综合电法在河北某地地热勘查中的应用

田玉杰，高玉麟，王 胜

（河北省地矿局第十一地质大队，河北邢台054000）

综合电法在河北某地地热勘查中的应用

田玉杰*，高玉麟，王 胜

（河北省地矿局第十一地质大队，河北邢台054000）

对河北某地进行了瞬变电磁法（TDEM）和可控源音频大地电磁测深（CSAMT）工作，通过原始数据采集、处理，并结合区域地热水文地质条件进行了解释推断。经过钻孔验证，取得了良好的效果，对在华北平原地区开展类似工作具有借鉴作用。

瞬变电磁；可控源音频大地电磁；地热勘查；验证

地热资源是储存于地球内部可再生的环保型能源。能够广泛利用而不受时间和地域限制，在开发投资及利用方面优于太阳能、风能、生物能等新型能源，因此被称之为继石油、煤、天然气之后的第四能源。地热资源中富含各种化学元素和组分，同时也是集热、矿、水三位一体的矿产资源和对人体有益的医疗资源。

地热资源的开发和利用越来越受到人们的重视，进入21世纪以来，我国地热资源的开发也出现了快速发展的势头。随着市场经济的快速发展、旅游业的日益兴旺、房地产业的大规模开发、医疗保健水平的提高、地下热水的需求逐渐增大，地热资源的开发十分必要。地热资源用途广、开发成本低具较强的商业竞争力。目前开发地热已成为一种产业，是政府、企事业单位在考虑经济上是否可持续发展的战略选择。据统计，地下热水的用途有17种以上，在发电、采暖、洗浴、医疗、养殖、农业、工业等方面都得到了充分利用。

本次工作的目的任务主要是利用综合电法工作，结合水文地质调查和资料收集，大致查明勘查区的地层、构造情况，简单评价地下热储情况，为钻探施工供热井提出依据。

1 测区地质概况

（1）地层。研究区处于山西断隆太行拱断束和华北断凹冀中台陷之过渡地带。其主要地层为：

太古界赞皇群（Ar）:分布于测区西部，主要岩性为片麻岩、混合岩等各类变质岩，总厚度大于7400m。

寒武系（ε）：为一套滨海、浅海相沉积地层，与下伏地层假整合接触。主要岩性为：鲕状灰岩、竹叶状灰岩、页岩等。厚度283～627m。

奥陶系（O）:为一套海相碳酸盐岩沉积。中上部奥陶系中统（O2）主要为灰岩、花斑灰岩、白云质灰岩等，下部奥陶系下统（O1）为白云岩。厚度大于450m。

石炭系中上统（C）:为一套以陆相为主海陆交互相地层。中统本溪组（C2b）主要为铝土页岩，底部为褐红色砂岩；上统太原组（C3t）岩性为砂岩、泥岩页岩夹数层煤和薄层灰岩。厚度140m。

二叠系（P）：下部山西组主要为陆相沉积的砂岩、泥岩，夹1号煤和2号煤；上部石盒子组主要为陆相沉积的中粗砂岩。厚度30～130m。

第四系（Q），分布在测区东部，主要为冲洪积、冰渍、冰水积的黄土状土、粘性土夹砂层、卵砾石和泥砾。厚度总体上西薄东厚，从数米到数百米。

（2）构造。区内构造颇为发育，主要为北东—北北东向，构成区内主体构造框架。其次为北西向的次级构造。

（3）地热水文地质特征。根据含水岩系的不同，本区属于碳酸盐岩岩溶水类型。碳酸盐岩岩溶裂隙水是由寒武系和奥陶系组成的一套复杂的含水岩系，由西向东，由裸露型转为覆盖和埋藏型，岩溶裂隙水逐渐由潜水转为承压水；多数情况下，由于灰岩埋藏深度较浅，岩溶裂隙发育，水量丰富，岩溶水径流条件好，循环交替作用强烈。由于地下水的冷却作用较好，不易产生地热异常。但局部地段在构造作用下易形成封闭的断块，地下水径流滞缓，在断裂构造带附近有一定水量，可形成地热流体，此类型是本区的主要热储层。

