綜合物探方法在火成巖區(qū)尋找地?zé)豳Y源的探討
——以山西省某地區(qū)地?zé)峥辈闉槔?/h1>
2022-01-20 04:14:38高博涵敬榮中黃理善
礦產(chǎn)與地質(zhì) 2021年5期
高博涵，敬榮中，趙 毅，黃理善
(1.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541006；2.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林 541004)
0 引言
地?zé)豳Y源是一種綠色低碳的清潔能源，可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)[1]。地?zé)崧癫厣疃纫话爿^大，最具開發(fā)價(jià)值的熱巖主要埋深在地下3000～5000 m[2]，為查明其賦存深度及位置，除了進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查外，還需選擇有效的勘查技術(shù)方法。地球物理方法在地?zé)豳Y源勘查中，技術(shù)的應(yīng)用、結(jié)合地質(zhì)條件進(jìn)行資料解釋等都較為成熟，是非常有效的地?zé)峥辈槭侄蝃3-19]。
可控源音頻大地電磁測深法[20-22](CSAMT)具有勘探深度大、不受高阻屏蔽的優(yōu)點(diǎn)，是目前地?zé)峥辈橹袘?yīng)用較多的物探方法之一。不過，瞬變電磁法(TEM)[22]在淺層探測分辨能力、對(duì)低阻異常體的探測效果比CSAMT法更有效，因此，在CSAMT的基礎(chǔ)上進(jìn)行TEM可提高地?zé)峥辈榫?，更?zhǔn)確地確定地質(zhì)構(gòu)造特征。大地電場巖性探測[23]的垂向分辨率更高，針對(duì)異常明顯區(qū)可進(jìn)行單點(diǎn)觀測，可與CSAMT與TEM的探測結(jié)果相互印證。本文選擇以CSAMT為主，TEM和大地電場巖性探測為輔的綜合物探法[3]在山西某地地?zé)峥辈橹校〉昧溯^為理想的勘探效果，為進(jìn)一步開發(fā)地?zé)豳Y源提供了重要依據(jù)。
1 測區(qū)地球物理特征
電法勘探依據(jù)巖石(巖層)電阻率差異進(jìn)行巖性劃分和地層解釋。據(jù)以往地質(zhì)及地球物理勘查資料，區(qū)內(nèi)存在斷層構(gòu)造，深部基底為玄武巖和變質(zhì)巖。噴出型火成巖(例如玄武巖、流紋巖等)電阻率一般低于侵入型火成巖電阻率(例如花崗巖)，但火成巖與變質(zhì)巖的電阻率一般均大于沉積圍巖。因此，可以通過物探方法來測量火成巖及變質(zhì)巖與沉積圍巖的電阻率值差異，以判斷火成巖及變質(zhì)巖位置，進(jìn)而尋找地?zé)豳Y源[24-26]。測區(qū)內(nèi)主要巖性及電阻率值見表1。
表1 巖石電阻率統(tǒng)計(jì)
本區(qū)位于桑干河新裂陷之次級(jí)構(gòu)造——懷仁凹陷和黃花梁陷隆單元間，測區(qū)范圍內(nèi)已基本具備地?zé)嵯到y(tǒng)的水循環(huán)基本要素：測區(qū)上覆松散層接受大氣降水通過地層裂隙及斷層破碎帶滲入至深部火成巖及變質(zhì)巖地層，玄武巖等火成巖位于地下深部，溫度較高，并且玄武巖和變質(zhì)巖一般具有杏仁狀氣孔結(jié)構(gòu)，可起到儲(chǔ)存地下熱水的作用。
區(qū)內(nèi)斷層可導(dǎo)通上下地層之間的水力聯(lián)系，當(dāng)?shù)叵滤臏囟仍礁呋驇r石裂隙中充填有熱水時(shí)，視電阻率將會(huì)明顯降低[4]，使斷層附近形成與斷層傾角接近的電阻率低阻異常區(qū)。該類低阻異常在電阻率斷面圖上一般表現(xiàn)較為陡立，通過尋找陡立的電阻率低阻異常，便可以反映斷層存在[26]，此為利用綜合物探方法在本區(qū)開展地?zé)峥辈榈牡厍蛭锢砘A(chǔ)。
2 基本原理及特點(diǎn)
根據(jù)多位學(xué)者[4-12]研究可以看出，利用單一的物探方法進(jìn)行地?zé)峥辈闀r(shí)，總會(huì)存在一些局限性，測量結(jié)果可信度低，為克服單一方法的不足，采用以CSAMT為主，TEM、大地電場巖性測量為輔的綜合物探方法，在火成巖地區(qū)進(jìn)行地?zé)峥辈?，各種方法相互補(bǔ)充，可取得較為理想的勘探效果。
