高密度電法在地熱勘探中的應用

摘 要：高密度電法是近幾年一種新型物探方法，它集中了電測深以及電剖面法等常規直流電阻率物探方法的特點，不僅能對地下一定深度范圍內的電性橫向變化情況進行測定，而且能提供垂向電性的變化狀態。因其具有采集數據量大，高效率，高精度，小點距等優勢，目前在地熱資源勘測，地質勘探等領域應用廣泛。本次研究對高密度電法在地熱勘探中的應用進行了分析，并結合實例炎癥了高密度電法在地熱勘探中的可行性，以期能為地熱勘探工作提供理論依據。

關鍵詞：高密度電法；地熱勘探；應用分析

地熱是地球內部蘊藏的巨大熱能，也是一種可再生的能量資源和清潔能源，具有廣闊的開發前景。在地熱作用的影響下，地下水被不斷加熱，成為熱水，逐漸升高的熱水中受到巖層阻礙，在壓力作業下，當巖層出現裂縫時，高壓狀態的熱水和蒸汽會從地表涌出，例如溫泉則是最具表象特征的地熱現象。近年來，在地熱勘探過程中，高密度點法屬于比較簡捷常用的方法，利用該方法勘探的目的為對地下熱水有成因關系的巖層斷裂構造具體位置進行測定，用來圈定地熱資源分布區域，并確定巖層覆蓋厚度、熱能位置和隱伏基巖層的屬性，以下進行詳細探討。

1 高密度電法工作原理和特點分析

高密度電法是目前發展相當迅速且應用范圍廣泛的物探方法，是以巖土導電性差異為測定基礎，對人工施加電流場的前提下研究低下傳導電流分布規律，以此推斷地下不同電阻率地質體的賦存情況的電探方法，其基本工作原理與常規電阻率測定法相似，通過A、B電極向地下提供穩定電流場I，然后在M、N兩個電極之間對電位差進行測量，從而計算出M、N之間的電阻率值，根據實測電阻率剖面進行演算，從而獲得地下巖層中分布的電阻率狀態，以此為依據對地層與異常地層進行區別劃分。高密度電法測量系統如圖1所示。

高密度電法的特點包括以下幾個方面：（1）可進行多種電極排序方式的掃描測量，因此高密度電法所獲得的帶有地電斷面結構特征的地質信息較為豐富全面；（2）電極布設分多次完成，不僅減少了電極裝置設置所產生的干擾故障，而且能為野外環境下快速準確的自動測量提供前提條件；（3）采用自動或半自動化的方式進行野外數據采集，采集效率高（每個測點約需1～5秒），且能規避因手工操作產生的紕漏；（4）高密度電法可對地質資料進行預處理，并明確顯示出剖面曲線圖，脫機操作后還能打印成各種圖件，并進行自動繪制；（5）與常規電阻率法相比，高密度電法成本低，效率高，對圖件進行解釋時也較為方便。

2 高密度電法裝置和采集系統

主機、多路電極轉換裝置和電極系統是高密度電法采集系統的主要組成裝置。其中，多路電極轉換裝置通過電纜對電極系統各電極供電與測量狀態進行控制，主機則通過供電、通訊電纜實現對多路電極轉換裝置的指令發布，并向電極供電，并接收、儲存測定的地質資料數據，自動儲存采集結果，再通過通訊軟件將原始采集數據發送到計算機終端，計算機將數據轉換為預處理軟件所要求的格式，經過軟件處理模塊對數據進行地形校正、畸形測點刪除等預操作，做出視電阻率等值線圖，根據視電阻率變化特點，并結合地質調查資料和鉆探資料對地質進行解釋，最后對物探成果解釋圖件進行繪制。隨著科技發展，高密度電法儀器功能日趨成熟，主要表現在以下方面：采用硬盤對數據進行存儲，滿足野外工作環境下長時間施工的要求；采用嵌入式工控機，提升了系統的可靠性和穩定性；多種工作模式可實現自由轉換，計算機與測定儀器一體化，攜帶便捷。

3 高密度電法在地熱勘探中的應用——以某工區為例

3.1 地貌、地質概況

該工區地層為二疊系，發育有西北→東南流向的河流，山峰分布較多，且四周分布大小各異的山間溝谷，地勢險峻，局部地段有懸崖，斜坡傾斜度在60°以上。工區位于斷裂帶，巖石碎裂形成壓型和壓扭型斷裂破碎帶，經勘探，巖層巖性包括板巖、石英巖等，部分區域巖層巖性為燕山期侵入花崗巖。

3.2 物探目的

物探工作的主要目的是尋找含水的斷裂構造，由于含水的斷裂構造地質阻值表現較低，在正式探查前，為了對工區電性參數進行了解，首先需進行電性參數測量，具體數據如下：含水構造地帶電阻率值為50～300Ω·m，基層巖石電阻率值1000～10000Ω·m，表層碎石層電阻率值為300～800Ω·m。結果表明含水構造地帶電阻率值與基層完整巖石相比差異明顯，初步具備高密度電法物探的基礎條件。

3.3 勘探方法

采集裝置為分辨率和穩定性交好的溫納裝置，120個電極，點距5m，測線排列長600m，最大供電電壓值為360V，滾動覆蓋，保證能滿足100m的勘探深度和精度。采用瑞典res2dinv軟件對采集的視電阻率原始數據進行預處理，轉換數據格式，并進行地形校正，將三種方法進行正演，選擇最優結果，對圖像進行反演迭代處理，最終得到視電阻率色譜圖。以異常體深度和產狀二維地點斷面圖為依據，實現對地質信息的合理解釋，通過數據轉換，剔除壞點，采用內插值方法對發生畸形變化的數據進行處理，對地形進行校正后可創建模型，斷裂層面在高密度電法圖件中，與基巖電阻率有明顯差異，但需要注意的是，若斷裂層出現兩盤錯動的復雜地質，縱向上斷裂層電阻率會相應延伸，斷裂層電阻率值會相應偏高或偏低。

3.4 側線剖面成果圖剖析

剖面圖如圖2所示，其中有a、b兩處明顯異常，其電阻率均呈現明顯的橫向變化，且縱向有一定程度延伸，根據本工區已知的地質資料，斷裂層傾向與a、b傾向存在一致性，因此a、b兩處可確定為斷裂層。在a、b之間的低阻區，距已知地熱露點相近，因此可推斷出該低阻區為地熱上涌，巖石空隙得到充填而產生，處于斷裂層a、b以及中間區域即為地熱上涌通道，為勘探重點異常區域，此外，處于450m和320m下方的兩處低阻區推斷為地表水滲透所導致。

圖2 側線第一剖面高密度電法圖件

4 結束語

文章對利用高密度電法勘探地熱能源的工作原理和實際應用進行了分析，結果表明，斷裂層與基巖間存在明顯的電阻率差異，因此高密度電法對斷裂層有確切的勘測效果，通過掌握斷裂層橫向和縱向兩端的形態分布，推斷出地熱資源的分布區間。文章物探工作中采用120個電極對數據進行采集，與常規電阻率法相比，高密度電法所能勘探的斷面更長，深度更深，且采集數據更為豐富全面，在地熱資源的勘探中有重要的應用價值。

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作者簡介：李雷（1987，6-），男，遼寧鐵嶺人，助理工程師，研究方向：物探。