复杂地区综合地球物理勘探方法技术应用.pdf

世界有色金属2023年6月上142复杂地区综合地球物理勘探方法技术应用蔡海涛，孙磊，薛宝林，江娜（华北地质勘查局五一九大队，河北 保定 0 7 1 0 5 1）摘 要：扬子准地台位于中国中西部，是一个复杂的大地构造区域。该区地表地质条件差，相对高差较大，最大可达8 0 0 m1 0 0 0 m，有很多喀斯特溶洞形成在中、古生代碳酸盐岩地层中。地底构造复杂，地质构造倾斜角较大，正断层陡峭。地形落差大，地面地质构造不平滑，形成了强烈的透射面波，这对地震勘探产生了严重的透射影响，而复杂的地底结构也增加了深层地震灾害的显像难度。此外，快速火成岩构造和浅部碎屑岩广泛存在，使得反射面动能无法向深层传播，进一步增加了地震勘探的难题。碎屑岩的存在也屏蔽了下伏地质构造的散射动能，导致目的层反射波较弱。地面的多样性也给作用力和电法等地球物理方法增加了一定的技术难点。复杂的地貌波动和地面非均质体的发育也会导致重力异常的失真；在地貌落差的推动下，地表浅部电荷分布不均匀，使得MT或E MA P 视电阻曲线图出现严重失真。因此，在这一地区进行地球物理勘探具有一定的困难。关键词：繁杂地区；地球物理；勘探中图分类号：P 6 3 1.4 2 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 1-0 1 4 2-3Application of Comprehensive Geophysical Exploration Methods and Technologies in Complex AreasCAIHai-tao,SUNLei,XUEBao-lin,JIANGNa(5 1 9 B r i g a d e o f t h e No r t h C h i n a G e o l o g i c a l S u r v e y B u r e a u,B a o d i n g 0 7 1 0 5 1,C h i n a)Abstract:T e c t o n i c a l l y l o c a t e d i n t h e c e n t r a l a n d w e s t e r n p a r t s o f t h e Y a n g t z e p a r a p l a t f o r m,w i t h t h e u p p e r p a r t l e a n i n g t o w a r d s t h e e a s t,i t i s a c o mp l e x g e o p h y s i c a l e x p l o r a t i o n a r e a.T h e s u r f a c e g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s i n t h i s a r e a a r e p o o r,a n d t h e r e l a t i v e e l e v a t i o n d i f f e r e n c e i s l a r g e,u p t o 8 0 0 m1 0 0 0 m,w i t h mo r e o u t c r o p s.K a r s t P l a t e a u c a v e s a r e d e v e l o p e d i n t h e mi d d l e a n d P a l e o z o i c C a r b o n a t e r o c k s t r a t a;T h e u n d e r g r o u n d s t r u c t u r e i s c o mp l e x,w i t h a r e l a t i v e l y l a r g e i n c l i n a t i o n a n g l e o f g e o l o g i c a l s t r u c t u r e s a n d s t e e p n o r ma l f a u l t s.T h e s i g n i f i c a n t t e r r a i n d r o p a n d u n e v e n g e o l o g i c a l s t r u c t u r e o n t h e g r o u n d c o n s t i t u t e h i g h l y d y n a mi c t r a n s mi s s i o n s u r f a c e w a v e s,w h i c h a l s