音頻大地電磁測(cè)深法（AMT）在某彝族自治縣地?zé)崴Y源勘探中的應(yīng)用

邱 杰，陳 波，曾宥元

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四〇三地質(zhì)隊(duì)，四川峨眉山 614200）

1 概述

地?zé)豳Y源是一種綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生能源，具有儲(chǔ)量大、分布廣、清潔環(huán)保、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，是一種現(xiàn)實(shí)可行且具有競(jìng)爭(zhēng)力的清潔能源。某彝族自治縣政府創(chuàng)新性地把旅游開發(fā)與精準(zhǔn)扶貧有機(jī)結(jié)合，通過對(duì)潛在地?zé)豳Y源區(qū)進(jìn)行調(diào)查評(píng)價(jià)，開發(fā)利用，致力打造“旅游休閑基地”，造福于民。

地?zé)峥辈槭歉唢L(fēng)險(xiǎn)性的行業(yè)，通常采用地質(zhì)調(diào)查、地球物理和鉆探等勘查方法，地球物理勘探具有經(jīng)濟(jì)效益高、勘探深度大、對(duì)場(chǎng)地?zé)o破壞或破壞小、成果直觀等特點(diǎn)。音頻大地電磁測(cè)深法利用天然的交變電磁場(chǎng)作為場(chǎng)源來研究地下不同地層的導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)，其勘探深度大且受地形影響較小，可以有效判定地下構(gòu)造發(fā)育和地下水賦存情況，目前廣泛應(yīng)用于地?zé)崴Y源的勘探中。

2 方法技術(shù)

本次工作使用的是加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的最新一代V8多功能電法儀，它具有類可視化的操作界面，可以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，操作簡(jiǎn)單，對(duì)弱信號(hào)分辨能力強(qiáng)。AMT 音頻大地電磁測(cè)深法具有很寬的頻率范圍（0.035～10 400Hz），其實(shí)質(zhì)是不同頻率的電磁波在地下介質(zhì)中傳播的趨膚深度（δ）不同，在地表測(cè)量由高頻到低頻的地球電磁相應(yīng)序列，并經(jīng)過資料處理利用波阻抗相位與電阻率的關(guān)系來得到視電阻率，從而得到由淺至深不同地層的地電特征。

由上式可知，趨膚深度隨頻率的降低而增大，即大地電磁場(chǎng)的變化周期越長(zhǎng)，電磁場(chǎng)能量穿透得越深。而在實(shí)踐過程中，通常將電磁波能量衰減到1/2時(shí)的深度稱為勘探深度（D），即：

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 研究區(qū)地質(zhì)情況

研究區(qū)地層發(fā)育比較完整，地層的特點(diǎn)是：四周老，中部新，境內(nèi)地層以上元古界震旦系和古生界地層分布廣泛，以濱、淺海相沉積為主；中生界只出露三疊系及侏羅系地層，巖性為碎屑巖、碳酸鹽巖和玄武巖類為主；新生界主要為第四系沖積物與殘坡積物零星分布于平壩及河谷地帶、斜坡坡地地帶，局部有冰水堆積物分布。

研究區(qū)縣城四周均屬中山區(qū)，中部屬低山河谷區(qū)，四周地層均向中心傾斜，屬構(gòu)造盆地。而研究區(qū)向斜直穿研究區(qū)縣城，西方為苦竹壩至沙匡斷層，東方為五指山背斜，故形成了一個(gè)相對(duì)較為封閉的地下庫(kù)盆（沉積盆地），因此區(qū)內(nèi)地?zé)崴念愋蜑閭鲗?dǎo)熱為主的層狀熱儲(chǔ)賦存的地?zé)崴到y(tǒng)。其熱源主要為地溫對(duì)地下水的加熱，地溫是地?zé)岬闹饕獊碓础?/p>

縣境地?zé)岢雎吨饕?處，均位于苦竹壩至沙匡斷層下盤，分別為北部的溫水凼溫泉、西部的沙腔溫泉及南部的永紅溫泉，水溫為24.4～26.5℃，流量為2.76～23.5L/s，一般地下水化學(xué)類型屬重碳酸鈣鎂型，礦化度0.1～0.2g/L，出露地層為寒武系（ε1），目前未開發(fā)，說明該區(qū)具備地?zé)岙惓l件。

3.2 研究區(qū)地球物理特征

本次工作的目標(biāo)層位為垮洪洞組和雷口波組，主要巖性為灰?guī)r、白云巖。在進(jìn)行工作時(shí)于測(cè)線西端巖層出露地段可見明顯的灰?guī)r溶蝕現(xiàn)象，在測(cè)量期間雨水較多，這些灰?guī)r層中的溶洞多表現(xiàn)為低電阻率的電性特征，而完整的灰?guī)r層電性特征為中等電阻率（1 000Ω·m 左右），該目標(biāo)層位多為中低阻的電性特征。目標(biāo)層位以上為香溪群，主要巖性為泥巖和砂巖，由地表可看出，泥巖和砂巖多為層狀結(jié)構(gòu)，且產(chǎn)狀較陡，傾角為30°左右，層間裂隙發(fā)育，在該測(cè)區(qū)水溝較多，因此在該層位可能表現(xiàn)為較低的電阻率特征。目標(biāo)層位以下為銅街子組和飛仙關(guān)組，主要巖性為泥巖、頁巖，該層位較為完整，因此表現(xiàn)出的地球物理特性為中高電阻率（1 000Ω·m左右），部分地段可能存在溶蝕效應(yīng)或地下暗河，而測(cè)出中低電阻率的異常特征。如表1所示。