CSAMT[20-21]采用人工接地電極發(fā)射一定頻率的電磁信號(hào)，在遠(yuǎn)端接收電場的水平分量Ex和磁場水平分量Hy，并以此來計(jì)算視電阻率，通過觀測視電阻率的變化來推測地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。作為在地?zé)峥辈橹袘?yīng)用較為廣泛的物探方法之一，CSAMT勘探深度大、穿透高阻的能力強(qiáng)。又因CSAMT采用人工源發(fā)射，其場源穩(wěn)定性較好，抗干擾能力相較于其他電法占優(yōu)。不過，CSAMT對(duì)激發(fā)場源和接收?qǐng)鲈吹氖瞻l(fā)距存在一定要求，在淺層分辨率較低，橫向分辨率有限。針對(duì)CSAMT在近區(qū)、淺層存在的局限性，選取了TEM和大地電場巖性測量加以補(bǔ)充。
TEM[22]屬于時(shí)間域電磁感應(yīng)方法，利用不接地回線向地下發(fā)射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇利用線圈或接地電極觀測地下介質(zhì)中引起的二次感應(yīng)渦流場，從而探測介質(zhì)電阻率。TEM相對(duì)于CSAMT對(duì)低阻體和淺部地層的分辨能力更強(qiáng)，在探測低阻異常體及淺部地層方面更具優(yōu)勢。圖1展示了接地線源和回線源激發(fā)的地下電流分布情況，可以看出，采用接地電極作為發(fā)射源的CSAMT進(jìn)行地?zé)峥辈闀r(shí)，可同時(shí)產(chǎn)生水平電流和垂直電流，當(dāng)發(fā)射較低頻率信號(hào)，可對(duì)高阻基底地層進(jìn)行探測，而TEM利用回線圈作為發(fā)射源，在激發(fā)時(shí)不產(chǎn)生垂直電流，僅產(chǎn)生水平電流，使TEM在尋找低阻異常時(shí)效果顯著。研究發(fā)現(xiàn)，TEM對(duì)于CSAMT在火成巖地區(qū)尋找低阻的地?zé)豳Y源有良好的補(bǔ)充作用。
圖1 均勻半空間下接地線源與回線源激發(fā)的地下電流分布對(duì)比
另外，TEM作為一種時(shí)間域電磁勘探方法，可通過控制采樣時(shí)間來提高淺部地層的分辨率，避免了CSAMT在淺部地表存在的“靜態(tài)位移”影響。而且，在一些不滿足CSAMT發(fā)射條件地區(qū)，也可采用TEM代替測量。
大地電場巖性探測是利用太陽風(fēng)形成的電磁波作為激發(fā)場源[23，26]，利用平行板電容器接收反射信息，壓制空氣中輻射電場，最大限度突出了上行電場分量，以此提取地下巖性特征及地質(zhì)信息，判斷不同深度下巖性、儲(chǔ)層性質(zhì)的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)測量區(qū)的探測與評(píng)價(jià)。大地電場巖性探測屬于電測深類物探法(圖2)，通常在其他物探方法探測后針對(duì)異常較明顯地區(qū)進(jìn)行單點(diǎn)觀測，區(qū)別于CSAMT與TEM的是，大地電場巖性探測垂向分辨率較CSAMT與TEM相比更高，可更準(zhǔn)確判斷異常體的深度。CYT曲線除顯示地下巖性特征外，在地下地?zé)岙惓^(qū)也會(huì)展現(xiàn)出不同的曲線特征，此為將其應(yīng)用于地?zé)峥辈榈闹匾颉?/p>
圖2 CYT探測原理簡圖
因此，CSAMT與TEM、大地電場巖性探測方法的結(jié)合，可以相互補(bǔ)充，在綜合解釋上各有所長，進(jìn)一步提升火成巖地區(qū)地?zé)峥辈榈臏?zhǔn)確性。應(yīng)用CSAMT為主，TEM、大地電場巖性探測方法為輔的綜合物探方法在山西某火成巖地區(qū)地?zé)豳Y源勘探中，取得了較好的探測效果。
3 工程實(shí)例
3.1 工程概況
本區(qū)處于大同盆地桑干河新裂陷中部西側(cè)隆起帶，自西向東橫跨懷仁凹陷和黃花梁陷隆兩個(gè)構(gòu)造單元[26](圖3)，區(qū)內(nèi)地層主要有五臺(tái)群中深變質(zhì)巖、寒武系、下奧陶統(tǒng)、石炭系、二疊系及新生代(Q+N)地層，局部有太古代花崗巖和新近紀(jì)玄武巖侵入，其中玄武巖及五臺(tái)群深變質(zhì)巖是地下熱水的良好儲(chǔ)存體。