o h a v e s e r i o u s t r a n s mi s s i o n e f f e c t s i n s e i s mi c e x p l o r a t i o n.T h e p r e s e n c e o f c o mp l e x u n d e r g r o u n d s t r u c t u r e s i n s e i s mi c e x p l o r a t i o n a l s o a d d s d i f f i c u l t y f a c t o r s t o t h e i ma g i n g o f d e e p s e i s mi c d i s a s t e r s.I n a d d i t i o n,t h e r a p i d g e o l o g i c a l s t r u c t u r e o f I g n e o u s r o c k a n d t h e w i d e s p r e a d d e v e l o p me n t o f C l a s t i c r o c k i n t h e s h a l l o w p a r t ma k e t h e k i n e t i c e n e r g y o f t h e r e f l e c t o r s h i e l d a w a y a n d c a n n o t s p r e a d t o t h e d e e p l a y e r,w h i c h f u r t h e r e n h a n c e s t h e d i f f i c u l t i e s i n s e i s mi c e x p l o r a t i o n.T h e d e v e l o p me n t o f C l a s t i c r o c k a l s o s h i e l d s t h e s c a t t e r i n g k i n e t i c e n e r g y o f t h e u n d e r l y i n g g e o l o g i c a l s t r u c t u r e,r e s u l t i n g i n t h e w e a k r e f l e c t i o n w a v e g r o u p o f t h e t a r g e t l a y e r.T h e d i v e r s i t y o f g r o u n d r e q u i r e me n t s h a s a d d e d c e r t a i n t e c h n i c a l d i f f i c u l t i e s t o t h e f o r c e s a n d e l e c t r i c a l me t h o d s (MT,E MA P,e t c.).T h e s t r o n g g e o mo r p h i c f l u c t u a t i o n a n d t h e d e v e l o p me n t o f s u r f a c e h e t e r o g e n e i t y w i l l a l s o l e a d t o t h e l o s s o f f r a me o f G r a v i t y a n o ma l y;Un d e r t h e p r o mo t i o n o f g e o mo r p h i c d r o p,t h e h e t e r o g e n e i t y o f s u r f a c e c h a r g e s i n s h a l l o w a r e a s i s s i g n i f i c a n t,r e s u l t i n g i n s e v e r e l o s s o f f r a me i n MT o r E MA P a p p a r e n t r e s i s t a n c e c u r v e s.T h e r e f o r e,c o n d u c t i n g g e o p h y s i c a l e x p l o r a t i o n i n t h i s a r e a h a s c e r t a i n d i f f i c u l t i e s.Keywords:c o mp l e x r e g i o n s;G e o p h y s i c s;p r o s p e c t i n g收稿日期：2 0 2 3-0 4作者简介：蔡海涛，男，生于1 9 8 3 年，汉族，河北保定人，本科，工程师，研究方向：地质勘查、地球物理勘探。