綜合物探方法在保山盆地地?zé)豳Y源勘查中的應(yīng)用

馬浩翔，徐世光，2，宰 西，3

(1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；2.云南地礦工程勘察集團公司，云南 昆明 650093；3.云南省地質(zhì)調(diào)查院，云南 昆明 650216)

0 引 言

地?zé)崮茏鳛橐环N新型清潔能源以其用途廣、清潔低碳、可再生以及開采成本低廉等特點，逐漸成為各國能源開發(fā)利用的重點。物探技術(shù)作為一種無損勘探手段在早期地?zé)峥辈橹衅鸬街匾饔肹1-2]，通過物探技術(shù)，可探明地層厚度、隱伏斷裂構(gòu)造、熱儲埋深等重要信息，為進一步系統(tǒng)研究地?zé)岢梢蚣伴_采方案制定提供科學(xué)依據(jù)，在地?zé)豳Y源勘查中具有較好的應(yīng)用前景，是未來地?zé)豳Y源勘探的主要發(fā)展方向[3-4]。

目前，地?zé)峥辈祛I(lǐng)域所使用的物探方法有很多，但由于單一的物探方法得到的結(jié)果往往具有多解性，可靠性低。如何針對研究區(qū)地質(zhì)條件、地形條件、物理特征恰當?shù)倪x取2種或多種物探方法相結(jié)合，使所得到結(jié)論更加準確可靠，成為當今值得研究的課題[5-7]。為此，本文以云南保山盆地金雞片區(qū)地?zé)豳Y源勘查為例，采用直流垂向電測深法與EH-4電磁測深法2種物探手段[8-9]，探討綜合物探技術(shù)在保山盆地金雞片區(qū)地?zé)豳Y源勘查中的應(yīng)用效果，為今后類似地?zé)峥辈楣ぷ魈峁﹨⒖家罁?jù)。

1 研究區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件

研究區(qū)位于云南省保山市北部，大地構(gòu)造上處于印度大陸板塊與歐亞大陸板塊碰撞帶[10]，進而導(dǎo)致區(qū)域大地?zé)崃髦灯遊11]，地質(zhì)活動強烈。區(qū)域內(nèi)所分布的深變質(zhì)巖、花崗巖以及碳酸鹽巖脆性比較強，使得巖體構(gòu)造裂隙較發(fā)育且深度大，為地下水深循環(huán)加熱提供了通道和賦存空間。其中，上古生界泥盆系中統(tǒng)何元寨組(D2hy)、泥盆系上統(tǒng)大寨門組(D3d)以及石炭系下統(tǒng)(C1)灰?guī)r富水性強，為該區(qū)域熱儲層。此外，根據(jù)所搜集到的鉆孔資料，研究區(qū)第四系及新近系覆蓋層厚度介于430～950 m，為該區(qū)域地?zé)豳Y源的形成提供了很好的蓋層條件。

通過對盆地地?zé)岬刭|(zhì)條件進行分析，保山盆地金雞片區(qū)地?zé)豳Y源屬淺埋混合型層狀兼帶狀熱儲。水源補給主要來自于東部山區(qū)大氣降雨入滲對研究區(qū)的越流補給以及沿斷裂上涌至熱儲層的深層水源補給，同時斷裂帶為地?zé)豳Y源形成提供了熱通道及賦存空間，構(gòu)成了形成地?zé)豳Y源的源、通、儲、蓋4個要素。研究區(qū)地?zé)釤醿Ω拍钅Ｐ鸵妶D1。

圖1 研究區(qū)熱儲概念模型

2 物探方法選擇

為了解研究區(qū)電阻率異常變化和分布情況，根據(jù)電阻率異常變化特征推斷解釋研究區(qū)內(nèi)地?zé)嵛锾疆惓?，為尋找開發(fā)利用地?zé)豳Y源提供地球物理依據(jù)。本次工作采用直流垂向電測深法進行構(gòu)造探測，EH-4電磁測深法驗證相結(jié)合的方式進行。

2.1 直流垂向電測深法

直流垂向電測深法是基于不同地質(zhì)體間電阻率存在差異的基礎(chǔ)上，建立1個人工地下直流電場，并通過逐次增大發(fā)送電極與接受電極間距離，獲取研究同一測點垂向上由淺至深的地層電阻率變化規(guī)律，進而查明研究區(qū)與深度相關(guān)的地質(zhì)問題的一種電阻率勘探方法[12]。依據(jù)電極布置方式可分為對稱四極電測深法、三級電測深法、環(huán)形電測深法、偶極電測深法。本次研究電極布置方式采用的是對稱四極電測深法，見圖2。圖2中，A、B為兩端供電電極；M、N為兩端測量電極，兩組電極對稱分布于觀測點O的兩側(cè)。觀測點視電阻率ρs計算公式為

