地?zé)岬孛娴厍蛭锢砜辈榉椒皯?yīng)用評價(jià)

馬海，蒲東鴻，魏曉華，虞金林，焦子天

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心江蘇總隊(duì)，江蘇 南京 211135）

0 引言

地?zé)岙a(chǎn)生于地球內(nèi)部放射性物質(zhì)的蛻變，U238、U235、Th232、K40 其 半 衰 期 多 在109~1010年，與地球年齡相當(dāng)，在地球中有較大豐度與較高放射性熱效率， 對地?zé)岬男纬捎兄鴺O為重要的意義。 地?zé)嵬ㄟ^巖層熱傳導(dǎo)、地下水熱對流、巖漿侵入、火山噴發(fā)、地震等方式將內(nèi)部熱量釋放[1-2]。 地?zé)崃黧w作為地?zé)豳Y源開發(fā)的主要載體具有水資源、礦產(chǎn)資源和熱能資源的三重屬性[3-4]，其功能多、用途廣，作為潔凈的可持續(xù)再生能源，近年來地?zé)岬拈_發(fā)和利用受到國內(nèi)外的高度重視[5-6]。

地?zé)豳Y源勘探是地?zé)豳Y源開發(fā)和利用的基礎(chǔ)，也是地球物理方法重要的應(yīng)用領(lǐng)域。 地球物理勘查主要應(yīng)用于地?zé)崞詹殡A段和重點(diǎn)區(qū)域的補(bǔ)充勘查工作，是地?zé)衢_發(fā)可行性分析中重要的組成部分， 其工作的核心為推斷地?zé)針?gòu)造存在的位置，為后續(xù)工作的開展縮小搜索范圍，從而達(dá)到降低投資風(fēng)險(xiǎn)的目的[6-7]。我國地質(zhì)工作者經(jīng)過多年的地?zé)峥辈楣ぷ鞣e累，逐步形成了一套較完備的探測方法技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和解釋方法，用于地?zé)岢Ｒ姷奈锢砜辈榉椒ㄖ饕校褐亓碧?、磁法勘探、電磁測深法（包括TEM、MT、AMT、CSAMT 等）、 常規(guī)電阻率測深、地震勘探、淺層測溫[8]、氡氣測量、微動勘探和遙感技術(shù)等。 然而，同樣的方法在不同的工作區(qū)往往取得的效果不盡相同。 因此，需深入探討各種工作方法和手段的原理、適用條件以及成果解釋的針對性等，同時(shí)需要探討多種物探方法綜合勘探的有效性和必要性。

1 地?zé)岬厍蛭锢砘A(chǔ)

地球物理方法的有效應(yīng)用基于其對目標(biāo)體巖性地球物理特性的區(qū)分，地?zé)豳Y源按照不同的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為不同類型，不同類型的地?zé)豳x存構(gòu)造具有不同的地球物理響應(yīng)，這也是導(dǎo)致地?zé)岬厍蛭锢矸椒ǘ鄻?、多變性的原因?/p>

1.1 地?zé)豳Y源分類及分布

地?zé)豳Y源一般按熱儲介質(zhì)、構(gòu)造成因、水熱傳輸方式可劃分成不同的類型。按熱儲介質(zhì)可分為孔隙型、裂隙型和巖溶裂隙型；按構(gòu)造成因可分為沉積盆地型和隆起山地型；按熱傳輸方式，可分為傳導(dǎo)型和對流型[9-12]。 按構(gòu)造成因可將中國的地?zé)豳Y源分為沉積盆地型和隆起山地型兩大類。 另外，按熱源和構(gòu)造等綜合條件，又可將隆起山地型地?zé)豳Y源細(xì)劃為火山型、非火山型和深循型三類；按盆地的構(gòu)造性質(zhì)，又可將盆地型地?zé)豳Y源細(xì)分為斷陷盆地型和坳陷盆地型兩大類[13]。