无论使用哪种地球物理方法，都需要考虑某一岩层的物理性能特点，了解地球物理场的某些方面特点和反应，但存在局限性。因此，我们需要坚持将地质环境和地球物理相结合的方式进行分析。目前，山坡地地震灾害的数据处理方法多种多样，基本的处理方式已经不再适用于静校准、去噪、速率分析和偏位管理等困难问题。开发利用地震灾害、作用力、电法勘探等方法，不仅可以满足地质结构的概要调查，还可以控制成本，提高经济效益。本文重点阐述了通过人工地震、天然地震、作用力地震灾害、磁性地震灾害、电法地震灾害和热气地震灾害收集的材料，并通过协同正逆变技术，综合地质环境和地球物理表征，了解地底页面、破裂、地质体、碎屑岩的分布特征。采用综合地球物理判定和定量分析解释方法，将单一的全面分析发展成对复杂地质体进行全面定量分析表征，在物理-地质模型基础上实现了静态数据到动态模拟的转变。1 地球物理基础地质地层的物理特征和空间变化是形成地球物理场地貌的关键。综合利用物探波场或电位场与地下物质地层的物理特征密切相关，无论是利用人工还是利用自然场。鄂渝湘地区各种冲积物系是不同时代火成岩及碎屑岩类的堆积1。为了了解科学研究区地球物理场的物理性能特点及其相互关系，我们在矿井组织开展了编码序列测井曲线数据分析，发现在上、下两个页面上，速率、相对密度和电荷等方面存在显著差异。通过结合路面岩样的物理性能剖析材料，我们得出了统一的物理性能特征界定值。浅部地质构造透射系数较大，易产生明显的反射面；而深层地质构造透射系数较小，反射波动能较弱。通过T-Z相对密度差别页面的比较，可以明显地显示出对应于每个相对密度页面的作用力的正向和反向变化技术表述，具有一定的指导意义。地电特点明显，地电地质构造间的电阻值差异很大，可以作为MT、EMAP数据信息的逆变技术表述依据。地球物理页面上存在明显不同类型的高、低发展趋势，接近一致的高发展趋势，这为地震数据场、重力场和磁场的逆变技术表述提供了标准。浅层主要界面地震灾害透射系数较大时，可以利用地震灾害反射面特点对土层进行表述，填补地震灾害反射面的缺陷，较好2023年6月上 世界有色金属 143地揭示深部目的层地质结构。2 综合地球物理方法的运用2.1 重力勘探在湖北、重庆和湖南地区，由于地形相对高差较大，野外观测得到的布格异常值充分反映了地下结构和地貌。这使得地下地质体的重力响应特征隐藏在扰动背景下的地表，不能反映该地区地下结构的真实形态。在大多数情况下，重力测量点往往位于崎岖地形上，导致重力异常变形，需要通过曲率平整度来克服崎岖地形对重力测量结果的影响。此外，根据复杂的地表地质条件，对近区、内区和远区地形进行了修正。近区采用斜导圆柱三角形棱镜实体模型，远区采用斜发展趋势面准地貌立柱。在数值计算方法中，应采用适当的网格距离和地貌标定半径。通过对岩层相对密度参数的统计分析，采用地表砂质粉砂岩冒口的相对密度（2.642.65）103kg/m3和石灰石立管的相对密度值为2.7103kg/m3进行修正。未经地形改正的布格重力异常与地形有关，主要反映地形干扰异常和地表非均质性。经过现场校正后，这些影响基本消除了结构的整体轮廓，结构的主方向为NE方向。基底可见大的穹顶状背斜构造。在此基础上，采用水平和垂直扩展、趋势分析和匹配滤波等处理方法，并通过延拓、变化趋势、匹配滤波等几种解决方式，根据相对密度亲近的相邻层系组成等效电路层，大多采用延拓差值法创建简化的地质构造相对密度结构模型，运用已知技术骨干地震灾害截面，以钻探分层次为指导，对分离出来的场带开展逆变技术，获得了各种相对密度界面的埋藏深度值。2.2 电磁法勘探由于地面环境恶劣，地面施工条件差，受历史和人为因素的影响较大，电磁信号观测存在一定的噪声。在电磁法勘探中，如何消除地基静态数据的干扰和对地貌的破坏已成为一个重要的难题。目前常用的方法有曲线平移法、EMAP静态标定法和张量阻抗分解法。近年来，磁场传递函数的向上扩展成为一种新兴的静态标定方法，能够有效消除地形落差的影响。此外，二维反演技术可以同时进行静态校正和地貌校正2。2.3 大地电磁（MT）深度在该区域的天然气深部结构实验中，主要采用了纯天然磁场的基本测试方法。通过对穿越再生区或部分构造单元的大断面进行3km5km范围内的普查，点距选线为0.52km或210km试验网，对部分构筑物的总面积进行全面、详细的检查。由于该区域的地质条件恶劣，MT曲线的框架损失严重，容易对MT曲线的静态数据造成破坏。