電磁干擾與地?zé)豳Y源勘探的聯(lián)合應(yīng)用

電磁干擾與地?zé)豳Y源勘探的聯(lián)合應(yīng)用

在地?zé)豳Y源勘探過程中，如cd、tem、地震、mt和csamt，不同的地球物理工作方法獲得的數(shù)據(jù)具有良好的地下層結(jié)構(gòu)，但由于不同方法的固有局限性和城市特殊的工作環(huán)境，反演結(jié)果在一定程度上難以確定地下層的厚度和阻值。在實(shí)際工作中，為了避免在野外調(diào)查中使用不同的方法，使用不同的方法進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)特定領(lǐng)域的補(bǔ)充。ssamt沿測(cè)線方向高度連續(xù)采集，有效劃分了平坦部分的不均勻體，提高了水平方向的分辨率，并為mt數(shù)據(jù)校正提供了土電模型。由于高阻屏蔽層的影響，mt不受屏蔽層的影響，高阻中低阻層的分辨率很高。兩種方法可以同時(shí)提高橫向分辨率，并且可以提高縱向分辨率，這可以準(zhǔn)確反映平面和深部結(jié)構(gòu)。綜合反演的結(jié)果，以及已知的開挖數(shù)據(jù)，是確定不同介質(zhì)中地電結(jié)構(gòu)和地下下介質(zhì)之間的差異、確定斷層和熱儲(chǔ)存層的有效方法。1csamt方法MT、CSAMT都是頻率域的探測(cè)方法,依據(jù)電磁感應(yīng)的趨膚效應(yīng),高頻電磁場(chǎng)穿透淺、低頻電磁場(chǎng)穿透深的原理,頻率不同,探測(cè)深度也不同,只要改變頻率的范圍就可以獲取不同深度的電性信息.通過計(jì)算電磁場(chǎng)值,就可用來(lái)研究地電參數(shù)的變化,從而達(dá)到頻率域測(cè)深的目的.MT(Magnetotelluric)大地電磁法,是一種被動(dòng)源的技術(shù)方法.主要通過觀測(cè)具有區(qū)域性乃至全球性分布特征的天然交變電磁場(chǎng)來(lái)達(dá)到測(cè)深的目的,觀測(cè)頻率一般為0.0001～400Hz,能對(duì)深部構(gòu)造有較好的反映,探測(cè)深度達(dá)幾十公里.其主要特點(diǎn)是裝備輕便、無(wú)需人工源、信息豐富、技術(shù)成熟、處理手段多樣化.但其場(chǎng)源信號(hào)弱、抗干擾能力較差,適于在電磁干擾較小的區(qū)域工作.近年來(lái)在儀器、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)處理與反演、解釋技術(shù)等方面都有矚目的進(jìn)展,很大程度上改善了該方法的可靠性和實(shí)用性,已廣泛應(yīng)用于石油、礦產(chǎn)、地?zé)豳Y源及深部構(gòu)造調(diào)查等諸多領(lǐng)域.CSAMT(Controlled-SourceAudiofrequencyMagnetotelluric)可控源音頻大地電磁法,采用人工源平面電磁波.通過接收在測(cè)區(qū)外3～5倍供電極距處發(fā)射的不同頻率人工電磁波來(lái)進(jìn)行工作,頻率范圍(2-1～213Hz),采用標(biāo)量測(cè)量的方法,每個(gè)排列可同時(shí)觀測(cè)7個(gè)電場(chǎng)分量Ex及一個(gè)正交的磁場(chǎng)分量Hy.其特點(diǎn)是場(chǎng)源信號(hào)強(qiáng)、具有較強(qiáng)的抗干擾能力、信噪比及工作效率高;但在低阻覆蓋地區(qū)由于介質(zhì)對(duì)電磁波的吸收能力較強(qiáng),故穿透深度淺,高阻覆蓋地區(qū)則相反;另一方面由于發(fā)射源產(chǎn)生的電磁波為近似的平面波,有限遠(yuǎn)場(chǎng)源的影響導(dǎo)致低頻時(shí)的視電阻率與真電阻率的差異,需進(jìn)行近場(chǎng)校正.