本文根據(jù)地球物理方法的針對性將地?zé)豳Y源分為以下四大類：火山巖型、花崗巖型、塊內(nèi)基巖裸露型、盆地和古潛山型。 中國地?zé)豳Y源分布具有明顯的規(guī)律性和地帶性，其中火山巖型地?zé)嶂饕挥诎鍓K或構(gòu)造地體的邊緣， 分布地區(qū)主要有云南、西藏、臺灣等；花崗巖型地?zé)岱植嫉貐^(qū)主要有遼東、福建、廣東、湖南、江西等；塊內(nèi)基巖裸露型地?zé)岱植嫉貐^(qū)主要有河南、山西、湖北、四川、貴州等；盆地和古潛山型地?zé)岱植嫉貐^(qū)主要有中國的東部地區(qū)、東南沿海、臺灣、環(huán)鄂爾多斯斷陷盆地、藏南、川西和滇西等區(qū)域。不同類型的地?zé)嵯到y(tǒng)具有不同的地球物理勘查依據(jù)。

1.2 地?zé)岬厍蛭锢硖匦?/h3>

地?zé)峋哂兴厍蛭锢眄憫?yīng)和熱地球物理響應(yīng)兩個(gè)主要方面， 其次巖性參數(shù)響應(yīng)也是判斷地?zé)岽嬖诘闹匾厍蛭锢眄憫?yīng)[14-15]。 水往往賦存于孔隙、裂隙或巖溶中，其中斷裂、破碎構(gòu)造是地下水存在的較理想環(huán)境，相關(guān)的地球物理特性主要有布格場分布、電阻率、極化率、磁化率、波速等。 地?zé)嵬鶗饚r性參數(shù)的變化，如孔隙度、滲透率等，進(jìn)一步導(dǎo)致密度、波速、電阻率、磁化率等參數(shù)的變化，還會引起地溫梯度和放射性元素等分布的變化，如氡氣濃度等。 根據(jù)地?zé)岬厍蛭锢硖匦缘捻憫?yīng)， 可以針對熱和水不同目標(biāo)選擇有效的物探方法開展探測工作。

1.3 常用地?zé)岬厍蛭锢矸椒?/h3>

重力法依據(jù)重力布格異常，可以比較容易地推測平原區(qū)覆蓋層下基底隆起、 凹陷及斷裂構(gòu)造位置。根據(jù)推測地質(zhì)構(gòu)造分布可預(yù)測地?zé)崽锟赡苄纬傻挠欣h(yuǎn)景區(qū)域，在地?zé)崽锟辈槌跫夒A段，利用該方法可以縮小地?zé)崽锟辈榘袇^(qū)。 另外，隨著溫度的升高，巖石密度具有明顯的降低，也成為重力方法勘查地?zé)岬闹匾罁?jù)。

磁法在地?zé)崽锟辈橹型瑯邮且环N常用的地球物理方法， 應(yīng)用磁測資料可以發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造帶位置及走向，圈定侵入巖體范圍，結(jié)合地質(zhì)資料，推測侵入體形成的大致地質(zhì)年代和巖性， 由此預(yù)測侵入巖體對形成地?zé)崽锏挠绊懗潭取?磁測資料還能幫助人們了解沉積盆地的范圍，以及盆地內(nèi)基底起伏情況。 根據(jù)磁測資料推測結(jié)果， 結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料能夠預(yù)測地?zé)峥赡苄纬傻倪h(yuǎn)景區(qū)域，縮小地?zé)崽锏目辈閰^(qū)域。

電（磁）測深法是目前地?zé)峥辈橹凶畛Ｓ玫牡厍蛭锢矸椒ㄖ唬責(zé)峥辈槌Ｓ玫碾姡ù牛┓椒ㄓ袑ΨQ四極測深法、頻率測深法、瞬變電磁法（TEM）[16-17]、大地電磁測深法 （MT）、 音頻大地電磁測深法（AMT）、可控源音頻大地電磁測深法（CSAMT）[18]，以及可控源和天然源相結(jié)合的EH-4 電磁測深[19]。熱儲區(qū)電阻率是熱儲區(qū)體積范圍內(nèi)各種介質(zhì)電阻率的綜合反映，主要包括地層巖性、地層溫度、水離子類型和濃度、地層孔隙度、滲透率及巖層破碎程度等。另外，熱水的溶解能力相對較高，隨著地下水溫度的升高，地下水溶解能力增強(qiáng)，水的密度和粘滯性減小，隨之地下水礦化度增高，離子活躍性增加，電阻率降低，形成熱儲構(gòu)造區(qū)低電阻率異常特征。 但是對于高溫蒸汽地?zé)嵯到y(tǒng)而言，由于蒸汽類似于一種高阻介質(zhì)充滿地層孔隙中，使得高溫蒸汽地?zé)嵯到y(tǒng)體積電阻率呈相對高阻異常特征[20-21]。

