V8在地下热水勘查中的应用

于劲勇，刘基超

（1.丹东市水利勘测设计研究院 ，辽宁 丹东 118003；2.辽宁省地质勘查院，辽宁 大连 116100）

V8在地下热水勘查中的应用

于劲勇1，刘基超2

（1.丹东市水利勘测设计研究院 ，辽宁 丹东 118003；2.辽宁省地质勘查院，辽宁 大连 116100）

V8 即 网 络 化 多 功 能 电 法 仪 V8（ MAINPRODUCTS） ， 是 汇 集 当 代 最 新 物 探 科 技 成 就于一身的一代多功能电法仪，成功地解决了很多过去在实际生产中所遇到的瓶颈问题。 本文通过对 V8仪器的技术原理与先进测试方法的阐述， 通过其在地下热水勘查中的应用以及达到的效果，说明 V8 仪器的优越性及广阔的应用前景。

V8；地下热水；勘查

1 V8简介

V8即网络化多功能电法仪V8（MAINPRODUCTS)采用的是先进的模块化设计，包含天然场的远参考大地电磁(MT)和音频大地电磁(AMT)以及人工场源的可控源声频大地电磁(CSAMT)、各种时域和频域电磁功能(TDEM、FDEM)、激发极化——时间域和频率域、相位和谱 IP(IP)、各种电阻率功能、(偶极法、斯伦贝谢法、或温法)(Resistivity)。V8 和其他 V5-2000SSMT 采集站(MTU-5、MTU-2E，…采集单元)兼容，可以做多站大面积同步采集。第 i个 A/D 采样和格林硬汉时间同步，野外作业各站点随时随地开机即可采集，时间重叠做同步数据相关处理。

其先进精确的 GPS技术和无线网络技术的结合使V8即使在复杂的山区施工也变的如履平川；野外施工无需对钟，极大地提高了生产效率；大功率 TXU-30 发射机的问世让用户摆脱了发电机必须原配所带来的售后服务不能及时提供和及时维护的问题，同时也大大节约了购置成本；系统采样频点的无限加密，使分辨率得到了大幅提高；而且V8野外采集数据可实时显示为振幅曲线和相位曲线，数据资料质量一目了然。

1.1 V8 主要技术指标

V8多功能电法工作站接收系统： 有3个接收通道，可与 RXU-3 采集单元实现网络通讯。可做时域、频域激发极化（TDIP，RPIP），时域、频域电磁法（TDEM，FDEM）、可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）、天然源大地电磁法（MT）和音频大地电磁法（AMT） 测量以及各种装置的电阻率测量。其工作频率为 0.00005～10000Hz，工作温度-20～+50 ℃，接收单元与发射单元之间及不同接收单元之间采用 GPS通讯。与 V8配套的大功率稳流发射机 TXU-30，最大可输出功率 20kW，输出电压 25～1000V，输出电流 0.5～40A。工作环境温度-20～+45 ℃。

1.2 V8 工作原理

可控源音频大地电磁测深法（简称 CSAMT法）是以有限长接地电偶极子为场源，在距偶极中心一定距离处同时观测电、磁场参数的一种电磁测深方法。同时观测与场源平行的电场水平分量Ex 和与场源正交的磁场水平分量 Hy。然后利用电场振幅 Ex 和磁场振幅 Hy 计算卡尼亚电阻率 ρs。观测电场相位 Ep 和磁场 Hp，用以计算阻抗相位φ。用卡尼亚电阻率和阻抗相位联合反演计算可控源反演电阻率参数，最后利用反演的电阻率进行地质推断解释。

CSAMT 法标量测量方式是用电偶极源供电，观测点位于电偶源中垂线两侧各角组成的扇形区域内。当接收点距发射偶极源足够远时（r＞3δ），测点处电磁场可近似于平面波，由于电磁波在地下传播时，其能量随传播距离的增加逐渐被吸收，当电磁波振幅减小到地表振幅的 1/e 时，其传播的距离称为趋肤深度（δ），即电磁法理论勘探深度。实际工作中，探测深度（d）和趋肤深度存在一定差距，这是因为探测深度是指某种测深方法的体积平均探测深度，其经验公式为：

由此可见,探测深度与频率成反比，可以通过改变发射频率来达到测深的目的。在实际勘查作业中，由于发射功率总是有限的，要保证有足够的信噪比，收发距就不能太大。这样往往不可能满足远区的条件，一部分频点可能处于过渡区。这时就要进行过渡区改正。在进行过渡区改正的前提下，要求 rmin＞0.5δ。

2 工程实例与分析

在大连金海国际花园地热资源开发项目勘查中，首次在大连地区的地热勘查中使用网络化多功能电法仪 V8，采用可控源音频大地电磁法（CSAMT）。查明地表以下 3000m 范围内地质构造情况，提供地热凿井井位 1～2 个，为该区域下一步凿井寻找地热资源提供详实的依据。

工区所属区域位于大连市金州区西北部，西临渤海金洲湾。地貌属丘陵，海拔在 60～319m 之间，山脉呈北西向延伸，地势北东高，南西低。相对高差在 50～100m 之间。

