綜合電磁法在銀川盆地地熱資源勘查中的應(yīng)用

高 亮， 陳海波， 李向?qū)殻?胥博文

(天津地熱勘查開發(fā)設(shè)計院， 天津 300250)

隨著生活水平的提高，人們對健康養(yǎng)生、休閑度假更為重視，地熱(溫泉)開發(fā)利用作為一個亮點極大的推動各地旅游業(yè)的發(fā)展[1].地球物理勘探是地熱資源勘查中重要的手段之一，尤其是在大型沉積盆地，地熱資源賦存深度往往超過2 000m，地表的熱異常顯示極其微弱，所以深部地球物理勘探手段就顯得更為重要.近年來，電磁法成為地熱資源勘查中應(yīng)用最多的一種方法[2]，但是單一電磁法存在不確定性和多解性，因此需要根據(jù)測區(qū)實際情況進行綜合物探解譯，取得較為理想的勘探效果[3].

本文以寧夏石嘴山市平羅縣姚伏鎮(zhèn)以西的沙湖旅游區(qū)為例，該測區(qū)為地熱勘查工作的空白區(qū)，通過實際野外踏勘，物探方法選擇可控源音頻大地電磁測深和大地電場巖性測深相結(jié)合，可控源音頻大地電磁測深進行東西長達20km的剖面測量，并在異常位置用大地電場巖性測深判斷熱儲層位置.

1 地質(zhì)概況及地球物理特征

1.1 地質(zhì)概況

銀川斷陷盆地位于鄂爾多斯地塊西緣，東面以黃河斷裂與鄂爾多斯地塊相連；西邊為賀蘭山東麓斷裂與山體過度相連；南界斷裂西北走向，位于牛首山東北麓；北緣被石嘴山南一組隱伏斷裂所控制[4].銀川盆地內(nèi)有代表性的大型控制性斷裂共計4條：F1賀蘭山東麓斷裂；F2蘆花臺斷層；F3銀川斷裂；F4黃河斷裂.

本區(qū)分布地層由老至新有：古近系清水營組(E)、新近系干河溝組(N2)、新近系紅柳溝組(N1)和第四系[5].分析巨厚的第四系可構(gòu)成蓋層，新近系干河溝、紅柳溝組和古近系清水營組砂巖段可構(gòu)成熱儲層.測區(qū)地下水主要類型為松散巖類孔隙水，目前鉆孔揭露最大深度245m.含水層巖性總體來說橫向自西向東由粗變細，縱向含水層巖性由細變粗，其形成原因與接近中部凹陷帶沉積中心有關(guān).含水層揭露厚度40～160m，洪積扇前緣水位埋深一般10～30m，單井涌水量大于1 000m3/d，在斜平原前緣單井涌水量3 000m3/d左右.該區(qū)水質(zhì)良好，礦化度多小于1g/l，水化學類型為HCO3-Na.

1.2 地球物理特征

1999年，在銀川盆地中部的銀川市區(qū)內(nèi)成功地鑿成2眼地熱井(Y1和Y3井).這兩眼井的鉆探成功，證實了銀川盆地地熱資源的存在.

從鉆井地質(zhì)編錄看，第四系主要巖性為細砂巖、砂質(zhì)粘土、粘土層，向下砂泥巖單層厚度增大，巖性趨于穩(wěn)定，電阻率測井上部高低阻凌亂，向下穩(wěn)定升高.

新近系干河溝組(N2)和紅柳溝組(N1)地層巖性泥巖、礫狀砂巖互層，電阻率為中低阻；古近系清水營組(E)砂巖厚度大，受含水影響電阻率為低阻.

從上述地層的電性特征看，測區(qū)使用電(磁)法進行勘探的物理前提是存在的.

2 工作布置

地球物理勘查是目的是查清測區(qū)地質(zhì)構(gòu)造條件，分析熱儲層發(fā)育狀況，確定地熱井位和井深，考慮到測區(qū)熱儲埋藏深度大，各地層間存在電性差異等因素，勘探方法選用可控源音頻大地電磁測深和大地電場巖性測深兩種方法相結(jié)合[6].

可控源音頻大地電磁測深是20世紀90年代以來延續(xù)至今的方法，采用人工場源，工作效率高，能有效探測地下3 000m以內(nèi)地質(zhì)體，是本次工作的基本和重點方法；大地電場巖性測深為點測深，是在可控源測量的基礎(chǔ)上尋找不同深度的地下熱儲[7].

工作區(qū)內(nèi)有湖泊、水渠縱橫交錯，給野外工作帶來很大困難.以垂直構(gòu)造、減小干擾和方便施工為布線原則，可控源音頻大地電磁測深設(shè)計了東西向四條測量剖面，大地電場巖性測深布置了4個測深點，4個測深點數(shù)據(jù)與兩個已知深井數(shù)據(jù)進行對比分析，推測熱儲層位及溫度異常層位.實測點位見圖2.

