超低频地质遥感探测法在地热开发中的应用

□白雪锋 □任韶甫（郑州市抗旱服务中心）

1.概述

新郑机场南寺东庄附近，区内地势平坦，西北较高、东南较低，标高150m左右。坡降为1.7‰～2.0‰。地表岩性为粉土。测区地层主要为二叠系（P）、新近系(N)及第四系（Q）地层组成。

采用超低频地质遥感探测法进行地热勘探工作,本次工作共完成超低频地质遥感探测点3个,具体物探工作布置见图1。同时收集了与本次工作有关的地质、水文地质及物探资料，为下一阶段凿井施工提供必须的成井技术依据。

图1 物探工作布置示意图

2.工作技术方法及质量评述

2.1 工作技术方法

BD-6型超低频地质遥感探测仪是由北京大学承担的国家863科技攻关项目第818号课题《超长波被动遥感技术原理与研究》课题组的科研成果。探测地层深度为20～10000m，分辨率为1～5m。该仪器探测效率高，每个测点工作时间少于20min，仪器轻便，自带电源，只要避开高压线和变压器，可在任何地方进行探测，不受场地条件的限制。该课题于2000年6月5号通过国家验收。已完成陕北油田油气层探测，新郑樱桃沟煤层探测，郏县地热资源探测，豫东地热资源研究、江苏省阜宁、沭阳地热井、禹州鸿畅煤田采空区探测、信阳市商城地热井探测及新密煤田采空区探测等数10个项目，报告结论已得到了实际验证。

超低频地质遥感探测仪是以大地电磁场为工作场源，利用不同介质电磁学性质的差异测量地下岩性分界面对天然电磁场的反射信息来解释不同深度的地质构造，达到解决地质问题的一种被动遥感电磁勘探方法，也可视为被动源大地电磁测量的一种新方法。

经典大地电磁波理论最初假设场源为垂直反射地面的平面电磁波，大地介质为均匀水平状分布，故大地电磁波的变化规律服从麦克斯韦方程组、欧姆定律和阿契定律。其中电阻率是描述介质电学性质的主要物理量。但受介质的结构、孔隙度、压力和密度的影响较大。超低频地质遥感探测仪实际上是通过地面电磁波测量的遥感曲线的幅值变化的形态来研究深部隐伏地质体的物性特征。所获取的遥感曲线并不是介质的真正电阻率，而是介质电阻率、密度、孔隙度和压力的综合反应。可以简单地理解为视电阻率和视密度的乘积（Ω·m.g／cm3）。由平面电磁波在均匀大地介质的传播特性可知随时间改变的电磁场在均匀各向同性大地介质中传播时沿传播方向是谐变的，并且按指数规律衰减。介质的电阻率越低，信号频率越高衰减的越快，这时场源将只集中在介质的浅部，既趋肤效应，因而穿透深度也称为趋肤深度。不同频率的电磁波穿透深度也不同，当频率很高时，电磁波可能只集中在第一层介质中，电磁场不受下伏岩层的影响。随着频率的减小，穿透深度增大，电磁场值将受到深部介质分布的影响。通过探测到的电磁波的频率信息，建立深度反演模式，通过综合分析曲线特征，就可以解释深部地质体的岩性组合特征、重要地质界面、破碎程度、含水状况、断裂构造、矿产资源、煤层瓦斯、采空区等地下信息。

2.2 质量评述

为保证野外工作质量，我们采取了如下措施：

一是，工作前检查探头及电瓶电池电压，保证其在正常工作电压范围之内；工作期间应不定时查看，以免工作电压低于正常值，从而影响所测数据的准确性。二是，应避开高压线及变压器的干扰，以保证所测数据的正确性。三是，对于每一个工作点数据的采集，都要至少观测采集5次；随时调整探头方向，在测量过程中，对畸变点、异常点均进行重复观测，以使野外资料尽可能接近于实际。

综上所述，本次野外取得的数据是可靠的。可以作为室内解释使用。

3.资料推断与解释

依据测区地球物理特征，超低频地质遥感探测法采用北京大学研发数据处理软件；由于地质情况复杂和地质体各向异性的存在，对于每个测深点的解释、推断，可能会存在有一定的误差。

通过对野外实测曲线的整理，依据地球物理特征，对测深点进行定性、定量解释及超低频地质遥感探测点的地质解释，结合地质、水文地质资料及该区已知井测深资料对比分析，我们认为测区地层水平方向变化不大，区内新近系底板埋深由西向东逐渐变深，新近系底板埋深由720m变至750m，下部为二叠系页岩、砂岩。由于二叠系砂岩、页岩出水量较小，该区取水段主要为新近系砂层空隙水，该区3号超低频地质遥感探测点成井条件较好，成井深度800m左右为宜，水温>33℃。出水量25m3/h左右。推测井位区地层如下：0～760m以上是以粘土、砂层为主；760m以下是以二叠系砂岩、页岩为主。

4.结论与建议

一是，通过对该区的水文地质调查及物探勘察，基本查明了测区内的地层结构及含水层的空间分布；二是，测区内含水岩组以孔隙水为主；三是，根据以上分析，3号超低频地质遥感探测点处成井条件较好，成井深度800m左右为宜，出水量25m3/h左右，出水温度不低于33℃。

由于地表电性不均匀及地下地质体的各向异性的存在，使测量精度受到一定影响，解释结果会存在一定误差。必要时进行钻探验证。