am法在地?zé)豳Y源勘查中的應(yīng)用

與人類廣泛使用的能源能源相比，地?zé)豳Y源具有易開采、易開采、無環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)。它具有廣闊的應(yīng)用前景，充分發(fā)揮其良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)意識(shí)值和環(huán)境效應(yīng)。為了提高效率,減少投資風(fēng)險(xiǎn),開發(fā)地?zé)豳Y源前必須進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查,地球物理勘探是地?zé)豳Y源調(diào)查的重要手段之一[1~2]。本文采用音頻大地電磁(AMT)法在西南某地區(qū)開展了深部地?zé)豳Y源調(diào)查研究,使用自主開發(fā)的大地電磁處理解釋系統(tǒng)對(duì)野外資料進(jìn)行處理,確定了該工區(qū)的熱儲(chǔ)地層及地質(zhì)構(gòu)造分布的基本情況,取得了較好的應(yīng)用效果。1灰色增灰?guī)r巖石結(jié)構(gòu)調(diào)查區(qū)處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái),大巴山臺(tái)緣拗陷褶束南大巴山凹褶束的南東部,調(diào)查區(qū)域一帶由一系列NWW-近EW-NEE的較開闊寬緩的褶皺組成,斷裂構(gòu)造不發(fā)育,總體形態(tài)呈向南突出的弧形(圖1)。主要包括以下地層:(1)志留系。下部為灰色薄至中厚層石英砂巖,中部為灰色薄層泥質(zhì)粉砂巖與砂質(zhì)頁巖不等厚互層,局部夾灰?guī)r透鏡體,上部灰綠色頁巖為主夾粉砂巖。(2)二疊系。下統(tǒng)梁山組(P1l),為灰褐色細(xì)-粉砂質(zhì)頁巖,灰白色鋁土質(zhì)頁巖。中統(tǒng)棲霞組(P2q),為深灰色、灰色厚層狀灰?guī)r,生物碎屑巖灰?guī)r;茅口組(P2m),為深灰色厚層塊狀生物碎屑灰?guī)r、有機(jī)質(zhì)灰?guī)r。上統(tǒng)吳家坪組(P3w),為黑色炭質(zhì)頁巖;大隆組(P3d),以黑色頁巖為主。(3)三疊系。下統(tǒng)大冶組(T1d),以灰質(zhì)青灰色灰?guī)r,生物灰?guī)r,鮞粒灰?guī)r為主;嘉陵江組(T1j),為灰色-淺灰色薄-中厚層狀灰?guī)r,生物碎屑灰?guī)r,夾少量白云質(zhì)灰?guī)r。中統(tǒng)巴東組(T2b),灰、深灰色中厚層灰?guī)r為主,近底部為灰黑色角礫狀灰?guī)r,上部為淺黃色泥質(zhì)灰?guī)r,泥巖頁巖為主。(4)第四系。主要分布于江河兩岸的沖洪積物庫區(qū),蓄水后多被淹沒,分布于溶蝕洼地及緩坡地帶的殘坡積物粘土夾礫碎石。2測點(diǎn)的amt點(diǎn)布置本文利用V8多功能電法儀進(jìn)行野外工作。野外資料采集沿圖1所示測線位置布置了35個(gè)AMT點(diǎn),記錄大地電磁的四個(gè)分量的時(shí)間序列,所觀測頻率范圍為10400~0.035Hz,為保證視電阻率、阻抗相位資料的周期長度,所有測點(diǎn)記錄時(shí)間均超過3h。AMT資料處理與解釋的總體流程如圖2所示。3維地震資料預(yù)處理眾所周知,地球物理學(xué)中有地震學(xué)、電磁學(xué)、重力學(xué)、地磁學(xué)、地?zé)釋W(xué)、放射性學(xué)和井中地球物理等學(xué)科。盡管地球物理學(xué)家研究地球所依據(jù)的物性參數(shù)不同,方法各異,但就工作程序而言,一般都可分為數(shù)據(jù)采集,資料處理和反演解釋等三個(gè)階段。