本區(qū)橫跨桑干河新裂陷之次級(jí)構(gòu)造懷仁凹陷和黃花梁陷隆兩個(gè)構(gòu)造單元，區(qū)內(nèi)發(fā)育一系列走向NE的斷裂構(gòu)造，為地下各含水層提供了較好的聯(lián)系通道。
圖3 桑干河新裂陷地質(zhì)構(gòu)造剖面示意圖
如圖4所示，在勘探區(qū)內(nèi)布置了4條CSAMT測線。
圖4 工程布置圖
CSAMT探測中，所采用的儀器為GDP32Ⅱ多功能電法工作站。發(fā)射極距AB為1500 m，發(fā)射電流能電法工作站。發(fā)射極距AB為1500 m，發(fā)射電流為14～16 A，收發(fā)距為6 km；59線和64線的接收點(diǎn)距為50 m，10線和60線的接收點(diǎn)距為100 m，信號(hào)的頻帶范圍為 0.125～8192 Hz。
TEM探測中，所采用的儀器也為GDP32Ⅱ多功能電法工作站，采用中心回線裝置進(jìn)行測量。發(fā)射線框?yàn)?00 m×600 m單匝回線，采用發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電，發(fā)射源基頻為16 Hz，發(fā)射電流15 A；測點(diǎn)之間的點(diǎn)距為50 m。
CSAMT測量完成后，在CSAMT電阻率異常較為明顯的60線附近布置了TEM測線，用于較準(zhǔn)確地圈定低阻斷裂帶，并結(jié)合CSAMT、TEM成果，在60線3350點(diǎn)附近布置了大地電場巖性測量。
3.2 實(shí)測結(jié)果及驗(yàn)證
在實(shí)測數(shù)據(jù)的處理中，首先利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
GDP32Ⅱ所配套的數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和壞點(diǎn)剔除，然后利用基于OCCAM算法的CSAMT-2D反演軟件和TEM-1D反演軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演。將反演后的結(jié)果繪制成CSAMT及TEM視電阻率(ρs)斷面圖(圖5)?？傮w上，CSAMT與TEM視電阻率斷面圖形態(tài)基本一致，均表現(xiàn)為視電阻率在中淺層為中—低阻并隨著深度增加視電阻率逐漸增大，至深部基底表現(xiàn)為高阻。
對(duì)比CSAMT與TEM的探測效果(圖5)的不同之處：
1)在地表深度較淺處的探測效果，TEM優(yōu)于CSAMT。CSAMT受到地形影響、第四系泥質(zhì)砂土及黏土層的低阻屏蔽干擾較大，表現(xiàn)為中阻異常，視電阻率曲線呈現(xiàn)為扭曲變化等特征，在一定程度上降低了淺層的分辨率；而TEM雖然存在深度約為100 m的盲區(qū)，但在地表淺層受到的低阻屏蔽層干擾較小，視電阻率值在地表淺層處表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，與實(shí)際地質(zhì)特征相符。
2)在深度較大處的探測效果，CSAMT優(yōu)于TEM。4500點(diǎn)至10 000點(diǎn)區(qū)段，CSAMT在深部的數(shù)據(jù)分層性較好，而TEM在這一區(qū)段視電阻率曲線稍顯混亂，且TEM在9000點(diǎn)至9500點(diǎn)區(qū)段出現(xiàn)了視電阻率曲線的圈閉狀高阻異常值，這一高阻異常值應(yīng)為干擾引起的假異常，TEM晚期測道的二次場電位在此段跳動(dòng)也較大，缺乏規(guī)律性，說明了CSAMT抗干擾能力優(yōu)于TEM。
3)對(duì)導(dǎo)水?dāng)鄬訕?gòu)造的探測效果，TEM與CSAMT各有優(yōu)勢。由于TEM的純TE場模式，尤其對(duì)低阻目標(biāo)體敏感，這一點(diǎn)在F1斷層的反映上體現(xiàn)較為明顯。CSAMT在淺部對(duì)低阻區(qū)域的F1斷層幾乎沒有反映，但是在TEM剖面上卻存在明顯的低阻異常。從TEM二次場電位多測道圖(圖5b)上也看出，該區(qū)域存在明顯的二次場電位高值異常。CSAMT對(duì)斷層探測的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在對(duì)于深部高阻基底中斷層的探測上。在5000～5700 m、9500～10 000 m區(qū)段，推斷第四系、新近系松散堆積物埋深約為500 m，其下部為火成巖基底，視電阻率反映為高阻特征。CSAMT視電阻率斷面圖(圖5a)中，這兩個(gè)區(qū)段表現(xiàn)為陡立的梯度帶，推斷為F2、F3斷層，可以較為直觀地分辨斷層的上下盤。
