[发明专利]一种基于电性结构模型的深部物质热状态定量估算方法

说明书

本发明公开了一种基于电性结构模型的深部物质热状态定量估算方法，首先根据采集到的大地电磁测深数据，建立研究区深部三维电性结构模型；再根据岩石电导率与其温度的关系，分别考虑上地幔处于固态混合体系以及固态‑熔融态混合体系的总电导率与温度的关系，建立上地幔总电导率与温度、岩石熔融百分含量的定量关系模型；最后根据该定量关系模型，带入实际大地电磁测得的电导率数据，计算出上地幔尺度范围内的岩石熔融百分含量和温度，建立勘探区深部热结构模型。本发明通过将岩石物理和大地电磁测深部建立的电性结构模型结合，能直接获得深部温度和岩石熔融百分比含量。

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术领域，具体为一种基于电性结构模型的深部物质热状态定量估算方法。

背景技术

大地电磁测深法(MT)是以天然电磁场为场源来研究地球内部电性结构的一种重要地球物理手段。依据不同频率的电磁波在导体中具有不同趋肤深度原理，在地表测量由高频至低频的地球电磁响应序列，经过相关数据处理和分析来获得大地由浅至深的电性结构。相较于其他电法勘探方法，大地电磁探测法能够有效探测几十至几百千米以下的超深度、可穿透高阻层，具有对低阻层反应灵敏的优越性，因此该方法在研究深部物质结构、矿产资源勘查等方面得到了广泛应用。

近年来，大地电磁测深方法在深部地热资源勘探方面进行了广泛应用，如李帅等(李帅,et al.华南地区樟树—宁德大地电磁测深剖面深部电性结构及热特征.地球物理学报65.04(2022):1354-1375.)利用大地电磁测深得到了华南地区樟树-宁德岩石圈电性结构模型，发现福安-南靖断裂带、政和-大浦断裂带均呈低阻状，两条断裂所在的东南沿海陆缘带存在壳幔连通的高导异常，结合华南地区构造演化特征，推测为玄武质岩浆上涌通道；官大维(官大维.音频大地电磁法在汝城县三江口地区地热勘探中的应用[J].能源技术与管理,2022,47(03):163-166.)利用音频大地电磁得到了汝城县三江口地区的深部电性结构模型，基于剖面电性特征推断了工作区断裂构造带展布和破碎充水带的空间延伸情况，结合地表、水文地质等资料，圈定了研究区内6个地热资源有利勘探区。

但是上述大地电磁测深方法在深部地热资源勘探中，仅作为一种间接手段，只能通过探测断裂位置、产状等信息，间接获取深部热源“通道”，不能直接提供深部热结构信息，比如温度、岩石熔融百分比含量等。

另外，在深部动力学研究方面，大地电磁测深获得的电性结构模型，通常在下地壳上地幔深度会存在明显的低阻区域分布，如赵国泽等(赵国泽等.青藏高原东北缘地壳电性结构和地块变形关系的研究[J].中国科学(D辑:地球科学),2004(10):908-918.)根据建立的青藏高原东北缘大地电磁剖面认为区域内下地壳上部的相对低阻层为连通性较好的流体；董基恩等(董基恩,et al.华南陆块东北部构造特征、成矿作用与动力学机制——来自大地电磁测深的认识.地质论评68.03(2022):921-937.doi:10.16509/j.georeview.2022.02.021.)根据华南陆块东北部岩石圈尺度的二维电性剖面发现靠近赣东北断裂带附近存在明显的深部热物质上涌特征，主要为低阻异常，深部存在明显的岩浆热液底侵现象。

对于深部电性结构低阻区的解释，上述分析主要以定性解释为主，缺乏定量解释依据。比如在青藏高原东缘松潘-甘孜地块下地壳上地幔存在明显的低阻层，目前多数学者都认为该低阻层是岩石部分熔融导致，而岩石熔融需要高温环境，温度是否超过岩石固相线温度是岩石熔融的条件之一，但是目前大地电磁测深资料还未能直接确定该低阻层的温度，进而求取岩石熔融百分比。

综上所述，大地电磁方法在深部地热资源勘探、深部动力学解释等方面，以往都是作为间接手段进行推测分析，结果分析以定性为主缺乏定量解释依据。目前的大地电磁测深手段不能直接获得深部热结构(温度、岩石熔融百分比含量)，未能实现对深部热状态的定量估算。

发明内容