深部地熱資源勘察中的地球物理電磁法應用可行性與優勢研究

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發展造成了阻礙，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展，但是其勘查方式并沒有大幅度的提高，傳統的方式已經不使用，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勢和應用可行性。

1 電磁法的原理及優點

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引發的發散場，也可以是通過?B/?t引發的渦旋場，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勢為：

其一，具有較高的工作效率。通過偶記發射就能夠在四個大扇形區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℃。區域的地質背景見圖1，區域內部地層層序見表1。

探測區的物探工作：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，通過地質勘查發現1處的位置出現張扭性斷裂，地質認為發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-中高的電信分布規律變化，通過上述分析判斷其地熱為深部熱源反映。本區中斷裂構造和火山機構發育，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.