廣域電磁法與可控源音頻大地電磁法探測效果對比研究
——以浙西北巨厚沉積巖地區為例

劉澤丞, 梁紅波,2, 王漢卿, 朱國強,2

(1.浙江省工程物探勘察院有限公司，浙江 杭州 310000; 2.浙江省地球物理地球化學勘查院，浙江 杭州 310000)

0 引言

位于浙江西北部的湍口俗稱蘆荻墩，早在1300多年前就有蘆荻泉，溫泉文化一貫有之[1,2]。1992年，在湍口地區展開了以土壤測汞為主的物化探勘察工作，圈定了3處汞異常區域，查明了湍口盆地基底構造及控熱地質條件[3]，認為北西向張扭性斷裂匯水；2012年，通過湍口村201號井勘探表明，井深600.6 m，水量430 t，水溫27 ℃，水質類型為含氡氟水[4]。因此，該地區具有較好的地熱資源開發潛力，進一步開展勘查工作可為該地區尋找更好的地熱資源。

該地區前期采用的地球物理方法均為可控源音頻大地電磁法(Controlled Source Audio Magnetotelluric Method，CSAMT)[5]。雖然廣域電磁法(Wide Field Electromagnetic Method，WFEM)在其他地區地熱勘探中應用較為廣泛[6-9]，但在浙西北巨厚沉積巖地區尚無應用案例。為了比較WFEM法和CSAMT法的探測效果，在浙西北巨厚沉積巖地區進行了對比試驗，這是WFEM法在浙西北巨厚沉積巖地熱探測中的首次應用。

1 基本原理

1.1 CSAMT法

CSAMT法是20世紀80年代末興起的一種物探新技術，在油氣、金屬礦產、地熱勘查以及工程地質研究中應用頗廣。

CSAMT法針對大地電磁測深法的場源隨機性、信號微弱和觀測困難的弱點，改用人工控制場源，獲得了較好效果。該方法以有限長接地電偶極子為場源，在距偶極中心一定距離處同時觀測電、磁場參數，采用赤道偶極裝置進行標量測量，同時觀測與場源平行的電場水平分量Ex和場源正交的磁場水平分量Hy，計算卡尼亞視電阻率ρs。

1.2 WFEM法

WFEM法是在CSAMT和梅洛斯(MELOS)電磁法基礎上發展起來的[10]，繼承了MELOS方法非遠區測量的思路，摒棄了CSAMT法遠區信號微弱的劣勢，擴展了觀測適用的范圍，并且摒棄了MELOS的校正方法，保留了計算公式中的高次項。它既不是沿用卡尼亞公式，也不是把非遠區校正到遠區，而是用適合于全域的不進行簡化的公式進行迭代反演。

此次WFEM法測量使用的儀器是繼善高科研制的廣域電磁法發送機和廣域電磁接收儀，采用赤道偶極裝置的E-Ex觀測方法進行探測，測線及測點位置和CSAMT法保持一致。其中測量頻率為0.0117～8 192 Hz，共53個頻點。

2 地熱地質條件

2.1 地層巖性

勘查區處于一面積不足2 km2的山間盆地中，周圍山脈海拔250～350 m。盆地呈橢圓形，南北寬約1 km，東西長約1.5 km，第四系較發育，厚12 m左右。周邊出露地層包括奧陶系下統印渚埠組(O1y)，巖性為鈣質泥巖和泥巖；寒武系西陽山組(∈3x)，巖性為泥質灰巖、餅狀灰巖；華嚴寺組(∈3h)，巖性為條帶狀灰巖；楊柳崗組(∈2y)，巖性為泥質灰巖、透鏡狀灰巖和碳質硅質巖；荷塘組(∈1h)主要成分為碳質、硅質頁巖(圖1)。

圖1 湍口地區地質圖

從表1中可見，奧陶系地層總體呈中低電阻率特征，印渚埠組電阻率最低，寒武系地層電阻率均比奧陶系地層高，為中高電阻率特征。另外，斷裂破碎帶、裂隙等構造，由于含水及碎屑物等的充填，會使其視電阻率明顯降低，在視電阻率斷面圖上表現為高阻中的低阻或者視電阻率的梯級帶。從出露地層厚度看，本地區沉積巖厚度巨厚(超過1 000 m)且存在著荷塘組質硅質巖等不利于電磁法的干擾因素。

