广域电磁法与可控源音频大地电磁法探测效果对比研究<br/>——以浙西北巨厚沉积岩地区为例

广域电磁法与可控源音频大地电磁法探测效果对比研究
——以浙西北巨厚沉积岩地区为例

2022-07-05刘泽丞梁红波王汉卿朱国强

资源信息与工程 2022年3期

刘泽丞, 梁红波,2, 王汉卿, 朱国强,2

(1.浙江省工程物探勘察院有限公司，浙江杭州 310000; 2.浙江省地球物理地球化学勘查院，浙江杭州 310000)

0 引言

位于浙江西北部的湍口俗称芦荻墩，早在1300多年前就有芦荻泉，温泉文化一贯有之[1,2]。1992年，在湍口地区展开了以土壤测汞为主的物化探勘察工作，圈定了3处汞异常区域，查明了湍口盆地基底构造及控热地质条件[3]，认为北西向张扭性断裂汇水；2012年，通过湍口村201号井勘探表明，井深600.6 m，水量430 t，水温27 ℃，水质类型为含氡氟水[4]。因此，该地区具有较好的地热资源开发潜力，进一步开展勘查工作可为该地区寻找更好的地热资源。

该地区前期采用的地球物理方法均为可控源音频大地电磁法(Controlled Source Audio Magnetotelluric Method，CSAMT)[5]。虽然广域电磁法(Wide Field Electromagnetic Method，WFEM)在其他地区地热勘探中应用较为广泛[6-9]，但在浙西北巨厚沉积岩地区尚无应用案例。为了比较WFEM法和CSAMT法的探测效果，在浙西北巨厚沉积岩地区进行了对比试验，这是WFEM法在浙西北巨厚沉积岩地热探测中的首次应用。

1 基本原理

1.1 CSAMT法

CSAMT法是20世纪80年代末兴起的一种物探新技术，在油气、金属矿产、地热勘查以及工程地质研究中应用颇广。

CSAMT法针对大地电磁测深法的场源随机性、信号微弱和观测困难的弱点，改用人工控制场源，获得了较好效果。该方法以有限长接地电偶极子为场源，在距偶极中心一定距离处同时观测电、磁场参数，采用赤道偶极装置进行标量测量，同时观测与场源平行的电场水平分量Ex和场源正交的磁场水平分量Hy，计算卡尼亚视电阻率ρs。

1.2 WFEM法

WFEM法是在CSAMT和梅洛斯(MELOS)电磁法基础上发展起来的[10]，继承了MELOS方法非远区测量的思路，摒弃了CSAMT法远区信号微弱的劣势，扩展了观测适用的范围，并且摒弃了MELOS的校正方法，保留了计算公式中的高次项。它既不是沿用卡尼亚公式，也不是把非远区校正到远区，而是用适合于全域的不进行简化的公式进行迭代反演。

此次WFEM法测量使用的仪器是继善高科研制的广域电磁法发送机和广域电磁接收仪，采用赤道偶极装置的E-Ex观测方法进行探测，测线及测点位置和CSAMT法保持一致。其中测量频率为0.0117～8 192 Hz，共53个频点。

2 地热地质条件

2.1 地层岩性

勘查区处于一面积不足2 km2的山间盆地中，周围山脉海拔250～350 m。盆地呈椭圆形，南北宽约1 km，东西长约1.5 km，第四系较发育，厚12 m左右。周边出露地层包括奥陶系下统印渚埠组(O1y)，岩性为钙质泥岩和泥岩；寒武系西阳山组(∈3x)，岩性为泥质灰岩、饼状灰岩；华严寺组(∈3h)，岩性为条带状灰岩；杨柳岗组(∈2y)，岩性为泥质灰岩、透镜状灰岩和碳质硅质岩；荷塘组(∈1h)主要成分为碳质、硅质页岩(图1)。

