音频大地电磁测深法在康定小热水地热勘查研究中应用

武 斌，曹俊兴，邹 俊，黄金宝

(1.成都理工大学信息工程学院，四川成都 610059;2.四川省地勘局物探队，四川成都 610072)

音频大地电磁测深法在康定小热水地热勘查研究中应用

武 斌1，2，曹俊兴1，邹 俊2，黄金宝2

(1.成都理工大学信息工程学院，四川成都 610059;2.四川省地勘局物探队，四川成都 610072)

利用音频大地电磁测深法在康定小热水地热资源的勘查应用，从地热资源与地质构造(断裂或断层)的内在联系，研究小热水地热的分布特点，分析热储层的分布特点和浅部热水的形成机制，为小热水地区地热的综合研究提供了重要理论依据，这说明了音频大地电磁测深法是勘查和研究地热资源的一种有效手段。

音频大地电磁测深法;地热研究;构造;导储模式;小热水

0 前言

地热是蕴藏于地下的重要地质资源，它通过水热活动，以热水或水汽形式埋藏于地下或出露地表，被人们广泛用于发电、动力、医用治疗和采暖供热，是继煤、石油之后又一开发前景极为广阔的能源。与传统能源相比，地热能储存于地下，不受气候条件影响，是一种洁净的能源。在世界日益重视环保发展的今天，地热能源相对于其它可再生能源，具有更大的发展潜力和空间［1］。

四川康定小热水地区的地热，属地中海～喜马拉雅地热带。这条地热带沿欧亚板块和印度洋板块碰撞的拼合地带，属缝合线型。受区域大地构造及温度场的控制，地热水的形成是由大气降水通过岩石断裂的裂隙系统循环至地下深处，受地热增温，以及放射性物质衰变热和岩浆岩余热加热后，在静水压力和热动力的驱动下，回升至地表形成温热泉，或埋藏在一定深度形成热水层的对流型热水系统。

地热资源的形成是具有一定特定地质条件的。有储热构造，运移通道，有盖层，这样地热才能被完整保留下来。其中任何一种构造被破坏，地热都会遭到不同程度的破坏，这样就会影响到地热的开发和利用。所以后期的构造运动，也会对其产生影响。

为了提高效率，减少投资风险，在开发地热资源前必须进行地质调查，而地球物理勘探是地热资源调查的重要手段之一。作者在本文，主要采用音频大地电磁测深法(AMT)，对康定小热水的地热资源进行研究。根据调查区的热储地层和地质构造的分布关系，研究该地区地热形成的特点［2～4］。

1 音频大地电磁测深法原理

本次音频大地电磁法(AMT)使用加拿大凤凰地球物理公司生产的最新一代多功能电法仪V8，它是世界上最先进的四维地球物理数据观测系统，已广泛应用于油气勘探、地热勘查、地下水调查、活断层研究以及矿产调查等领域。

音频大地电磁法观测的基本参数，是相互正交的电场分量(Ex，Ey)和磁场分量(Hx，Hy)，通过式(1)和式(2)，即可计算出相应频率所对应的该测点下随深度变化的电阻率估计值，进而达到测定地下各层电阻率的目的。

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):

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，可以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。

2 音频大地电磁测深法的应用效果

2.1 工区地质概况

工作区处于青、藏、滇、缅、印尼“歹字型”构造体系的头部与中部过渡地段东缘、鲜水河断裂带南东段一折多山北西向构造中，主要表现为断裂构造。主要断裂有康定～磨西断裂、榆林河断裂、白杨湾断裂、龙头沟断裂和转经轮沟断裂(见图1)。在区内，主要温泉直接位于断裂带上，显示了断裂对热水运移排控制性影响。

研究区位于康定县炉城镇，地处川西横断山脉的大雪山中段。在地貌上属于贡嘎山构造强烈侵蚀极高山区，位于大渡河上游支流榆林河谷地带，一般海拔约2800m～3400m。地势总体南高北低，东高西低。该区区域上，主要为二叠纪变质岩和第四系地层，二叠纪(分为段)变质岩主要岩性为板岩、灰岩、白云质灰岩、白云岩、片岩、结晶大理岩夹变质砾岩。第四纪松散堆积层主要为砂、砾石与卵石。在研究区内，岩浆岩分布广泛，主要为中生代(印支～燕山期)侵入岩，岩性有石英闪长岩(δ0(3)2)、斜长花岗岩(γ0(4)2)和折多塘黑云母花岗岩(γβ5)。

