音频大地电磁在寻找地热资源中的应用

孔祥贵　杨卫亮　张伟强

【摘 要】近年来，临清市市区范围内陆续发现多眼中低温地热井，本文通过研究该区地质、构造和重力异常特征，分析了该区地热资源的成矿有利条件。采用音频大地电磁（AMT）对该区进行勘探，编制了大地电磁综合视电阻率剖面图，研究了不同岩性地层的电磁性特征，结合该区重力异常特征和电性特征，从热源、热储和地下水三个方面，综合分析了该区形成地热资源具备的地层、热源和构造条件。最终确定了井位和井深，为钻探施工设计提供了较为可靠的依据。结果表明，AMT在寻找浅层地热资源中有着积极的效果。

【关键词】AMT勘探；地热资源；布格重力异常；电性异常

地热是集热能、水和矿产于一体的多用途、绿色自然资源，并且开发利用方便无污染，在能源需求日益紧张的今天，有着巨大的开发前景和经济开发潜力。尤其是对于中小城市具有重要的经济、社会和环境价值，因而受到广泛重视。近年来，临清市市区范围内陆续发现多眼地热井，水温40℃～70℃，属于中低温地热资源。大地电磁法，是利用天然音频大地电磁场作为场源，属于被动源电磁法，观测电场和磁场分量。近几年，大地电磁法在方法理论和仪器设备都得到了很大的发展，应用领域也扩展到了普查，勘探石油、天然气、地热、金属矿产、水文、环境等各个方面，从而成为受地质学家重视的一种地球物理勘探方法。

1.地球物理特征

一般环境下，第四纪和第三纪陆相碎屑沉积岩，电阻率一般在15～50Ω·m；中生代陆相碎屑沉积岩电阻率值一般在25～500Ω·m，晚古生代的电阻率一般为50～1000Ω·m，电性稳定，奥陶系灰岩电阻率最高，一般在2000～20000Ω·m，系本地段电阻率无穷大标志层。

大地电磁法，是采用天然场源的一种电磁法，它是以电磁场的理论为基础，在地球物理勘探中，利用介质的介电常数、磁导率和电导率的差异而达到解决不同地质问题的目的。通过以上区内地球物理特征分析，不同岩性的地层具有明显的电磁性差异。因此，在区内利用大地电磁方法勘探，具备良好的地球物理前提。

2.工作方法技术

大地电磁法，是利用天然音频大地电磁场作为场源，属于被动源电磁法，观测电场和磁场分量。

自然界存在着天然变化的电磁场，其频谱范围约为104Hz～10-4Hz，甚至更低。高频部分（大于1Hz）起因于大气层的雷电活动，低频部分起因于太阳活动抛出的等离子体流与地球磁层间的相互复杂作用。来自高空的电磁波，可近似的看成是垂直入射地面向地球内部穿透，感应出电场和磁场，感应场与地球内部的岩石电性分布有关。电磁波频率愈低穿透深度愈大。通过研究大地对天然电磁场的频率响应，可以获得不同深度电阻率的分布，根据电性分布特点来解决地质问题。

3.资料推断解释

3.1重力异常特征

由临清地区布格重力异常图可以看出，该区重力场△g值一般在（-6～-40）×10-5m/s2之间变化，局部重力异常总体呈椭圆状北东走向展布，相对重力高与重力低相间排列。在临清地区附近形成两个重力异常带。

（1）夏津西～临清～冠县相对重力低异常带：重力场总体反应沿北东走向展布的重力低异常带，带宽15km左右，△g值一般在（-24～-30）×10-5m/s2之间变化，为地层相对凹陷区，即冠县凹陷。从重力异常分布看，临清城区附近为重力异常值最低处，且异常呈不规则椭圆状沿近东西向分布，与西部清河—临西以西凹陷相通。可以说，临清城区附近与周围相比是凹陷中局部凹陷区，对寻找地热更为有利。

