摘 要：地?zé)崮茏鳛橐环N綠色、可持續(xù)再生的可替代清潔能源，因其分布范圍廣，資源儲量巨大的特點受到全世界的廣泛關(guān)注。開發(fā)地?zé)崮茉谡{(diào)整能源結(jié)構(gòu)、緩解能源資源壓力、促進消費轉(zhuǎn)型升級和推進生態(tài)文明建設(shè)方面具有重大現(xiàn)實及戰(zhàn)略意義。經(jīng)過幾十年勘探與開發(fā)，淺層高溫地?zé)崮軒缀跻呀?jīng)勘查完畢。目前，地?zé)崮芸碧绞軆勇裆畲蟆囟容^低和手段單一等的影響勘查難度較大。

　　《質(zhì)量天地》堅持為社會主義服務(wù)的方向，堅持以馬克思列寧主義、毛澤東思想和鄧小平理論為指導(dǎo)，貫徹“百花齊放、百家爭鳴”和“古為今用、洋為中用”的方針，堅持實事求是、理論與實際相結(jié)合的嚴謹學(xué)風(fēng)，傳播先進的科學(xué)文化知識，弘揚民族優(yōu)秀科學(xué)文化，促進國際科學(xué)文化交流，探索防災(zāi)科技教育、教學(xué)及管理諸方面的規(guī)律，活躍教學(xué)與科研的學(xué)術(shù)風(fēng)氣，為教學(xué)與科研服務(wù)。

　　為了解決這些難題，提高地?zé)崮芸辈樾剩枰肟碧缴疃却蟆⒎椒ㄊ侄味嗟忍攸c的地球物理勘探方法。為指導(dǎo)地?zé)峥碧剑疚陌凑瘴镄詼y量差異分為直接測量和間接測量闡述國內(nèi)外地?zé)崮芸碧綄嵗χ髁鞯厍蛭锢淼責(zé)崮芸碧教攸c進行了對比。認為在實際地?zé)峥碧焦ぷ髦心骋环N物性參數(shù)并不能很好的反映地質(zhì)背景及地質(zhì)體的空間狀態(tài)，需要將多種地球物理勘探手段融合，相互補充及驗證，提高地?zé)岬厍蛭锢砜碧叫省ｊP(guān)鍵詞：地?zé)崮? 地球物理勘探; 直接測量; 間接測量;

　　引言當(dāng)代社會發(fā)展嚴重依賴石油、天然氣及煤炭非可再生化石能源，化石燃料的燃燒過程是不可逆的，化石能源的過度使用對自然環(huán)境以及生態(tài)系統(tǒng)的破壞也是不可逆的，這并不是一種可持續(xù)發(fā)展的道路。地?zé)崮茏鳛橐环N綠色、可持續(xù)再生和可替代化石燃料的新能源受到全世界的廣泛關(guān)注。世界范圍內(nèi)，有大約20個國家利用地?zé)崮馨l(fā)電保障居民的衣食起居，有大約60個國家直接使用地?zé)岙a(chǎn)生的能量從事生產(chǎn)娛樂等(Gupta et al., 2006;曾昭發(fā)等，2012)。

　　地?zé)崮苁怯傻厍騼?nèi)部的放射性物質(zhì)在衰變過程中產(chǎn)生的熱能，在地球內(nèi)部相對富集區(qū)域以及在地質(zhì)構(gòu)造活動相對強烈地區(qū)，能達到人類在生活中開發(fā)利用的熱能(圖1)(韓子夜，2007)。上地殼范圍內(nèi)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的平均地溫梯度大約為30℃/km，按照這一理論在地球10km深度處的溫度大約為300℃。如果某一區(qū)域地溫梯度高于平均值，則這一地區(qū)開發(fā)地?zé)崮芎馁M的代價則要降低。

