EH-4在地热资源勘查中的应用

杨殿宝

河北省地球物理勘查院

EH-4在地热资源勘查中的应用

杨殿宝

河北省地球物理勘查院

地热资源是一种十分宝贵的综合性矿产资源，其功能多，用途广，不仅是一种洁净的能源资源，可供发电、采暖、医疗等利用，而且还是一种可供提取溴、碘、硼砂、钾盐、等工业原料的热卤水资源和天然肥水资源。在地热资源勘查中因埋藏深度的不同，所选择勘测的仪器方法也不同，本文主要介绍EH4（连续电导率剖面仪）在浅、中深部地热资源勘查中的应用。

EH-4（连续电导率剖面仪）由Geometrics公司研制。是一种电导率张量测量仪。利用大地电磁的测量原理，测量TETM两个模式的电阻率。配置了磁偶极子发射源，发射频率从1KHZ～70KHZ，以弥补大地电磁场1KHZ～5KHZ寂静区信号不足。EH-4遵循大地电磁测深（MT）的基本原理，支持音频大地电磁测深（AMT）和可控源音频大地电磁测深（CSAMT）,属于部分可控源与天然场源相结合的一种大地电磁测深系统。经历了十几年的使用与发展，已成为一种稳定成熟的电磁测深仪器。

EH-4又称StratagemMT，既可控源变频大地电磁测量，所不同的是其磁偶极子发射天线为X，Y方向的垂直线圈。垂直磁偶极子发射的场以TE型波为主，分辨率高，分层定厚能力强。EH4可以使用人工电磁场和天然电磁场两种场源。因此其相较同类型仪器的独特之处包括：①人工场源用在信号较弱或没有信号的地区，保证全频段观测到可靠信号；②它支持张量人工场源的测量，反演X-Y电导率张量成像剖面，对判断二维构造特别有利，而一般人工场源电磁测深仅能进行标量测量，不能正确判断二维构造；③整套仪器设备轻便，观测时间短，完成一个800米深度的电磁测深，大约只需15分钟左右，具有较高的工作效率，为进行EMAP连续观测提供技术保证；④实时数据处理与成像，资料解释简捷，图像更直观。

EH-4通过发射和接收地面电磁波来达到电阻率或电导率的测深。连续的测深点阵组成地下二维电阻率剖面、甚至三维立体电阻率成像。EH-4可以用于单点测量，也可以用于剖面测量。单点测量适用于测点之间电阻率变化不剧烈的情况。它给出接收点下垂向电阻率分布的估计。剖面测量适用于预测电阻率延测向有变化的区域。它能提供垂向和侧向电阻率分布，沿特定的方向在相邻测站采集数据，并把这些数据一起处理。剖面可以沿任意方向布设，不必沿严格的直线。在实际施工中，一般使用剖面测量工作方式，因为此方式能充分发挥系统信号处理软件的能力。

今年在河北省某地进行地热资源勘查中，工区已知地热井有6个，深度均在120—240米之间，其中一个被早期某厂开发利用为温泉疗养院，现已被私人承包，浴场条件简陋、破旧，据了解此井深度140米，水温42度，出水量＞50m3∕h。其余几口地热井均为民用饮水井，初衷本想饮用不料打出了热水，因而全部封孔，这几口井最低温度40度，最高72度，出水量也都不错，通过对搜集的资料进行分析，初步判断区域构造应为北东向带状断裂为主，故以已知开发利用的温泉井为中心布设100×200米测线15条，测点共计700多个。

工区第四系覆盖层较厚，约十几至一百米之间不等，基岩出露较少，地势东南高，西北低，区内由降雨等原因形成的冲沟非常多，走向也差别较大，冲沟宽度几米至几十米不等；深度大多达20米以上；延伸长度达到几百米至数公里。施工难度较大，可控源音频大地电磁方法（CSAMT）为多道同时测量，数据质量可靠且效率较高被广泛应用，但因在冲沟密集的工区难以有效快速的布设，施工难度太大，而且工区已知地热井情况均埋藏较浅，CSAMT测量浅层盲区较大，并不适合，进而排除使用。充分考虑数据质量、地形、工作效率等因素，EH-4测量浅部盲区较小，分辨率清晰，且携带方便，地形适应能力较强，800米深度的单点测量仅需15分钟左右，工作效率较高最终综合考虑选择EH-4作为本次地热勘查的主要仪器。

本次勘探的主要目的是查找含水构造。EH-4勘探是以地下介质在导电性方面（主要视电阻率）的差异为基础，而含水构造通常表现为低电阻率。此次工作点距为100米，在异常地区调整为50米，设计勘探深度500米以内。在实际工作当中需执行以下技术措施，以保证勘查精度。

①开工之前首先进行平行试验，检测仪器是否正常，需将两个磁棒相隔3-5米，平行放置地面，两个电偶极子同样平行放置，观测电、磁场通道的时间序列信号。

②X、Y方向电极必须垂直布设，电极距误差＜0.5米，角度误差想＜0.5°。

③为了降低人文因素干扰，磁棒应埋在地下至少5厘米，两磁棒相互垂直，角度控制在2°以内。距离中心前置信号放大器应＞5米。

④前置信号放大器应放在电、磁道的“十”字交点位置并连接地线。

⑤实际测量中应注意观察电磁场的相位关系、相干度和信号强度。及时发现并解决问题，保证数据质量。

经过一个多月的野外观测，圈定两条区域富水主构造及多条次级构造，并在有利位置布设了激电测深点，进一步了解构造断面电性特征。其中四个已知地热井（包含已知温泉浴场）均在北东向主构造上或紧邻的次级构造附近，为工区主要含水构造带。通过已知地质资料及物探成果确定3个有利孔位，设计孔深300米，其中2个钻孔已完成钻探任务，分别在227、264米孔口涌水量高达2900m3∕d和3100m3∕d，出水温度分别为67.7°和72.4°。钻探结果与推断解释基本一致,达到了预期效果，圆满完成了工作任务。

通过实践证明，EH-4（连续电导率剖面仪）在本次工作中的表现优异，其人工源发射系统在人文干扰较大区域等复杂地区有效的提高了中频数据的质量，实时成像系统更有利于现场工作人员把控一手可靠数据。总之EH-4相较其它仪器设备而言其对地形环境的要求低，适合在复杂的地形条件下作业，且测量速度快，野外作业方便，对浅、中深部的勘探分辨率高，是寻找浅、中深部裂隙水、构造水的一种卓有成效的手段，解决了寻找中深部水资源的难题。

随着祖国的快速发展，经济结构的重大改革，清洁环保的地下水资源必定会得到更多的开发与利用，相信EH-4也会发挥其更大作用。