其中反演解釋的目的就是實(shí)現(xiàn)從地球物理異常(或響應(yīng))到地球物理模型的映射,使解釋人員能從經(jīng)過處理的地球物理資料(異常或響應(yīng))中提取出最接近真實(shí)情況的地質(zhì)、地球物理模型,完成提出的地質(zhì)任務(wù)。在大地電磁資料反演解釋軟件方面,國外起步較早,軟件功能較為全面,但往往并不能對(duì)國內(nèi)的實(shí)際工程情況進(jìn)行很好的處理和解釋,且成本較高。國內(nèi)的大地電磁資料解釋軟件發(fā)展較慢,適用范圍窄,魯棒性差,復(fù)用性低,特別是缺乏適合于工程人員使用的、交互友好的解釋系統(tǒng)。有鑒于此,本文利用自主開發(fā)完成的二維大地電磁處理與反演解釋及成像軟件系統(tǒng)(MTSoft2D2.0)。主要有以下功能:數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊。通過編輯平滑、靜態(tài)校正、測點(diǎn)處理、空間濾波等過程對(duì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,實(shí)現(xiàn)靜態(tài)效應(yīng)和地形影響等校正。正演模擬模塊。通過屏幕建模構(gòu)建地質(zhì)模型,采用基于起伏地形四邊形網(wǎng)格剖分算法的MT二維有限元正演,能夠較好地模擬地表地形。正演模擬結(jié)果可以指導(dǎo)資料預(yù)處理、地表影響分析等,并被用于反演調(diào)用。反演解釋模塊。對(duì)觀測數(shù)據(jù)預(yù)處理的結(jié)果,運(yùn)用相應(yīng)的反演成像方法進(jìn)行反演,并實(shí)時(shí)監(jiān)控反演結(jié)果。該模塊除實(shí)現(xiàn)了常規(guī)的反演算法外,還實(shí)現(xiàn)了對(duì)常規(guī)算法的改進(jìn),并實(shí)現(xiàn)了利用鉆孔或地質(zhì)資料作為約束的電性約束反演方法研究,為該軟件的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)之一[6~8]。數(shù)據(jù)管理模塊。建立完整數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),對(duì)野外原始數(shù)據(jù),以及正演模擬、反演成像和預(yù)處理模塊的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理,數(shù)據(jù)對(duì)各功能模塊開放管理,實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種儀器數(shù)據(jù)格式的兼容,提供相應(yīng)的輔助編輯功能,形成界面友善的實(shí)用軟件。成圖顯示模塊。用戶可以方便地對(duì)原始數(shù)據(jù)、正反演結(jié)果進(jìn)行成圖顯示和實(shí)時(shí)監(jiān)控,并可導(dǎo)出多種圖形格式的數(shù)據(jù)文件。本文使用MTSoft2D2.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,結(jié)果見圖3,并對(duì)該預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)采用反演解釋模塊中的改進(jìn)二維非線性共軛梯度(NLCG)進(jìn)行反演,即先采用Occam反演方法進(jìn)行了一維反演形成擬二維地電剖面,然后將該結(jié)果作初始模型進(jìn)行二維非線性共軛梯度(NLCG)反演,此改進(jìn)方案利用了Occam反演和NLCG反演的互補(bǔ)性,在對(duì)初始模型的依賴性方面,Occam反演的優(yōu)勢可以彌補(bǔ)NLCG反演的缺點(diǎn),而在反演速度方面,NLCG反演的優(yōu)勢則能彌補(bǔ)Occam反演的缺點(diǎn)。