野外施工中通過阻抗張量計(jì)算方法獲得MT資料基本參數(shù),根據(jù)Cagniard公式ρs=|Ex|2/(5f|Hy|2)(Ω·m)求得CSAMT的卡尼亞電阻率(E以mV/km為單位;H以γ為單位;f為發(fā)射頻率,單位為Hz).為獲得高信噪比的觀測(cè)數(shù)據(jù),在CSAMT施工中可使測(cè)區(qū)與場(chǎng)源靠近些,提高接收信號(hào)的強(qiáng)度,增強(qiáng)抗干擾信號(hào)的能力.對(duì)數(shù)據(jù)用導(dǎo)入“近場(chǎng)”因子法進(jìn)行近場(chǎng)校正及EMAP空間濾波處理,以降低有限遠(yuǎn)場(chǎng)源的影響,消除高頻成分及電性橫向不均勻所造成的靜態(tài)效應(yīng).MT采用24h連續(xù)觀測(cè)的方式,增加數(shù)據(jù)的疊加次數(shù),資料處理時(shí)采用Robust計(jì)算及張量阻抗分解方法,該方法很大程度上能消除人文干擾和局部畸變,突出有用信號(hào),壓制干擾,提高資料的信噪比.由于視電阻率在強(qiáng)干擾地區(qū)易發(fā)生畸變,可根據(jù)相位資料受電磁干擾的影響比較小的特點(diǎn),對(duì)部分畸變電阻率進(jìn)行恢復(fù)校正.另外也可通過人機(jī)可視化操作預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)一步剔除近場(chǎng)干擾、電磁干擾、人文干擾和隨機(jī)噪聲干擾,它是消除干擾信號(hào)的有效方法.施工前首先要估計(jì)測(cè)區(qū)周圍電磁噪聲的強(qiáng)度和場(chǎng)源位置,布設(shè)點(diǎn)位時(shí)盡量避開噪聲源或選擇電磁噪聲較弱的時(shí)段進(jìn)行觀測(cè),確保為后續(xù)的資料解釋工作提供可靠的數(shù)據(jù),提高地質(zhì)推斷解釋的精度.反演處理是頻率測(cè)深資料解釋的重要環(huán)節(jié),在對(duì)CSAMT資料進(jìn)行校正及相關(guān)濾波后一般采用MT的資料解釋方法,并結(jié)合二者資料,用CSAMT數(shù)據(jù)對(duì)MT的曲線首支做靜態(tài)改正后做聯(lián)合反演.由于初始模型的給定方式不同,反演的方法也隨之不同,為減少反演的多解性和提高地質(zhì)推斷解釋的可靠性,可依據(jù)Bostick反演的結(jié)果建立初始的地電模型,并根據(jù)已知資料加入約束條件,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一維連續(xù)介質(zhì)反演、二維連續(xù)介質(zhì)反演及綜合信息建模和成像處理.2以地層內(nèi)的低阻層為單位設(shè)計(jì)井位的熱儲(chǔ)集層在1999年天津西青開發(fā)區(qū)地?zé)豳Y源勘探過程中,采用CSAMT及MT資料聯(lián)合反演的方法對(duì)設(shè)計(jì)井位地下熱水資源儲(chǔ)集層的深度進(jìn)行推斷解釋并得到鉆井驗(yàn)證.一般來(lái)講含水破碎帶的電性表現(xiàn)為低阻,如果破碎帶賦存熱水,由于熱水?dāng)y帶大量的活性離子,則破碎帶的電阻率相對(duì)更低.根據(jù)地下高阻介質(zhì)中低阻層的存在可有效推斷斷裂及熱儲(chǔ)層的位置.2.1地?zé)豳Y源豐富測(cè)區(qū)隸屬的滄縣隆起是一個(gè)巨大的潛伏隆起,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,第四系覆蓋較厚,東斷西超,南厚北薄,深部以霧迷山組為代表的元古界自西向東深度加大.