楊殿寶

河北省地球物理勘查院

EH-4在地?zé)豳Y源勘查中的應(yīng)用

楊殿寶

河北省地球物理勘查院

地?zé)豳Y源是一種十分寶貴的綜合性礦產(chǎn)資源，其功能多，用途廣，不僅是一種潔凈的能源資源，可供發(fā)電、采暖、醫(yī)療等利用，而且還是一種可供提取溴、碘、硼砂、鉀鹽、等工業(yè)原料的熱鹵水資源和天然肥水資源。在地?zé)豳Y源勘查中因埋藏深度的不同，所選擇勘測的儀器方法也不同，本文主要介紹EH4（連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀）在淺、中深部地?zé)豳Y源勘查中的應(yīng)用。

EH-4（連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀）由Geometrics公司研制。是一種電導(dǎo)率張量測量儀。利用大地電磁的測量原理，測量TETM兩個模式的電阻率。配置了磁偶極子發(fā)射源，發(fā)射頻率從1KHZ～70KHZ，以彌補(bǔ)大地電磁場1KHZ～5KHZ寂靜區(qū)信號不足。EH-4遵循大地電磁測深（MT）的基本原理，支持音頻大地電磁測深（AMT）和可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）,屬于部分可控源與天然場源相結(jié)合的一種大地電磁測深系統(tǒng)。經(jīng)歷了十幾年的使用與發(fā)展，已成為一種穩(wěn)定成熟的電磁測深儀器。

EH-4又稱StratagemMT，既可控源變頻大地電磁測量，所不同的是其磁偶極子發(fā)射天線為X，Y方向的垂直線圈。垂直磁偶極子發(fā)射的場以TE型波為主，分辨率高，分層定厚能力強(qiáng)。EH4可以使用人工電磁場和天然電磁場兩種場源。因此其相較同類型儀器的獨(dú)特之處包括：①人工場源用在信號較弱或沒有信號的地區(qū)，保證全頻段觀測到可靠信號；②它支持張量人工場源的測量，反演X-Y電導(dǎo)率張量成像剖面，對判斷二維構(gòu)造特別有利，而一般人工場源電磁測深僅能進(jìn)行標(biāo)量測量，不能正確判斷二維構(gòu)造；③整套儀器設(shè)備輕便，觀測時間短，完成一個800米深度的電磁測深，大約只需15分鐘左右，具有較高的工作效率，為進(jìn)行EMAP連續(xù)觀測提供技術(shù)保證；④實(shí)時數(shù)據(jù)處理與成像，資料解釋簡捷，圖像更直觀。

EH-4通過發(fā)射和接收地面電磁波來達(dá)到電阻率或電導(dǎo)率的測深。連續(xù)的測深點(diǎn)陣組成地下二維電阻率剖面、甚至三維立體電阻率成像。EH-4可以用于單點(diǎn)測量，也可以用于剖面測量。單點(diǎn)測量適用于測點(diǎn)之間電阻率變化不劇烈的情況。它給出接收點(diǎn)下垂向電阻率分布的估計(jì)。剖面測量適用于預(yù)測電阻率延測向有變化的區(qū)域。它能提供垂向和側(cè)向電阻率分布，沿特定的方向在相鄰測站采集數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)一起處理。剖面可以沿任意方向布設(shè)，不必沿嚴(yán)格的直線。在實(shí)際施工中，一般使用剖面測量工作方式，因?yàn)榇朔绞侥艹浞职l(fā)揮系統(tǒng)信號處理軟件的能力。

今年在河北省某地進(jìn)行地?zé)豳Y源勘查中，工區(qū)已知地?zé)峋?個，深度均在120—240米之間，其中一個被早期某廠開發(fā)利用為溫泉療養(yǎng)院，現(xiàn)已被私人承包，浴場條件簡陋、破舊，據(jù)了解此井深度140米，水溫42度，出水量＞50m3∕h。其余幾口地?zé)峋鶠槊裼蔑嬎?，初衷本想飲用不料打出了熱水，因而全部封孔，這幾口井最低溫度40度，最高72度，出水量也都不錯，通過對搜集的資料進(jìn)行分析，初步判斷區(qū)域構(gòu)造應(yīng)為北東向帶狀斷裂為主，故以已知開發(fā)利用的溫泉井為中心布設(shè)100×200米測線15條，測點(diǎn)共計(jì)700多個。