4)對(duì)火成巖基底的探測效果，CSAMT優(yōu)于TEM。在5800～9300 m區(qū)段，CSAMT對(duì)火成巖基底有十分明顯的高阻反應(yīng)，而TEM在這一位置高阻反應(yīng)并不明顯，未突出火成巖基底。
圖5 60線CSAMT與TEM視電阻率斷面圖
在CSAMT和TEM法初步解譯的基礎(chǔ)上，針對(duì)異常較為明顯的3350點(diǎn)附近進(jìn)行了大地電場巖性探測。大地電場巖性探測后形成的CYT曲線(圖6)上，地下熱水儲(chǔ)存有利段或富水地段頻率一般較低，且曲線較圓滑，一般表現(xiàn)右偏，且峰值較高。
由CYT曲線特征圖(圖6)可知，在1230 m、1270 m深度附近右側(cè)峰值較高，可判定為溫度異常；1850～1900 m層段和1220～1300 m層段，曲線頻率低(稀疏)，向右偏的峰值明顯，推斷為含水層。由此可見，CYT曲線在解譯含水層深度及溫度方面的特征較為明顯，是對(duì)CSATM、TEM探測結(jié)果的有效補(bǔ)充。
圖6 60線3350點(diǎn)CYT曲線特征圖
根據(jù)實(shí)測結(jié)果，在3350點(diǎn)進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證，該鉆孔在1610 m處鉆遇到了地下熱水。隨后又進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果，本區(qū)地下熱水單位產(chǎn)量為233 m3/d，水溫58℃。這一結(jié)果證實(shí)了斷層及五臺(tái)群火成巖地層地下熱水的賦存特征。
綜上，CSAMT與TEM、大地電場巖性探測的結(jié)合在本測區(qū)地?zé)峥辈橹腥〉昧朔浅：玫男Ч?，采用多種方法綜合的勘探手段，在不同深度處的探測精度、對(duì)斷層構(gòu)造和火成巖基底的探測效果等方面，可以進(jìn)行相互佐證和補(bǔ)充，提高了勘探精度及推斷解釋的準(zhǔn)確性。
4 結(jié)論
1)本次研究采用綜合物探法，根據(jù)實(shí)測結(jié)果推斷勘查區(qū)內(nèi)存在F1、F2、F3三條斷裂，對(duì)F1斷裂3350點(diǎn)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證成功獲取地下熱水。
2)選擇以CSAMT為主、TEM和大地電場巖性探測為輔的綜合物探方法在火成巖地區(qū)地?zé)峥辈橹惺切兄行У摹?/p>
3)物探方法技術(shù)都有其應(yīng)用的前提條件，因此，根據(jù)不同的地質(zhì)條件和需解決的具體地質(zhì)問題，選擇不同的地球物理方法及多種方法技術(shù)的綜合應(yīng)用是取得好的勘查效果的關(guān)鍵。
猜你喜歡
《石油物探》 2022年總目次石油物探(2022年6期)2022-12-03 08:22:42 一種識(shí)別薄巖性氣藏的地震反射特征分析云南化工(2020年11期)2021-01-14 00:50:58 火成巖研磨性試驗(yàn)研究石油鉆探技術(shù)(2020年3期)2020-08-24 07:27:58 火成巖巖脈(墻)侵蝕對(duì)工作面的影響礦業(yè)工程研究(2020年4期)2020-02-03 02:37:10 準(zhǔn)噶爾盆地西緣石炭系火成巖錄井綜合評(píng)價(jià)技術(shù)錄井工程(2017年3期)2018-01-22 08:40:24 K 近鄰分類法在巖屑數(shù)字圖像巖性分析中的應(yīng)用錄井工程(2017年1期)2017-07-31 17:44:42 《物探化探計(jì)算技術(shù)》2016年1～6期總要目物探化探計(jì)算技術(shù)(2016年6期)2017-01-12 03:24:41 兩種物探方法在觀音巖隧道勘察中的應(yīng)用云南地質(zhì)(2015年3期)2015-12-08 07:00:16 雙層厚硬火成巖破斷的力學(xué)分析現(xiàn)代礦業(yè)(2015年1期)2015-03-07 08:47:54 低滲巖性氣藏壓降法計(jì)算庫容量改進(jìn)石油化工應(yīng)用(2014年12期)2014-03-11 17:40:48
