綜合電法在河北某地地熱勘查中的應用

田玉杰，高玉麟，王 勝

（河北省地礦局第十一地質大隊，河北邢臺054000）

綜合電法在河北某地地熱勘查中的應用

田玉杰*，高玉麟，王 勝

（河北省地礦局第十一地質大隊，河北邢臺054000）

對河北某地進行了瞬變電磁法（TDEM）和可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）工作，通過原始數據采集、處理，并結合區域地熱水文地質條件進行了解釋推斷。經過鉆孔驗證，取得了良好的效果，對在華北平原地區開展類似工作具有借鑒作用。

瞬變電磁；可控源音頻大地電磁；地熱勘查；驗證

地熱資源是儲存于地球內部可再生的環保型能源。能夠廣泛利用而不受時間和地域限制，在開發投資及利用方面優于太陽能、風能、生物能等新型能源，因此被稱之為繼石油、煤、天然氣之后的第四能源。地熱資源中富含各種化學元素和組分，同時也是集熱、礦、水三位一體的礦產資源和對人體有益的醫療資源。

地熱資源的開發和利用越來越受到人們的重視，進入21世紀以來，我國地熱資源的開發也出現了快速發展的勢頭。隨著市場經濟的快速發展、旅游業的日益興旺、房地產業的大規模開發、醫療保健水平的提高、地下熱水的需求逐漸增大，地熱資源的開發十分必要。地熱資源用途廣、開發成本低具較強的商業競爭力。目前開發地熱已成為一種產業，是政府、企事業單位在考慮經濟上是否可持續發展的戰略選擇。據統計，地下熱水的用途有17種以上，在發電、采暖、洗浴、醫療、養殖、農業、工業等方面都得到了充分利用。

本次工作的目的任務主要是利用綜合電法工作，結合水文地質調查和資料收集，大致查明勘查區的地層、構造情況，簡單評價地下熱儲情況，為鉆探施工供熱井提出依據。

1 測區地質概況

（1）地層。研究區處于山西斷隆太行拱斷束和華北斷凹冀中臺陷之過渡地帶。其主要地層為：

太古界贊皇群（Ar）:分布于測區西部，主要巖性為片麻巖、混合巖等各類變質巖，總厚度大于7400m。

寒武系（ε）：為一套濱海、淺海相沉積地層，與下伏地層假整合接觸。主要巖性為：鮞狀灰巖、竹葉狀灰巖、頁巖等。厚度283～627m。

奧陶系（O）:為一套海相碳酸鹽巖沉積。中上部奧陶系中統（O2）主要為灰巖、花斑灰巖、白云質灰巖等，下部奧陶系下統（O1）為白云巖。厚度大于450m。

石炭系中上統（C）:為一套以陸相為主海陸交互相地層。中統本溪組（C2b）主要為鋁土頁巖，底部為褐紅色砂巖；上統太原組（C3t）巖性為砂巖、泥巖頁巖夾數層煤和薄層灰巖。厚度140m。

二疊系（P）：下部山西組主要為陸相沉積的砂巖、泥巖，夾1號煤和2號煤；上部石盒子組主要為陸相沉積的中粗砂巖。厚度30～130m。

第四系（Q），分布在測區東部，主要為沖洪積、冰漬、冰水積的黃土狀土、粘性土夾砂層、卵礫石和泥礫。厚度總體上西薄東厚，從數米到數百米。

（2）構造。區內構造頗為發育，主要為北東—北北東向，構成區內主體構造框架。其次為北西向的次級構造。

（3）地熱水文地質特征。根據含水巖系的不同，本區屬于碳酸鹽巖巖溶水類型。碳酸鹽巖巖溶裂隙水是由寒武系和奧陶系組成的一套復雜的含水巖系，由西向東，由裸露型轉為覆蓋和埋藏型，巖溶裂隙水逐漸由潛水轉為承壓水；多數情況下，由于灰巖埋藏深度較淺，巖溶裂隙發育，水量豐富，巖溶水徑流條件好，循環交替作用強烈。由于地下水的冷卻作用較好，不易產生地熱異常。但局部地段在構造作用下易形成封閉的斷塊，地下水徑流滯緩，在斷裂構造帶附近有一定水量，可形成地熱流體，此類型是本區的主要熱儲層。