最終得到剖面的二維反演結(jié)果(圖4)。從該反演結(jié)果剖面圖可看出,由淺到深大致可劃分出四個(gè)電性層,即低-高-低-高,這與區(qū)內(nèi)主要地層(巴東組、嘉陵江組、大冶組和二疊系)的巖性對(duì)應(yīng)良好。4研究區(qū)地質(zhì)特征二維反演成象是迄今為止最基本的大地電磁測深反演解釋方法,由此得到的二維地下介質(zhì)電阻率分布圖像是進(jìn)行地質(zhì)解釋的最主要依據(jù)。對(duì)于未查明斷裂的判斷,主要依據(jù)大地電磁測深資料的如下特征:(1)曲線類型突變;(2)曲線模式變化;(3)電性層系列有明顯差異或電性層埋深有明顯錯(cuò)動(dòng);(4)因地層破碎富水,導(dǎo)致電阻率明顯降低;(5)電阻率模型的等值線密集帶或扭曲帶。結(jié)合大地電磁二維反演結(jié)果和已有地質(zhì)資料,最終得出了圖5所示的推斷地質(zhì)剖面圖。由反演剖面圖的三個(gè)電阻率梯級(jí)帶,推測在三疊系大冶組和嘉陵江組內(nèi)部存在兩條層間斷裂,另外在測線南側(cè)巴東組地層內(nèi)也存在一條小的斷裂,分別用F2、F3和F1表示。大昌背斜核部出露地層中三疊系中統(tǒng)巴東組第三、四段,主要為紫紅色泥巖、粉砂巖為主,部分為灰色、黃灰色泥質(zhì)灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r。巴東組第二段以紫紅色泥巖為主夾粉砂巖及薄層泥質(zhì)灰?guī)r,為研究區(qū)主要的熱儲(chǔ)蓋層。巴東組第一段為泥質(zhì)灰?guī)r,以泥巖頁巖為主,巖性致密,電阻率高,但因厚度較小,層間巖溶較發(fā)育,實(shí)質(zhì)上為次要熱儲(chǔ)蓋層。經(jīng)統(tǒng)計(jì),整個(gè)巴東組電阻率為45.7~27542.3Ω·m,平均為485.3Ω·m,厚度介于290~629m。研究區(qū)主要熱儲(chǔ)層為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組,以泥質(zhì)灰?guī)r和白云巖為主,地層埋深在-74~-299m之間,厚度介于618~946m,從巖性分析嘉陵江組二、四段為灰色-淺灰色中-厚層狀白云巖,以白云質(zhì)灰?guī)r為主,夾鹽溶角礫巖,表現(xiàn)為高電阻率,電阻率為7.6~20226.4Ω·m,平均為2371.4Ω·m,碳酸鹽巖裂隙溶洞較為發(fā)育,裂隙溶洞水和埋藏型巖溶水賦存條件好,含水的可能性大,為本區(qū)主要熱儲(chǔ)層段。三疊系下統(tǒng)大冶組巖性為紅色泥頁巖與灰色泥灰?guī)r的組合特征,在兩個(gè)層間斷裂之間平均厚度為608m,巖性較致密,在電阻率反演剖面圖中表現(xiàn)為低阻,電阻率為5.4~169.8Ω·m,平均為30.1Ω·m,本層為嘉陵江組熱儲(chǔ)層的下部隔水層。二疊系,巖性主要為灰?guī)r和生物碎屑巖類,電阻率為13.8~3801.9Ω·m,平均為792.5Ω·m,埋深介于-1608~-2444m,為區(qū)內(nèi)主要熱儲(chǔ)層。最終在剖面1.2km設(shè)計(jì)了一個(gè)鉆孔。經(jīng)鉆孔驗(yàn)證,在深度100m左右即見水,但水溫較低,在深度為1100m處,水溫達(dá)到50℃,井口日出水量在1000m3以上。5疊紀(jì)層間斷裂本文從研究區(qū)的地層、構(gòu)造等地質(zhì)資料出發(fā),介紹了音頻大地電磁法地?zé)豳Y源勘查中