表1 測(cè)區(qū)地球物理特征

3.3 工作布置

為了分析采用V8開展AMT 法探測(cè)深部巖體界線、地質(zhì)構(gòu)造、水儲(chǔ)資源的有效性，采取從已知向未知探尋的方法，在進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，自熱儲(chǔ)層出露地表位置開始測(cè)量，以更好地分析熱儲(chǔ)、熱儲(chǔ)蓋層、熱儲(chǔ)隔水層的地球物理特征，使深部層位劃分更為準(zhǔn)確。根據(jù)工作需要，布設(shè)了一條剖面，測(cè)線長(zhǎng)2 500m，點(diǎn)距50m，部分地段點(diǎn)距100m，對(duì)于人文干擾的地區(qū)采取丟點(diǎn)避讓的辦法。

3.4 數(shù)據(jù)整理與分析

每個(gè)大地電磁測(cè)深點(diǎn)上都可以獲得兩條視電阻率曲線：電場(chǎng)延地層走向方向極化的縱向曲線，稱TE 極化視電阻率曲線；電場(chǎng)延地層傾向方向極化的橫向曲線，稱TM 極化視電阻率曲線。在一維介質(zhì)中，地面波阻抗是一標(biāo)量，TE、TM 模式視電阻率值是相同的。在二維、三維介質(zhì)中波阻抗是張量，兩種模式的視電阻率曲線不同。

在音頻大地電磁測(cè)深工作中，實(shí)際地下介質(zhì)存在非均勻性，在實(shí)際工作中實(shí)測(cè)資料得到的TE、TM 模式極化視電阻率曲線可能與理論模型存在有很大差異，因此采用不同的模式進(jìn)行反演可能會(huì)有不同的解釋結(jié)果，給正確認(rèn)識(shí)和判斷實(shí)際地質(zhì)結(jié)構(gòu)帶來困難。通過對(duì)測(cè)線起始端的測(cè)量成果分別進(jìn)行了一維和二維TE、TM 極化模式反演，與地表巖層出露區(qū)域地質(zhì)情況進(jìn)行對(duì)比分析，以便確定最佳的反演方法，提高成果資料的可靠性。

本工作采用成都理工大學(xué)的MTSoft2D 反演軟件，對(duì)采集的AMT 數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，生成TE 及TM 模式各種反演方法的視電阻率剖面圖（如圖1中b、c、d、e）。根據(jù)反演成果圖與地表草測(cè)地質(zhì)剖面（圖1中a）結(jié)合巖層物性作對(duì)比分析，該剖面地層主要為三層，相對(duì)高阻層位（嘉陵江組頁巖層）、相對(duì)中高阻層位（雷口波組灰?guī)r、白云巖層）及相對(duì)低阻層位（自流井組泥巖、頁巖層），對(duì)比各反演方法，最終確定在該區(qū)域進(jìn)行二維NLGG 反演方法效果較好，反演成果與地層對(duì)應(yīng)吻合度較高，因此本次成果均采用二維NLGG 反演對(duì)成果進(jìn)行解釋分析。

圖1 草測(cè)地質(zhì)剖面與AMT反演視電阻率剖面對(duì)比圖

確定了反演方法后，插入地質(zhì)剖面繪制更精細(xì)化的地質(zhì)物探剖面圖。根據(jù)本次測(cè)量成果，共劃分了3個(gè)層位，分別為低阻區(qū)、高低電阻率變化區(qū)和中高電阻率區(qū)。低阻區(qū)位于測(cè)線中部區(qū)域，香溪群、自流井組、下沙溪廟組，主要巖性為泥巖和砂巖，整體表現(xiàn)為較低的電阻率特征，視電阻率為1～200Ω·m，整體呈東傾異常。該區(qū)域多為層狀結(jié)構(gòu)，因此在該層位測(cè)出較低的電阻率。處于向斜中部，核部厚度約為1 700m。高低電阻率變化區(qū)位于測(cè)線西端，處于目標(biāo)巖層垮洪洞組和雷口波組，主要巖性為灰?guī)r、白云巖，整體視電阻率變化較大，在50～3 000Ω·m，厚度為300～500m。在該區(qū)域地表灰?guī)r溶蝕現(xiàn)象出現(xiàn)，因此在該段地表測(cè)出較低的視電阻率。在該區(qū)域中深部測(cè)得一連串的低阻異常帶，且整體走向與巖層產(chǎn)狀基本一致，推測(cè)為地下水含水帶。向斜核部中心點(diǎn)位于研究區(qū)河附近，埋深為1 700～2 200m。中高電阻率區(qū)位于電阻率變化區(qū)以下，即銅街子組和飛仙關(guān)組，主要巖性為泥巖，該層位較為完整，整體電阻率在1 000Ω·m 左右，厚度超過1 000m。

4 結(jié)語

通過地質(zhì)+物探音頻大地電磁測(cè)深（AMT）相結(jié)合的方法，能很好地對(duì)地層層位進(jìn)行劃分，推測(cè)出了研究區(qū)彝族自治縣地?zé)崴Y源開發(fā)利用的熱儲(chǔ)層三疊系上統(tǒng)-中統(tǒng)垮洪洞-雷口坡組（T2l-3k）、熱儲(chǔ)蓋層侏羅系（J）和熱儲(chǔ)下的相對(duì)隔水層三疊系（T）銅街子組及飛仙關(guān)組的層位界線、地層埋深和厚度，同時(shí)在熱儲(chǔ)層中推測(cè)了一條地下水含水帶，分析認(rèn)為該地?zé)豳Y源的熱儲(chǔ)熱源主要為深部地溫，為該彝族自治縣地?zé)崴Y源的開發(fā)利用提供依據(jù)，控制了成本，同時(shí)也為其他地方提供很好的參考依據(jù)，為脫貧攻堅(jiān)提供新思路。