EH-4在地熱資源勘查中的應用

楊殿寶

河北省地球物理勘查院

EH-4在地熱資源勘查中的應用

楊殿寶

河北省地球物理勘查院

地熱資源是一種十分寶貴的綜合性礦產資源，其功能多，用途廣，不僅是一種潔凈的能源資源，可供發電、采暖、醫療等利用，而且還是一種可供提取溴、碘、硼砂、鉀鹽、等工業原料的熱鹵水資源和天然肥水資源。在地熱資源勘查中因埋藏深度的不同，所選擇勘測的儀器方法也不同，本文主要介紹EH4（連續電導率剖面儀）在淺、中深部地熱資源勘查中的應用。

EH-4（連續電導率剖面儀）由Geometrics公司研制。是一種電導率張量測量儀。利用大地電磁的測量原理，測量TETM兩個模式的電阻率。配置了磁偶極子發射源，發射頻率從1KHZ～70KHZ，以彌補大地電磁場1KHZ～5KHZ寂靜區信號不足。EH-4遵循大地電磁測深（MT）的基本原理，支持音頻大地電磁測深（AMT）和可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）,屬于部分可控源與天然場源相結合的一種大地電磁測深系統。經歷了十幾年的使用與發展，已成為一種穩定成熟的電磁測深儀器。

EH-4又稱StratagemMT，既可控源變頻大地電磁測量，所不同的是其磁偶極子發射天線為X，Y方向的垂直線圈。垂直磁偶極子發射的場以TE型波為主，分辨率高，分層定厚能力強。EH4可以使用人工電磁場和天然電磁場兩種場源。因此其相較同類型儀器的獨特之處包括：①人工場源用在信號較弱或沒有信號的地區，保證全頻段觀測到可靠信號；②它支持張量人工場源的測量，反演X-Y電導率張量成像剖面，對判斷二維構造特別有利，而一般人工場源電磁測深僅能進行標量測量，不能正確判斷二維構造；③整套儀器設備輕便，觀測時間短，完成一個800米深度的電磁測深，大約只需15分鐘左右，具有較高的工作效率，為進行EMAP連續觀測提供技術保證；④實時數據處理與成像，資料解釋簡捷，圖像更直觀。

EH-4通過發射和接收地面電磁波來達到電阻率或電導率的測深。連續的測深點陣組成地下二維電阻率剖面、甚至三維立體電阻率成像。EH-4可以用于單點測量，也可以用于剖面測量。單點測量適用于測點之間電阻率變化不劇烈的情況。它給出接收點下垂向電阻率分布的估計。剖面測量適用于預測電阻率延測向有變化的區域。它能提供垂向和側向電阻率分布，沿特定的方向在相鄰測站采集數據，并把這些數據一起處理。剖面可以沿任意方向布設，不必沿嚴格的直線。在實際施工中，一般使用剖面測量工作方式，因為此方式能充分發揮系統信號處理軟件的能力。

今年在河北省某地進行地熱資源勘查中，工區已知地熱井有6個，深度均在120—240米之間，其中一個被早期某廠開發利用為溫泉療養院，現已被私人承包，浴場條件簡陋、破舊，據了解此井深度140米，水溫42度，出水量＞50m3∕h。其余幾口地熱井均為民用飲水井，初衷本想飲用不料打出了熱水，因而全部封孔，這幾口井最低溫度40度，最高72度，出水量也都不錯，通過對搜集的資料進行分析，初步判斷區域構造應為北東向帶狀斷裂為主，故以已知開發利用的溫泉井為中心布設100×200米測線15條，測點共計700多個。

工區第四系覆蓋層較厚，約十幾至一百米之間不等，基巖出露較少，地勢東南高，西北低，區內由降雨等原因形成的沖溝非常多，走向也差別較大，沖溝寬度幾米至幾十米不等；深度大多達20米以上；延伸長度達到幾百米至數公里。施工難度較大，可控源音頻大地電磁方法（CSAMT）為多道同時測量，數據質量可靠且效率較高被廣泛應用，但因在沖溝密集的工區難以有效快速的布設，施工難度太大，而且工區已知地熱井情況均埋藏較淺，CSAMT測量淺層盲區較大，并不適合，進而排除使用。充分考慮數據質量、地形、工作效率等因素，EH-4測量淺部盲區較小，分辨率清晰，且攜帶方便，地形適應能力較強，800米深度的單點測量僅需15分鐘左右，工作效率較高最終綜合考慮選擇EH-4作為本次地熱勘查的主要儀器。

本次勘探的主要目的是查找含水構造。EH-4勘探是以地下介質在導電性方面（主要視電阻率）的差異為基礎，而含水構造通常表現為低電阻率。此次工作點距為100米，在異常地區調整為50米，設計勘探深度500米以內。在實際工作當中需執行以下技術措施，以保證勘查精度。

①開工之前首先進行平行試驗，檢測儀器是否正常，需將兩個磁棒相隔3-5米，平行放置地面，兩個電偶極子同樣平行放置，觀測電、磁場通道的時間序列信號。

②X、Y方向電極必須垂直布設，電極距誤差＜0.5米，角度誤差想＜0.5°。

③為了降低人文因素干擾，磁棒應埋在地下至少5厘米，兩磁棒相互垂直，角度控制在2°以內。距離中心前置信號放大器應＞5米。

④前置信號放大器應放在電、磁道的“十”字交點位置并連接地線。

⑤實際測量中應注意觀察電磁場的相位關系、相干度和信號強度。及時發現并解決問題，保證數據質量。

經過一個多月的野外觀測，圈定兩條區域富水主構造及多條次級構造，并在有利位置布設了激電測深點，進一步了解構造斷面電性特征。其中四個已知地熱井（包含已知溫泉浴場）均在北東向主構造上或緊鄰的次級構造附近，為工區主要含水構造帶。通過已知地質資料及物探成果確定3個有利孔位，設計孔深300米，其中2個鉆孔已完成鉆探任務，分別在227、264米孔口涌水量高達2900m3∕d和3100m3∕d，出水溫度分別為67.7°和72.4°。鉆探結果與推斷解釋基本一致,達到了預期效果，圓滿完成了工作任務。

通過實踐證明，EH-4（連續電導率剖面儀）在本次工作中的表現優異，其人工源發射系統在人文干擾較大區域等復雜地區有效的提高了中頻數據的質量，實時成像系統更有利于現場工作人員把控一手可靠數據。總之EH-4相較其它儀器設備而言其對地形環境的要求低，適合在復雜的地形條件下作業，且測量速度快，野外作業方便，對淺、中深部的勘探分辨率高，是尋找淺、中深部裂隙水、構造水的一種卓有成效的手段，解決了尋找中深部水資源的難題。

隨著祖國的快速發展，經濟結構的重大改革，清潔環保的地下水資源必定會得到更多的開發與利用，相信EH-4也會發揮其更大作用。