（2）清河东—临西—冠县西重力异常带：该带总体沿NE40°走向展布，△g值一般在（-6～-20）×10-5m/s2之间变化，反映了地层相对凸起特征，即馆陶凸起。在临西北由于受NW向构造的影响，地层相对下降。

3.2电性异常特征

由本次实测的4条大地电磁测深视电阻率断面图可以看出，该区自上而下根据其电阻率异常高低，大致可划分为4大电性层，总体异常特征呈似层状，向西缓倾。下面结合Ⅰ剖面视电阻率断面图的电性特征和区内已知地质特征，予以分析解释[2]。该剖面在垂向上总体电阻率较低，根据其电性总体特征大致可划分4大层[3]：

第一层：电性稳定，电阻率低缓，等值线间距宽大平缓，厚度0～500m。该层又可细分为上下两段，上段为高阻电性层，在断面图上表现为等值密集，表明其局部电阻率差异较大。

第二层：电性高低变化较大，层位不稳，等值线杂乱。上段以巨厚的高低阻互层，等值线呈锯齿状跳跃的不稳定特征，厚度在500～1350m之间，其电阻率整体较上覆地层高、下伏地层低。

第三层：为稳定的高低组互层，层位稳定，呈两高两低的电性分布特征。据其电性特征分析上部高阻为中粗砂岩，下部高阻为砾岩，中部低阻为泥岩。

第四层：为区内相对高阻层，以水平层状高电性层为主要特征，反映了其地层相对稳定的沉积地质特征，埋藏深度在1800m以下。

3.3综合推断解释

由布格重力异常特征分析，临清城区附近包括该区在内，为凹陷区内的局部凹陷区，地热成矿条件更为有利；由本次物探资料分析，区内热储馆陶组顶板埋深1500m左右，上覆第四系及新近系明化镇砂质粘土、泥岩等巨厚的保温层。

在该区内，东部为冠县断裂，该断裂走向北北东，向西陡倾。西部紧邻临清断裂，该断裂走向北北东，向东陡倾。两断裂形成了冠县凹陷。

据前期研究，其热源为正常的大地热流增温。盖层为第四系黄河组、平原组和新近系眀化镇组，是非常好的隔水层和保温层，使热能得以保存和储集。主要热储层包括馆陶组和东营组。热储层中地下水在缓慢侧向径流过程中，接受下部大地热流而增温，临清断裂、冠县断裂等成为地热水与深部热源沟通的通道。

该区从地貌特征来看，处于谷地漫滩地形。热储馆陶组岩性为中粗砂岩、砂砾岩等。赋存有丰富的碎屑岩类孔隙裂隙水；区内经历了多期构造活动，裂隙发育。充足的地表水，广阔的补给区为地下水的补给提供了足够的水源。

4.结论

本次工作通过对区域重力资料布格重力异常特征及本次剖面异常特征的综合分析[4]认为：重力资料反映区内区域构造临清断裂和冠县断裂异常反应明显，尤其是对冠县凹陷和馆陶凸起反映清晰。大地电磁测深剖面所反映的地层层位清楚，尤其是对热储层馆陶组的顶底板埋深，反映清晰，为钻探施工设计提供了较为可靠的依据。表明AMT在寻找浅层地热资源方面有着积极的作用。

【参考文献】

[1]杨进，安海忠.音频大地电磁法在秦岭地区的地质效果[J].物探与化探，1995，04：286-290.

[2]刘祜，程纪星等.电、磁综合方法在南方硬岩型铀矿勘查中的应用[J].物探与化探，2011，28（6）：739-742.

[3]柳建新，曹创华等.综合物探方法在青藏高原某钼多金属矿的勘查效果[J].地质与勘探，2012，17（6）：1188-1198.

[4]李慧杰，王文瑞等.音频大地电磁法对断层分辨能力的正演模拟[J].吉林地质，2012，4（3）：64-68.