表1 地層及圍巖物性參數統計表

2.2 地質構造

本區位于揚子—錢塘準地槽系中的錢塘槽背斜上，南西鄰接江南臺背斜。下古生界為巨厚(約11 000 m)的類復理石建造，向上過渡成上古生界穩定的碎屑—碳酸鹽建造(厚約2 200 m)。本區構造系統較為復雜，以褶皺為主，斷裂也較發育，北東向構造線清晰，褶皺軸線向北東傾伏。

本區內主要發育NNE、NW及EW向三組斷裂構造，其中NNE向湍口斷裂帶及NW向朱里坑斷裂是區內主要控水構造。

湍口斷裂帶(F1)：由2～3條平行逆沖斷層組成，長約7 km，總體走向NE20°～30°，傾向NW，傾角70°～80°，破碎帶寬100～150 m。斷層上盤分布西陽山組灰巖，下盤為楊柳崗組地層。斷裂帶在淺部(200～300 m以內)，相應巖溶較發育。

東西向斷裂(F2)：斷層傾角上陡(70°～80°)下緩(40°左右)，寬度上寬(40 m左右)下窄(10～20 m)，斷層東段沿河谷延伸。該組斷層形成時間最晚，斷層上下盤第四系具明顯落差。

朱里坑斷裂(F3)：由三條斷層組成，屬湍口斷裂的配套構造，走向320°～340°，傾向NE，傾角70°～80°，長3 km，具張扭性特征，斷層破碎帶寬10 m左右，構造角礫間均為方解石脈充填。

本區物探工作在上述斷裂交匯處優選孔位。

3 數據采集

此次在湍口地區共布設了2條WFEM法測線(4線、9線)，均為CSAMT法和WFEM法在相同地質條件下的共同測線。本次主要對比4線特征，4線總長2 km，點距50 m。

4 資料處理解釋與對比

WFEM法數據采用中南大學開發的“重磁電三維反演成像解釋一體化系統”進行處理。經過對數據進行去噪處理、飛點編輯、靜態校正和濾波后，再進行定性分析、參數點分析和曲線類型分析，最后建立模型進行反演，最終結合其他資料進行綜合解釋。CSAMT數據采用CSAMT-SW軟件進行處理，包括去除飛點、近場校正、靜態校正以及反演電阻率成圖等，最后進行結果解釋。

4.1 反演結果對比

通過對測井資料破碎帶識別分析，WFEM法與CSAMT法測量結果的低阻反映為破碎帶，兩者反映較為接近，對破碎帶均有較好的反映。測井結果顯示，ZK401自上而下有4處破碎帶，其中標高-294～-491 m、厚度為227 m和標高-983～-1 363 m、厚度為380 m破碎帶在反演斷面圖上均表現為梯級帶，有直觀清晰的反映，可以較好識別；但在標高-700 m左右存在的27 m以及51 m破碎帶均未有明顯反映(圖2)。

對測井資料物性層識別分析表明，WFEM法反演結果優于CSAMT法反演結果。從測井資料看，自上而下可以分為11個物性層，其中物性層4和物性層5為泥質灰巖和硅質巖的分界線。從廣域電磁法成果圖上看，物性層4和物性層5分界線位于低阻等值線上，能夠較好識別；而CSAMT法對于兩種物性層位無法明顯識別。特別是物性層5的厚度與WFEM法反演圖中低阻層位吻合度較高；其余層位(如物性層3、物性層7)WFEM法反映也較CSAMT法明顯(圖2)。

圖2 廣域電磁法(a)、CSAMT法(b)對破碎帶及物性層識別對比圖

5 結論

(1)相對于CSAMT法，WFEM法不舍棄高次項求取的視電阻率更嚴謹，因其不受近區以及過渡區的影響，測量深度更深，精度更高。

(2)WFEM法獨創的2n偽隨機信號多頻波發射，一次發射7個頻點，各頻點間距更為合理，深部分布率相對于可控源音頻大地電磁法更高。野外只需觀測單一電場Ex分量，抗干擾能力更強。

(3)首次利用WFEM法在浙西北巨厚沉積巖地區進行地熱勘查，與CSAMT法相比，其在分層能力上更強，能夠對低阻層做到精細分層。