2 地球物理測量

本次物探野外工作主要開展了瞬變電磁法（TDEM）和可控源音頻大地電磁測深（CSAMT），共布置測線3條，基本垂直區域構造走向。

（1）瞬變電磁法（TDEM）：瞬變電磁法工作選取大定源裝置進行工作,參數的確定：

在設置參數之前，須了解工區的一些參數，從而確定使用的發射框的大小、波形的頻率等。根據設計要求，本次勘查深度400m，工區背景電阻率大概在20Ω·m左右。

利用下式來估算：

式中：D——勘探深度，m；

ρ——背景電阻率值，Ω·m；

t——有圓滑曲線的最晚時間，ms。

通過計算，t=16ms。

確定了需要觀測的最晚延時，根據下表選擇相應周期的波形的頻率為8.33333Hz。

表1 波形選擇參考表

發射框大小的確定：對于固定噪音水平的儀器，最晚可測時間確定后，利用下式發射框和電流的大小也可確定。

式中：μ——空氣中的磁導率，4π×10-7H/m；

Mt——發射電流距，Mt=IL2；

L——發射線框的邊長，m；

I——發射電流，A；

ρaL——估算的背景電阻率；

Nm——實測噪音水平，10-9V/m2。

結果是若8A的電流時，300m×300m邊框即可滿足要求。

工作參數：發射線圈邊框300m×300m，發射線框面積90000m2左右，MTEM-AL接收線圈接收。儀器發射頻率8.33333Hz，最晚可測時間18ms，發射電流8A左右。觀測參數db/dt。

（2）可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）。頻率選擇：需要確定最低頻率和頻率表。在有區域背景電阻率資料的情況下，可以通過H≈300（ρ/f）1/2來反算需要的最低頻率。本次工作為了更好地反映深部信息，采用9600～1Hz。

頻率表：使用默認的30min頻率表，頻率表中6400Hz以下不宜出現50Hz的整數倍頻率。

收發距的選擇：對于確定的ρ和f，勘探深度是H≈300（ρ/f）1/2m，為滿足遠場接收的條件，收發距必須滿足D≥（2000～2500）×（ρ/f）1/2m，即D/H≥（6～8）。本次工作收發距為8.2km。

發射極距：收發距較近時5km以內，采用1km的發射極距即可，收發距較遠時采用2km或3km的發射極距。本次工作采用1.5km的發射極距，平行于測線布設。電極布設時，應該盡量降低發射極的接地電阻。

點距：50m，太小的話電道信號太弱，但并不因為點距小就能提高解釋的橫向分辨率，太大的話橫向分辨較弱，同時施工效率不高。

3 資料解釋

以Ⅰ剖面為例。

從瞬變電磁等ρs反演斷面等值線圖（圖1）來看，有2個較為明顯的斷層存在，我們將其分別編號為F1、F2。

（1）在F1左側，電阻率ρs值一般在60～250Ω·m之間，結合地質資料，主要為太古界贊皇群（Ar）片麻巖，中部埋深110～170m段ρ＜30Ω·m，分析該段地層較為破碎，充水所致。

圖1 瞬變電磁等ρs反演斷面等值線圖

（2）F1、F2中間部分：淺部約60m以上，電阻率ρ= 30～40Ω·m，主要為第四系亞粘土、亞砂土的反映，局部存在的高阻（半）閉合，電阻率ρ=40～100Ω·m，主要為砂卵礫石層；其下，ρ一般小于30Ω·m，為石炭系砂巖、頁巖，底板埋深110m左右；下部，ρ一般在40～250Ω·m，推斷為奧陶系灰巖。

（3）F2右側，淺部約70m以上，電阻率ρ=20～200Ω·m，主要為第四系亞粘土、亞砂土、砂卵礫石的反映；其下，ρ一般小于20Ω·m，為石炭系砂巖、頁巖，底板埋深130m左右；下部，ρ一般在40～300Ω·m，推斷為奧陶系灰巖。

從可控源音頻大地電磁測深反演斷面圖（圖2）來看，也較為明顯的存在F1、F22條斷層：

P631.3

B

1004-5716(2015)05-0097-03

2014-05-06

2014-05-18

田玉杰（1971-），男（漢族），河北蔚縣人，工程師，現從事電法、電磁法等工程物探和找礦工作。