第九講天然源超低頻電磁法

1、天然源超低頻電磁探測技術(shù)及應(yīng)用天然源超低頻電磁探測技術(shù)及應(yīng)用 2011年6月16日 資源環(huán)境學(xué)院1Henan Polytechnic University 主講人：楊雙安河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院第六講 Henan Polytechnic University 2011年6月16日資源環(huán)境學(xué)院目錄：目錄：n 1、定義、研究意義及現(xiàn)狀n 2、探測原理n 3、實(shí)際應(yīng)用 n 4、結(jié)論n 5、存在問題 2 Henan Polytechnic University 2011年6月16日資源環(huán)境學(xué)院p1.1 定義 天然源超低頻電磁探測技術(shù)是一種在地表直接接收來自 地下3-30Hz頻段的天然源超低頻電磁信號，

2、通過對信號的分析和解釋實(shí)現(xiàn)對地下巖性界面、構(gòu)造、資源和能源進(jìn)行探測的頻率域地球物理勘探新方法。 3 Henan Polytechnic University2011年6月16日資源環(huán)境學(xué)院 4p1.2 研究意義 當(dāng)前，隨著勘探難度的不斷加大，地震和鉆井等常規(guī)物探手段勘探風(fēng)險和難度越來越大，周期也變長,并且探測深度和勘探范圍有限。而天然源超低頻電磁探測技術(shù)具有勘探深度大、成本低、效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，恰好彌補(bǔ)了常規(guī)物探手段的缺點(diǎn)。已有的探測結(jié)果表明該項(xiàng)技術(shù)在煤層氣、斷層、地?zé)嵋约坝蜌饪碧椒矫鎽?yīng)用效果理想，因此開展天然源超低頻電磁探測技術(shù)的研究將具有重要意義。 Henan Polytechnic Un

3、iversity 2011年6月16日資源環(huán)境學(xué)院天然源超低頻電磁探測技術(shù)的研究目前還處于起步階段，國內(nèi)外相關(guān)的研究很少，其發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個階段：5p1.3 研究現(xiàn)狀第一階段：20世紀(jì)80年代以來，伴隨著儀器和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)步,非地震勘探方法獲得了巨大的發(fā)展,其中電磁勘探最為明顯。第二階段：20世紀(jì)90年代初，國際上地球物理學(xué)家就認(rèn)識到超低頻波段的電磁波尚未開發(fā)利用，俄羅斯和美國最早研究了人工源超低頻電磁探測技術(shù),該技術(shù)的前提是要用人工方法產(chǎn)生大功率交變電磁場,但場強(qiáng)較小,其感生二次場也會較小，穿透能力較差，而天然場源電磁波穿透力較強(qiáng)，因此如何開發(fā)接收地下深部的天然源超低頻電磁信號的勘

4、探技術(shù),成為這一時期國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。第三階段：20世紀(jì)90年代中期，北京大學(xué)石油天然氣研究中心提出了一種比較成熟的天然源超低頻電磁探測技術(shù)，并將其應(yīng)用到煤層氣、斷層、地?zé)嵋约坝蜌饪碧缴?，天然源超低頻探測技術(shù)獲得了空前的發(fā)展。 Henan Polytechnic University 2011年6月16日資源環(huán)境學(xué)院p2 探測原理圖2-1BD-6型超低頻探測儀6 采用北京大學(xué)研制的BD-6型超低頻電磁探測儀（如圖2-1）,通過高精度、高靈敏度的傳感器,在地面實(shí)時接收地下不同深度的巖性界面輻射的超低頻電磁波, 信號經(jīng)過前置放大器放大后,進(jìn)入主機(jī)的數(shù)據(jù)采集和頻深轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化采集,所探測到的超

5、低頻電磁波頻譜曲線是數(shù)字化采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過頻譜分析后得到的深度-振幅分布曲線(如圖2-2)， h=H(f)=107 355f-1.0184 (1) f=F(h)=86 959h-0.9817 (2)結(jié)合已知地質(zhì)、鉆井等信息對探測曲線進(jìn)行解譯從而獲得所需地質(zhì)信息。 Henan Polytechnic University 2011年6月16日 資源環(huán)境學(xué)院7圖2-2 超低頻電磁探測深度-振幅曲線 深度-振幅曲線如圖2-2所示，縱坐標(biāo)為深度,單位為m,橫坐標(biāo)為振幅,無量綱,是隨探測深度變化的超低頻電磁波的相對能量,振幅的大小與地下巖石的密度、膠結(jié)程度、破壞程度以及磁性和介電常數(shù)有關(guān)，頻譜曲線能夠反