2.1 仪器试验

此次工作投入一个 V8 主机，编号为 2442 及 2个 RXU-3E 辅助采集单元，编号分别为2098，2103进行数据采集。在正式投产前，首先对仪器设备进行了标定及 RXU-3E 进行了一致性试验，主机及不同RXU-3辅助采集单元在同一点所测取的视电阻率曲线的一致性试验均方相对误差小于 5%，符合规范要求。

2.2 数据采集

CSAMT 法采用赤道偶极标量装置进行观测，同时测量 9 个 Ex 和 1 个 Hy。为了保证观测数据的质量，野外工作过程中主要采取了以下技术措施。

1）测量电极布极与磁棒布置：电极方位、磁探头方位用地质罗盘仪定向，点位由导航 GPS卫星定位系统测定；在测量电极四周垫土，周围浇盐水降低接地电阻，确保电极接地电阻小于 2kΩ；水平磁棒埋入土中，入土深度不小于 20cm，并确保圆水泡居中使磁棒水平，方位误差小于 1°； 极联线、磁棒联线及接入仪器的电缆均不能悬空，每隔一定距离需用土或石块压实，防止晃动。

2）观测方法：测量前首先对仪器进行检查，以确保仪器状态良好，其次检查电道的接地电阻及磁道的连通情况，接地电阻达到测量规范要求后，通知发射人员开启发射装置，开始进行测量。测量时从低频 0.125Hz 到高频 7600Hz（共 35 个）频点进行测量，测量过程中对测量数据的离差及测深曲线形态进行监测。为了提高数据质量，测量采用多次叠加技术，并在干扰严重的区段进行重复观测。

CSAMT 野外数据采集流程：仪器校准→系统检查→采集→参数设定→按频率数据采集→数据存储。

2.3 质量检查方法及要求

CSAMT 勘查工作参照石油天然气行业标准SY/T5772-2002《可控源声频大地电磁法勘探技术规程》相关技术规定执行。重复检查点卡尼亚电阻率均方相对误差计算公式：

式中：m 表示均方相对误差；i为频点号；Ai为第 i个频点原始观测数据值；A′i为第 i个频点检查观测数据值；n为参加统计计算的总频点数。要求单点的视电阻率均方相对误差小于±5%。

2.4 数据处理

CSAMT 法 数 据 处 理 采 用 加 拿 大 凤 凰（Phoenix）地球物理公司的与 V8 多功能电法仪系统配 套 的系 列 商业 数 据预 处 理 与 Zonge 公 司SCS2D 的反演软件，选择出具有最高信噪比的数据，经过编辑整理、滤波及各项校正后，采用二维（2D）反演获取相应的反演电阻率断面图。通过数据处理剔除、压制或校正 CSAMT 数据中的各种噪声的影响，如仪器噪声、天然电磁噪声、人文噪声、地质噪声以及非平面波引起的曲线畸变等。处理方法包括：数据编辑、滤波、静位移校正、过渡区校正等。具体数据处理流程：畸变点剔除、去干扰、静态校正、过渡区校正、高程校正、一、二维反演、成果输出。

2.5 异常解释

2.5.1 反演电阻率分布特征

1）1 线，2 线

1线与2线的反演电阻率纵向上都整体表现为由“低→高→低”的趋势。电阻率值由近地表的n×10 Ω·m，向深部逐渐增高到近 10000 Ω·m。按电阻率值变化情况和分布特征，可分为两个电性层。浅层深度约 20m 以浅的区域，电阻率多小于20 Ω·m，且横向上连续性亦较好；自此层向下电阻率由约 20 Ω·m 升高到近 10000 Ω·m，在横向上，可见该层南侧电阻率低值区，北侧为电阻率高值区。

2）3线

该线反演电阻率纵向上整体表现由低逐渐升高的趋势。电阻率值由近地表的 n Ω·m，向深部逐渐增高到近 1000 Ω·m。按电阻率值变化情况和分布特征，可分为两个电性层。浅层深度约 20m以浅的区域，电阻率多小于 6 Ω·m，且横向上连续性亦较好；自此层向下电阻率由约 6 Ω·m 升高到近 1000 Ω·m，并在横向上，可见该层南侧电阻率低值区，北侧为电阻率高值区。

整体上看，1，2 线和 3 线三者的视电阻率无论其断面展布特征，还是其变化特点，均呈现出较好的相似性。但在电阻率数值上，3 线要比 1，2 线低一个数量级，推断可能是由于3线距离高铁高架桥较近，相当于增加了一个场源，使磁道数据加强，从而导致电阻率的降低。

2.5.2 推断解释

根据前述的电性特征，由于地质体的结构和组成成分不同，使不同时代地层间存在电阻率。断层使两侧地层错动并形成断裂破碎带，致使断裂带附近电阻率较低与其两侧地层的电阻率在断面图上呈现不连续现象或出现差异。

实际上影响电阻率变化因素较多，如温度、压力和含水程度不同，即使同一地层间也存在较大的电阻率差异，所以需要结合其它物探资料、区域地质和已知钻孔资料进行综合解释推断地层的深度和时代。

