am法在地热资源勘查中的应用

am法在地热资源勘查中的应用

与人类广泛使用的能源能源相比，地热资源具有易开采、易开采、无环境影响等优点。它具有广阔的应用前景，充分发挥其良好的经济效益、社会意识值和环境效应。为了提高效率,减少投资风险,开发地热资源前必须进行地质调查,地球物理勘探是地热资源调查的重要手段之一[1~2]。本文采用音频大地电磁(AMT)法在西南某地区开展了深部地热资源调查研究,使用自主开发的大地电磁处理解释系统对野外资料进行处理,确定了该工区的热储地层及地质构造分布的基本情况,取得了较好的应用效果。1灰色增灰岩岩石结构调查区处于扬子准地台,大巴山台缘拗陷褶束南大巴山凹褶束的南东部,调查区域一带由一系列NWW-近EW-NEE的较开阔宽缓的褶皱组成,断裂构造不发育,总体形态呈向南突出的弧形(图1)。主要包括以下地层:(1)志留系。下部为灰色薄至中厚层石英砂岩,中部为灰色薄层泥质粉砂岩与砂质页岩不等厚互层,局部夹灰岩透镜体,上部灰绿色页岩为主夹粉砂岩。(2)二叠系。下统梁山组(P1l),为灰褐色细-粉砂质页岩,灰白色铝土质页岩。中统栖霞组(P2q),为深灰色、灰色厚层状灰岩,生物碎屑岩灰岩;茅口组(P2m),为深灰色厚层块状生物碎屑灰岩、有机质灰岩。上统吴家坪组(P3w),为黑色炭质页岩;大隆组(P3d),以黑色页岩为主。(3)三叠系。下统大冶组(T1d),以灰质青灰色灰岩,生物灰岩,鲕粒灰岩为主;嘉陵江组(T1j),为灰色-浅灰色薄-中厚层状灰岩,生物碎屑灰岩,夹少量白云质灰岩。中统巴东组(T2b),灰、深灰色中厚层灰岩为主,近底部为灰黑色角砾状灰岩,上部为浅黄色泥质灰岩,泥岩页岩为主。(4)第四系。主要分布于江河两岸的冲洪积物库区,蓄水后多被淹没,分布于溶蚀洼地及缓坡地带的残坡积物粘土夹砾碎石。2测点的amt点布置本文利用V8多功能电法仪进行野外工作。野外资料采集沿图1所示测线位置布置了35个AMT点,记录大地电磁的四个分量的时间序列,所观测频率范围为10400~0.035Hz,为保证视电阻率、阻抗相位资料的周期长度,所有测点记录时间均超过3h。AMT资料处理与解释的总体流程如图2所示。3维地震资料预处理众所周知,地球物理学中有地震学、电磁学、重力学、地磁学、地热学、放射性学和井中地球物理等学科。尽管地球物理学家研究地球所依据的物性参数不同,方法各异,但就工作程序而言,一般都可分为数据采集,资料处理和反演解释等三个阶段。其中反演解释的目的就是实现从地球物理异常(或响应)到地球物理模型的映射,使解释人员能从经过处理的地球物理资料(异常或响应)中提取出最接近真实情况的地质、地球物理模型,完成提出的地质任务。在大地电磁资料反演解释软件方面,国外起步较早,软件功能较为全面,但往往并不能对国内的实际工程情况进行很好的处理和解释,且成本较高。国内的大地电磁资料解释软件发展较慢,适用范围窄,鲁棒性差,复用性低,特别是缺乏适合于工程人员使用的、交互友好的解释系统。有鉴于此,本文利用自主开发完成的二维大地电磁处理与反演解释及成像软件系统(MTSoft2D2.0)。主要有以下功能:数据预处理模块。通过编辑平滑、静态校正、测点处理、空间滤波等过程对观测数据进行预处理,实现静态效应和地形影响等校正。正演模拟模块。通过屏幕建模构建地质模型,采用基于起伏地形四边形网格剖分算法的MT二维有限元正演,能够较好地模拟地表地形。正演模拟结果可以指导资料预处理、地表影响分析等,并被用于反演调用。反演解释模块。对观测数据预处理的结果,运用相应的反演成像方法进行反演,并实时监控反演结果。