受北東和北西向兩組斷裂作用及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,使得該區(qū)地?zé)豳Y源豐富.尤其是斷裂的交匯處,既有第三系熱儲(chǔ)層(深度600～1000m),又有深層基巖熱儲(chǔ)層(1000～2000m).測(cè)區(qū)位于白塘口凹陷的西緣,基巖埋深約1200m,附近斷裂構(gòu)造發(fā)育,對(duì)測(cè)區(qū)起主要作用的是白塘口西斷裂.測(cè)區(qū)有變電站、鐵路、工廠等較強(qiáng)的電磁干擾背景.已鉆探井WR64,深度2000m,見溶洞,空隙度大,裂隙發(fā)育.擬在距已鉆探井東約1700m處設(shè)計(jì)地?zé)徙@井WR65,推斷其第三系及古生界霧迷山組熱儲(chǔ)層的深度與厚度.2.2線路和點(diǎn)的配置CSAMT完成10個(gè)排列,點(diǎn)距約50m,控制剖面3100m;布設(shè)MT測(cè)深點(diǎn)7個(gè),在已知井及設(shè)計(jì)井旁分別做井旁測(cè)深(圖1).2.3地層及含水層結(jié)構(gòu)通過對(duì)CSAMT、MT的剖面反演知:兩者都對(duì)地下地電結(jié)構(gòu)有較細(xì)致的反映.前者對(duì)淺層介質(zhì)橫向電性差異有細(xì)致的刻畫,后者對(duì)深部電性結(jié)構(gòu)的變化反映明顯(圖2,3).根據(jù)圖示分析,MT反演斷面頂部電阻率值偏低,橫向分布相對(duì)均勻,CSAMT反映為局部的異常,由于表層第四系覆蓋較厚,其探測(cè)深度較淺;深部電阻率較高,阻值可達(dá)幾百至上千歐姆·米,橫向變化明顯,西部WR64偏高,高阻介質(zhì)分布偏淺,東部阻值偏低,高阻介質(zhì)分布加深,在綜合上述資料的基礎(chǔ)上對(duì)已知井與設(shè)計(jì)井加入約束條件并進(jìn)行聯(lián)合反演,結(jié)果如圖4所示.WR64井深1150m以上,介質(zhì)電阻率出現(xiàn)有十幾～幾十Ω·m的變化,該段與新生代地層相對(duì)應(yīng),其中,淺部高于30Ω·m的部分為第四系的反映,下部偏低阻段與第三系吻合.由于鉆井揭示中生代地層僅100m左右,因此該井自1260m以下即進(jìn)入霧迷山組白云巖這種高阻介質(zhì)為代表的高阻層,電阻率普遍高于200Ω·m,局部可達(dá)300～500Ω·m.該高阻層中有兩段相對(duì)低阻:上段位于1700～1900m,與已知出水層對(duì)應(yīng);下段位于2020～2180m,已超出鉆井深度.綜合反演的結(jié)果與鉆井揭示地層相當(dāng)一致,說明其結(jié)果可用于地?zé)峥辈?根據(jù)聯(lián)合反演資料揭示的規(guī)律,對(duì)WR65進(jìn)行推斷:新生代地層厚度沒有明顯的變化,中生代地層明顯加厚(大于800m);推斷元古界(霧迷山組)頂面埋深為2400m,其上可能存在300～400m的古生代地層.根據(jù)相對(duì)應(yīng)的低阻層位置可推斷含水層有2套,其一位于2700～3000m,應(yīng)為霧迷山三組的含水層;另一套位于3350～3500m,可能為霧迷山二組的含水層.相鄰兩井的深度發(fā)生變化主要是斷裂存在的影響.鉆探完井結(jié)果驗(yàn)證:WR65在2880m進(jìn)入熱水層,溫度94°,出水量110t/h,說明解釋結(jié)果具有一定的精度.3覆蓋層阻值(1)在電磁干擾較大的城區(qū)及其外圍地區(qū)應(yīng)用MT及CSAMT方法相互補(bǔ)充并結(jié)合已知資料進(jìn)行以低阻為特征的熱儲(chǔ)層的勘探是行之有效的.(2)CSAMT方法抗干擾能力強(qiáng),對(duì)淺層介質(zhì)的構(gòu)造有細(xì)致的