高博涵，敬榮中，趙 毅，黃理善
(1.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541006；2.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林 541004)
0 引言
地?zé)豳Y源是一種綠色低碳的清潔能源，可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)[1]。地?zé)崧癫厣疃纫话爿^大，最具開發(fā)價(jià)值的熱巖主要埋深在地下3000～5000 m[2]，為查明其賦存深度及位置，除了進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查外，還需選擇有效的勘查技術(shù)方法。地球物理方法在地?zé)豳Y源勘查中，技術(shù)的應(yīng)用、結(jié)合地質(zhì)條件進(jìn)行資料解釋等都較為成熟，是非常有效的地?zé)峥辈槭侄蝃3-19]。
可控源音頻大地電磁測深法[20-22](CSAMT)具有勘探深度大、不受高阻屏蔽的優(yōu)點(diǎn)，是目前地?zé)峥辈橹袘?yīng)用較多的物探方法之一。不過，瞬變電磁法(TEM)[22]在淺層探測分辨能力、對(duì)低阻異常體的探測效果比CSAMT法更有效，因此，在CSAMT的基礎(chǔ)上進(jìn)行TEM可提高地?zé)峥辈榫?，更?zhǔn)確地確定地質(zhì)構(gòu)造特征。大地電場巖性探測[23]的垂向分辨率更高，針對(duì)異常明顯區(qū)可進(jìn)行單點(diǎn)觀測，可與CSAMT與TEM的探測結(jié)果相互印證。本文選擇以CSAMT為主，TEM和大地電場巖性探測為輔的綜合物探法[3]在山西某地地?zé)峥辈橹校〉昧溯^為理想的勘探效果，為進(jìn)一步開發(fā)地?zé)豳Y源提供了重要依據(jù)。
1 測區(qū)地球物理特征
電法勘探依據(jù)巖石(巖層)電阻率差異進(jìn)行巖性劃分和地層解釋。據(jù)以往地質(zhì)及地球物理勘查資料，區(qū)內(nèi)存在斷層構(gòu)造，深部基底為玄武巖和變質(zhì)巖。噴出型火成巖(例如玄武巖、流紋巖等)電阻率一般低于侵入型火成巖電阻率(例如花崗巖)，但火成巖與變質(zhì)巖的電阻率一般均大于沉積圍巖。因此，可以通過物探方法來測量火成巖及變質(zhì)巖與沉積圍巖的電阻率值差異，以判斷火成巖及變質(zhì)巖位置，進(jìn)而尋找地?zé)豳Y源[24-26]。測區(qū)內(nèi)主要巖性及電阻率值見表1。
表1 巖石電阻率統(tǒng)計(jì)
本區(qū)位于桑干河新裂陷之次級(jí)構(gòu)造——懷仁凹陷和黃花梁陷隆單元間，測區(qū)范圍內(nèi)已基本具備地?zé)嵯到y(tǒng)的水循環(huán)基本要素：測區(qū)上覆松散層接受大氣降水通過地層裂隙及斷層破碎帶滲入至深部火成巖及變質(zhì)巖地層，玄武巖等火成巖位于地下深部，溫度較高，并且玄武巖和變質(zhì)巖一般具有杏仁狀氣孔結(jié)構(gòu)，可起到儲(chǔ)存地下熱水的作用。
區(qū)內(nèi)斷層可導(dǎo)通上下地層之間的水力聯(lián)系，當(dāng)?shù)叵滤臏囟仍礁呋驇r石裂隙中充填有熱水時(shí)，視電阻率將會(huì)明顯降低[4]，使斷層附近形成與斷層傾角接近的電阻率低阻異常區(qū)。該類低阻異常在電阻率斷面圖上一般表現(xiàn)較為陡立，通過尋找陡立的電阻率低阻異常，便可以反映斷層存在[26]，此為利用綜合物探方法在本區(qū)開展地?zé)峥辈榈牡厍蛭锢砘A(chǔ)。
2 基本原理及特點(diǎn)
根據(jù)多位學(xué)者[4-12]研究可以看出，利用單一的物探方法進(jìn)行地?zé)峥辈闀r(shí)，總會(huì)存在一些局限性，測量結(jié)果可信度低，為克服單一方法的不足，采用以CSAMT為主，TEM、大地電場巖性測量為輔的綜合物探方法，在火成巖地區(qū)進(jìn)行地?zé)峥辈?，各種方法相互補(bǔ)充，可取得較為理想的勘探效果。
