深部地熱資源勘察中的地球物理電磁法應用可行性與優(yōu)勢研究

何雙鳳+高鶴+張福強+張海超

摘 要：地熱資源包括熱、水、礦三種，隨著我國社會城市化進行進程的發(fā)展，我國資源的數量也越來越缺乏，資源的可采率也在不斷的下降，并且還出現了一系列的問題，包括能源結構的不合理等，都對我國經濟的可持續(xù)發(fā)展造成了阻礙，因此，地熱資源作為一種新型的綠色能源逐漸受到了人們的關注。地熱資源勘查正在迅速的發(fā)展，但是其勘查方式并沒有大幅度的提高，傳統(tǒng)的方式已經不使用，所以提高地熱資源勘察效果是目前所要重視的問題。

關鍵詞：深部地熱勘查；電磁法；可行與優(yōu)勢

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.204

0 引言

電磁法勘察主要是以不同的礦石、巖石自身的典型差異為前提，研究并觀測人工及天然磁場空間及時間的分布規(guī)律，以此進行礦物尋找及地質勘測的方式，其有自身的便捷性被廣泛應用到地熱資源勘察中。在地熱資源勘察中使用電磁法，能夠探測出形成地下熱水的主要原因及位置，找出地下熱水分布分范圍，并且確定地熱的位置、覆蓋的厚度等信息。將電磁法使用到地熱資源勘察中是可行的，基于此，本文就來探討電磁法的優(yōu)勢和應用可行性。

1 電磁法的原理及優(yōu)點

地下熱水能夠改變熱儲層位電阻率，以此識別地熱資源。在地下熱水勘察過程中，具有多種方式，比如遙感技術、重磁勘探及電磁法等等，目前在地熱資源勘察過程中使用最多的就是電磁勘測法，其主要是通過得到的反演電阻率和地質資料推斷測區(qū)的地層及構造。

電測勘測法的基本原理主要是通過改變電流頻率以此進行勘測，其是以電磁波傳播理論與麥克斯韋方程組為基礎，表達方式為：

其中E表示電場強度，B表示磁感應強度，D表示電通量密度，H表示磁場矢量，ρ表示電荷密度，?B/?t表示變化磁場，?D/?t表示位移電流，j表示傳導電感。其物理意義表示為：電場是通過ρ引發(fā)的發(fā)散場，也可以是通過?B/?t引發(fā)的渦旋場，H是通過j和?D/?t兩者產生的渦旋場，并且空間沒有存在獨立的磁荷。

在地熱資源勘察中使用電磁法的主要優(yōu)勢為：

其一，具有較高的工作效率。通過偶記發(fā)射就能夠在四個大扇形區(qū)域中進行地熱資源測量；

其二，具有較高的水平分辨率。電磁法的水平分辨率和收發(fā)距離沒有關系，其水平分辨率大約為接受電偶極的長度；

其三，具有較高的垂向分辨率。電磁發(fā)的垂向分辨能力和較多的因素息息相關，如果把探測對象厚度和埋深兩者的比定義成為垂向分辨率，那么其垂向分辨率在10%-20%之間；

其四，對地形具有較小的影響。因為將觀測數據進行歸一化，降低了對地形的影響，并且容易校正；

其五，具有較高的勘探深度范圍。因為主觀因素、客觀因素及目前技術的原因，電磁法的勘測深度最高可達兩三千米；

其六，具有較小的高阻層屏蔽作用。由于電磁法使用的是交變電磁場，所以其能夠穿透高阻層，電測法能夠反應出直流電法無法探測的高阻層地質體[1]。

2 深部地熱資源勘察中的地理物理電磁法的應用可行性分析

本文以黑龍江省濱東地區(qū)的兩處火山為例子，研究電磁法在深部地熱資源勘察中的應用。目前，這兩處火山附近的地表出現了地熱現象，比如在大雪紛紛的冬天，地表具有干蜂窩狀溶洞，洞內沒有積雪。在零下20℃的冰封階段，地區(qū)表面沒有凍，草木植物出現霧凇現象。在零下25℃的溫度下，將溫度計放入洞中20cm深的地方，溫度顯示為4℃。區(qū)域的地質背景見圖1，區(qū)域內部地層層序見表1。

探測區(qū)的物探工作：在火山口右側坍塌處布置兩條平形的電磁測線分別為1和4，通過地質勘查發(fā)現1處的位置出現張扭性斷裂，地質認為發(fā)生張扭性斷裂和壓扭性斷裂的相交處是存儲水的最佳位置，但是這個部分并沒有出現壓扭性斷裂。在火山口右側坍塌部分布置三條激電測深測線，因為其與高速公路想接近，會受到地電干擾，所以使用觀測參數視電阻率、半衰過程中表現良好的測線剖面進行分析。 圖2為物探工作的布置圖。

分析深部地層中的含水性：一般使用電磁法尋找地下水的時候，收拾尋找低阻電性層，根據富水層電阻率是否低于干層電阻率，以此推斷低阻電性層是否為深部含水層位。通過根系地表剖面的電性特性，深部并沒有較大規(guī)模的低阻電性層，所以根據目前的資料沒有辦法進

行深部地層含水性的評價。

4線剖面能夠反映地層的分布，縱向上電阻率呈現出低-中高-高-中高的電信分布規(guī)律變化，通過上述分析判斷其地熱為深部熱源反映。本區(qū)中斷裂構造和火山機構發(fā)育，根據電磁法的成果認為1線剖面深大斷裂表現為地熱資源現象。通過鉆孔驗證，出水溫度為52℃，每天出水量為2400m3/d。以此驗證了電磁法在深部地熱資源勘測中是可行的[2]。

3 結束語

因為地下深部地質條件具有復雜性及難預見性，地熱資源勘查具有較大的風險，所以就要選擇合適的勘測方式。本文研究的是電磁法在深部地熱資源勘察中的應用，研究表明其能夠在深部地熱資源勘察中使用，并且有較大的優(yōu)勢，能夠獲取更加精準、氛圍較廣的地熱空間分布信息。

參考文獻：

[1]曾向林.瞬變電磁法在工程地球物理勘探中的應用[J].西部探礦工程，2001，13（03）：42.

[2]李百壽，秦其明，侯貴廷等.被動式超低頻電磁法在深部地熱資源勘察中的應用——以JR-119井及JR-168井為例[J].地球物理學進展，2009，24（02）：699-706.