深部地热资源勘察中的地球物理电磁法应用可行性与优势研究

何双凤+高鹤+张福强+张海超

摘 要：地热资源包括热、水、矿三种，随着我国社会城市化进行进程的发展，我国资源的数量也越来越缺乏，资源的可采率也在不断的下降，并且还出现了一系列的问题，包括能源结构的不合理等，都对我国经济的可持续发展造成了阻碍，因此，地热资源作为一种新型的绿色能源逐渐受到了人们的关注。地热资源勘查正在迅速的发展，但是其勘查方式并没有大幅度的提高，传统的方式已经不使用，所以提高地热资源勘察效果是目前所要重视的问题。

关键词：深部地热勘查；电磁法；可行与优势

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.204

0 引言

电磁法勘察主要是以不同的矿石、岩石自身的典型差异为前提，研究并观测人工及天然磁场空间及时间的分布规律，以此进行矿物寻找及地质勘测的方式，其有自身的便捷性被广泛应用到地热资源勘察中。在地热资源勘察中使用电磁法，能够探测出形成地下热水的主要原因及位置，找出地下热水分布分范围，并且确定地热的位置、覆盖的厚度等信息。将电磁法使用到地热资源勘察中是可行的，基于此，本文就来探讨电磁法的优势和应用可行性。

1 电磁法的原理及优点

地下热水能够改变热储层位电阻率，以此识别地热资源。在地下热水勘察过程中，具有多种方式，比如遥感技术、重磁勘探及电磁法等等，目前在地热资源勘察过程中使用最多的就是电磁勘测法，其主要是通过得到的反演电阻率和地质资料推断测区的地层及构造。

电测勘测法的基本原理主要是通过改变电流频率以此进行勘测，其是以电磁波传播理论与麦克斯韦方程组为基础，表达方式为：

其中E表示电场强度，B表示磁感应强度，D表示电通量密度，H表示磁場矢量，ρ表示电荷密度，?B/?t表示变化磁场，?D/?t表示位移电流，j表示传导电感。其物理意义表示为：电场是通过ρ引发的发散场，也可以是通过?B/?t引发的涡旋场，H是通过j和?D/?t两者产生的涡旋场，并且空间没有存在独立的磁荷。

在地热资源勘察中使用电磁法的主要优势为：

其一，具有较高的工作效率。通过偶记发射就能够在四个大扇形区域中进行地热资源测量；

其二，具有较高的水平分辨率。电磁法的水平分辨率和收发距离没有关系，其水平分辨率大约为接受电偶极的长度；

其三，具有较高的垂向分辨率。电磁发的垂向分辨能力和较多的因素息息相关，如果把探测对象厚度和埋深两者的比定义成为垂向分辨率，那么其垂向分辨率在10%-20%之间；

其四，对地形具有较小的影响。因为将观测数据进行归一化，降低了对地形的影响，并且容易校正；

其五，具有较高的勘探深度范围。因为主观因素、客观因素及目前技术的原因，电磁法的勘测深度最高可达两三千米；

其六，具有较小的高阻层屏蔽作用。由于电磁法使用的是交变电磁场，所以其能够穿透高阻层，电测法能够反应出直流电法无法探测的高阻层地质体[1]。

2 深部地热资源勘察中的地理物理电磁法的应用可行性分析

本文以黑龙江省滨东地区的两处火山为例子，研究电磁法在深部地热资源勘察中的应用。目前，这两处火山附近的地表出现了地热现象，比如在大雪纷纷的冬天，地表具有干蜂窝状溶洞，洞内没有积雪。在零下20℃的冰封阶段，地区表面没有冻，草木植物出现雾凇现象。在零下25℃的温度下，将温度计放入洞中20cm深的地方，温度显示为4℃。区域的地质背景见图1，区域内部地层层序见表1。

探测区的物探工作：在火山口右侧坍塌处布置两条平形的电磁测线分别为1和4，通过地质勘查发现1处的位置出现张扭性断裂，地质认为发生张扭性断裂和压扭性断裂的相交处是存储水的最佳位置，但是这个部分并没有出现压扭性断裂。在火山口右侧坍塌部分布置三条激电测深测线，因为其与高速公路想接近，会受到地电干扰，所以使用观测参数视电阻率、半衰过程中表现良好的测线剖面进行分析。 图2为物探工作的布置图。

分析深部地层中的含水性：一般使用电磁法寻找地下水的时候，收拾寻找低阻电性层，根据富水层电阻率是否低于干层电阻率，以此推断低阻电性层是否为深部含水层位。通过根系地表剖面的电性特性，深部并没有较大规模的低阻电性层，所以根据目前的资料没有办法进

行深部地层含水性的评价。

4线剖面能够反映地层的分布，纵向上电阻率呈现出低-中高-高-中高的电信分布规律变化，通过上述分析判断其地热为深部热源反映。本区中断裂构造和火山机构发育，根据电磁法的成果认为1线剖面深大断裂表现为地热资源现象。通过钻孔验证，出水温度为52℃，每天出水量为2400m3/d。以此验证了电磁法在深部地热资源勘测中是可行的[2]。

3 结束语

因为地下深部地质条件具有复杂性及难预见性，地热资源勘查具有较大的风险，所以就要选择合适的勘测方式。本文研究的是电磁法在深部地热资源勘察中的应用，研究表明其能够在深部地热资源勘察中使用，并且有较大的优势，能够获取更加精准、氛围较广的地热空间分布信息。

参考文献：

[1]曾向林.瞬变电磁法在工程地球物理勘探中的应用[J].西部探矿工程，2001，13（03）：42.

[2]李百寿，秦其明，侯贵廷等.被动式超低频电磁法在深部地热资源勘察中的应用——以JR-119井及JR-168井为例[J].地球物理学进展，2009，24（02）：699-706.