第九讲天然源超低频电磁法

1、天然源超低频电磁探测技术及应用天然源超低频电磁探测技术及应用 2011年6月16日 资源环境学院1Henan Polytechnic University 主讲人：杨双安河南理工大学资源环境学院第六讲 Henan Polytechnic University 2011年6月16日资源环境学院目录：目录：n 1、定义、研究意义及现状n 2、探测原理n 3、实际应用 n 4、结论n 5、存在问题 2 Henan Polytechnic University 2011年6月16日资源环境学院p1.1 定义 天然源超低频电磁探测技术是一种在地表直接接收来自 地下3-30Hz频段的天然源超低频电磁信号，

2、通过对信号的分析和解释实现对地下岩性界面、构造、资源和能源进行探测的频率域地球物理勘探新方法。 3 Henan Polytechnic University2011年6月16日资源环境学院 4p1.2 研究意义 当前，随着勘探难度的不断加大，地震和钻井等常规物探手段勘探风险和难度越来越大，周期也变长,并且探测深度和勘探范围有限。而天然源超低频电磁探测技术具有勘探深度大、成本低、效率高等诸多优点，恰好弥补了常规物探手段的缺点。已有的探测结果表明该项技术在煤层气、断层、地热以及油气勘探方面应用效果理想，因此开展天然源超低频电磁探测技术的研究将具有重要意义。 Henan Polytechnic Un

3、iversity 2011年6月16日资源环境学院天然源超低频电磁探测技术的研究目前还处于起步阶段，国内外相关的研究很少，其发展大致经历了以下几个阶段：5p1.3 研究现状第一阶段：20世纪80年代以来，伴随着仪器和数据处理技术的进步,非地震勘探方法获得了巨大的发展,其中电磁勘探最为明显。第二阶段：20世纪90年代初，国际上地球物理学家就认识到超低频波段的电磁波尚未开发利用，俄罗斯和美国最早研究了人工源超低频电磁探测技术,该技术的前提是要用人工方法产生大功率交变电磁场,但场强较小,其感生二次场也会较小，穿透能力较差，而天然场源电磁波穿透力较强，因此如何开发接收地下深部的天然源超低频电磁信号的勘

4、探技术,成为这一时期国内外研究的热点。第三阶段：20世纪90年代中期，北京大学石油天然气研究中心提出了一种比较成熟的天然源超低频电磁探测技术，并将其应用到煤层气、断层、地热以及油气勘探上，天然源超低频探测技术获得了空前的发展。 Henan Polytechnic University 2011年6月16日资源环境学院p2 探测原理图2-1BD-6型超低频探测仪6 采用北京大学研制的BD-6型超低频电磁探测仪（如图2-1）,通过高精度、高灵敏度的传感器,在地面实时接收地下不同深度的岩性界面辐射的超低频电磁波, 信号经过前置放大器放大后,进入主机的数据采集和频深转换系统进行数字化采集,所探测到的超

5、低频电磁波频谱曲线是数字化采集到的数据经过频谱分析后得到的深度-振幅分布曲线(如图2-2)， h=H(f)=107 355f-1.0184 (1) f=F(h)=86 959h-0.9817 (2)结合已知地质、钻井等信息对探测曲线进行解译从而获得所需地质信息。 Henan Polytechnic University 2011年6月16日 资源环境学院7图2-2 超低频电磁探测深度-振幅曲线 深度-振幅曲线如图2-2所示，纵坐标为深度,单位为m,横坐标为振幅,无量纲,是随探测深度变化的超低频电磁波的相对能量,振幅的大小与地下岩石的密度、胶结程度、破坏程度以及磁性和介电常数有关，频谱曲线能够反