图1 湍口地区地质图

从表1中可见，奥陶系地层总体呈中低电阻率特征，印渚埠组电阻率最低，寒武系地层电阻率均比奥陶系地层高，为中高电阻率特征。另外，断裂破碎带、裂隙等构造，由于含水及碎屑物等的充填，会使其视电阻率明显降低，在视电阻率断面图上表现为高阻中的低阻或者视电阻率的梯级带。从出露地层厚度看，本地区沉积岩厚度巨厚(超过1 000 m)且存在着荷塘组质硅质岩等不利于电磁法的干扰因素。

表1 地层及围岩物性参数统计表

2.2 地质构造

本区位于扬子—钱塘准地槽系中的钱塘槽背斜上，南西邻接江南台背斜。下古生界为巨厚(约11 000 m)的类复理石建造，向上过渡成上古生界稳定的碎屑—碳酸盐建造(厚约2 200 m)。本区构造系统较为复杂，以褶皱为主，断裂也较发育，北东向构造线清晰，褶皱轴线向北东倾伏。

本区内主要发育NNE、NW及EW向三组断裂构造，其中NNE向湍口断裂带及NW向朱里坑断裂是区内主要控水构造。

湍口断裂带(F1)：由2～3条平行逆冲断层组成，长约7 km，总体走向NE20°～30°，倾向NW，倾角70°～80°，破碎带宽100～150 m。断层上盘分布西阳山组灰岩，下盘为杨柳岗组地层。断裂带在浅部(200～300 m以内)，相应岩溶较发育。

东西向断裂(F2)：断层倾角上陡(70°～80°)下缓(40°左右)，宽度上宽(40 m左右)下窄(10～20 m)，断层东段沿河谷延伸。该组断层形成时间最晚，断层上下盘第四系具明显落差。

朱里坑断裂(F3)：由三条断层组成，属湍口断裂的配套构造，走向320°～340°，倾向NE，倾角70°～80°，长3 km，具张扭性特征，断层破碎带宽10 m左右，构造角砾间均为方解石脉充填。

本区物探工作在上述断裂交汇处优选孔位。

3 数据采集

此次在湍口地区共布设了2条WFEM法测线(4线、9线)，均为CSAMT法和WFEM法在相同地质条件下的共同测线。本次主要对比4线特征，4线总长2 km，点距50 m。

4 资料处理解释与对比

WFEM法数据采用中南大学开发的“重磁电三维反演成像解释一体化系统”进行处理。经过对数据进行去噪处理、飞点编辑、静态校正和滤波后，再进行定性分析、参数点分析和曲线类型分析，最后建立模型进行反演，最终结合其他资料进行综合解释。CSAMT数据采用CSAMT-SW软件进行处理，包括去除飞点、近场校正、静态校正以及反演电阻率成图等，最后进行结果解释。

4.1 反演结果对比

通过对测井资料破碎带识别分析，WFEM法与CSAMT法测量结果的低阻反映为破碎带，两者反映较为接近，对破碎带均有较好的反映。测井结果显示，ZK401自上而下有4处破碎带，其中标高-294～-491 m、厚度为227 m和标高-983～-1 363 m、厚度为380 m破碎带在反演断面图上均表现为梯级带，有直观清晰的反映，可以较好识别；但在标高-700 m左右存在的27 m以及51 m破碎带均未有明显反映(图2)。

对测井资料物性层识别分析表明，WFEM法反演结果优于CSAMT法反演结果。从测井资料看，自上而下可以分为11个物性层，其中物性层4和物性层5为泥质灰岩和硅质岩的分界线。从广域电磁法成果图上看，物性层4和物性层5分界线位于低阻等值线上，能够较好识别；而CSAMT法对于两种物性层位无法明显识别。特别是物性层5的厚度与WFEM法反演图中低阻层位吻合度较高；其余层位(如物性层3、物性层7)WFEM法反映也较CSAMT法明显(图2)。