在江蘇尋找深循環(huán)型地下熱水的物探方法及異常特征

孔憲和

江蘇省地質(zhì)環(huán)境勘查院 江蘇省南京市 210012

摘要：在江蘇深循環(huán)型地?zé)岬牡刭|(zhì)條件，地球物理特征，選用的物探方法及異常特征。

關(guān)鍵詞：深循環(huán)；地下熱水；物探方法；異常特征

一、概述

地下熱水是集熱能、水和礦產(chǎn)于一體，多用途的自然資源，作為一種清潔的可再生能源，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和人民生活等方面都有廣泛的應(yīng)用，有著其他能源不具備的優(yōu)點(diǎn)，其社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益也日益顯現(xiàn)。

江蘇是經(jīng)濟(jì)大省，也是能源消耗大省，尋找開發(fā)地?zé)豳Y源尤為重要。

本人在江蘇從事地下水資源勘查數(shù)十年，地?zé)峥辈橐步?，本文?duì)物探尋找地下熱水的方法及異常特征進(jìn)行探討。

二、地?zé)犷愋?/p>

地?zé)豳Y源按其在地下賦存的狀態(tài)分為水熱型、干熱巖型、地壓型。其中水熱型又可分為蒸汽型和熱水型。

地?zé)釋＜尹S尚瑤、陳墨香將我國(guó)水熱型地?zé)嵯到y(tǒng)分為兩類，即構(gòu)造隆起區(qū)熱對(duì)流型和構(gòu)造沉陷區(qū)熱傳導(dǎo)型；五型，即火山型、非火山型、深循環(huán)型、斷陷盆地型、坳陷盆地型。

江蘇水熱型地?zé)岢K中部分地區(qū)為斷（坳）盆地型，其它大部分地區(qū)為深循環(huán)型。

三、深循環(huán)型地?zé)岬刭|(zhì)條件

1、儲(chǔ)層

深循環(huán)型地?zé)醿?chǔ)層在江蘇主要有以下地層：

⑴奧陶系、寒武系以及震旦系燈影組，巖性以灰?guī)r、白云巖為主，水量豐富，為南京湯山、湯泉的天然溫泉的主要儲(chǔ)層。

⑵三迭系周沖組、青龍群、二迭系棲霞組、石炭系，巖性以灰?guī)r為主，水量豐富。

⑶泥盆系上統(tǒng)五通組與侏羅系中下統(tǒng)象山群，五通組以石英砂巖、含礫石石英砂巖為主，象山群以巖屑砂巖、粉砂巖、石英砂巖為主。水量中等，單井涌水量100～500米3/日。

⑷侏羅系上統(tǒng)，巖性上段龍王山組為安山玄武巖、角礫凝灰?guī)r、粗安巖，下段西橫山組為砂巖，底部夾安山凝灰角礫巖。富水性復(fù)雜、不均，大多水量不大，局部豐富。

2、源

深循環(huán)型地?zé)釤岬膩碓从谏畲髷嗔训纳畈浚诮K深大斷裂大多呈北東向，斷裂形成時(shí)期較早，一般前期為壓性，后期為壓扭性甚至為張性，為江蘇尋找深循環(huán)型地下熱水的主要構(gòu)造。

3、通

在江蘇導(dǎo)水的張性斷裂主要為北西向，形成時(shí)期較晚，切割北東向的深大斷裂，為北東向的深大斷裂輸送水源，冷水經(jīng)深大斷裂加熱上升，在蓋層較差的地方形成天然溫泉。南京湯山、湯泉的天然溫泉就是上述成因。

4、蓋層

在沒有蓋層的或蓋層較差的情況下，如果在北西向?qū)當(dāng)嗔焉香@井，即使鉆孔深度達(dá)到2000米，因?yàn)樯喜坷渌苯友a(bǔ)給也不能得到理想溫度的熱水。如在南京湯泉南部北西向?qū)當(dāng)嗔焉香@井至1600米，井底測(cè)溫僅為28℃，遠(yuǎn)低于正常地溫。在江蘇好的蓋層為第四系松散層、白堊系泥巖，導(dǎo)熱系數(shù)低。侏羅系火山碎屑巖、三疊系、二疊系、泥盆系、志留系泥巖、泥質(zhì)砂巖等透水性差的地層均可作為蓋層。

四、地球物理特征

通過地?zé)岬刭|(zhì)條件，我們知道江蘇尋找深循環(huán)型地下熱水首先要尋找好的儲(chǔ)層，再在好的儲(chǔ)層中確定熱源構(gòu)造及導(dǎo)（補(bǔ)）水構(gòu)造，在靠近兩個(gè)構(gòu)造交匯點(diǎn)的深大斷裂上布置鉆孔最為有利。

好的儲(chǔ)層巖性為灰?guī)r、白云巖，電阻率較高，一般在750ΩM左右，甚至上千。中等儲(chǔ)層的巖性為石英砂巖，電阻率也較高，大多大于300ΩM。差的儲(chǔ)層電阻率一般都較低，小于300ΩM。