在分析山区MT曲线变化的多样性时，通常很难通过单一的静态标定方法来克服这个问题。因此，采用了曲线平移法、张量阻抗分解法和EMAP标定法对不同问题进行了静态校正。此外，还应用了二维实体模型正演比值法、带地貌的二维逆变技术法等方法进行地貌纠正，以有效消除山区地带错综复杂的地貌对结果的影响。通过定性研究，对二维连续介质逆变技术方展开了进一步的技术研究，并将其与地震灾害截面构造地质环境方式紧密结合，建立了适度的原始地电模型图，获得了地电表述截面。为了更好地反映地电构造的外形特征，选用了频率域差分信号解决法，将截面中突显电荷异常的部分标识出来，分离出宏观经济地面回应，从而得到了反映各电荷分层次特点的方差曲线图。利用这些信息，可以对电荷层的横向电转变特点进行分析。大地电磁（MT）探测的成效能够判定地区地电结构的特点，从而讨论地腹结构的展布规律性。当电荷出现异常从上到下体现为低-高-低时，说明存在地质结构的变化。由于MT在低频率部分观察和记录频段偏少，地电分辨率降低，深部电性层呈块状分布。3 电磁感应阵型截面阵型大地电磁截面勘查方式（EMAP）是一种衍生自常规MT勘查方式的方法。通过持续聚集设点和室内空间过滤技术，EMAP可以抑制或规避地面部分导电性异常体。该方法利用持续电磁感应截面精确测量，可以减少大排序征与上排序征之间的明显区别。EMAP及地震数据综合表述限制了地震勘探应用领域中地面和地底地理条件较为复杂的情况。然而，仅应用作用力、电法数据库的重力场和磁场崎变等方法，由于受到地貌的严重干扰，难以完全解决问题。此外，重电法勘探逆变技术在密度较大和电性层分辨率较低的情况下获得的成果有限。因此，在一些有利构造部位采取重、电、震协同应用方法进行科学研究。通过应用极少数技术骨干地震灾害截面和钻探材料，我们可以设立区域内地质环境方式作用力与电法（MT和EMAP）的成果管束，实现不同方法之间的互利共赢，进而评估圈闭点和勘查总体目标。EMAP及地震灾害综合性表述可以获得圈闭累加遍布的成果，尽管由于方法不同，逆变技术所表明的部分结构遍布和地质工程场页面深层略有不同，但是部分结构的几何结构和屈伸角度的趋势分析是相似的。三种方法所表述的结构特征与地质环境分层次相似。在浅地面碎屑岩生长发育区，大面积的碎屑岩储存造成了深层无法获得合理地震活动反射面的情况。在这种情况下，可以利用作用力、航磁和MT数据信息来探讨碎屑岩下方的地质结构信息。湖北省地区的某一段南一段重、磁、MT数据库综合描述成果表明，该段酸碱度侵入岩无法获得地震灾害深层反射面的数据信息。根据重、磁、MT非地震数据综合性地质环境描述，我们可以高效地选择浅地面碎屑岩体，并推论出逆冲推覆体和碎屑岩下方存在一定面积的堆积地质构造（电阻值在140m192m），从而为该区域的勘查指明了一个新的方向。4 选区工程地球物理勘探的困难项目实施工作区具有四个特点：新的高风险区；新区域、新地层、新类型出现；不能长期受到攻击的盆地和地区；地表条件和地下结构复杂的区域。尽管如此，复杂火成岩的地球物理勘探仍是一个亟待解决的全球性问题。石灰岩裸露区和高陡背斜区的物质积累，以及偏移成像困难，仍然是制约地震勘探发展趋势的主要原因。在不同的地表地质环境下，大多采用MT、EMAP等静态标定和地貌校正方法进行地貌校正力的勘探，这是一个长期的科学技术研究课题3。地面条件差、地质、地球物理条件差、野外施工难度大，导致物探资料质量差、信噪比低、成像精度差，是物探工作中普遍存在的问题。南海北部深水云带具有巨大的勘探开发潜力，是珠江口山间盆地天然气储集的主要演替带。然而，由于深部陆坡地世界有色金属2023年6月上144区地形复杂，深水成藏特征复杂，勘探工程建设难度很大，特别是在海盆方位的陆坡地区，水位变化大，大峡谷相交，水道复杂，形成了难度较大的深水地质构造。同时，危险深水严重影响了下伏地质构造的地震成像，导致构造形态发生根本性变化。此外，影响了勘探总体目标评价的准确性，大大增加了勘探风险。在我国西部复杂的山区，除了极为危险的地表地形、古地质构造的暴露和岩土层横向差异大外，地下地质构造相对复杂，多为逆冲构造和陡坡构造。地球物理圈通常被称为“双复合体”，材料质量差，不能很好地反映，长期影响着中西部复杂地区油气勘探的创新。火成岩在我国南方普遍存在，具有巨大的油气资源潜力和市场前景。然而，在一些地区，火成岩裸露，山谷深长，岩溶地貌发育，地震地质标准复杂，近地面构造差异很大，地下碳酸盐岩靶层波阻抗小，界面垂直面信号弱，各种扰动波发育。地震记录的频率稳定性差，地表静校正困难。地震勘探方法难以使用797。由于碎屑岩裸露区地形地貌，光纤激光切割较深，地面裸露，地表沉积较少，岩层坚硬，不可能开挖埋地电极和磁环，土壤稍厚的区域一般为高山丛林，不易接近，且分布在站内。