音頻大地電磁在尋找地熱資源中的應用

孔祥貴　楊衛(wèi)亮　張偉強

【摘 要】近年來，臨清市市區(qū)范圍內(nèi)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多眼中低溫地熱井，本文通過研究該區(qū)地質(zhì)、構(gòu)造和重力異常特征，分析了該區(qū)地熱資源的成礦有利條件。采用音頻大地電磁（AMT）對該區(qū)進行勘探，編制了大地電磁綜合視電阻率剖面圖，研究了不同巖性地層的電磁性特征，結(jié)合該區(qū)重力異常特征和電性特征，從熱源、熱儲和地下水三個方面，綜合分析了該區(qū)形成地熱資源具備的地層、熱源和構(gòu)造條件。最終確定了井位和井深，為鉆探施工設(shè)計提供了較為可靠的依據(jù)。結(jié)果表明，AMT在尋找淺層地熱資源中有著積極的效果。

【關(guān)鍵詞】AMT勘探；地熱資源；布格重力異常；電性異常

地熱是集熱能、水和礦產(chǎn)于一體的多用途、綠色自然資源，并且開發(fā)利用方便無污染，在能源需求日益緊張的今天，有著巨大的開發(fā)前景和經(jīng)濟開發(fā)潛力。尤其是對于中小城市具有重要的經(jīng)濟、社會和環(huán)境價值，因而受到廣泛重視。近年來，臨清市市區(qū)范圍內(nèi)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多眼地熱井，水溫40℃～70℃，屬于中低溫地熱資源。大地電磁法，是利用天然音頻大地電磁場作為場源，屬于被動源電磁法，觀測電場和磁場分量。近幾年，大地電磁法在方法理論和儀器設(shè)備都得到了很大的發(fā)展，應用領(lǐng)域也擴展到了普查，勘探石油、天然氣、地熱、金屬礦產(chǎn)、水文、環(huán)境等各個方面，從而成為受地質(zhì)學家重視的一種地球物理勘探方法。

1.地球物理特征

一般環(huán)境下，第四紀和第三紀陸相碎屑沉積巖，電阻率一般在15～50Ω·m；中生代陸相碎屑沉積巖電阻率值一般在25～500Ω·m，晚古生代的電阻率一般為50～1000Ω·m，電性穩(wěn)定，奧陶系灰?guī)r電阻率最高，一般在2000～20000Ω·m，系本地段電阻率無窮大標志層。

大地電磁法，是采用天然場源的一種電磁法，它是以電磁場的理論為基礎(chǔ)，在地球物理勘探中，利用介質(zhì)的介電常數(shù)、磁導率和電導率的差異而達到解決不同地質(zhì)問題的目的。通過以上區(qū)內(nèi)地球物理特征分析，不同巖性的地層具有明顯的電磁性差異。因此，在區(qū)內(nèi)利用大地電磁方法勘探，具備良好的地球物理前提。

2.工作方法技術(shù)

大地電磁法，是利用天然音頻大地電磁場作為場源，屬于被動源電磁法，觀測電場和磁場分量。

自然界存在著天然變化的電磁場，其頻譜范圍約為104Hz～10-4Hz，甚至更低。高頻部分（大于1Hz）起因于大氣層的雷電活動，低頻部分起因于太陽活動拋出的等離子體流與地球磁層間的相互復雜作用。來自高空的電磁波，可近似的看成是垂直入射地面向地球內(nèi)部穿透，感應出電場和磁場，感應場與地球內(nèi)部的巖石電性分布有關(guān)。電磁波頻率愈低穿透深度愈大。通過研究大地對天然電磁場的頻率響應，可以獲得不同深度電阻率的分布，根據(jù)電性分布特點來解決地質(zhì)問題。

3.資料推斷解釋

3.1重力異常特征

由臨清地區(qū)布格重力異常圖可以看出，該區(qū)重力場△g值一般在（-6～-40）×10-5m/s2之間變化，局部重力異?？傮w呈橢圓狀北東走向展布，相對重力高與重力低相間排列。在臨清地區(qū)附近形成兩個重力異常帶。