　　有以下幾個方面會造成地溫梯度高于平均值;(1)深部巖漿上涌帶來大量的能量;(2)地殼構(gòu)造減薄作用，導(dǎo)致區(qū)域熱流值較高;(3)在平均地溫地?zé)崽荻葏^(qū)域地下水循環(huán)上涌也可以造成局部熱異常;(4)構(gòu)造活動產(chǎn)生熱量被上覆熱傳導(dǎo)能力較差致密巖石隔絕;(5)淺部放射性元素產(chǎn)生熱量引起局部熱異常，如果有上覆巖層的隔絕即可較好保存這一熱異常(Wright, 1998)。地?zé)崮苜Y源有不同的分類標準，現(xiàn)行主流的分類原則是根據(jù)地?zé)崮苤惺遣皇怯袔r漿侵位帶來熱量把地?zé)崮芊譃閮纱箢悾瑤r漿地?zé)岷头菐r漿地?zé)帷?/p>

　　巖漿地?zé)岬闹饕问接袩崴蛘羝麩嵫h(huán)對流，干熱巖和部分熔融地?zé)崮?非巖漿地?zé)岢３Ｅc沉積盆地?zé)崃鱾鬟f和盆地地應(yīng)力改變相關(guān)(Meju, 2002)。地?zé)豳Y源地球物理勘探以測量地球物理屬性為手段，重點關(guān)注對巖石溫度及流體比較敏感的地球物理參數(shù)或者可以揭示整個地?zé)嵯到y(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)造的某些參數(shù)。溫度、孔隙度、滲透率、流體鹽度以及壓力這幾個指標可以用來表征地?zé)嵯到y(tǒng)。然而這些參數(shù)并不是都能依靠傳統(tǒng)地球物理方法在地球表面直接測量得到，但是有一些可以直接測量的地物參數(shù)可以提供給以上某些參數(shù)重要的相關(guān)性信息，這些參數(shù)有溫度、電阻率、磁化強度、密度、波速、導(dǎo)熱系數(shù)和滲透電位。

　　根據(jù)這些物性測量可以把地球物理地?zé)峥碧椒譃橹苯訙y量方法和間接測量方法或者結(jié)構(gòu)測量方法：直接測量方法可以得到地?zé)峄顒酉嚓P(guān)信息;間接測量方法則揭示了地質(zhì)構(gòu)造及地質(zhì)體空間關(guān)系以及其隱含的地?zé)嵝畔ⅰＶ苯訙y量法大體上包含熱力學(xué)方法、電阻率法、自然電位法等方法;間接測量法則主要是磁法測量、重力測量、地震方法測量。在實際工作中某一種參數(shù)并不能很好的反應(yīng)地質(zhì)背景及地質(zhì)體的空間狀態(tài)，因此需要聯(lián)合幾個物性參數(shù)獲得更好的解譯結(jié)果(David et al., 2006; 周厚芳等，2003)。1 直接法直接法地?zé)崮芸碧椒椒ㄍㄟ^測量與地?zé)嵯到y(tǒng)直接相關(guān)的參數(shù)來實現(xiàn)對地?zé)岙惓７植歼M行評估、區(qū)分以及圈定的工作方法。

　　主要有以下幾個方面:1.1熱方法(熱梯度法)熱方法和別的物性特征相比可以直接用來表征地?zé)嵯到y(tǒng)，因此熱方法是一種可以通過直接測量溫度和熱的地球物理方法進行地?zé)峥辈臁５沁@一方法有其短板所在，僅僅適合在淺地表進行測量，在測量深度方面受到制約，因此通常和打井作業(yè)相關(guān)聯(lián)，可以在地面布設(shè)30-100m深鉆孔。通過鉆孔直接獲得地溫梯度資料，簡單處理即可獲得地溫異常區(qū)域。地球的熱量傳遞機制分為以下三種：傳導(dǎo)，由原子級別的震動在地殼內(nèi)傳遞熱量;對流，地球內(nèi)部構(gòu)造運動帶動熱量的運移;放射性，在地?zé)嵯到y(tǒng)中沒有顯著影響。