该模块除实现了常规的反演算法外,还实现了对常规算法的改进,并实现了利用钻孔或地质资料作为约束的电性约束反演方法研究,为该软件的主要创新点之一[6~8]。数据管理模块。建立完整数据管理系统,对野外原始数据,以及正演模拟、反演成像和预处理模块的结果数据进行综合管理,数据对各功能模块开放管理,实现了对各种仪器数据格式的兼容,提供相应的辅助编辑功能,形成界面友善的实用软件。成图显示模块。用户可以方便地对原始数据、正反演结果进行成图显示和实时监控,并可导出多种图形格式的数据文件。本文使用MTSoft2D2.0对数据进行预处理,结果见图3,并对该预处理结果数据采用反演解释模块中的改进二维非线性共轭梯度(NLCG)进行反演,即先采用Occam反演方法进行了一维反演形成拟二维地电剖面,然后将该结果作初始模型进行二维非线性共轭梯度(NLCG)反演,此改进方案利用了Occam反演和NLCG反演的互补性,在对初始模型的依赖性方面,Occam反演的优势可以弥补NLCG反演的缺点,而在反演速度方面,NLCG反演的优势则能弥补Occam反演的缺点。最终得到剖面的二维反演结果(图4)。从该反演结果剖面图可看出,由浅到深大致可划分出四个电性层,即低-高-低-高,这与区内主要地层(巴东组、嘉陵江组、大冶组和二叠系)的岩性对应良好。4研究区地质特征二维反演成象是迄今为止最基本的大地电磁测深反演解释方法,由此得到的二维地下介质电阻率分布图像是进行地质解释的最主要依据。对于未查明断裂的判断,主要依据大地电磁测深资料的如下特征:(1)曲线类型突变;(2)曲线模式变化;(3)电性层系列有明显差异或电性层埋深有明显错动;(4)因地层破碎富水,导致电阻率明显降低;(5)电阻率模型的等值线密集带或扭曲带。结合大地电磁二维反演结果和已有地质资料,最终得出了图5所示的推断地质剖面图。由反演剖面图的三个电阻率梯级带,推测在三叠系大冶组和嘉陵江组内部存在两条层间断裂,另外在测线南侧巴东组地层内也存在一条小的断裂,分别用F2、F3和F1表示。大昌背斜核部出露地层中三叠系中统巴东组第三、四段,主要为紫红色泥岩、粉砂岩为主,部分为灰色、黄灰色泥质灰岩夹白云质灰岩。巴东组第二段以紫红色泥岩为主夹粉砂岩及薄层泥质灰岩,为研究区主要的热储盖层。巴东组第一段为泥质灰岩,以泥岩页岩为主,岩性致密,电阻率高,但因厚度较小,层间岩溶较发育,实质上为次要热储盖层。经统计,整个巴东组电阻率为45.7~27542.3Ω·m,平均为485.3Ω·m,厚度介于290~629m。研究区主要热储层为三叠系下统嘉陵江组,以泥质灰岩和白云岩为主,地层埋深在-74~-299m之间,厚度介于618~946m,从岩性分析嘉陵江组二、四段为灰色-浅灰色中-厚层状白云岩,以白云质灰岩为主,夹盐溶角砾岩,表现为高电阻率,电阻率为7.6~20226.4Ω·m,平均为2371.4Ω·m,碳酸盐岩裂隙溶洞较为发育,裂隙溶洞水和埋藏型岩溶水赋存条件好,含水的可能性大,为本区主要热储层段。三叠系下统大冶组岩性为红色泥页岩与灰色泥灰岩的组合特征,在两个层间断裂之间平均厚度为608m,岩性较致密,在电阻率反演剖面图中表现为低阻,电阻率为5.4~169.8Ω·m,平均为30.1Ω·m,本层为嘉陵江组热储层的下部隔水层。二叠系,岩性主要为灰岩和生物碎屑岩类,电阻率为13.8~3801.9Ω·m,平均为792.5Ω·m,埋深介于-1608~-2444m,为区内主要热储层。最终在剖面1.2km设计了一个钻孔。经钻孔验证,在深度100m左右即见水,但水温较低,在深度为1100m处,水温达到50℃,井口日出水量在1000m3以上。5叠纪层间断裂本文从研究区的地层、构造等地质资料出发,介绍了音频大地电磁法地热资源勘查中