（1）夏津西～臨清～冠縣相對重力低異常帶：重力場總體反應沿北東走向展布的重力低異常帶，帶寬15km左右，△g值一般在（-24～-30）×10-5m/s2之間變化，為地層相對凹陷區(qū)，即冠縣凹陷。從重力異常分布看，臨清城區(qū)附近為重力異常值最低處，且異常呈不規(guī)則橢圓狀沿近東西向分布，與西部清河—臨西以西凹陷相通?？梢哉f，臨清城區(qū)附近與周圍相比是凹陷中局部凹陷區(qū)，對尋找地熱更為有利。

（2）清河東—臨西—冠縣西重力異常帶：該帶總體沿NE40°走向展布，△g值一般在（-6～-20）×10-5m/s2之間變化，反映了地層相對凸起特征，即館陶凸起。在臨西北由于受NW向構(gòu)造的影響，地層相對下降。

3.2電性異常特征

由本次實測的4條大地電磁測深視電阻率斷面圖可以看出，該區(qū)自上而下根據(jù)其電阻率異常高低，大致可劃分為4大電性層，總體異常特征呈似層狀，向西緩傾。下面結(jié)合Ⅰ剖面視電阻率斷面圖的電性特征和區(qū)內(nèi)已知地質(zhì)特征，予以分析解釋[2]。該剖面在垂向上總體電阻率較低，根據(jù)其電性總體特征大致可劃分4大層[3]：

第一層：電性穩(wěn)定，電阻率低緩，等值線間距寬大平緩，厚度0～500m。該層又可細分為上下兩段，上段為高阻電性層，在斷面圖上表現(xiàn)為等值密集，表明其局部電阻率差異較大。

第二層：電性高低變化較大，層位不穩(wěn)，等值線雜亂。上段以巨厚的高低阻互層，等值線呈鋸齒狀跳躍的不穩(wěn)定特征，厚度在500～1350m之間，其電阻率整體較上覆地層高、下伏地層低。

第三層：為穩(wěn)定的高低組互層，層位穩(wěn)定，呈兩高兩低的電性分布特征。據(jù)其電性特征分析上部高阻為中粗砂巖，下部高阻為礫巖，中部低阻為泥巖。

第四層：為區(qū)內(nèi)相對高阻層，以水平層狀高電性層為主要特征，反映了其地層相對穩(wěn)定的沉積地質(zhì)特征，埋藏深度在1800m以下。

3.3綜合推斷解釋

由布格重力異常特征分析，臨清城區(qū)附近包括該區(qū)在內(nèi)，為凹陷區(qū)內(nèi)的局部凹陷區(qū)，地熱成礦條件更為有利；由本次物探資料分析，區(qū)內(nèi)熱儲館陶組頂板埋深1500m左右，上覆第四系及新近系明化鎮(zhèn)砂質(zhì)粘土、泥巖等巨厚的保溫層。

在該區(qū)內(nèi)，東部為冠縣斷裂，該斷裂走向北北東，向西陡傾。西部緊鄰臨清斷裂，該斷裂走向北北東，向東陡傾。兩斷裂形成了冠縣凹陷。

據(jù)前期研究，其熱源為正常的大地熱流增溫。蓋層為第四系黃河組、平原組和新近系眀化鎮(zhèn)組，是非常好的隔水層和保溫層，使熱能得以保存和儲集。主要熱儲層包括館陶組和東營組。熱儲層中地下水在緩慢側(cè)向徑流過程中，接受下部大地熱流而增溫，臨清斷裂、冠縣斷裂等成為地熱水與深部熱源溝通的通道。

該區(qū)從地貌特征來看，處于谷地漫灘地形。熱儲館陶組巖性為中粗砂巖、砂礫巖等。賦存有豐富的碎屑巖類孔隙裂隙水；區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動，裂隙發(fā)育。充足的地表水，廣闊的補給區(qū)為地下水的補給提供了足夠的水源。

4.結(jié)論

本次工作通過對區(qū)域重力資料布格重力異常特征及本次剖面異常特征的綜合分析[4]認為：重力資料反映區(qū)內(nèi)區(qū)域構(gòu)造臨清斷裂和冠縣斷裂異常反應明顯，尤其是對冠縣凹陷和館陶凸起反映清晰。大地電磁測深剖面所反映的地層層位清楚，尤其是對熱儲層館陶組的頂?shù)装迓裆睿从城逦?，為鉆探施工設(shè)計提供了較為可靠的依據(jù)。表明AMT在尋找淺層地熱資源方面有著積極的作用。

【參考文獻】

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