6、映出有巖性差別的巖性界面、風(fēng)化面、斷層面、含水部位等。 本報告是嚴(yán)格保密的。8 Henan Polytechnic Universityp3 實(shí)際應(yīng)用n3.1、斷層預(yù)測n3.2、瓦斯探測n3.3、富水區(qū)探測 Henan Polytechnic University 2011年6月16日 資源環(huán)境學(xué)院p3.1斷層探測9 理論根據(jù)：通常是密度小、孔隙度高的地層振幅較低密度小、孔隙度高的地層振幅較低, ,波形波形顯示圓滑形或鈍鋸型顯示圓滑形或鈍鋸型;巖石固結(jié)好、密度大、孔隙度小的地固結(jié)好、密度大、孔隙度小的地層振幅明顯增大層振幅明顯增大, ,波形顯示尖棱型或鋸齒型波形顯示尖棱型或鋸齒型。頻譜曲線振幅

7、明顯由小變大或由大變小的突變位置,往往可以推斷為巖性界面或重要的地質(zhì)界面，據(jù)此來確定斷層的位置。 Henan Polytechnic University 2011年6月16日資源環(huán)境學(xué)院10圖3-1 呼和浩特市新華廣場斷裂某測點(diǎn)測線超低頻探測曲線 Henan Polytechnic University 2011年6月16日資源環(huán)境學(xué)院p3.2煤層氣探測11理論根據(jù)：一般情況下煤層氣含量低或不含煤層氣的的煤層超低頻電磁探測曲線振幅較低。而煤層氣含量高的煤層或砂巖層壓力比較大，壓力越大電阻率升的越高、探測曲線幅值也就越高。煤層氣在曲線上表現(xiàn)為在煤層下面有一個突出的矩形區(qū)域，矩形頂部為波浪狀曲線

8、，據(jù)此來判斷煤層氣的富集區(qū)域。 Henan Polytechnic University 2011年6月16日 資源環(huán)境學(xué)院12 Henan Polytechnic University 2011年6月16日資源環(huán)境學(xué)院13 Henan Polytechnic University 2011年6月16資源環(huán)境學(xué)院14p3.3 煤礦富水區(qū)探測理論根據(jù)：煤礦富水區(qū)的賦存狀態(tài)主要包括煤層頂?shù)装宓纳皫r裂隙水和灰?guī)r裂隙水,其超低頻電磁頻譜特征與信號響應(yīng)包括:（1）地下水通常不為電中性,會含有導(dǎo)電離子,這些導(dǎo)電離子的活動性會降低地下水的電阻率,進(jìn)而引發(fā)地表超低頻電磁場阻抗值降低;（2）地下水多賦存在巖石破

9、碎帶、孔隙和裂隙之中,這些也會導(dǎo)致地表超低頻電磁場阻抗值降低。以上地下水信號的響應(yīng)綜合表現(xiàn)為超低頻電磁測深頻譜曲線上的低振幅特征, Henan Polytechnic University 2011年6月16日 資源環(huán)境學(xué)院15 首先根據(jù)解譯標(biāo)志對該地區(qū)進(jìn)行地層劃分，松散、破碎、成巖程度低的巖石,曲線形態(tài)呈稀疏、跳躍起伏劇烈、平均幅值小。反之,成巖程度高、堅(jiān)硬完整的巖石,則曲線致密、平穩(wěn)、均勻,如大多數(shù)灰?guī)r。通過測深曲線形態(tài)及相對振幅特征,可以劃分出地層界面（如圖3-6所示）。圖3-6 測線1測點(diǎn)01探測曲線 Henan Polytechnic University 2011年6月16資源環(huán)境

10、學(xué)院16 圖3-7測線1富水區(qū)解釋圖（1、砂巖 2、泥巖 3、砂質(zhì)泥巖 4、灰?guī)r 5、煤） 已知該地區(qū)富水區(qū)為太原組灰?guī)r水,灰?guī)r界面如圖3-7上部虛線所示,從松散、破碎、成巖程度低的的砂質(zhì)泥巖過渡到成巖程度高、堅(jiān)硬完整的灰?guī)r，振幅明顯升高，之后由于頂板砂巖裂隙水及底板灰?guī)r水的存在，振幅又明顯降低，再往下隨著含水量的減少，振幅又一次表現(xiàn)出升高的特征，據(jù)此劃分出富水區(qū)范圍如圖3-7所示。 Henan Polytechnic University 二零零八年六月資源環(huán)境學(xué)院17p4 結(jié)論 天然源超低頻電磁電磁探測技術(shù)近年來新興的技術(shù)，其研究還很不完善，實(shí)例中的應(yīng)用效果表明天然源超低頻電磁探測技術(shù)在能源勘探、資源勘查和地質(zhì)構(gòu)造探測中具有了良好的性能和開發(fā)潛力，當(dāng)前利用地震和鉆井等常規(guī)物探手段勘探成本較高, 可以嘗試結(jié)合少量已知的鉆孔和地質(zhì)資料,利用輕便、機(jī)動靈活、探測成本低的被動式超低頻電磁探測儀進(jìn)行探測。隨著研究的進(jìn)一步深入，天然源超低頻電磁探測技術(shù)在資源勘查領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來越大的作用。 Henan Polyt