大地电磁测深在利辛地热资源调查的应用分析

吴成书

[摘要]大地电磁测深法（MT）已广泛应用于地球深部构造研究及矿产资源勘查中，而对数据反演方法的选择则直接影响到其应用效果.目前，大地电磁反演方法大都是基于均匀水平层状介质模型假设条件和L2范数下提出来的，如博斯蒂克反演法、大地电磁拟地震反演法、拟线性近似反演法、聚焦反演法等.上世纪90年代后期，随着非线性反演理论和三维正反演技术的发展，一些非线性反演方法随之兴起，如模拟退火法、人工神经网络反演法、量子路径积分算法、阻尼粒子群优化反演法等。

[关键词]大地电磁法 勘查 资料处理

[中图分类号] P631.3+25 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-8-316-1

0前言

“利辛县地热资源勘查”，勘查区域所在的皖西北地区位于华北地台南缘，地层结构与华北地台其它地区相似。地层具典型双层结构。结晶基底为五河群含铁岩系和下元古界凤阳群变质岩系，盖层为第四系。第四系地层主要上更新统茆塘组。其下段由黄至棕黄色粉砂、亚粘土，夹灰黑色砂质淤泥，含钙质、铁锰质结核。

结晶基底为晚太古代的变质岩系，内部褶皱构造复杂。古生代的地层也普遍发生褶邹变形。中、新生代的地层以断裂构造变形为主。

区域构造线方向近东西-北西西向。近东西重要断裂构造有五河-界首断裂又称利辛断裂和临泉-刘府断裂，近南北向重要断裂构造有永城-阜阳-麻城断裂。

因勘查区为黄淮冲积平原分布区，地表已被第四系地层所覆盖，没有基岩露头，主要依据霍邱地区、新蔡地区、蚌埠地区以及区内少量钻孔的地质资料了解区内地层情况。

1勘查位置物理特性

本项目应用大地电磁测深方法主要是对地层（松散层厚度）进行划分以及对该地区断裂进行推断分析，讨论提出有力的地热资源靶区。

根据相关地质资料，勘查位置基本是“二层”结构，第四系直接覆盖上太古界的老变质基底之上。勘查位置内地表平坦，构造变形较小，较接近于一维地质模型，因此，在反演方法的选择上，主要以一维反演为主。反演时，采用了两种反演模型，即一维连续介质模型和一维层状介质模型。采用的曲线主要为ρxy（视电阻率较高的一支曲线），同时参考一维ρxy（视电阻率较低的一支曲线），一维TE，一维TM，一维TEM等连续介质反演结果，从反演效果看，一维ρxy，一维TE反演等方法效果相对较好，而且一维TE和一维TM连续介质反演结果相差不大，一维TE连续介质反演结果对浅部电性划分较细致，而一维TE层状介质反演对高低阻层接触界面刻画的比较清楚。

这种圆滑、反演的过程也是反复进行，总体原则，是在遵守原始资料趋势，综合地质（尤其是地表地质）分析的基础上进行。

研究技术思路是：在现代地质理论指导下，以岩石物性和地质模型为纽带，通过地质资料和地球物理模型的结合，多种地球物理资料的结合以及正反演计算的结合，经过由宏观到局部，由定性到定量，从已知到未知，在认识上的多次反馈，解决本项目的各种地质问题。即“一种指导，两条纽带，三种结合和多次反馈”。

资料分析总的思路：遵循从定性到定量的原则，即从原始定性图件出发，结合定量计算的结果，以MT资料为主并综合重、磁、地质等资料进行综合分析。

2建模及资料处理

断裂的推断是以MT剖面上断裂的反应并结合重磁资料（包括收集的面积性资料）等综合分析而得到；地层的划分在MT、重力剖面反演的基础上，根据地质及物性差异进行。

在地质分析过程中，断裂及其性质的确定和其深部发育形态的描绘是重点之一，本区断裂分析是在各方法分析的基础上进行综合分析的结果。断裂分析的主要依据如下：

2.1 MT资料

A：曲线类型突变或形态变化较大；

B：频率--视电阻率剖面、一维连续介质反演剖面、二维连续介质反演剖面等值线陡立、扭曲带，而且这种陡立、扭曲带的形态也往往反映断裂深部发育形态；

C： 电性层有明显的错动或厚度有明显的变化；

D：根据各剖面断裂两侧电性层发育形态的比较进而确定断裂的平面展布趋势；

2.2重力资料

布格异常梯级带、方向导数极值带、水平总梯度极大值等。

本项目使用了两种反演方式，即一维连续介质反演和一维层状反演。从使用效果上看，一维连续介质对地层的电性分布情况刻画的更为精细，而一维层状反演则对电性层界线划分上更有优势，因此，在确定松散层的厚度的过程中，主要使用一维层状反演的结果，其它的反演结果作为参考。勘查位置的松散层主要指的是第四系粘土层。由于含水性不同的原因，第四系粘土层划分为两个电性层，下部含水性较好的粘土层为低阻层（电阻率约10Ωm），而表层含水性较差的粘土层为次低阻层（电阻率约20欧姆米）。通过一维层状反演软件包对曲线的TE模式进行反演拟合，得到的前两层（低阻层和次低阻层）的层厚之和。从得到的数值来看，得到的基本规律是从西到东、从北到南，松散层的厚度逐渐增大，但东西向上的增厚幅度不如南北向上的明显。最薄处位于勘查位置的东北角，约300米，而最厚处出现在勘查位置的西南角，厚度大于550米，厚度增加达250米以上。

勘查位置可开采的地热主要包括两种热储类型，即第四系下段的孔隙热储和基底裂隙热储。第四系下段的孔隙热储的盖层是第四系上段的粘土层，而基底裂隙热储的盖层则是第四系下段的亚粘土层。第四系孔隙热储蕴含的地热温度相对较低，但其埋藏深度较浅，易于开采；而基底裂隙热储所含的地热特点则水温较高而埋藏深度较大。

所以从地热源的角度来讲，断裂处是地热井的有利位置。

从剖面图上看，F11和F21断裂规模较大，电阻率等值线向下扭曲明显，推测其破碎度较高。在F11断裂位置或其旁测，已有两口正在开采的浅层低温地热井，说明附近存在地熱异常。因此F11和F21断裂上及其交汇处应是地热开采的有利靶区。

在井深选择上，如开采目标为浅层（第四系）地热，则进入第四系含水层即可，井深可选择140米到370米之间。如果开采目标为基底裂隙热储地热，则深度应大于1000米，以便进入裂隙松散层。

3结束语

本次大地电磁测深工作，共推断了断裂四条。对测区内的松散层厚度时行了反演计算，并绘制了松散层等厚图。对勘查位置内的地热类型及相应的储层和盖层进行了讨论。提出了地热资源的有利靶区。大地电磁测深方法从最初地震预报的辅助手段发展为深部地质结构探测、固体矿产资源勘查等领域的常规方法，对其反演技术的发展提出了新的要求，为了解地形构造以及进一步开发提供了技术支持。