音頻大地電磁測深法在康定小熱水地熱勘查研究中應用

武 斌，曹俊興，鄒 俊，黃金寶

(1.成都理工大學信息工程學院，四川成都 610059;2.四川省地勘局物探隊，四川成都 610072)

音頻大地電磁測深法在康定小熱水地熱勘查研究中應用

武 斌1，2，曹俊興1，鄒 俊2，黃金寶2

(1.成都理工大學信息工程學院，四川成都 610059;2.四川省地勘局物探隊，四川成都 610072)

利用音頻大地電磁測深法在康定小熱水地熱資源的勘查應用，從地熱資源與地質構造(斷裂或斷層)的內在聯系，研究小熱水地熱的分布特點，分析熱儲層的分布特點和淺部熱水的形成機制，為小熱水地區地熱的綜合研究提供了重要理論依據，這說明了音頻大地電磁測深法是勘查和研究地熱資源的一種有效手段。

音頻大地電磁測深法;地熱研究;構造;導儲模式;小熱水

0 前言

地熱是蘊藏于地下的重要地質資源，它通過水熱活動，以熱水或水汽形式埋藏于地下或出露地表，被人們廣泛用于發電、動力、醫用治療和采暖供熱，是繼煤、石油之后又一開發前景極為廣闊的能源。與傳統能源相比，地熱能儲存于地下，不受氣候條件影響，是一種潔凈的能源。在世界日益重視環保發展的今天，地熱能源相對于其它可再生能源，具有更大的發展潛力和空間［1］。

四川康定小熱水地區的地熱，屬地中?！柴R拉雅地熱帶。這條地熱帶沿歐亞板塊和印度洋板塊碰撞的拼合地帶，屬縫合線型。受區域大地構造及溫度場的控制，地熱水的形成是由大氣降水通過巖石斷裂的裂隙系統循環至地下深處，受地熱增溫，以及放射性物質衰變熱和巖漿巖余熱加熱后，在靜水壓力和熱動力的驅動下，回升至地表形成溫熱泉，或埋藏在一定深度形成熱水層的對流型熱水系統。

地熱資源的形成是具有一定特定地質條件的。有儲熱構造，運移通道，有蓋層，這樣地熱才能被完整保留下來。其中任何一種構造被破壞，地熱都會遭到不同程度的破壞，這樣就會影響到地熱的開發和利用。所以后期的構造運動，也會對其產生影響。

為了提高效率，減少投資風險，在開發地熱資源前必須進行地質調查，而地球物理勘探是地熱資源調查的重要手段之一。作者在本文，主要采用音頻大地電磁測深法(AMT)，對康定小熱水的地熱資源進行研究。根據調查區的熱儲地層和地質構造的分布關系，研究該地區地熱形成的特點［2～4］。

1 音頻大地電磁測深法原理

本次音頻大地電磁法(AMT)使用加拿大鳳凰地球物理公司生產的最新一代多功能電法儀V8，它是世界上最先進的四維地球物理數據觀測系統，已廣泛應用于油氣勘探、地熱勘查、地下水調查、活斷層研究以及礦產調查等領域。

音頻大地電磁法觀測的基本參數，是相互正交的電場分量(Ex，Ey)和磁場分量(Hx，Hy)，通過式(1)和式(2)，即可計算出相應頻率所對應的該測點下隨深度變化的電阻率估計值，進而達到測定地下各層電阻率的目的。

式中 f為頻率，單位為Hz;ρ是電阻率(Ω·m);E是電場強度(mV/km);H是磁場強度(nT)。

必須指出的是，此時的E與H，應理解為一次場和感應場的空間張量疊加后的綜合場，簡稱總場。在電磁理論中，把電磁場(E、H)在大地中傳播時，其振幅衰減到初始值1/e時的深度，定義為穿透深度或趨膚深度(δ):

由式(3)可知，趨膚深度(δ)隨頻率的降低而增大。根據趨膚效應，大地電磁場的變化周期越長，電磁場能量在傳播過程中損耗越小，因而穿透得越深。

在實踐中，不同周期的大地電磁場水平分量的變化，反映了不同深度范圍內的電阻率信息。因此，通過觀測不同頻率的電磁信號，可以獲得不同深度的電性信息，結合已知地質資料和地層情況，便可解譯目標層的地質特征。

2 音頻大地電磁測深法的應用效果

2.1 工區地質概況

工作區處于青、藏、滇、緬、印尼“歹字型”構造體系的頭部與中部過渡地段東緣、鮮水河斷裂帶南東段一折多山北西向構造中，主要表現為斷裂構造。主要斷裂有康定～磨西斷裂、榆林河斷裂、白楊灣斷裂、龍頭溝斷裂和轉經輪溝斷裂(見圖1)。在區內，主要溫泉直接位于斷裂帶上，顯示了斷裂對熱水運移排控制性影響。

研究區位于康定縣爐城鎮，地處川西橫斷山脈的大雪山中段。在地貌上屬于貢嘎山構造強烈侵蝕極高山區，位于大渡河上游支流榆林河谷地帶，一般海拔約2800m～3400m。地勢總體南高北低，東高西低。該區區域上，主要為二疊紀變質巖和第四系地層，二疊紀(分為段)變質巖主要巖性為板巖、灰巖、白云質灰巖、白云巖、片巖、結晶大理巖夾變質礫巖。第四紀松散堆積層主要為砂、礫石與卵石。在研究區內，巖漿巖分布廣泛，主要為中生代(印支～燕山期)侵入巖，巖性有石英閃長巖(δ0(3)2)、斜長花崗巖(γ0(4)2)和折多塘黑云母花崗巖(γβ5)。