CSAMT[20-21]采用人工接地電極發(fā)射一定頻率的電磁信號(hào)，在遠(yuǎn)端接收電場的水平分量Ex和磁場水平分量Hy，并以此來計(jì)算視電阻率，通過觀測視電阻率的變化來推測地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。作為在地?zé)峥辈橹袘?yīng)用較為廣泛的物探方法之一，CSAMT勘探深度大、穿透高阻的能力強(qiáng)。又因CSAMT采用人工源發(fā)射，其場源穩(wěn)定性較好，抗干擾能力相較于其他電法占優(yōu)。不過，CSAMT對(duì)激發(fā)場源和接收?qǐng)鲈吹氖瞻l(fā)距存在一定要求，在淺層分辨率較低，橫向分辨率有限。針對(duì)CSAMT在近區(qū)、淺層存在的局限性，選取了TEM和大地電場巖性測量加以補(bǔ)充。
TEM[22]屬于時(shí)間域電磁感應(yīng)方法，利用不接地回線向地下發(fā)射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇利用線圈或接地電極觀測地下介質(zhì)中引起的二次感應(yīng)渦流場，從而探測介質(zhì)電阻率。TEM相對(duì)于CSAMT對(duì)低阻體和淺部地層的分辨能力更強(qiáng)，在探測低阻異常體及淺部地層方面更具優(yōu)勢。圖1展示了接地線源和回線源激發(fā)的地下電流分布情況，可以看出，采用接地電極作為發(fā)射源的CSAMT進(jìn)行地?zé)峥辈闀r(shí)，可同時(shí)產(chǎn)生水平電流和垂直電流，當(dāng)發(fā)射較低頻率信號(hào)，可對(duì)高阻基底地層進(jìn)行探測，而TEM利用回線圈作為發(fā)射源，在激發(fā)時(shí)不產(chǎn)生垂直電流，僅產(chǎn)生水平電流，使TEM在尋找低阻異常時(shí)效果顯著。研究發(fā)現(xiàn)，TEM對(duì)于CSAMT在火成巖地區(qū)尋找低阻的地?zé)豳Y源有良好的補(bǔ)充作用。
圖1 均勻半空間下接地線源與回線源激發(fā)的地下電流分布對(duì)比
另外，TEM作為一種時(shí)間域電磁勘探方法，可通過控制采樣時(shí)間來提高淺部地層的分辨率，避免了CSAMT在淺部地表存在的“靜態(tài)位移”影響。而且，在一些不滿足CSAMT發(fā)射條件地區(qū)，也可采用TEM代替測量。
大地電場巖性探測是利用太陽風(fēng)形成的電磁波作為激發(fā)場源[23，26]，利用平行板電容器接收反射信息，壓制空氣中輻射電場，最大限度突出了上行電場分量，以此提取地下巖性特征及地質(zhì)信息，判斷不同深度下巖性、儲(chǔ)層性質(zhì)的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)測量區(qū)的探測與評(píng)價(jià)。大地電場巖性探測屬于電測深類物探法(圖2)，通常在其他物探方法探測后針對(duì)異常較明顯地區(qū)進(jìn)行單點(diǎn)觀測，區(qū)別于CSAMT與TEM的是，大地電場巖性探測垂向分辨率較CSAMT與TEM相比更高，可更準(zhǔn)確判斷異常體的深度。CYT曲線除顯示地下巖性特征外，在地下地?zé)岙惓^(qū)也會(huì)展現(xiàn)出不同的曲線特征，此為將其應(yīng)用于地?zé)峥辈榈闹匾颉?/p>
圖2 CYT探測原理簡圖
因此，CSAMT與TEM、大地電場巖性探測方法的結(jié)合，可以相互補(bǔ)充，在綜合解釋上各有所長，進(jìn)一步提升火成巖地區(qū)地?zé)峥辈榈臏?zhǔn)確性。應(yīng)用CSAMT為主，TEM、大地電場巖性探測方法為輔的綜合物探方法在山西某火成巖地區(qū)地?zé)豳Y源勘探中，取得了較好的探測效果。
3 工程實(shí)例
3.1 工程概況
本區(qū)處于大同盆地桑干河新裂陷中部西側(cè)隆起帶，自西向東橫跨懷仁凹陷和黃花梁陷隆兩個(gè)構(gòu)造單元[26](圖3)，區(qū)內(nèi)地層主要有五臺(tái)群中深變質(zhì)巖、寒武系、下奧陶統(tǒng)、石炭系、二疊系及新生代(Q+N)地層，局部有太古代花崗巖和新近紀(jì)玄武巖侵入，其中玄武巖及五臺(tái)群深變質(zhì)巖是地下熱水的良好儲(chǔ)存體。