圖2 對稱四極電測深法示意

(1)

(2)

式中，k為電極裝置系數(shù)；ΔUMN為測量電極M、N電位差；IAB為A、B供電電極電流。

2.2 EH-4電磁測深法

EH-4電磁測深法是以大地電磁測深為基本原理，可控源與天然場源相結(jié)合且探測深度在1 000 m左右的一種大地電磁測深手段[13-15]，具有勘測深度大、抗干擾能力強、有源無源結(jié)合等優(yōu)點。EH-4電磁測深法以天然電磁場信號作為激發(fā)場源，垂直入射到大地介質(zhì)中，使得大地介質(zhì)中產(chǎn)生感應(yīng)電磁場。觀測此電磁場在大地介質(zhì)中的電場Ex、Ey和磁場Hx、Hy的水平分量及相應(yīng)頻率和相位，并經(jīng)儀器系統(tǒng)計算波阻抗，由波阻抗、頻率及相位的相關(guān)關(guān)系經(jīng)計算機軟件計算求出大地介質(zhì)視電阻率值，再由其相應(yīng)頻率振幅衰減系數(shù)經(jīng)軟件計算出相應(yīng)電阻率值介質(zhì)埋藏深度。即

(3)

(4)

本次工作EH-4電磁測深法工作裝置布置見圖3。共用4個電極，每2個電極組成1個電偶極子，為了便于對比監(jiān)視電場信號，其長度均為20 m，與測線方向一致的電偶極子叫做X-Dipole；與測線方向垂直的電偶極子叫做Y-Dipole。為了保證Y-Dipole電偶極子的方向與X-Dipole的相互垂直，用地質(zhì)羅盤儀確定方向，誤差<±0.5°；電偶極子的長度用測繩測量，誤差在<±0.5 m。

圖3 EH-4電磁測深法工作裝置布置

本次研究區(qū)共布設(shè)28條直流垂向電測深測線，測深點編號由西往東雙編號增大，測線編號由南10線起，往北以4遞增。測線方向東西向。EH-4電磁測線4條，編號為B40、B38、B36、B34。各測線布置見圖4。

圖4 物探測線布置

3 資料分析與解譯

各類巖石的電性特征是電測深解釋推斷的重要依據(jù)，總體而言，不同巖層都有與之對應(yīng)的電阻率值，并有一定的電阻率差異，因此根據(jù)電阻率值可區(qū)分不同的巖層；而在地應(yīng)力作用下所形成的斷裂構(gòu)造，主要依據(jù)斷層引起的電場差異，或視電阻率的變化特征來進行推斷。由于受斷層作用，斷層位置的巖石易破碎，其破碎帶往往被水或低阻物質(zhì)所沖填，在視電阻率斷面圖上表現(xiàn)為視電阻率梯級帶或低阻異常帶分布，在推斷地電斷面圖上則表現(xiàn)為基巖電性分界線呈“V”形展布特征，并有高阻背景中呈低阻反映的電性特征。

3.1 資料分析

3.1.1 直流垂向電測深視電阻率異常

研究區(qū)電測深視電阻率等值線見圖5。從圖5可以看出，研究區(qū)高、低阻異常反映明顯，且規(guī)律性較強，隨著深度增加，高阻和次高阻異常逐漸往盆地邊緣收斂，低阻異常分布范圍則進一步擴大。

圖5 電測深視電阻率等值線(單位：Ω·m)

3.1.2 EH-4電磁測深視電阻率異常

4條EH-4電磁測線視電阻率等值線見圖6。從圖6可知，視電阻率異常形態(tài)特征在4條剖面中各不相同，各剖面具體情況是：

圖6 EH-4電磁測線視電阻率等值線(單位：Ω·m)