2 地球物理测量

本次物探野外工作主要开展了瞬变电磁法（TDEM）和可控源音频大地电磁测深（CSAMT），共布置测线3条，基本垂直区域构造走向。

（1）瞬变电磁法（TDEM）：瞬变电磁法工作选取大定源装置进行工作,参数的确定：

在设置参数之前，须了解工区的一些参数，从而确定使用的发射框的大小、波形的频率等。根据设计要求，本次勘查深度400m，工区背景电阻率大概在20Ω·m左右。

利用下式来估算：

式中：D——勘探深度，m；

ρ——背景电阻率值，Ω·m；

t——有圆滑曲线的最晚时间，ms。

通过计算，t=16ms。

确定了需要观测的最晚延时，根据下表选择相应周期的波形的频率为8.33333Hz。

表1 波形选择参考表

发射框大小的确定：对于固定噪音水平的仪器，最晚可测时间确定后，利用下式发射框和电流的大小也可确定。

式中：μ——空气中的磁导率，4π×10-7H/m；

Mt——发射电流距，Mt=IL2；

L——发射线框的边长，m；

I——发射电流，A；

ρaL——估算的背景电阻率；

Nm——实测噪音水平，10-9V/m2。

结果是若8A的电流时，300m×300m边框即可满足要求。

工作参数：发射线圈边框300m×300m，发射线框面积90000m2左右，MTEM-AL接收线圈接收。仪器发射频率8.33333Hz，最晚可测时间18ms，发射电流8A左右。观测参数db/dt。

（2）可控源音频大地电磁测深（CSAMT）。频率选择：需要确定最低频率和频率表。在有区域背景电阻率资料的情况下，可以通过H≈300（ρ/f）1/2来反算需要的最低频率。本次工作为了更好地反映深部信息，采用9600～1Hz。

频率表：使用默认的30min频率表，频率表中6400Hz以下不宜出现50Hz的整数倍频率。

收发距的选择：对于确定的ρ和f，勘探深度是H≈300（ρ/f）1/2m，为满足远场接收的条件，收发距必须满足D≥（2000～2500）×（ρ/f）1/2m，即D/H≥（6～8）。本次工作收发距为8.2km。

发射极距：收发距较近时5km以内，采用1km的发射极距即可，收发距较远时采用2km或3km的发射极距。本次工作采用1.5km的发射极距，平行于测线布设。电极布设时，应该尽量降低发射极的接地电阻。

点距：50m，太小的话电道信号太弱，但并不因为点距小就能提高解释的横向分辨率，太大的话横向分辨较弱，同时施工效率不高。

3 资料解释

以Ⅰ剖面为例。

从瞬变电磁等ρs反演断面等值线图（图1）来看，有2个较为明显的断层存在，我们将其分别编号为F1、F2。

（1）在F1左侧，电阻率ρs值一般在60～250Ω·m之间，结合地质资料，主要为太古界赞皇群（Ar）片麻岩，中部埋深110～170m段ρ＜30Ω·m，分析该段地层较为破碎，充水所致。

图1 瞬变电磁等ρs反演断面等值线图

（2）F1、F2中间部分：浅部约60m以上，电阻率ρ= 30～40Ω·m，主要为第四系亚粘土、亚砂土的反映，局部存在的高阻（半）闭合，电阻率ρ=40～100Ω·m，主要为砂卵砾石层；其下，ρ一般小于30Ω·m，为石炭系砂岩、页岩，底板埋深110m左右；下部，ρ一般在40～250Ω·m，推断为奥陶系灰岩。

（3）F2右侧，浅部约70m以上，电阻率ρ=20～200Ω·m，主要为第四系亚粘土、亚砂土、砂卵砾石的反映；其下，ρ一般小于20Ω·m，为石炭系砂岩、页岩，底板埋深130m左右；下部，ρ一般在40～300Ω·m，推断为奥陶系灰岩。

从可控源音频大地电磁测深反演断面图（图2）来看，也较为明显的存在F1、F22条断层：

P631.3

B

1004-5716(2015)05-0097-03

2014-05-06

2014-05-18

田玉杰（1971-），男（汉族），河北蔚县人，工程师，现从事电法、电磁法等工程物探和找矿工作。