地震法主要通過研究人工激發(fā)的地震波的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征來解決地質(zhì)問題[22]。地震法通過地震波的反射、折射和透射情況，經(jīng)過成像、反演等可精確反映地下巖層、構(gòu)造、流體、氣體等的分布及賦存情況[23]。 微動屬于地震法的一種，是地球表面日常微小的顫動，它區(qū)別于有特定震源和發(fā)震事件的“微震”，在任何時(shí)間和地點(diǎn)均可以觀測[24]。 微動勘測方法就是一種以平穩(wěn)隨機(jī)過程為依據(jù)，從微動信號中提取面波（瑞雷波）頻散曲線，通過對頻散曲線反演，得到地下介質(zhì)S 波速度結(jié)構(gòu)的地球物理勘探方法。 相關(guān)研究與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隱伏斷裂破碎帶在微動視S 波速度剖面上有明顯的低速異常顯示， 這成為微動剖面解釋隱伏地?zé)針?gòu)造的重要標(biāo)志，并為地?zé)峋贿x址提供重要依據(jù)。

測溫法包括大地?zé)崃髦禍y量、地層溫度測量和地層溫度梯度測量[25]。巖層熱導(dǎo)率和大地?zé)崃髦祵π纬傻責(zé)崽镏陵P(guān)重要，大地?zé)崃髦档母叩蜎Q定了這個(gè)地區(qū)接收深部傳遞上來熱量的多少， 熱流值越高，形成高溫異常越有利。 熱流值是關(guān)于地球內(nèi)部釋放熱量在地表能夠測量的唯一參數(shù)，是預(yù)測一個(gè)地區(qū)能否形成地?zé)崽锏闹匾獏?shù)，熱流值越高，形成地?zé)崽镌接欣?/p>

氡氣測量法是一種便利有效的放射性探測技術(shù)，在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 放射性元素在自然界中廣泛存在， 在其衰變過程中產(chǎn)生許多子體，其中氧(222Rn )是唯一呈氣態(tài)的子體，它可以由地下遷移到地表，從而反映地下深層的信息。

2 應(yīng)用實(shí)例

一般在實(shí)際勘查工作中采用多種方法相結(jié)合的模式展開物探工作， 一方面盡可能減少多解性，另一方面互相印證方法的可靠性。下面用幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例展示各種物探方法在地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用。

2.1 重力和磁法

某地?zé)崽镩_展綜合物探勘查工作，圖1 為磁法曲線和重力曲線的對比參照圖，圖1 所示的重力水平梯度曲線異常位置預(yù)測一條斷裂的存在。此位置也與布格重力曲線和磁力曲線的異常位置相對應(yīng)。此處后經(jīng)進(jìn)一步勘查確定為一個(gè)規(guī)模較大的正斷層。

2.2 氡氣和可控源大地電磁測深法

圖2 是某地?zé)崽顲SAMT 電阻率剖面與氡氣檢測曲線的對比圖，圖2 中三個(gè)電阻率低異常推測為巖性破碎或小型斷層，三個(gè)氡氣高異常與三個(gè)推測斷裂位置保持一致， 進(jìn)一步印證了我們的推測。因此兩種方法結(jié)合除了可以分別發(fā)揮各自探測優(yōu)勢之外，還具有互相印證的作用。

圖1 某地?zé)崽锎欧ㄇ€和重力曲線對比圖

圖2 某地?zé)崽顲SAMT 電阻率剖面和氡氣檢測曲線對比

2.3 音頻大地電磁測深法

圖3 為某地?zé)崽镩_展AMT 工作中兩個(gè)相交電阻率剖面的三維展示圖。在沒有其它輔助物探手段勘查的情況下，合理全面的測線布設(shè)也可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)自我驗(yàn)證，達(dá)到減小多解性、提高探測可靠度的目的。圖3 中兩條相交剖面所推測的巖性分界面與地區(qū)巖層產(chǎn)狀一致，推測的巖性情況與鉆井結(jié)果保持一致。

圖3 某地?zé)崽顰MT 電阻率剖面三維展示

2.4 微動探測

圖4 是豐臺某小區(qū)地?zé)峋捌诳辈楣ぷ魉龅奈犹綔y成果與鉆井成果的對比圖。勘探結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果基本一致。在此地區(qū)利用微動測深方法較準(zhǔn)確地推斷出了斷裂位置，為井位選擇與設(shè)計(jì)起到了重要作用，經(jīng)鉆井驗(yàn)證成功地打出一口高溫高產(chǎn)地?zé)峋?/p>