1）1线

1 线位于渤海金州湾边上，第四系（Q）为冲海积层（Q42al+m），岩性主要为砂层夹砾石及粉砂质淤泥；由现场可知，金海国际花园项目用地，有部分地段是通过砂石土填海而来的，由此可知浅层电阻率横向上连续性较好，在近地表处（第一层即第四系）电阻率一般在 2～20 Ω·m；第二层应为震旦系（Z）的地层，岩性主要为灰岩，在构造发育区因裂隙发育，岩石完整性变差，破碎程度较高，为地下（热）水的储存提供了较大的空间，由于地下（热）水的电阻率较低，因此在电阻率断面图中，在构造发育区就会呈现出相对低阻的特征，这也是应用电阻率资料圈定含水断裂破碎带的基本依据；而在岩石裂隙不发育区段，岩石完整性较好，地热水的储存空间亦相对较小，在电阻率断面图中，则呈现高阻特征。而且根据钻孔资料可知，3 条测线的北端均出现侵入的辉绿岩（βμ），这与电阻率断面北段的高阻特征一致。在3条测线反演电阻率的南端均呈现低阻特征，推断在1至 3线的点1350，1225 和 1600 应有断裂带 F1 通过，根据电阻率的变化特征推测断裂 F1 向南倾，倾角约。

2）2，3线

2，3 线的断面电性特征与 1 线类同，依据断面电性特征，2，3 线推断的断裂 F1 应与 1 线的 F1 为同一条断裂。

另外，此次 CSAMT 勘探区位于兴民村逆断裂带附近，由前述地质特征可知，该断裂带该断裂北西起于龙王庙海边，破碎带宽 50m，断裂走向305°，倾向南西，倾角 50°，因此推断 F1 断裂应为兴民村逆断裂。该工作区处于复州—大连凹陷（IV级构造单元）中，地表为近期人工回填，基岩推断为震旦系上部石英砂岩、粉砂岩、页岩及粉晶灰岩，辉绿岩，地层产状 285∠30—40°，震旦系上部的粘土质页岩对下部储热起到了较好的隔热保温作用。“金海国际花园”及附近地段地质构造发育，是褶皱构造倒转端，又是是北西向断裂构造发育处，深部灰岩、白云质灰岩性脆，受构造活动影响易破碎，形成裂隙及溶洞或构造破碎带，利于地下水的径流和储存，是较好的地下水储集地层（地段）。在断裂赋存地段深部岩石，导水性，赋水性均较好，是地热井施工的良好位置。

2.6 成井情况

2.6.1 成井预测

“金海国际花园”附近地段，近年来先后凿有数口温泉井，这些井所处的大地构造位置，均为复州-大连凹陷带内。参考周边已知温泉井的深度、水温、水量资料可知，“金海国际花园”及附近地段没有地热异常，亦没有温泉出露，说明“金海国际花园”及附近地段为地热正常区，地下水属低温热矿水（20~40 ℃）。根据此次可控源音频大地电磁测深（CSAMT）资料解释结合区域地质资料的综合分析，选择上元古界震旦系甘井子组、营城子组灰岩为热储目的层，汲取该层中的构造裂隙水，震旦系顶部碎屑岩中夹有多层页岩，它们对深部的含水段能起到很好的隔热保温作用。一般井深 1500~ 3000m 范围内水温度可达 20~40 ℃，地温梯度为1 ℃/100m 左右。预测拟钻井井深分别为 1600m和 2600m。推测“金海国际花园”地热井出水温度25～40 ℃。

2.6.2 井口温度及涌水量

成井后，经过对深度、水温、水量等资料回访，井深 1860m，水温度达 32.5 ℃左右，地温梯度为0.85 ℃/100m 左右，500~700m 范围为主要储水层，厚度可达 200 余 m，测定涌水量可达 560m3/d左右。结果说明，工作成果与实际情况基本相符，达到了预期目的。

3 结语

V8的出现，将把电法探测带入一个全新意义上的新纪元，开创真正的电法三维或四维观察新阶段。与常规物探方法相比，采用 V8 可不同程度地降低工程造价，具有工期短，精度高，受限条件少，稳定性好，抗干扰能力强，对社会经济发展将起到积极的作用。整体系统设计是基于天然场MT数据采集技术要求做为出发点，对仪器的低噪声。的硬件要求已接近目前电子技术的极限。

通过 V8设备与相关技术在地下热水勘查中的应用及取得的成果，该系统还可为油煤田、铁路系统、国土资源部、国家地震局、有色系统、大专院校、工程部门及环境监测系统广泛应用于油气储量的调查、地壳及地震的研究、活断层的研究以及金属矿产调查、环境工程调查、连续性或长周期的监测等领域，具有广泛的应用前景。

［1］林清湲，等.工程与环境物探教程［M］.北京：地质出版社，1999.

［2］工程物探手册［M］.北京：水利水电出版社，2011.

［3］王振东.浅层地震勘探应用技术［M］.北京：地质出版社，1991.

［4］倪光正，钱秀英.电磁场数值计算［M］. 北京：高等教育出版社，1996.

TV211.1+2

A

1002－0624（ 2014）06－0055－03

2014-01-09