地下熱水因溶解大量的礦物質(zhì)，電阻率很低，僅幾ΩM，儲(chǔ)層因熱水蝕變，熱水蝕變帶同樣電阻率也較低，數(shù)ΩM到數(shù)十ΩM。

五、物探方法選擇

地?zé)嵛锾降目碧缴疃纫笤?000米以上，能夠進(jìn)行勘探的方法有：

地震法、微動(dòng)法、電磁法。電磁法又分為瞬變電磁法（TEM）、大地電磁測(cè)深（MT）、音頻大地電磁測(cè)深（AMT）以及可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）。

1、地震法

地震法是利用彈性波在介質(zhì)中的傳播理論，通過分析地震波在介質(zhì)界面的反射、折射、衰變過程中呈現(xiàn)的波速、波幅、相位等變化規(guī)律而發(fā)現(xiàn)目標(biāo)地質(zhì)體，從而達(dá)到勘探的目的。地震法對(duì)于水平地質(zhì)界面的追蹤效果較好，而對(duì)于傾角較大的構(gòu)造效果較差，更由于深部地震野外工作繁瑣、工作量大、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，其應(yīng)用有一定局限性。

2、微動(dòng)法

微動(dòng)法，又叫大地面波法，是由于地殼的固有振動(dòng)而引發(fā)巖層界面或構(gòu)造界面產(chǎn)生面波，通過測(cè)定不同時(shí)段或頻率面波，分析面波的波速差異，從而發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，推斷目標(biāo)地質(zhì)體。該方法體積效應(yīng)較大，且受環(huán)境干擾影響較大，在當(dāng)前地?zé)峥碧街胁⒉怀Ｓ谩?/p>

3、電磁法

電磁法是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象及電磁波在介質(zhì)中傳播特性為其理論基礎(chǔ)，其中瞬變電磁法（TEM）著重于電磁感應(yīng)現(xiàn)象。而大地電磁測(cè)深（MT）、音頻大地電磁測(cè)深（AMT）以及可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）著重于電磁波在介質(zhì)中的傳播理論。

電磁法測(cè)深的依據(jù)為趨膚效應(yīng)，就是電磁波穿入地下，能量會(huì)衰減，當(dāng)電磁波的能量衰減到我們不能觀測(cè)到其響應(yīng)量時(shí)，這一深度就為趨膚深度。趨膚深度取決于兩方面，一是地下介質(zhì)性質(zhì)，高阻介質(zhì)對(duì)電磁波能量吸收少，趨膚深度大，反之低阻介質(zhì)對(duì)電磁波能量吸收多，趨膚深度小；二是電磁波的頻率，頻率越高趨膚深度越小，頻率越低趨膚深度越大。利用電磁波這一頻率特性，通過由高頻到低頻的多頻段掃描，而獲得由淺至深不同深度的疊加電磁效應(yīng)參數(shù)（視電阻率），通過同一測(cè)線不同的測(cè)深點(diǎn)構(gòu)筑成可供地質(zhì)分析的地電斷面，從而使電磁法應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。

大地電磁測(cè)深（MT）、音頻大地電磁測(cè)深（AMT）受環(huán)境干擾較大，在干擾較大的江蘇地區(qū)主要應(yīng)用抗干擾能力較強(qiáng)的可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）。

4、輔助方法

在江蘇地區(qū)主要應(yīng)用抗干擾能力較強(qiáng)的可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）法，在干擾較小的地區(qū)可以使用大地電磁測(cè)深（MT）或音頻大地電磁測(cè)深（AMT），為提高物探解釋的準(zhǔn)確性，還應(yīng)選用一些輔助的物探方法，如淺層地溫、放射性測(cè)試，也可進(jìn)行普通的地面電法，準(zhǔn)確確定構(gòu)造的淺部特征。

六、物探異常特征

理想的物探異常為淺部低阻，深部為高阻，高阻區(qū)存在漏斗狀、串珠狀或帶狀低阻異常。淺部低阻區(qū)為蓋層，深部高阻區(qū)為儲(chǔ)層，漏斗狀、串珠狀低阻或梯度帶為地下熱水構(gòu)造異常反應(yīng)。如附圖在ZK1位置鉆井，鉆井深度1600米，鉆遇地層為：

0-525.00米，第四系灰黃色粘土、粉砂質(zhì)粘土。第三系泥巖。二疊系龍?zhí)督M、孤峰組泥巖、泥質(zhì)粉砂巖；

525.00-1045.00米，石炭系棲霞組、船山組、黃龍組含燧石灰?guī)r、紫紅色灰?guī)r；

1045.00-1205.00米，泥盆系觀山組石英砂巖、紫紅色礫巖；

1205.00-1605.05米，志留系茅山組粉砂巖、長(zhǎng)石砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。

在613米巖溶發(fā)育，曾抽水試驗(yàn)，出水量超過2000噸/天，水溫34℃。970-1200米深度構(gòu)造裂隙發(fā)育，但不如上段613米。為了提高水溫，后將上段下井管固井封死。970-1200米下濾水管取水，最終出水量641噸/天，水溫43.2℃。