本區(qū)橫跨桑干河新裂陷之次級(jí)構(gòu)造懷仁凹陷和黃花梁陷隆兩個(gè)構(gòu)造單元，區(qū)內(nèi)發(fā)育一系列走向NE的斷裂構(gòu)造，為地下各含水層提供了較好的聯(lián)系通道。
圖3 桑干河新裂陷地質(zhì)構(gòu)造剖面示意圖
如圖4所示，在勘探區(qū)內(nèi)布置了4條CSAMT測線。
圖4 工程布置圖
CSAMT探測中，所采用的儀器為GDP32Ⅱ多功能電法工作站。發(fā)射極距AB為1500 m，發(fā)射電流能電法工作站。發(fā)射極距AB為1500 m，發(fā)射電流為14～16 A，收發(fā)距為6 km；59線和64線的接收點(diǎn)距為50 m，10線和60線的接收點(diǎn)距為100 m，信號(hào)的頻帶范圍為 0.125～8192 Hz。
TEM探測中，所采用的儀器也為GDP32Ⅱ多功能電法工作站，采用中心回線裝置進(jìn)行測量。發(fā)射線框?yàn)?00 m×600 m單匝回線，采用發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電，發(fā)射源基頻為16 Hz，發(fā)射電流15 A；測點(diǎn)之間的點(diǎn)距為50 m。
CSAMT測量完成后，在CSAMT電阻率異常較為明顯的60線附近布置了TEM測線，用于較準(zhǔn)確地圈定低阻斷裂帶，并結(jié)合CSAMT、TEM成果，在60線3350點(diǎn)附近布置了大地電場巖性測量。
3.2 實(shí)測結(jié)果及驗(yàn)證
在實(shí)測數(shù)據(jù)的處理中，首先利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
GDP32Ⅱ所配套的數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和壞點(diǎn)剔除，然后利用基于OCCAM算法的CSAMT-2D反演軟件和TEM-1D反演軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演。將反演后的結(jié)果繪制成CSAMT及TEM視電阻率(ρs)斷面圖(圖5)?？傮w上，CSAMT與TEM視電阻率斷面圖形態(tài)基本一致，均表現(xiàn)為視電阻率在中淺層為中—低阻并隨著深度增加視電阻率逐漸增大，至深部基底表現(xiàn)為高阻。
對(duì)比CSAMT與TEM的探測效果(圖5)的不同之處：
1)在地表深度較淺處的探測效果，TEM優(yōu)于CSAMT。CSAMT受到地形影響、第四系泥質(zhì)砂土及黏土層的低阻屏蔽干擾較大，表現(xiàn)為中阻異常，視電阻率曲線呈現(xiàn)為扭曲變化等特征，在一定程度上降低了淺層的分辨率；而TEM雖然存在深度約為100 m的盲區(qū)，但在地表淺層受到的低阻屏蔽層干擾較小，視電阻率值在地表淺層處表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，與實(shí)際地質(zhì)特征相符。
2)在深度較大處的探測效果，CSAMT優(yōu)于TEM。4500點(diǎn)至10 000點(diǎn)區(qū)段，CSAMT在深部的數(shù)據(jù)分層性較好，而TEM在這一區(qū)段視電阻率曲線稍顯混亂，且TEM在9000點(diǎn)至9500點(diǎn)區(qū)段出現(xiàn)了視電阻率曲線的圈閉狀高阻異常值，這一高阻異常值應(yīng)為干擾引起的假異常，TEM晚期測道的二次場電位在此段跳動(dòng)也較大，缺乏規(guī)律性，說明了CSAMT抗干擾能力優(yōu)于TEM。
