深，新近系底板埋深由720m變至750m，下部為二疊系頁巖、砂巖。由于二疊系砂巖、頁巖出水量較小，該區取水段主要為新近系砂層空隙水，該區3號超低頻地質遙感探測點成井條件較好，成井深度800m左右為宜，水溫>33℃。出水量25m3/h左右。推測井位區地層如下：0～760m以上是以粘土、砂層為主；760m以下是以二疊系砂巖、頁巖為主。

4.結論與建議

一是，通過對該區的水文地質調查及物探勘察，基本查明了測區內的地層結構及含水層的空間分布；二是，測區內含水巖組以孔隙水為主；三是，根據以上分析，3號超低頻地質遙感探測點處成井條件較好，成井深度800m左右為宜，出水量25m3/h左右，出水溫度不低于33℃。

由于地表電性不均勻及地下地質體的各向異性的存在，使測量精度受到一定影響，解釋結果會存在一定誤差。必要時進行鉆探驗證。