圖1 康定小熱水地形地質圖Fig． 1 The geological map of Xiaoreshui areain Kangding

工作的主要目的，就是查明在項目區域范圍內的地層巖性、結構變化特征。重點圈定地熱異常范圍和熱儲體的空間分布，判斷斷裂構造的位置、深度及其在地面以下的通過情況，并查明破碎帶的位置和分布規模。

2.2 音頻大地電磁測深法資料采集與處理

作者在本次工作中使用的是加拿大鳳凰地球物理公司生產的最新一代多功能電法儀V8采集音頻大地電磁數據。音頻大地電磁測深點距為20m～40m，測深裝置采用張量觀測方式，接收電極為不極化電極，磁探頭頻率響應范圍從1×10－1赫茲到上萬赫茲。儀器各記錄單元之間通過全球衛星定位系統(GPS)，與世界通用協調時間(UTC)同步(見下頁圖2)。

數據處理使用的軟件是MTSoft2D2.3軟件，本處理軟件采用模塊開發，由四部份組成:

絲瓜絡纖維呈網絡狀，柔韌而有彈性，吸水性強，回潮率高于棉纖維且與麻相近，吸潮，吸汗，透氣導濕性良好，絲瓜絡纖維制成的床墊和床枕等應用很廣泛[2]。

(1)數據管理模塊(DataManager)。

(2)數據預處理模塊(MTPreSoft)。

(3)數據反演模塊(MT2DISoft)。

(4)反演結果顯示模塊(MTViewInvSoft)。

將野外數據傳入計算機后，首先利用軟件對原始數據進行編輯，剔除明顯的干擾點，對存在靜態影響的數據進行空間濾波，形成頻率～視電阻率等值線圖;再通過二維反演，繪出二維反演斷面圖。大地電磁法利用的是不同地層或同一地層不同賦存結構之間電阻率參數差異，根據阻值高低及分布形態，來劃分地層界線、地質構造，以及圈定地熱異常范圍和熱儲體的空間分布，結合地質資料做出初步地質推斷。

圖2 AMT法野外工作布置示意圖Fig． 2 Schematic layout of AMT method in the field work

2.3 地質解釋及成果分析

此次沿河谷方向由北向南布置縱測線，從斷面圖中(見圖3)可以看出:

(1)斷面淺部有多條低阻異常區域，推斷為巖體裂隙發育、破碎、軟弱或存在小構造。

(3)斷面在高程1400m～1700m范圍存在低阻異常，推斷為由石英片巖、變質砂巖等組成的含水層，是良好的儲熱層，并通過F1、F2斷裂破碎帶傳導至地表附近。

根據解譯結果(見下頁圖4)，在平距700m、2500m各布置一鉆孔予以驗證。在下鉆230m～250m深度，均打出日出水量500t，孔口出水溫度達到87℃，這很好地驗證了音頻大地電磁技術的效果。

3 應用效果分析

3.1 小熱水地區導熱構造的勘查

結合AMT方法在小熱水地區的工作，由于地下水溫度的變化并不能顯著改變儲水巖石的電性特征，所以利用AMT方法只能發揮其特點，謀求間接的地熱界定方法，即尋找導儲地熱的有利構造。而應用AMT方法在小熱水地區勘查地熱，就是尋找具有以下特點的構造部位:

(1)電阻率擬斷面圖，具有明顯的低阻閉合圈(包括局部層間水、裂隙發育儲水部位或可溶巖的溶洞水)或低阻條帶(層間水或斷裂破碎帶賦水)，其規?？蛇_到開發要求。

圖3 音頻大地電磁ρs斷面圖Fig.3 AMT ρssection

圖4 音頻大地電磁解譯圖Fig． 4 AMT interpretation

(2)低阻區(帶)之上覆蓋有一定厚度的高阻(或高低阻夾雜)地層，覆蓋厚度的大小，對地熱資源的形成具有重要的保護意義。

(3)低阻區(帶)周邊具有可分辨的熱源或導熱通道，如切割較深的斷裂帶。

3.2 小熱水地熱勘查綜合研究成果

通過對康定小熱水地熱勘查的綜合研究，得到如下重要結論:在小熱水地區大的地熱井(泉)附近，一定有大的斷裂構造。而且一般都是沿著河谷，而這條河谷就是大的斷裂帶。根據AMT成果和該地區的地質資料，繪出了康定小熱水的地熱導儲模式圖(見圖5)，為研究該區的地熱起到了指導作用。

圖5 康定小熱水地熱的導儲模式Fig． 5 The lead storage mode in Xiaoreshui area of Kangding

4 結論

地下水溫度的變化，并不能顯著改變儲水巖石的電性特征，必須謀求間接的地熱界定方法。而AMT方法對于尋找低阻體賦存部位，劃分深部地質構造具有明顯的優勢。通過AMT方法在康定小熱水地熱勘查的工作，大大提高了我們對該地區地熱資源的宏觀認識水平。

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2011－02－18 改回日期:2011－06－08

武斌(1971－)，男，漢族，山西臨猗人，高級工程師，博士，現在四川省地礦局物探隊從事物探工作。