EH-4电磁测深法和高密度电法在地热勘查中的联合应用

2015-08-28秦国强

河南科技 2015年3期

秦国强

（河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，河南郑州450053）

EH-4电磁测深法和高密度电法是两种比较常用的地球物理勘探手段，单一地球物理方法对具有含水层、小断裂带等的特殊地质的勘探存在一定的局限性。因此，在实际应用中，我们尝试将两种方法合理地组合，充分发挥各自地球物理方法的优势和特长，达到探明地热资源的目的。

1 基本工作方法

1.1 EH-4电磁测深系统的工作原理

EH-4电磁测深系统属于部分可控源与天然源相结合的一种大地电磁测深系统，该系统同时使用天然场源和人工场源进行频域电磁观测，主要通过电阻率的变化来分辨地下构造情况。对于深部构造通过天然背景场源成像（MT），其信息源为10-100kHz，浅部构造则通过一个新型的便携式低功率发射器发射1-100kHz人工电磁讯号，补偿天然信号的不足，从而获得高分辨率的成像（图1）[1-2]。

图1 EH-4电磁测深法工作流程图

EH-4电磁测深系统既具有有源电探法的稳定性，又具有无源电磁法的节能和轻便的特点，测量速度快，观测时间短，可轻易实现密点连续测量，进行EMAP连续观察，效率高于直流电法；能同时接收和分析X、Y 2个方向的电场和磁场，反演X-Y电导率张量剖面，对判断构造产状特别有利；具有较高的分辨率，使探测某些小的地质构造和区分电阻率差异不大的地层成为可能[3]。

1.2 高密度电法的工作原理

高密度电法属于电阻率法，基本工作原理与常规电阻率法大体相同，是以地下介质的电性差异为基础的一种电探方法。该方法根据在施加电场作用下地中传导电流的分布规律，对实测的视电阻率剖面进行计算、分析，推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况，从而划分地层，判定异常等。现场测量时，只需将全部电极布置在一定间隔的测点上，由主机自动控制供电电极和接收电极的变化，完成测量（图2）。

图2 高密度电法工作流程图

高密度电法一次设置较高密度的测试电极，减少了因电极设置引起的干扰和由此带来的测量误差；能有效地进行多种电极排列方式的测量，从而获得较丰富的关于地电结构状态的地质信息；是一种剖面法和电测深法的组合式的剖面装置，一次勘探过程完成纵横二维的勘探测量，能获取地下丰富的地电参数，从不同电性角度对地下结构进行刻画。

2 应用实例

2.1 工区地质概况

工区地处豫北某镇，属于太行山东麓浅山丘陵余脉，位于剥蚀丘陵区，地表出露地层主要有奥陶系、石炭系、二叠系、第三系和第四系。岩性包括白云岩、石灰岩、泥灰岩、页岩、砾岩、砂岩和亚粘土、亚砂土等。地形条件较复杂，冲沟发育，地面坡度相对较小。

工区位于华北沉降带与太行山隆起带的过渡带，构造强烈，断裂发育，其主要断裂有NNE向及NWW向断裂，次级断裂多受这两组断裂控制。

统计本区地质、物探资料，区内各地层之间存在一定的电性差异，为电法勘探奠定了地球物理前提。

2.2 野外工作布置

根据勘查任务并结合勘探区地表条件，东向西布设EH-4电磁测深法测线1条，方向283°，西向东布设高密度电法测线1条。测线布设尽可能使两条勘探测线重叠，且使测线走向垂直于推测断层的走向，这样同一测线上采用两种物探方法探测相互印证，既便于对资料进行综合对比分析，又能提高资料的可用率和成果解释的可信度，同时使视电阻率断面图能够真实地反映断层倾角。

2.2.1 EH-4电磁测深野外布置

实际野外测量中需要采取必要的技术措施来保证数据质量，这些技术措施包括以下几项。

2.2.1.1 开展工作前进行平行试验，确认仪器工作正常。

2.2.1.2 前置放大器（AFE）放在测量点上，与磁棒距离大于5m，与主机距离大于10m。电极、磁棒、前置放大器（AFE）和主机尽可能远离人工设施（如围墙）和噪声源（如电力线），减少人文因素等的干扰。

2.2.1.3 使用罗盘仪定向，保证Y-Dipole电偶极子的方向与X-Dipole电偶极子的方向、2个磁棒的方向相互垂直。x和y方向的电极和磁棒应始终保持一致，不能随意调换方向，以减少系统误差。

2.2.1.4 数据质量较差时，应增加叠加次数，必要时择时重测。

2.2.2 高密度电法野外布置

电法仪器采用WGMD-9分布式超级高密度电法系统。根据勘查目的和现场条件，本次勘查选择装置为α排列（温纳装置AMNB），极距10m，120个电极。

野外布线要在对推测断层充分认识的基础上，做好野外场地环境的调查，排除所受干扰（例如树木、建筑物和输电线等）。使用罗盘仪和手持GPS确定布线方向，沿EH-4测线进行敷设。

2.2.2.1 保证电极与土层密实接触，若电极接地不能满足作业要求，应在接触地点处浇灌盐水或改用铝箔电极。

2.2.2.2 导线敷设应尽可能远离电力线和通讯线，通过道路时，应采用特制的过路胶带进行保护。此外，还应尽量不使导线承受过大拉力。

2.2.2.3 主机尽量布设在远离输电线和变压器的平台上，还应兼顾供电站的布设。采取必要的防潮、防雨和防暴晒措施，最大可能减少外部因素造成的不良干扰。

3 资料处理及解释

3.1 EH-4大地电磁测深资料处理及解释

EH-4大地电磁测深的现场采集结束后，通过二维数据处理，可以形成各测线的二维视电阻率成像断面图，该断面反映了测线下方竖直方向上的电性特征。

对EH-4野外采集的时间序列的数据进行预处理后，在现场进行FFT变换，获得电场和磁场虚实分量和相位数据，并现场进行一维BOSTIC反演。在一维反演的基础上，利用EH-4系统二维成像软件进行快速自动二维电磁成像。为提高分辨率，二维成像的系数选为0.2，同时选择较小的像素，使反演数据得到加密，从而突出相对微弱低阻异常。

对反演得到的数据，在XY平面上进行网格化，在X轴和Y轴上，采用各项异性的方法进行半径搜索，从而满足电性各向异性的实际情况。根据二维电磁成像数据，取不同点等深数据，利用Surfer8.0成图软件，生成视电阻率剖面图。

图3 EH-4音频大地电磁测深二维反演电阻率剖面图

从EH-4音频大地电磁测深二维反演电阻率剖面图看出：沿测线方向100-200m段和300-400m段电性层有明显差异，视电阻率等值线呈竖直方向跌落，电性层分布有明显错动情况。且在深度600-800m处视电阻率低阻异常明显，为构造裂隙发育带的电性反应，断层向下延伸向东倾斜，倾角陡，西盘抬升东盘下降。

3.2 高密度电法资料处理及解释

高密度电法数据处理数据采集结果自动存入主机，主机通过通讯软件把原始数据传输给计算机，计算机将数据转成处理软件要求的数据格式。为了确保地面物探资料的准确、可靠，在对野外资料数据进行全部复核后，对采集到的个别异常数据进行剔除处理。之后采用Surfer8.0成图软件进行反演，最终得到高密度视电阻率断面图，该图可形象、直观地反映地电断面的电性分布、岩土体的界面形态，准确地给出断层的位置和走向。