6、映出有岩性差别的岩性界面、风化面、断层面、含水部位等。 本报告是严格保密的。8 Henan Polytechnic Universityp3 实际应用n3.1、断层预测n3.2、瓦斯探测n3.3、富水区探测 Henan Polytechnic University 2011年6月16日 资源环境学院p3.1断层探测9 理论根据：通常是密度小、孔隙度高的地层振幅较低密度小、孔隙度高的地层振幅较低, ,波形波形显示圆滑形或钝锯型显示圆滑形或钝锯型;岩石固结好、密度大、孔隙度小的地固结好、密度大、孔隙度小的地层振幅明显增大层振幅明显增大, ,波形显示尖棱型或锯齿型波形显示尖棱型或锯齿型。频谱曲线振幅

7、明显由小变大或由大变小的突变位置,往往可以推断为岩性界面或重要的地质界面，据此来确定断层的位置。 Henan Polytechnic University 2011年6月16日资源环境学院10图3-1 呼和浩特市新华广场断裂某测点测线超低频探测曲线 Henan Polytechnic University 2011年6月16日资源环境学院p3.2煤层气探测11理论根据：一般情况下煤层气含量低或不含煤层气的的煤层超低频电磁探测曲线振幅较低。而煤层气含量高的煤层或砂岩层压力比较大，压力越大电阻率升的越高、探测曲线幅值也就越高。煤层气在曲线上表现为在煤层下面有一个突出的矩形区域，矩形顶部为波浪状曲线

8、，据此来判断煤层气的富集区域。 Henan Polytechnic University 2011年6月16日 资源环境学院12 Henan Polytechnic University 2011年6月16日资源环境学院13 Henan Polytechnic University 2011年6月16资源环境学院14p3.3 煤矿富水区探测理论根据：煤矿富水区的赋存状态主要包括煤层顶底板的砂岩裂隙水和灰岩裂隙水,其超低频电磁频谱特征与信号响应包括:（1）地下水通常不为电中性,会含有导电离子,这些导电离子的活动性会降低地下水的电阻率,进而引发地表超低频电磁场阻抗值降低;（2）地下水多赋存在岩石破

9、碎带、孔隙和裂隙之中,这些也会导致地表超低频电磁场阻抗值降低。以上地下水信号的响应综合表现为超低频电磁测深频谱曲线上的低振幅特征, Henan Polytechnic University 2011年6月16日 资源环境学院15 首先根据解译标志对该地区进行地层划分，松散、破碎、成岩程度低的岩石,曲线形态呈稀疏、跳跃起伏剧烈、平均幅值小。反之,成岩程度高、坚硬完整的岩石,则曲线致密、平稳、均匀,如大多数灰岩。通过测深曲线形态及相对振幅特征,可以划分出地层界面（如图3-6所示）。图3-6 测线1测点01探测曲线 Henan Polytechnic University 2011年6月16资源环境

10、学院16 图3-7测线1富水区解释图（1、砂岩 2、泥岩 3、砂质泥岩 4、灰岩 5、煤） 已知该地区富水区为太原组灰岩水,灰岩界面如图3-7上部虚线所示,从松散、破碎、成岩程度低的的砂质泥岩过渡到成岩程度高、坚硬完整的灰岩，振幅明显升高，之后由于顶板砂岩裂隙水及底板灰岩水的存在，振幅又明显降低，再往下随着含水量的减少，振幅又一次表现出升高的特征，据此划分出富水区范围如图3-7所示。 Henan Polytechnic University 二零零八年六月资源环境学院17p4 结论 天然源超低频电磁电磁探测技术近年来新兴的技术，其研究还很不完善，实例中的应用效果表明天然源超低频电磁探测技术在能源勘探、资源勘查和地质构造探测中具有了良好的性能和开发潜力，当前利用地震和钻井等常规物探手段勘探成本较高, 可以尝试结合少量已知的钻孔和地质资料,利用轻便、机动灵活、探测成本低的被动式超低频电磁探测仪进行探测。随着研究的进一步深入，天然源超低频电磁探测技术在资源勘查领域将会发挥越来越大的作用。 Henan Polyt