工區(qū)第四系覆蓋層較厚，約十幾至一百米之間不等，基巖出露較少，地勢東南高，西北低，區(qū)內(nèi)由降雨等原因形成的沖溝非常多，走向也差別較大，沖溝寬度幾米至幾十米不等；深度大多達(dá)20米以上；延伸長度達(dá)到幾百米至數(shù)公里。施工難度較大，可控源音頻大地電磁方法（CSAMT）為多道同時測量，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠且效率較高被廣泛應(yīng)用，但因在沖溝密集的工區(qū)難以有效快速的布設(shè)，施工難度太大，而且工區(qū)已知地?zé)峋闆r均埋藏較淺，CSAMT測量淺層盲區(qū)較大，并不適合，進(jìn)而排除使用。充分考慮數(shù)據(jù)質(zhì)量、地形、工作效率等因素，EH-4測量淺部盲區(qū)較小，分辨率清晰，且攜帶方便，地形適應(yīng)能力較強(qiáng)，800米深度的單點(diǎn)測量僅需15分鐘左右，工作效率較高最終綜合考慮選擇EH-4作為本次地?zé)峥辈榈闹饕獌x器。

本次勘探的主要目的是查找含水構(gòu)造。EH-4勘探是以地下介質(zhì)在導(dǎo)電性方面（主要視電阻率）的差異為基礎(chǔ)，而含水構(gòu)造通常表現(xiàn)為低電阻率。此次工作點(diǎn)距為100米，在異常地區(qū)調(diào)整為50米，設(shè)計(jì)勘探深度500米以內(nèi)。在實(shí)際工作當(dāng)中需執(zhí)行以下技術(shù)措施，以保證勘查精度。

①開工之前首先進(jìn)行平行試驗(yàn)，檢測儀器是否正常，需將兩個磁棒相隔3-5米，平行放置地面，兩個電偶極子同樣平行放置，觀測電、磁場通道的時間序列信號。

②X、Y方向電極必須垂直布設(shè)，電極距誤差＜0.5米，角度誤差想＜0.5°。

③為了降低人文因素干擾，磁棒應(yīng)埋在地下至少5厘米，兩磁棒相互垂直，角度控制在2°以內(nèi)。距離中心前置信號放大器應(yīng)＞5米。

④前置信號放大器應(yīng)放在電、磁道的“十”字交點(diǎn)位置并連接地線。

⑤實(shí)際測量中應(yīng)注意觀察電磁場的相位關(guān)系、相干度和信號強(qiáng)度。及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。

經(jīng)過一個多月的野外觀測，圈定兩條區(qū)域富水主構(gòu)造及多條次級構(gòu)造，并在有利位置布設(shè)了激電測深點(diǎn)，進(jìn)一步了解構(gòu)造斷面電性特征。其中四個已知地?zé)峋ò阎獪厝觯┚诒睎|向主構(gòu)造上或緊鄰的次級構(gòu)造附近，為工區(qū)主要含水構(gòu)造帶。通過已知地質(zhì)資料及物探成果確定3個有利孔位，設(shè)計(jì)孔深300米，其中2個鉆孔已完成鉆探任務(wù)，分別在227、264米孔口涌水量高達(dá)2900m3∕d和3100m3∕d，出水溫度分別為67.7°和72.4°。鉆探結(jié)果與推斷解釋基本一致,達(dá)到了預(yù)期效果，圓滿完成了工作任務(wù)。

通過實(shí)踐證明，EH-4（連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀）在本次工作中的表現(xiàn)優(yōu)異，其人工源發(fā)射系統(tǒng)在人文干擾較大區(qū)域等復(fù)雜地區(qū)有效的提高了中頻數(shù)據(jù)的質(zhì)量，實(shí)時成像系統(tǒng)更有利于現(xiàn)場工作人員把控一手可靠數(shù)據(jù)?？傊瓻H-4相較其它儀器設(shè)備而言其對地形環(huán)境的要求低，適合在復(fù)雜的地形條件下作業(yè)，且測量速度快，野外作業(yè)方便，對淺、中深部的勘探分辨率高，是尋找淺、中深部裂隙水、構(gòu)造水的一種卓有成效的手段，解決了尋找中深部水資源的難題。

隨著祖國的快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的重大改革，清潔環(huán)保的地下水資源必定會得到更多的開發(fā)與利用，相信EH-4也會發(fā)揮其更大作用。