音频大地电磁测深方法在江西丰城的应用

音频大地电磁测深方法在江西丰城的应用

1岩体覆盖深度和连通性地热资源是一种清洁、可回存的新型能源。它具有易开采、应用广泛等优点。为让丰城地区的地热资源得到充分利用,带动该地区经济,因而需要采取一种行之有效的方法来查明勘查区内主要岩体分布范围,控热构造的形态、位置、产状,地下水深度和连通性,为地热水开发利用提供基础地质资料。而音频大地电磁测深法(AMT)的工作频率是0.1Hz到100kHz,测量深度从几米到2000m,满足地热勘查中对深度的需要。AMT方法的工作效率高,成本低,受地形起伏影响小,可以有效查明与液体和岩层相关的低阻区和高阻区的分布情况,同时对低阻体敏感,可以有效圈定地下低阻异常范围,划分储层构造2研究区域的地质特征和地球物理特征2.1地层及邻区地层研究区位于江西省丰城市西北,隍城镇境内仙姑岭,距丰城市区约30km,距南昌市约70km,距昌樟高速梅林出口约15km。勘查区及邻区地层主要为第四系、第三系、下侏罗系、上三叠系、二叠系、泥盆系和前震旦系。整个勘查区大致上属于萍乐坳陷带的中段,松湖旋卷构造和华夏系构造的复合部位。雷王岭—尖古岭背斜和一系列的断裂是该区域较为明显的构造行迹。由于多期次多形式构造运动的影响,区域构造复杂多样。2.2下第三系—地球物理特征通过对萍乐坳陷带的实测标本进行分析,并综合南昌盆地孔旁测深与测井等资料可知,本区主要有以下几个电性界面:第四系表土层、第四系砾石层、白垩系底部砾岩、下第三系—白垩系红层、三叠系大治组—二叠系长兴组、三叠系安源组—侏罗系林山组、双桥山群、二叠系下统—泥盆系等。其中下第三系—白垩系红层为本区主要电性层,综合电阻率值20~50Ω·m,在断面上可形成大面积低阻异常,属江西省红盆标志性层位。而二叠系下统—泥盆系为本次勘探目标层位,电阻率值700~3000Ω·m,异常相对复杂,往往形成高、低相间的异常面貌。各电性界面中主要地层岩性电性相关地球物理参数如表1所示。3测线及数据采集勘查区测线两两相交以“井”字形布设了4条剖面,测线方向均与主要构造(断裂)的走向垂直或平行。分别为2条西南向测线L1、L2和2条东北向测线L3、L4,点距为40m,共布设测点数96个,测线总长3.68km。使用音频大地电磁法进行勘探,采用标准十字形布极,20m极距连续张量模式进行采集。数据采集使用加拿大凤凰地球物理公司生产的大地电磁仪(MTU-5A)。在对音频大地电磁数据进行二维反演前,由于观测的是天然场源,故数据受噪声的影响较大,而若没有噪声干扰,测深曲线会是一条平滑的曲线4丰城地基采用反演参数组合的实例本文采用非线性共轭梯度法(NLCG)进行反演,为找到适用于本区的AMT二维反演数据体和反演参数,选择丰城地热勘查区L4线为例,对其进行极化模式和拉格朗日乘子的试验,选出最佳反演参数组合。为保证试验的一致性,对初始模型进行相同的设置,反演选用的视电阻率和相位误差均为5%,最小频率为1Hz,频率级数为4,并采用默认的剖分网格和背景电阻率。4.1极化模式对比AMT数据二维反演的极化模式分别为TE、TM和TE+TM三种,而选择的不同极化模式会产生完全不同的反演结果,因此选择合适勘查区的极化模式,在二维反演中很重要。而实际情况中,TE和TM两种模式所受到的干扰程度不相同,导致2种模式实测的视电阻率和相位频率响应曲线畸变程度也不相同,因此在决定反演模式前,必须对实测数据不同极化模式二维反演效果进行对比由图1可知,无论是何种极化模式,得到的反演结果与其他都不相同,而拟合差(RMS)的差异也较大。TE模式的数据拟合差为5.11,TM模式的数据拟合差为3.45,TE+TM模式的数据拟合差为2.14。TE模式的电阻率断面图表现为中低阻表层,中间为连续的高阻区域并夹有小部分低阻圈层,而下部为大面积低阻区,与不符合实际的地质情况。TM模式的电阻率断面图表现为低阻表层,中间高阻、低阻区域交替出现,下部呈现出大面积高阻区,与实际地质情况也不符合。而TE+TM模式的数据拟合差最小,电阻率断面图表现为表层低阻,中间层和底部的高、低阻交替出现,这基本吻合测区剖面地质的特征。由上述试验结果可知,对于勘查区的AMT实测数据,综合反演结果和拟合差大小,应该选用TE+TM模式进行二维反演。4.2值对反演结果的影响进行AMT二维反演时,拉格朗日乘子的选择很重要,其大小决定了反演拟合效果。利用L曲线法可以有效地确定合适的τ值由图3可知,相同极化模式,不同τ值条件下,反演结果均能较好地反映出地下介质的形态位置。而随着τ值的递增,反演模型变得更加光滑,而数据拟合差变大。具体表现当τ值取5、10时,拟合差相对较大,但对L4线部分区域,中、深部的分辨率不高。当τ值取1和3时拟合差相对较小,能清楚分辨中、深部的高阻区域。而结合由L曲线可知,τ值为1时,比τ值为3时的粗糙度高出了许多。因此,本文AMT二维反演的τ值确定为3最佳。4.3地质和钻孔资料本文利用非线性共轭梯度反演方法(NLCG),利用Winglink软件对数据进行处理和反演,选用TE+TM联合模式为最终的二维反演结果,结合地质和钻孔等资料,对勘查区进行解释和分析。以西南向的L1线例(见图4)。图4为L1线AMT二维非线性共轭梯度反演电阻率断面图,以沿剖面方向为水平轴,深度为纵轴。在图件上方标注了每个AMT测点的位置。图4中大体上电阻率剖面,浅部呈现少部分低阻区域,中部为大面积高阻区域,底部为连续低阻区域。结合地质与钻孔资料推断,浅部低阻区域为第三系和第四系粘土岩覆盖层。结合地热勘查区主要地层岩性电性参数信息,推断中部高阻区域为下二叠系灰岩(P5地下水赋存状态本文利用音频大地电磁测深方法对江西丰城地区进行地热勘探,通过对AMT数据进行处理,选择适合该区的极化模式和拉格朗日乘子等反演参数组合,利用非线性共轭梯度法(NLCG)进行二维反演。结合勘查区域的地质资料和钻井资料,以及地球物理电阻率反演结果,推断该区地下水赋存于地下深度200m到大约800m的范围内,在电阻率