(1)B34剖面。視電阻率數(shù)值總體變化在10～2 600 Ω·m之間。整體視電阻率值較為低緩剖面右端100～104號點下方1 400～1 100m高程部位的次低阻凹陷，僅上方開了個口，卻無下延深度，說明只是基巖上的1個小凹溝而不是斷層。因此，從剖面數(shù)值到形態(tài)特征都看不出與地?zé)岬拿黠@關(guān)聯(lián)。根據(jù)研究區(qū)熱顯示情況，該剖面左端約1 km處有地?zé)犸@示，剖面左端低電阻等值線的向下轉(zhuǎn)折或許是一種提示。

(2)B36剖面。視電阻率數(shù)值總體變化在2.5～880 Ω·m之間。在剖面中部62～70號點下方1 500～800 m高程部位有一向左呈78°角傾斜的等值線陡坎，此陡坎位置與直流電測深推斷的F1斷層位置也大致重合，因而判斷異常陡坎也是F1斷層的電性反映，且F1斷層還是導(dǎo)熱斷層。由此表明，剖面中等值線陡坎左側(cè)之低電阻率反映是地?zé)嵋稹?0號點下方凹陷中心視電阻率值低于14 Ω·m，等值線形態(tài)的斗狀凹陷也有淺層熱儲的特征。

(3)B38剖面。視電阻率異?？傮w形態(tài)似一“U”形凹谷，F(xiàn)1斷層位置正好與直流電測深推斷的F1斷層位置大致重合，并貫穿“U”字形凹谷將北側(cè)金雞溫泉與南側(cè)黃毛溫泉連通，凹谷中視電阻率值低于20 Ω·m，等值線稀疏說明凹谷中電阻率值均勻，上部谷口有1個高阻蓋層，具有破碎帶熱儲的特征。由此表明，F(xiàn)1斷層即為1條儲熱斷層，“U”字形凹谷與42～54號點下淺部連通，說明該處有熱水由斷層上部泄出并沿上覆地層的接觸面或孔隙較發(fā)育運移形成小范圍淺層熱儲。

(4)B40剖面。視電阻率異常整體數(shù)值較其他剖面高，從低阻10 Ω·m到高阻1 400 Ω·m是均勻逐步加快變化。剖面中部150號點下部到700 m以下為一“V”字形次低阻凹陷，凹陷兩側(cè)等值線呈斜向?qū)ΨQ分布，凹陷中軸近似垂直地表，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料推斷中部凹陷處為斷層F3。但從其視電阻率值或等值線形態(tài)均看不出與地?zé)岬年P(guān)聯(lián)，只是剖面右端的低阻下塌，在說明F3斷層可能從剖面右端外側(cè)通過。F3斷層在金雞溫泉附近通過并且與F1斷層相交，因此F3斷層也與地?zé)嵯嚓P(guān)聯(lián)。

總觀EH-4電磁測深反演剖面視電阻率異常分布情況，4條剖面近地表淺部均顯低電阻率，剖面底部均呈高電阻率反映，中部多呈由低向高的漸變過渡特征。視電阻率值最低約10 Ω·m，最高值大于1 000 Ω·m，多在50～800 Ω·m之間。由北(B40)至南(B34)，視電阻率由高向低變化。這一變化規(guī)律與直流垂向電測深法所反映出的視電阻率異常結(jié)果規(guī)律基本一致。

3.2 資料解譯

4 結(jié) 語

本文以云南省保山盆地金雞片區(qū)地?zé)豳Y源勘查為例，采用直流垂向電測深與EH-4電磁測深相結(jié)合的綜合物探方法，查明了該地區(qū)構(gòu)造分布情況及地?zé)岙惓^(qū)范圍，結(jié)論如下：

(1)直流垂向電測深法可逐次加大供電電極、AB極距大小，適用于測量同一點不同深度地質(zhì)斷面情況；EH-4電磁測深法勘測深度大，抗干擾能力強，有源無源結(jié)合，可解決深層地質(zhì)構(gòu)造問題。2種方法在水文地質(zhì)勘探方面均被廣泛應(yīng)用并取得較好的效果。

(2)本次對保山盆地金雞片區(qū)地?zé)岫ň碧焦ぷ鞑捎昧酥绷鞔瓜螂姕y深與EH-4電磁測深相結(jié)合的方法，通過2種方法對研究區(qū)進行探測所獲取的數(shù)據(jù)資料完整，得到的結(jié)論相似，能很好地反映出研究區(qū)構(gòu)造。

(3)不同地區(qū)應(yīng)結(jié)合當?shù)氐刭|(zhì)、地形條件、物理特征，選取適合的物探方法進行組合，才能達到預(yù)期效果。