3)對(duì)導(dǎo)水?dāng)鄬訕?gòu)造的探測效果，TEM與CSAMT各有優(yōu)勢。由于TEM的純TE場模式，尤其對(duì)低阻目標(biāo)體敏感，這一點(diǎn)在F1斷層的反映上體現(xiàn)較為明顯。CSAMT在淺部對(duì)低阻區(qū)域的F1斷層幾乎沒有反映，但是在TEM剖面上卻存在明顯的低阻異常。從TEM二次場電位多測道圖(圖5b)上也看出，該區(qū)域存在明顯的二次場電位高值異常。CSAMT對(duì)斷層探測的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在對(duì)于深部高阻基底中斷層的探測上。在5000～5700 m、9500～10 000 m區(qū)段，推斷第四系、新近系松散堆積物埋深約為500 m，其下部為火成巖基底，視電阻率反映為高阻特征。CSAMT視電阻率斷面圖(圖5a)中，這兩個(gè)區(qū)段表現(xiàn)為陡立的梯度帶，推斷為F2、F3斷層，可以較為直觀地分辨斷層的上下盤。
4)對(duì)火成巖基底的探測效果，CSAMT優(yōu)于TEM。在5800～9300 m區(qū)段，CSAMT對(duì)火成巖基底有十分明顯的高阻反應(yīng)，而TEM在這一位置高阻反應(yīng)并不明顯，未突出火成巖基底。
圖5 60線CSAMT與TEM視電阻率斷面圖
在CSAMT和TEM法初步解譯的基礎(chǔ)上，針對(duì)異常較為明顯的3350點(diǎn)附近進(jìn)行了大地電場巖性探測。大地電場巖性探測后形成的CYT曲線(圖6)上，地下熱水儲(chǔ)存有利段或富水地段頻率一般較低，且曲線較圓滑，一般表現(xiàn)右偏，且峰值較高。
由CYT曲線特征圖(圖6)可知，在1230 m、1270 m深度附近右側(cè)峰值較高，可判定為溫度異常；1850～1900 m層段和1220～1300 m層段，曲線頻率低(稀疏)，向右偏的峰值明顯，推斷為含水層。由此可見，CYT曲線在解譯含水層深度及溫度方面的特征較為明顯，是對(duì)CSATM、TEM探測結(jié)果的有效補(bǔ)充。
圖6 60線3350點(diǎn)CYT曲線特征圖
根據(jù)實(shí)測結(jié)果，在3350點(diǎn)進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證，該鉆孔在1610 m處鉆遇到了地下熱水。隨后又進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果，本區(qū)地下熱水單位產(chǎn)量為233 m3/d，水溫58℃。這一結(jié)果證實(shí)了斷層及五臺(tái)群火成巖地層地下熱水的賦存特征。
綜上，CSAMT與TEM、大地電場巖性探測的結(jié)合在本測區(qū)地?zé)峥辈橹腥〉昧朔浅：玫男Ч?，采用多種方法綜合的勘探手段，在不同深度處的探測精度、對(duì)斷層構(gòu)造和火成巖基底的探測效果等方面，可以進(jìn)行相互佐證和補(bǔ)充，提高了勘探精度及推斷解釋的準(zhǔn)確性。
4 結(jié)論
1)本次研究采用綜合物探法，根據(jù)實(shí)測結(jié)果推斷勘查區(qū)內(nèi)存在F1、F2、F3三條斷裂，對(duì)F1斷裂3350點(diǎn)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證成功獲取地下熱水。
2)選擇以CSAMT為主、TEM和大地電場巖性探測為輔的綜合物探方法在火成巖地區(qū)地?zé)峥辈橹惺切兄行У摹?/p>
3)物探方法技術(shù)都有其應(yīng)用的前提條件，因此，根據(jù)不同的地質(zhì)條件和需解決的具體地質(zhì)問題，選擇不同的地球物理方法及多種方法技術(shù)的綜合應(yīng)用是取得好的勘查效果的關(guān)鍵。
猜你喜歡
石油物探(2022年6期)2022-12-03 08:22:42
云南化工(2020年11期)2021-01-14 00:50:58
石油鉆探技術(shù)(2020年3期)2020-08-24 07:27:58
礦業(yè)工程研究(2020年4期)2020-02-03 02:37:10
錄井工程(2017年3期)2018-01-22 08:40:24
錄井工程(2017年1期)2017-07-31 17:44:42
物探化探計(jì)算技術(shù)(2016年6期)2017-01-12 03:24:41
云南地質(zhì)(2015年3期)2015-12-08 07:00:16
現(xiàn)代礦業(yè)(2015年1期)2015-03-07 08:47:54
石油化工應(yīng)用(2014年12期)2014-03-11 17:40:48