随着溶洞、地下河流和裂缝的发育，电厂和电厂的电网到处堆积，严重影响了材料的质量。物探方法技术规范的探讨是一项具有挑战性的工作。复杂条件下碎屑岩裸露地区的油气勘探是一个全球性的问题。藏区是青藏高原不可分割的一部分，是世界上海拔最高的高原，平均海拔4000m以上，也是我国主要的较大的多年冻土区之一。它是世界上海拔最高、纬度最低的多年冻土带。大部分多年冻土带呈连续分布。多年冻土区水文、水利工程、环境、气象条件较为复杂。在油气勘探方面，除了难以解决上述复杂的构造条件外，藏区勘探面积大，构造埋深大，褶皱明显，裂缝类型多，裂缝系统复杂。面对这些新的领域，必须树立测量设计理念，合理的测量作业程序，加大对测量研究开发的投入，将物探方法技术融入区域，否则无法取得测量成果4。松辽盆地徐家围子断裂深凹陷徐深1井的创新，开启了火山岩油气勘探的高潮。松辽盆地大庆深部勘探区的玉树山间盆地、根河山间盆地、磨河山间盆地等多个外部山地盆地，也为火山天然气藏的地震勘探提供了广阔的内部空间，可产生大庆第三次储集量增加高峰，从22个增加到257个。玉树山间盆地地表火山岩的垂直机械能屏蔽作用强，火山岩下伏地质构造垂直自然灾害面内的机械能较低，致使山间盆地顶及重要目标层矽卡岩在整个范围内不清晰，无法落实次生构造单元。这大大限制了勘探的速度。地震灾害技术不能从根本上解决地质环境问题。必须采取重力、磁场、电力和地震灾害相结合的综合工程地质方法。5 选区工程地球物理勘探攻关5.1 海域长电缆地震探测技术南海北坡深水区具备优良的石油地质条件和勘探潜力。然而，由于边坡深度变化范围达到300米至3200米，深度急剧增加，纵横冲沟和河道复杂，导致该地区形成了极为困难的地质构造。由于水深和深水困难，该地区长期以来获得的地震资料质量较差，导致频率稳定性差、逐级地震资料、相位差持续性差、动能损失快，特别是当反射面从海底到深水2秒不明显时。危险深水区的关键在于：由于海底困难，水平速度变化明显，自然灾害射线路径复杂，且时间间隔趋势图表现出非双曲方程的特点。传统的CMP（共中心点）轨迹集处理方法不能得到一组共性反射点，累积曲面也不是零偏移剖面，导致下伏地质构造图像差，结构形态失真严重，难以对总体目标进行评价。更不用说对水深扇的详细描述了，从而极大地增加了深海地震勘探技术的难度和危险性。为了从根本上提高深海海底地震资料的质量，必须提高原始资料的采集质量和数据处理技术。对前人在南海北部深水地震资料采集中使用的电缆进行了分析和总结。传统的电缆长度小于5000米，限制了深海海底崎岖地区地震信号的全面接收，给地震数据采集带来了严重的问题。此外，目前还没有一套完整的深水地震数据处理技术，严重影响了下伏地层的地震成像效果，导致构造形态的严重变形，使得时间结构图不能反映该地区的实际构造形态。自项目建成以来，在南海北部深水海底进行了地震研究。其策略是：首次采用长达5000米至6500米的电缆进行地震数据采集。在长电缆地震灾害数据采集技术与科技攻关集成技术的基础上，大大提高了地震资料分辨率的实际结果质量，获得了高质量的地震勘探成果。为南海北部深水区天然气勘探的重大发现奠定了坚实的基础。对南海北部深水区和危险海域的深海长索地震勘探成果进行了论证。我国深水长索地震勘探技术已进入一个新阶段。5.2 复杂地区的高精度重磁一三维电法勘探技术（MT）柴达木山间盆地西部前山带和地表复杂带具有巨大的油气勘探开发潜力，是我国油气资源的主要继承区。由于山后带深层结构复杂，表面岩层变化较大，受低减速带的影响很大，地底结构较为复杂，对于进行大规模地震勘探提出了一定的难题。与二维专业性相比，三维重磁电法勘探具有更高的精度和数据信号均匀性，可以有效地控制噪音并减少静态数据偏移产生的影响，同时消除了主测试线和联系测试线之间的差异等特点，特别适用于认知复杂地区部分结构的情况。三维重磁电法勘查技术对于重磁电材料管束逆变技术和综合性表述更加有益，可以获得更真实地反映地质现象截面和三维材料的结果，填补了深层地震勘探材料方面的空白。6 结语本论文开展了多项地球物理勘探工作，已初见成效，显著降低了成本，有效缩短了勘探周期，为未来中国南方广阔碳酸盐岩地区的综合地球物理勘探开辟了有效的途径和方法，对复杂情况下的地质构造特征进行了研究，实现了低成本、高效率的目标，使综合地球物理勘探与地震勘探相互补充，并取得了良好的成果。1李恩茂.复杂地区综合地球物理勘探方法技术的应用分析J.神州,2017(35):1.2苏建江,鲍康.复杂地区综合地球物理勘探方法技术应用 J.科研,2016(12):00147-00147.3杨振武,查树贵.复杂地区综合地球物理勘探方法技术应用J.石油物探,2003,42(3):5.4崔永谦.综合地球物理勘探方法在潜山油气藏研究中的应用D.西北大学,2003.