　　在這里我們將闡述傳導(dǎo)和對流兩類異常區(qū)域使用熱方法尋找勘察地?zé)岙惓?Pálmason, 1975)。在傳導(dǎo)過程中有以下關(guān)系式(Ayling et al., 2007)：Qcond−z=−k?T?zQcond-z=-k?T?z常數(shù)k：熱傳導(dǎo)率(W/(m·℃))，變化區(qū)間1 W/(m·℃)-5 W/(m·℃)，在沉積盆地以及結(jié)晶巖區(qū)域數(shù)值較小;?T/?z?T/?z: 溫度梯度，線性表示溫度和深度之間的關(guān)系。若Q數(shù)值在80-100之間甚至更高，則表明地?zé)醾鲗?dǎo)發(fā)生在近地表，即地?zé)岙惓^(qū)(Saemundsson, 2013)。對流作用是一種重力密度流引起大范圍廣區(qū)域帶動能量流動的熱傳遞，與巖石的滲透性有關(guān)系，熱流體在對流循環(huán)中傳遞能量。

　　高溫地?zé)嵯到y(tǒng)依靠熱對流作用為主傳遞熱量，然而在沉積盆地地區(qū)以熱傳導(dǎo)為主，地?zé)嵯到y(tǒng)熱傳遞是一個混合作用傳遞熱量的系統(tǒng)。盡管熱方法受限于鉆井方式進行地?zé)嵯到y(tǒng)勘察，仍不影響熱方法是地?zé)峥辈熘兄匾囊粯O。

　　這一方法主要包含以下幾個方面：(1)劃分地表熱分布地圖;(2)劃分20-100m深度內(nèi)地?zé)崽荻茸兓瘏^(qū)域以及局部異常圖;(3)評估區(qū)域以及局部熱流值異常情況，劃分可能的熱流輸出區(qū)。1.2地電法地電法是地?zé)峥碧街泻苤匾囊环N方法，通過不同方式方法測得區(qū)域中電阻率分布差異進行地?zé)崮軡撛谠u估及熱源分布。電阻率會因為溫度以及蝕變作用而改變(Árnason, 2000)。我們可以利用這一特性在野外對電阻率進行測量。原理是電流在傳導(dǎo)過程中會產(chǎn)生磁環(huán)繞在地球表面。

　　Ohm’s 法則是地電法的基本理論基礎(chǔ)(Kana et al., 2015)。E=?jE=?jE是電場強度(V/m)，jj是電流密度(A/m2)，??是電阻率，且??=V/I。電阻率的倒數(shù)是電導(dǎo)率(S/m)，因此也可以利用電導(dǎo)率測量進行地?zé)峥碧健８鶕?jù)能量來源不同，電阻率法又可以分為主動源測量法和被動源測量法。

　　在主動測量法中，斯倫貝謝排列(Schlumberger) 以及溫納排列(Wenner array) 直流/交流(DC/AC) 垂直測深(the vertical electrical sounding，VES)，偶極-偶極陣列和雙極-偶極陣列就是實際的例子;瞬變電磁法(TEM)、可控源電磁法(CSEM)以及Sirotem methods是典型的主動源測量法。使用地球電磁場為場源的測量方法稱為被動源測量，主要包括長周期的電磁法(MT)以及音頻大地電磁法(AMT)(Kana et al., 2015)。

　　1.2.1直流電法直流電法是最早用來進行地?zé)峥碧降姆椒ㄖ唬淅碚摶A(chǔ)是測量電勢場求得視電阻率：ρα=K?VIρα=K?VIραρα：視電阻率，K：跟排列相關(guān)的幾何因子，?V?V：測量電勢差，I：電流(Castañeda et al.,2009)。上世紀50-80年代，直流電法成為地?zé)峥碧降某Ｒ?guī)手段，隨著時間的發(fā)展，這一方法的在地?zé)峥碧街械膽?yīng)用也越來越廣泛。電法中重要的裝置為兩對不同的電極，用來記錄電流轉(zhuǎn)移和場強差異。在電測深和電法剖面中兩對電極有顯著差別。在電測深工作中，電極中心位置固定，電極間距離變化;在電法剖面測量中電極距離固定，整個排列移動。直流電法設(shè)備組成有發(fā)射器，高精度電壓表，導(dǎo)線，電極以及電源。在某些地地形高差較大地區(qū)，為便利施工，可以利用汽車電瓶做為電流發(fā)射器，精簡儀器設(shè)備。地球內(nèi)部并不是均一層狀介質(zhì)，我們測得的視電阻率是某一深度范圍內(nèi)平均電阻率。

