音频大地电磁测深法在泸县玉蟾山地热勘查中的应用

音频大地电磁测深法在泸县玉蟾山地热勘查中的应用

地热是蕴藏在地下的一种源源不绝的具有多种用途的资源。它通过水热活动以热水或水汽形式出露地表或埋藏在地下，被人们广泛地用于医疗、沐浴、取暖、育种、洗涤、烘烤和发电等。随着生活水平的日益提高，利用温泉进行医疗保健、旅游度假或休闲娱乐已成为人们生活的一种时尚，具有很高的社会效益和经济效益。为了提高效率，减少投资风险，开发地热资源前必须进行地质调查，地球物理勘探是地热资源调查的重要手段之一。

本文采用音频大地电磁（AMT）法在泸县某玉蟾山开展了深部地热资源调查研究，使用非线性反演技术对野外资料进行处理，查明了研究区的热储地层及地质构造分布情况，经钻探验证，吻合度较高，取得了较好的应用效果。

1 研究区深部地下水水文地质条件

根据区域水文地质资料，研究区水量较为丰富的深部地下水主要有两层：一是三叠系嘉陵江组碳酸盐岩裂隙溶洞水；二是二叠系茅口组碳酸盐岩裂隙溶洞水。

1.1 三叠系嘉陵江组碳酸盐岩裂隙溶洞水

工区内该地层仅少量出露 于古佛山背斜核部，受后期褶铍构造和断裂构造的影响，埋藏相对较浅，大气降水和地表水入渗干扰较大，水温偏低。

1.2 二叠系茅口组碳酸盐岩裂隙溶洞水

该含水层在工区以西和以南地区大面积出露，主要在出露区接收大气降水补给后，通过层间裂隙和断裂构造经远距离径流后远程补给工区内该层地下水。由于埋藏较深，受浅部地下水影响较小，水温相对较高。

2 热储层及盖层

深埋于地下的含水岩体及其中的地下水，它们的温度随埋深的增加而增高，其增温状况一般按地热增温率（又称地温梯度）考虑。工区地温梯度估计约为2.2℃/100m，所以，要获取出水温度在34℃以上的地下水，取水层位埋深一般在1000m以上，同时，在适宜的深度范围内，正好存在一定厚度的可能储水的岩层。

2.1 热储层

根据区域水文地质资料及相邻地区钻孔揭示情况，工区内热储层共有两层：第一热储层为三叠系嘉陵江组地层，第二热储层为二叠系茅口组地层。

第一热储层：为三叠系嘉陵江组地层，岩性为灰岩、白云岩夹石膏、岩盐，易为水溶蚀，形成岩溶通道，利于地下热矿水的运移和富集储存，是富水性较大的地层，在深部地热增温作用下与围岩相互交融汇集而形成热矿水。同时，该层是我省川南地区的重要油气层，出水多为油、气、水混合物。

第二热储层：为二叠系茅口组地层，岩性为灰岩，易为水溶蚀，形成岩溶通道，利于地下热矿水的运移和富集储存，均是富水性较大的地层，在深部地热增温作用下与围岩相互交融汇集而形成热矿水。

根据以上特征，二叠系茅口组热储层优于三叠系嘉陵江组热储层，因此，选择茅口组地层为钻探热储目的层。

2.2 热储盖层

针对不同热储层，其上盖层也有所差异。

构成第一热储层的三叠系嘉陵江组地层，上覆侏罗系中下统和三叠系上统须家河组的河湖相泥岩、砂岩、砾岩等碎屑岩沉积，属层状岩类，厚度达700m。由于泥岩中各种成因的裂隙，具有短小闭合而密度较大的特点，且泥质岩石遇水软化或崩解还能导致裂隙的阻塞。虽上覆的岩类中赋存风化裂隙水和层间裂隙水，均被互层泥质岩类所隔离，基本无水力联系，故而以整体而言，上覆的碎屑岩类构成一个厚大的隔水隔热盖层。

3 音频大地电磁测深资料处理及解释方法

资料处理解释首先对野外采集的原始时间序列进行挑选，剔除有明显干扰的时间序列段，经过FFT变换，得到互功率谱，经Robust处理得到阻抗结果，然后根据数据的相干度、偏离度、极化图以及视电阻率和阻抗相位的连续性来删除质量较差的频点。之后结合已知地质资料，通过旋转计算来确定数据的极化（TE、TM）模式，并绘制两个模式的视电阻率、阻抗相位的拟断面图和Bostic变换电阻率断面图，并对其作定性分析。初步判断出剖面电阻率的大致分布，对于有明显静态位移的测点作静态改正。在定性分析的基础上，使用MTsoft2d系统中的非线性反演技术进行反演计算。由于地球物理反演问题的非唯一性和数据中噪音的存在，反演结果具有多解性，根据已知地质资料、定性分析的认识和模型响应与实测数据的拟合情况来判定模型的有效性。

（1）

（2）

式中：f为频率，单位为Hz；ρ是电阻率（Ω·m）；E是电场强度（mV/km）；H是磁场强度（nT）。

必须指出的是，此时的E与H，应理解为一次场和感应场的空间张量叠加后的综合场，简称总场。在电磁理论中，把电磁场（E、H）在大地中传播时，其振幅衰减到初始值1/e时的深度，定义为穿透深度或趋肤深度（δ）：

（3）

由式（3）可知，趋肤深度（δ）随频率的降低而增大。根据趋肤效应，大地电磁场的变化周期越长，电磁场能量在传播过程中损耗越小，因而穿透得越深。在实践中不同周期的大地电磁场水平分量的变化，反映了不同深度范围内的电阻率信息。因此通过观测不同频率的电磁信号，可获得不同深度的电性信息，结合已知地质资料和地层情况，便可解译目标层的地质特征。

4 音频大地电磁测深资料推断解释

根据物性测试和研究区地球物理反演结果以及经验统计，得出不同岩体的电阻率值（表1）。影响地质体电阻率大小的主要因素有地质体的矿物成分、结构、构造及含水情况等。

由表1也可以看出工区内泥岩、砂岩、页岩、粉砂岩、白云岩和灰岩之间存在明显的电性差异。因此，研究区区具备开展大地电磁法的地球物理勘探前提条件。在确定低阻异常情况下，结合地质资料对异常进行综合分析来判定断层位置及破碎带大小和范围为研究区区域热矿水勘查的最佳途径。

5 结语

本文从研究区的深部水文地质条件出发，介绍了区内热储及其盖层埋藏情况，初步选择二叠系下统茅口组（P1m）为钻探热储目的层。经音频大地电磁测深法勘探、资料解释，掌握了测线位置地层分层、厚度以及构造发育成果，同时推断了可能的断层位置，结合场地地形条件、热储层顶板埋藏深度等，选择了最优钻探井位。经后期钻孔验证证明音频大地电磁法在寻找地热资源方面是行之有效的。通过AMT方法在泸县玉蟾山地热勘查的工作，大大提高了地热勘查效率与精度。