3 探測成果

3.1 可控源音頻大地電磁測深

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造蘆花臺斷裂和平羅—銀川斷裂的發(fā)育特征，物探的布線原則是測線近似垂直構(gòu)造走向.本次物探工作采用剖面測量方式，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，共布設(shè)4條剖面.測量點距為100m，測點數(shù)401個，測線長度40.1km.

以L1、L3線為例(見圖3、圖4)：從反演圖上曲線形態(tài)可以看出，本區(qū)自西向東存在多條斷裂，斷裂傾角一般大于70°，這些斷裂將該區(qū)域分割為多個塹壘構(gòu)造.海拔1 100m～600m為一電性界面，上部電阻率不均勻，形成橫向分布的多個透鏡體狀圈閉，解釋為第四系(Q)淺部細砂巖、砂質(zhì)粘土薄層互層；

向下至海拔-400m為一段，電阻率曲線橫向較均勻，斷裂處出現(xiàn)等值線密集梯度帶，解釋為連續(xù)沉積的第四系(Q)厚層狀粘土、細砂巖、砂巖、泥巖互層；再向下出現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)性的低阻異常帶，阻值較上部圍巖低一個數(shù)量級以上，解釋為新近系上新統(tǒng)(N2)砂巖、礫巖、泥砂巖、砂質(zhì)泥巖不等厚互層，此段砂巖所占比例增加且厚度由薄層漸變?yōu)橹泻駥?從兩條剖面的結(jié)果看較好的反應(yīng)了銀川盆地的地質(zhì)特征，斷裂構(gòu)造和典型巖性界面較清晰.受斷裂構(gòu)造控制，多個斷塊內(nèi)存在連續(xù)層狀低阻，推測為第三系熱儲層的反映.

3.2 大地電場巖性測深

結(jié)合沙湖旅游核心區(qū)規(guī)劃，本次勘測在FC4斷層上盤，用CYT-V型大地電場巖性探測儀進行探測，經(jīng)與銀川市區(qū)已知地質(zhì)資料深井井旁曲線對比分析，對各測點地層及裂隙發(fā)育段進行了預(yù)測.圖5中第一道為測深曲線，斜線為溫度異常標志；第二道為深度；第三道為推測結(jié)論，方框標志為推測含水層；第四道為地層分層；第五道為巖性剖面；第六道為巖性說明.

從可控源音頻大地電磁測深成果圖(圖3、圖4)中可以看出，在沙湖核心規(guī)劃區(qū)存在一條Fc4斷裂，為一正斷層，沿斷層傾向出現(xiàn)一個低阻帶，推測為富水帶.大地電場巖性測深4個點均布置在Fc4斷裂的上盤，根據(jù)測深曲線分析，2號點附近有效儲集層累計厚度最大(見表1)，溫度異常層位最多.因此，結(jié)合兩種方法，將勘探井布置在大地電場巖性測深2號點處，井深3 200m，取水段2 500～3 200m，預(yù)測水量大于1 000m3/d左右.根據(jù)該地區(qū)地溫梯度預(yù)計熱儲層溫度大于60℃.

4 結(jié)束語

通過對可控源音頻大地電磁測深和大地巖性測深成果的綜合分析、解譯，制定了測區(qū)勘探孔位，經(jīng)過兩個月鉆探，在設(shè)計點鉆成沙湖地熱1井，成井3 260m，取水段在地下2 500～3 260m，井口水溫達68℃，出水量1 700m3/d，該井成為寧夏目前出水量最大、水溫最高、含礦物質(zhì)成分最多，勘探深度最深的地熱井.從沙湖地熱1井的成功可以看出，可控源音頻大地電磁測深能夠查清大型沉積盆地3 000m以內(nèi)地層及斷裂構(gòu)造的發(fā)育狀況，圈定深部異常區(qū)域；大地電場巖性測深方法能夠預(yù)測裂隙及破碎帶位置，推測含水層及水溫.兩種物探方法在大型沉積盆地具有良好的互補性和應(yīng)用效果.

[1]李安寧, 呂金波. 開發(fā)利用地熱資源[J]. 中國地質(zhì), 2001, 28 (10):41-45.

[2]鄭東明, 葉松青, 成建勛, 等. 電法在地下熱水勘探中的應(yīng)用[J]. 世界地質(zhì), 2005, 24 (3):77-78.

[3]湯振清, 孫文潔, 強孟東, 等. 綜合物探方法在地熱勘查中的應(yīng)用[J]. 山東國土資源, 2007,23(6 /7):67-70.

[4]范高功,王利.銀川盆地地下熱水形成的地質(zhì)條件分析[J]. 西安工程學院學報,2002, 24(3):28-31.

[5]嚴烈宏.王利.銀川盆地地熱系統(tǒng)[M].銀川:寧夏人民出版社，2001.

[6]李征西, 曾昭發(fā), 李恩澤, 等. 地球物理方法探測活動斷層效果和方法最佳組合分析[ J]. 吉林大學學報: 地球科學版, 2005, 35 (增刊): 109-114.

[7] 陳樂壽．王光鍔．大地電磁測深法[M]．北京：地質(zhì)出版社，1990：10-41．