　　在電測深中，視電阻率圖中縱軸以AB/2為單位的雙對數(shù)坐標，隨著電極距離的增加而增大，在實際生產(chǎn)中，電極距的增加會給施工帶來難度。直流電法測量中1維數(shù)據(jù)解釋相對2維以及3維而言較簡單，獲得的信息也較少，2維以及3維數(shù)據(jù)解釋難度越來越大，但也帶來相對更加豐富的信息。

　　1.2.2頻率域電磁法在頻率域電磁法中常規(guī)地?zé)峥碧椒椒ㄓ写蟮仉姶欧?MT)以和大地音頻電磁法(AMT)(Strangway et al, 1973)。大地電磁法(MT)和音頻大地電磁法(AMT)使用地球電磁場作為測量的場源，地面觀測采集的天然交變電磁場數(shù)據(jù)受到地下不同深度和不同成分巖體的影響，可以用來反演地下巖體的埋藏狀況和空間分布信息(柳建新，2012)。Hoover DB(1974)給出了標量視電阻率以及趨膚深度的相關(guān)關(guān)系：f:頻率，單位Hz;Ex是X方向電場水平分量;Hy是y方向磁場分量，δδ：趨膚深度，單位m。根據(jù)以上公式，我們可以得出兩個結(jié)論：1，勘探深度與電阻率平方根成正比;2，勘探深度與頻率平方根成反比。不同周期自然電磁場可以用來勘探地下地質(zhì)體不同電阻率分布(Vozoff, 1991)。

　　1.2.3瞬變電磁法上世紀80年代，瞬變電磁法(Transient Electro-Magnetic method，TEM)因為在地表1-1.5km內(nèi)勘探深度具有較高精度，逐步取代了斯倫貝謝電測深(Schlumberger sounding)。瞬變電磁法工作特征為利用接地線源或者不接地回線方式向地面發(fā)射電磁脈沖，一次場間斷會引起感應(yīng)二次場，因為二次場典型特征受到地下不同深度以及不同類型地質(zhì)體影響會發(fā)生變化，通過觀測二次場的變化特征對地下地質(zhì)體進行勘探。由于高頻成分波長短，在傳播過程中衰減相對較快，可勘探深度也相對較淺，低頻成分電磁場波長較長，在地下傳播過程中衰減較慢，勘探深度也隨著頻率的降低而增大。

　　因此測量所得不同時間二次場信息即為不同深度地下電信號特征。(張寶祥等，2004)。瞬變電磁法儀器與直流地電法相比要昂貴且更加復(fù)雜，由數(shù)據(jù)記錄采集站，發(fā)射系統(tǒng)和發(fā)射線圈組成。為了加大測量深度，大線圈邊長一般為150-300 m之間，當(dāng)線圈邊長達到300 m時，瞬變電磁法可獲得1-1.5 km深度電阻率變化數(shù)據(jù)。與斯倫貝謝電測深法相比，瞬變電磁法的有優(yōu)勢有以下四個方面：1. 施工受地形起伏影響較小;2. 低阻體效果好且施工便捷;3. 信息豐富，一次測量包含剖面和測深信息;4. 組合觀測，形態(tài)簡單，異常響應(yīng)明顯。1.2.4大地電流法(Telluric current method)大地電流法(Telluric current method) 是以水平方向電阻線性變化假設(shè)為前提，測量不同構(gòu)造作用影響的大地電流變化。在遠端建立參考觀測站，一般使用兩個不同的場來提高數(shù)據(jù)精度。自然電位法(Self-potential) 與以上方法有極大差別，電動力和熱電現(xiàn)象引起鹽水循環(huán)斷裂區(qū)電極化效應(yīng)。通過對測量地表電位場數(shù)據(jù)的差異，識別有極化區(qū)斷層引起的電位場正異常，負異常和偶極異常。在有液體作用的地?zé)岙惓^(qū)有較好的應(yīng)用前景(Munoz, 2014)。