3 方法評價(jià)

3.1 物探方法應(yīng)用簡評

重力在勘查基底隆起、凹陷，確定斷裂構(gòu)造位置、走向上是一種十分有效的物探方法，特別是在平原覆蓋區(qū)效果更為顯著。

電（磁）測深法，特別是（可控源）大地電磁測深法在體現(xiàn)基巖面起伏、地層大體分層和判斷斷裂的走向趨勢方面都有很好的效果。電（磁）測深法之所以分支方法眾多，是因?yàn)槠涿媾R的地質(zhì)問題極其復(fù)雜，同樣地不同地?zé)岬刭|(zhì)問題需要不同電（磁）測深法來解決。

圖4 J-59 地?zé)峋疅峋犹綔y結(jié)果與鉆井成果對比

磁法，特別是航空磁測結(jié)果效果更為明顯。 由于航空磁法測量面積大，磁場區(qū)域背景廣，一些弱小、雜亂的磁異常在區(qū)域背景磁場的襯托下反映將更為明顯。

由于地?zé)豳Y源一般蘊(yùn)藏在地下數(shù)千米，導(dǎo)致地震方法勘查成本高，在城市地震勘查中震源問題解決比較困難，因此地震方法在地?zé)崽锟辈橹泻苌賾?yīng)用。 但對地?zé)崽锟辈閬碇v，目標(biāo)區(qū)的高分辨率地震資料具有極高的參考價(jià)值，因此油氣田地?zé)峥辈閼?yīng)該得到足夠重視。

地溫法是尋找深部地?zé)崽镒钪苯拥姆椒?，該方法對淺部地?zé)崽锟辈樾Ч^好，對深部地?zé)崽锟辈榇嬖谳^大的局限性，因此，在地?zé)崽锟辈檫^程中要分析地?zé)崽镄纬稍颍鶕?jù)勘查目的確定溫度測量方法的應(yīng)用。另外，地?zé)峥辈椴粌H要解決熱的問題，還要解決水的問題，因此溫度測量必須與其他方法一起綜合應(yīng)用，才能達(dá)到探測目的。

氡氣測量具有操作便捷、 響應(yīng)明顯的特點(diǎn)，但其與地溫測量具有類似的特點(diǎn)，需要作為輔助手段與其他方法一起綜合應(yīng)用。

微動測深方法對深部低速層的分辨能力較高，對破碎帶等低速異常體探測效果良好，能有效圈定含水破碎帶區(qū)域，解釋推斷精度相對高，可為地?zé)峋贿x址提供重要依據(jù)。

3.2 物探方法選擇

針對我國不同類型地?zé)崽锏貐^(qū)，可以根據(jù)其地質(zhì)任務(wù)的特殊性選擇合理的物探方法組合。對火山巖區(qū)，高分辨率地震資料、重力、大地電磁測深等可以實(shí)現(xiàn)對深部熱源及深部斷裂構(gòu)造的探測；微動測深可以觀測深部火山活動；地面電法、磁法、重力、地溫測量等可以研究蓋層及破碎發(fā)育。 對花崗巖區(qū)，地面電法、磁法、地溫測量、氡氣測量等探測基巖埋深及斷裂發(fā)育；微動探測活動斷裂及熱水通道情況；大地電磁測深法可探測熱源情況。 塊內(nèi)基巖裸露區(qū)，地面電法、磁法、地溫測量、氡氣測量等探測局部斷裂；淺地震研究蓋層及蓋層下的斷裂。 盆地和古潛山，重力法可探測中新生代下伏灰?guī)r古潛山分布；收集石油地震剖面和構(gòu)造圖研究古潛山細(xì)詳構(gòu)造；地面電法可探測研究古潛山構(gòu)造。

4 結(jié)語

地球物理勘探工作在地?zé)峥辈橹械牡匚慌e足輕重，越來越成為減小地?zé)峥碧介_發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的重要手段。物探工作的重點(diǎn)應(yīng)該是最大限度地排除其解釋多解性， 這就需要全面考慮地?zé)岬刭|(zhì)任務(wù)的特殊性，結(jié)合地質(zhì)水文工作成果和資料，有針對地取舍和綜合有效的物探方法， 加以合理的探測工作設(shè)計(jì)，方能達(dá)到地球物理工作目的。

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