音频大地电磁测深法（AMT）在某彝族自治县地热水资源勘探中的应用

邱 杰，陈 波，曾宥元

（四川省地质矿产勘查开发局四〇三地质队，四川峨眉山 614200）

1 概述

地热资源是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点，是一种现实可行且具有竞争力的清洁能源。某彝族自治县政府创新性地把旅游开发与精准扶贫有机结合，通过对潜在地热资源区进行调查评价，开发利用，致力打造“旅游休闲基地”，造福于民。

地热勘查是高风险性的行业，通常采用地质调查、地球物理和钻探等勘查方法，地球物理勘探具有经济效益高、勘探深度大、对场地无破坏或破坏小、成果直观等特点。音频大地电磁测深法利用天然的交变电磁场作为场源来研究地下不同地层的导电性结构，其勘探深度大且受地形影响较小，可以有效判定地下构造发育和地下水赋存情况，目前广泛应用于地热水资源的勘探中。

2 方法技术

本次工作使用的是加拿大凤凰公司生产的最新一代V8多功能电法仪，它具有类可视化的操作界面，可以实时数据监控，操作简单，对弱信号分辨能力强。AMT 音频大地电磁测深法具有很宽的频率范围（0.035～10 400Hz），其实质是不同频率的电磁波在地下介质中传播的趋肤深度（δ）不同，在地表测量由高频到低频的地球电磁相应序列，并经过资料处理利用波阻抗相位与电阻率的关系来得到视电阻率，从而得到由浅至深不同地层的地电特征。

由上式可知，趋肤深度随频率的降低而增大，即大地电磁场的变化周期越长，电磁场能量穿透得越深。而在实践过程中，通常将电磁波能量衰减到1/2时的深度称为勘探深度（D），即：

3 应用实例

3.1 研究区地质情况

研究区地层发育比较完整，地层的特点是：四周老，中部新，境内地层以上元古界震旦系和古生界地层分布广泛，以滨、浅海相沉积为主；中生界只出露三叠系及侏罗系地层，岩性为碎屑岩、碳酸盐岩和玄武岩类为主；新生界主要为第四系冲积物与残坡积物零星分布于平坝及河谷地带、斜坡坡地地带，局部有冰水堆积物分布。

研究区县城四周均属中山区，中部属低山河谷区，四周地层均向中心倾斜，属构造盆地。而研究区向斜直穿研究区县城，西方为苦竹坝至沙匡断层，东方为五指山背斜，故形成了一个相对较为封闭的地下库盆（沉积盆地），因此区内地热水的类型为传导热为主的层状热储赋存的地热水系统。其热源主要为地温对地下水的加热，地温是地热的主要来源。

县境地热出露主要有3处，均位于苦竹坝至沙匡断层下盘，分别为北部的温水凼温泉、西部的沙腔温泉及南部的永红温泉，水温为24.4～26.5℃，流量为2.76～23.5L/s，一般地下水化学类型属重碳酸钙镁型，矿化度0.1～0.2g/L，出露地层为寒武系（ε1），目前未开发，说明该区具备地热异常条件。

3.2 研究区地球物理特征

本次工作的目标层位为垮洪洞组和雷口波组，主要岩性为灰岩、白云岩。在进行工作时于测线西端岩层出露地段可见明显的灰岩溶蚀现象，在测量期间雨水较多，这些灰岩层中的溶洞多表现为低电阻率的电性特征，而完整的灰岩层电性特征为中等电阻率（1 000Ω·m 左右），该目标层位多为中低阻的电性特征。目标层位以上为香溪群，主要岩性为泥岩和砂岩，由地表可看出，泥岩和砂岩多为层状结构，且产状较陡，倾角为30°左右，层间裂隙发育，在该测区水沟较多，因此在该层位可能表现为较低的电阻率特征。目标层位以下为铜街子组和飞仙关组，主要岩性为泥岩、页岩，该层位较为完整，因此表现出的地球物理特性为中高电阻率（1 000Ω·m左右），部分地段可能存在溶蚀效应或地下暗河，而测出中低电阻率的异常特征。如表1所示。

