微動勘探方法在地熱勘查中的應用

馮玉軍

摘要：隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國在能源開發(fā)工作中越來越重視新能源的應用。地熱能源是一項重要的新能源，對于地熱的勘查工作是我國新能源開發(fā)中的重要內(nèi)容。其中，微動勘探技術(shù)是目前地熱勘查工作中使用的重要技術(shù)，在勘探地熱資源方面有著比較突出的表現(xiàn)。接下來，本文將從我國微動勘探方法在地熱勘查中應用的相關(guān)內(nèi)容入手來進行具體的闡述。

關(guān)鍵詞：微動勘探方法；地熱勘查；具體應用

一、微動勘探方法

目前，在微動勘探技術(shù)中主要有兩種數(shù)據(jù)收集方式，一種頻率一波數(shù)域法，另一種是空間自相關(guān)法。其中，在實際情況中應用比較廣泛的是空間自相關(guān)法（SPAC法）。在空間自相關(guān)法中，我們假設微動信號為同性波，且來自不同方向，同時微動信號的特征包括振幅以及形態(tài)在表現(xiàn)形式上符合平穩(wěn)隨機的特征，其中微動信號中的面波震動模式在信號能量表現(xiàn)中占據(jù)優(yōu)勢。則根據(jù)圖1所示的圓形觀測陣列上某點與觀測點之間的標準化自相關(guān)函數(shù)為：

二、微動勘探觀測方法

2.1測線勘查

測線勘查也稱剖面勘查，這種觀測方法在地熱勘察以及大面積的其他地質(zhì)、工業(yè)勘探中都得到了廣泛的應用。相較于單點勘查來說，剖面勘查觀測內(nèi)容更為全面，數(shù)據(jù)結(jié)果的準確性也更高。隨著社會地熱能源需求的不斷提高，恰當應用剖面勘查可以確保地熱勘查的成效，為地熱資源的開發(fā)利用提供堅實的基礎。剖面觀測系統(tǒng)是測線勘查順利實施的必要條件，在區(qū)域內(nèi)按照規(guī)定的勘測要求進行測線的布置，確保測線間距的合理性，對測區(qū)進行二維微動測探勘探，根據(jù)勘測結(jié)果繪制s波速度剖面成果圖，進行測區(qū)三維S波速度結(jié)構(gòu)的反演，將反演計算結(jié)果與地質(zhì)背景資料和鉆孔進行結(jié)合，對速度異常進行解釋。

2.2單點勘查

觀測臺陣的布置是單點勘查的關(guān)鍵，觀測之前必須要按照相應的規(guī)范標準布置恰當?shù)挠^測臺陣。單點勘查的觀測臺陣是由兩個內(nèi)接正三角形的半徑不同的同心圓構(gòu)成的，微動觀測儀需要分別設置在同心圓的圓心以及內(nèi)接三角形的各個頂點處。一般來說臺陣越大地質(zhì)勘查的深度也更大，鑒于地熱勘查對于勘測深度的要求，單點勘查的臺陣在兩個同心圓的基礎上可以進行適當?shù)脑黾樱捎貌簧儆谌齻€的不同半徑的同心圓。

三、微動勘探方法在地熱勘查中的應用

3.1頻散曲線及單點反演結(jié)果

以單點微動探測技術(shù)來采集數(shù)據(jù)計算，圖3為個觀測點的頻散曲線。將各頻散曲線進行對比，可得出以下特點。首先，當微動信號的頻率在0.5至2.5赫茲間時，各觀測點觀測得到的相速度都比較低，且在數(shù)值上相差較小。這一現(xiàn)象說明在改地區(qū)中的地表至地下800米左右的區(qū)域內(nèi)，巖性較為均勻。其次，在微動信號頻率在0.25至0.5赫茲之間時，各觀測點觀測得到的相速度都存在一個比較明顯的提升，并且各觀測點之間得到的數(shù)據(jù)差異比較大。這一現(xiàn)象說明在這一區(qū)域的800米以下的地下區(qū)域巖性分布比較不均勻。此外可以利用個體群探索分歧型遺傳實驗法對于S波速度結(jié)構(gòu)進行繁衍計算，需要注意的是為了確保計算結(jié)果的準確性可以在計算之前進行初始模型的創(chuàng)建，模型的主要內(nèi)容為層數(shù)、每層厚度的上下限以及每層的S波速度，之后可以根據(jù)初始模型給出的范圍計算s波速度結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解。通過對該測區(qū)的實測頻散曲線的分析可以發(fā)現(xiàn)五層巖性速度的分布，因此可以在初始速度結(jié)構(gòu)模型的基礎之上再進行五層速度結(jié)構(gòu)模型的設置，并進行實測頻散曲線與各層速度、深度的聯(lián)合反演和擬合，之后可以獲得各個測點的s波速度結(jié)構(gòu)。

3.2剖面探測結(jié)果

為了方便數(shù)據(jù)的計算和結(jié)果的分析，可以進行視s波速度剖面的繪制。首先將相速度頻散曲線抓換成視s波速度曲線，再通過橫向內(nèi)插、縱向內(nèi)插以及光滑計算得到視s波剖面曲線需要的數(shù)據(jù)。一般來說微動剖面探測的視s波速度剖面圖可以利用不同的顏色進行速度值的表示，于此同時反演計算得出的s波速度曲線也常疊放在視s波速度剖面圖上，從而進行層位的標定。視s波速度剖面圖也稱VX剖面圖，沒有特殊地質(zhì)構(gòu)造且沉積較為穩(wěn)定的層位VX剖面圖上的顏色顯示也比較均勻，此外還可以在橫向上進行連續(xù)的追蹤對比。對于存在破碎帶、斷層發(fā)育或者是巖性存在明顯變化的區(qū)域，這些地層不符合水平層狀均勻介質(zhì)的理論假設，因而SPAC法會出現(xiàn)對相速度過低的估算，在VX剖面圖的顯示就是低速異常假象，這也可以視作VX剖面圖上對破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造進行識別的標志。

將微動探測成果與視S波速度剖面圖的結(jié)果進行綜合分析發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的地層有兩大特點。一是地層具有分層性，該區(qū)塊地層可以分成上下兩套，兩套地層的分界面在700±-1000m間，上部地層還具有兩個巖性分界面，因而可以將其劃分為三層，上部地層的巖性相對較為穩(wěn)定均勻，每層的厚度和VX變化比較小；而下部地層的VS較高，VX的變化也比較大，巖性差異明顯，地層東部較淺，西部較深。二是地層深部存在構(gòu)造破碎帶，微動勘探結(jié)果表明該區(qū)塊存在四處低速異常，這些異常點的深部巖性較大，有地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，是構(gòu)造破碎帶。其中前兩處低速異常都在地層剖面的左側(cè)邊緣，且測點之間存在較大的間距，無法與另一地層的狀況進行對比，相對來說分析空間也就比較小。

結(jié)束語：微動勘探方法在我國目前的地熱資源勘查工作中有著十分重要的地位，通過有效的微動振幅形態(tài)觀測以及數(shù)據(jù)的收集處理，能夠得到該地區(qū)內(nèi)的地下s波速度結(jié)構(gòu)，從而根據(jù)速度結(jié)構(gòu)來對地下介質(zhì)狀態(tài)進行判斷。微動勘探作為一種新型的物探方法，在準確性以及便利性方面有著比較突出的表現(xiàn)，但是需要在數(shù)據(jù)收集方式以及數(shù)據(jù)處理工作方面進一步提高，以適應實際需要。