图1 康定小热水地形地质图Fig． 1 The geological map of Xiaoreshui areain Kangding

工作的主要目的，就是查明在项目区域范围内的地层岩性、结构变化特征。重点圈定地热异常范围和热储体的空间分布，判断断裂构造的位置、深度及其在地面以下的通过情况，并查明破碎带的位置和分布规模。

2.2 音频大地电磁测深法资料采集与处理

作者在本次工作中使用的是加拿大凤凰地球物理公司生产的最新一代多功能电法仪V8采集音频大地电磁数据。音频大地电磁测深点距为20m～40m，测深装置采用张量观测方式，接收电极为不极化电极，磁探头频率响应范围从1×10－1赫兹到上万赫兹。仪器各记录单元之间通过全球卫星定位系统(GPS)，与世界通用协调时间(UTC)同步(见下页图2)。

数据处理使用的软件是MTSoft2D2.3软件，本处理软件采用模块开发，由四部份组成:

丝瓜络纤维呈网络状，柔韧而有弹性，吸水性强，回潮率高于棉纤维且与麻相近，吸潮，吸汗，透气导湿性良好，丝瓜络纤维制成的床垫和床枕等应用很广泛[2]。

(1)数据管理模块(DataManager)。

(2)数据预处理模块(MTPreSoft)。

(3)数据反演模块(MT2DISoft)。

(4)反演结果显示模块(MTViewInvSoft)。

将野外数据传入计算机后，首先利用软件对原始数据进行编辑，剔除明显的干扰点，对存在静态影响的数据进行空间滤波，形成频率～视电阻率等值线图;再通过二维反演，绘出二维反演断面图。大地电磁法利用的是不同地层或同一地层不同赋存结构之间电阻率参数差异，根据阻值高低及分布形态，来划分地层界线、地质构造，以及圈定地热异常范围和热储体的空间分布，结合地质资料做出初步地质推断。

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

2.3 地质解释及成果分析

此次沿河谷方向由北向南布置纵测线，从断面图中(见图3)可以看出:

(1)断面浅部有多条低阻异常区域，推断为岩体裂隙发育、破碎、软弱或存在小构造。

(3)断面在高程1400m～1700m范围存在低阻异常，推断为由石英片岩、变质砂岩等组成的含水层，是良好的储热层，并通过F1、F2断裂破碎带传导至地表附近。

根据解译结果(见下页图4)，在平距700m、2500m各布置一钻孔予以验证。在下钻230m～250m深度，均打出日出水量500t，孔口出水温度达到87℃，这很好地验证了音频大地电磁技术的效果。

3 应用效果分析

3.1 小热水地区导热构造的勘查

结合AMT方法在小热水地区的工作，由于地下水温度的变化并不能显著改变储水岩石的电性特征，所以利用AMT方法只能发挥其特点，谋求间接的地热界定方法，即寻找导储地热的有利构造。而应用AMT方法在小热水地区勘查地热，就是寻找具有以下特点的构造部位:

(1)电阻率拟断面图，具有明显的低阻闭合圈(包括局部层间水、裂隙发育储水部位或可溶岩的溶洞水)或低阻条带(层间水或断裂破碎带赋水)，其规模可达到开发要求。

图3 音频大地电磁ρs断面图Fig.3 AMT ρssection

图4 音频大地电磁解译图Fig． 4 AMT interpretation

(2)低阻区(带)之上覆盖有一定厚度的高阻(或高低阻夹杂)地层，覆盖厚度的大小，对地热资源的形成具有重要的保护意义。

(3)低阻区(带)周边具有可分辨的热源或导热通道，如切割较深的断裂带。

3.2 小热水地热勘查综合研究成果

通过对康定小热水地热勘查的综合研究，得到如下重要结论:在小热水地区大的地热井(泉)附近，一定有大的断裂构造。而且一般都是沿着河谷，而这条河谷就是大的断裂带。根据AMT成果和该地区的地质资料，绘出了康定小热水的地热导储模式图(见图5)，为研究该区的地热起到了指导作用。

图5 康定小热水地热的导储模式Fig． 5 The lead storage mode in Xiaoreshui area of Kangding

4 结论

地下水温度的变化，并不能显著改变储水岩石的电性特征，必须谋求间接的地热界定方法。而AMT方法对于寻找低阻体赋存部位，划分深部地质构造具有明显的优势。通过AMT方法在康定小热水地热勘查的工作，大大提高了我们对该地区地热资源的宏观认识水平。

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2011－02－18 改回日期:2011－06－08

武斌(1971－)，男，汉族，山西临猗人，高级工程师，博士，现在四川省地矿局物探队从事物探工作。