表1 测区地球物理特征

3.3 工作布置

为了分析采用V8开展AMT 法探测深部岩体界线、地质构造、水储资源的有效性，采取从已知向未知探寻的方法，在进行测量工作时，自热储层出露地表位置开始测量，以更好地分析热储、热储盖层、热储隔水层的地球物理特征，使深部层位划分更为准确。根据工作需要，布设了一条剖面，测线长2 500m，点距50m，部分地段点距100m，对于人文干扰的地区采取丢点避让的办法。

3.4 数据整理与分析

每个大地电磁测深点上都可以获得两条视电阻率曲线：电场延地层走向方向极化的纵向曲线，称TE 极化视电阻率曲线；电场延地层倾向方向极化的横向曲线，称TM 极化视电阻率曲线。在一维介质中，地面波阻抗是一标量，TE、TM 模式视电阻率值是相同的。在二维、三维介质中波阻抗是张量，两种模式的视电阻率曲线不同。

在音频大地电磁测深工作中，实际地下介质存在非均匀性，在实际工作中实测资料得到的TE、TM 模式极化视电阻率曲线可能与理论模型存在有很大差异，因此采用不同的模式进行反演可能会有不同的解释结果，给正确认识和判断实际地质结构带来困难。通过对测线起始端的测量成果分别进行了一维和二维TE、TM 极化模式反演，与地表岩层出露区域地质情况进行对比分析，以便确定最佳的反演方法，提高成果资料的可靠性。

本工作采用成都理工大学的MTSoft2D 反演软件，对采集的AMT 数据进行预处理，生成TE 及TM 模式各种反演方法的视电阻率剖面图（如图1中b、c、d、e）。根据反演成果图与地表草测地质剖面（图1中a）结合岩层物性作对比分析，该剖面地层主要为三层，相对高阻层位（嘉陵江组页岩层）、相对中高阻层位（雷口波组灰岩、白云岩层）及相对低阻层位（自流井组泥岩、页岩层），对比各反演方法，最终确定在该区域进行二维NLGG 反演方法效果较好，反演成果与地层对应吻合度较高，因此本次成果均采用二维NLGG 反演对成果进行解释分析。

图1 草测地质剖面与AMT反演视电阻率剖面对比图

确定了反演方法后，插入地质剖面绘制更精细化的地质物探剖面图。根据本次测量成果，共划分了3个层位，分别为低阻区、高低电阻率变化区和中高电阻率区。低阻区位于测线中部区域，香溪群、自流井组、下沙溪庙组，主要岩性为泥岩和砂岩，整体表现为较低的电阻率特征，视电阻率为1～200Ω·m，整体呈东倾异常。该区域多为层状结构，因此在该层位测出较低的电阻率。处于向斜中部，核部厚度约为1 700m。高低电阻率变化区位于测线西端，处于目标岩层垮洪洞组和雷口波组，主要岩性为灰岩、白云岩，整体视电阻率变化较大，在50～3 000Ω·m，厚度为300～500m。在该区域地表灰岩溶蚀现象出现，因此在该段地表测出较低的视电阻率。在该区域中深部测得一连串的低阻异常带，且整体走向与岩层产状基本一致，推测为地下水含水带。向斜核部中心点位于研究区河附近，埋深为1 700～2 200m。中高电阻率区位于电阻率变化区以下，即铜街子组和飞仙关组，主要岩性为泥岩，该层位较为完整，整体电阻率在1 000Ω·m 左右，厚度超过1 000m。

4 结语

通过地质+物探音频大地电磁测深（AMT）相结合的方法，能很好地对地层层位进行划分，推测出了研究区彝族自治县地热水资源开发利用的热储层三叠系上统-中统垮洪洞-雷口坡组（T2l-3k）、热储盖层侏罗系（J）和热储下的相对隔水层三叠系（T）铜街子组及飞仙关组的层位界线、地层埋深和厚度，同时在热储层中推测了一条地下水含水带，分析认为该地热资源的热储热源主要为深部地温，为该彝族自治县地热水资源的开发利用提供依据，控制了成本，同时也为其他地方提供很好的参考依据，为脱贫攻坚提供新思路。