綜合物探方法勘查在沈陽新城子盆地地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用效果

蔣麗麗，李祎昕

遼寧省物測(cè)勘查院，遼寧沈陽112101

綜合物探方法勘查在沈陽新城子盆地地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用效果

蔣麗麗，李祎昕

遼寧省物測(cè)勘查院，遼寧沈陽112101

應(yīng)用重、磁面積性測(cè)量成果推測(cè)地質(zhì)構(gòu)造位置、性質(zhì)和基本特征，確定主控地質(zhì)構(gòu)造；并依據(jù)重力異常圈定盆地總體輪廓，利用局部變化特征劃分次級(jí)凹陷和凸起，確定次級(jí)凸起部位和其邊緣斷裂帶為尋找地?zé)豳Y源的有利部位.利用可控源音頻大地電磁法（CSAMT）剖面測(cè)量成果，根據(jù)斷裂帶上的垂向地電斷面上的視電阻率變化特征，推斷斷裂性質(zhì)和深部的巖石破碎程度以及含水情況.根據(jù)二維地震測(cè)量，進(jìn)一步確定斷裂性質(zhì)，推斷出最佳含水部位，最終確定地?zé)峋?經(jīng)鉆探驗(yàn)證，成井結(jié)果與推斷基本一致，打出了較理想的地?zé)峋?說明所采用的技術(shù)思路正確，應(yīng)用綜合物探勘查方法尋找隱伏的地?zé)豳Y源非常有效.

綜合物探方法；地?zé)峥辈椋恍鲁亲优璧?；遼寧省

遼寧沈北盆地內(nèi)地?zé)豳Y源豐富，盆地規(guī)模大，覆蓋層厚度大，含水層穩(wěn)定、埋藏深、水溫高，內(nèi)部導(dǎo)水?dāng)嗔寻l(fā)育，是尋找傳導(dǎo)型地?zé)岬睦硐雲(yún)^(qū)域.沈北地區(qū)自2005年起進(jìn)行了多次地?zé)峥辈楣ぷ?，到目前為止在道義盆地和新城子盆地共施工地?zé)峋?2眼，其中9眼打出地?zé)?，出水溫度?0～82℃，日出水量平均在2000 t左右．因此在沈北地區(qū)打地?zé)峋晒β矢?，并具有地?zé)崴疁馗摺⑺看蟮忍攸c(diǎn)．隨著遼寧省政府提出要打造百個(gè)溫泉小鎮(zhèn)的目標(biāo)的實(shí)施，地方政府及民營企業(yè)家越來越重視地?zé)衢_發(fā)，研究總結(jié)有效開發(fā)地?zé)豳Y源的勘查方法，將對(duì)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到重要的作用.

1 地質(zhì)背景

沈北地區(qū)（沈陽市區(qū)至開原威遠(yuǎn)堡以南）的盆地呈北東向展布，出露寬10～20 km，盆地的深度幾百米—幾千米，新城子盆地是其中的一個(gè)次級(jí)盆地.沈北盆地位于華北地臺(tái)北緣郯廬斷裂帶中段，太古宙中晚期古陸核發(fā)生構(gòu)造運(yùn)動(dòng)［1］，形成了北東—北北東向的郯廬斷裂帶，中新元古代發(fā)生了呂梁運(yùn)動(dòng)，形成了松遼盆地，接受了中元古界薊縣系的海相沉積，形成了鐵嶺組、洪水莊組及霧迷山組，是沈北地區(qū)的主要含水層.之后沈北地區(qū)處于抬升期，中生代晚期受環(huán)太平洋板塊俯沖作用影響，發(fā)生了喜馬拉雅運(yùn)動(dòng).遼寧境內(nèi)郯廬斷裂帶再次活動(dòng)，沈北地區(qū)沿著北東向形成了一系列的斷陷盆地，新生代接受了一套陸相-火山巖相的沉積［2］，形成了沈北地區(qū)傳導(dǎo)型地?zé)岬纳w層.

1．1 蓋層地質(zhì)特征

新城子盆地蓋層主要由新生界的古近系、新近系及第四系地層組成.古近系為木梳屯組的玄武巖、玄武質(zhì)凝灰?guī)r及泥巖，楊連屯組的泥巖、頁巖、粉砂巖夾煤線，洋河組的粉砂質(zhì)泥巖，總厚度大于1000 m.新近系由邱家屯組的泥巖、砂巖、礫巖組成，厚度在200 m左右.第四系全新統(tǒng)由腐植土、砂礫石及亞黏土組成，厚度在30～150 m左右，蓋層總厚度為1000～2500 m，盆地中心可達(dá)3000 m以上［3］.

1．2 儲(chǔ)水層地質(zhì)特征

儲(chǔ)水層由覆蓋在太古宙老地層之上的中元古界薊縣系鐵嶺組、洪水莊組及霧迷山組的灰?guī)r、白云巖及大理巖組成，構(gòu)成本區(qū)內(nèi)的地?zé)醿?chǔ)水層.儲(chǔ)水層厚度大于1000 m.

1．3 導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)造特征

毛竹股份制合作社模式在安吉縣探索發(fā)展已近10年[4]，在促進(jìn)竹林經(jīng)營向組織化、規(guī)?；⒓s化的進(jìn)程中發(fā)揮了重要作用，但新模式在實(shí)踐過程中出現(xiàn)了很多問題，仍需要不斷總結(jié)和探索。通過對(duì)橫溪塢毛竹股份制合作社調(diào)研，對(duì)組建毛竹股份制合作社提出以下建議。

根據(jù)綜合物探成果推斷，北東（北北東）向斷裂控制盆地的邊緣，斷裂產(chǎn)狀較陡，傾角70～80°，傾向盆里，是主要導(dǎo)水?dāng)嗔?，北東向與北西向斷裂交叉處是尋找地?zé)嶙罴盐恢?

1．4 地球物理特征

1．4．1 巖性特征

該區(qū)為大面積第四系覆蓋，因此，巖石物性參數(shù)僅依區(qū)域重磁資料及鄰區(qū)鉆孔資料收集所得，見表1.

從表1中看出：第四系松散層為低密度、無磁性和低電阻率；新近系＋古近系含煤、油頁巖及泥巖、砂巖等巖性具低密度、低電阻率和無磁性的特征；新近系＋古近系頁巖具電阻率偏高、無磁性和低密度特征；而木梳屯組安山凝灰?guī)r及玄武巖電阻率均偏高，密度值雖然不高，但仍比其他巖性明顯偏高；中元古界白云質(zhì)大理巖破碎帶（含水層位），其密度明顯偏低，無磁性，電阻率僅為5～60 Ωm，賦水性越好、水溫越高，其“三低”特征越明顯，為本次地?zé)峥辈榈闹攸c(diǎn)目的層.中元古界白云質(zhì)大理巖為高密度低磁性巖石，太古宇變質(zhì)巖具高密度、高磁性和高電阻率的“三高”特征，構(gòu)成凹陷區(qū)深部的結(jié)晶基底.

表1 沈北地區(qū)巖石物性參數(shù)簡(jiǎn)表Table 1 Geophysical parameters of rocks in Northern Shenyang area

1．4．2 地球物理場(chǎng)特征

從新城子盆地1∶25 000重磁測(cè)量成果反映的重磁特征看出，新城子盆地重力低反映明顯，圈封曲線形態(tài)較完整，走向?yàn)楸睎|向，其兩側(cè)為重力高異常，西北側(cè)異常梯度變化比較大，東南側(cè)異常梯度變化較小，盆地重力低異常中心分為南、北兩個(gè)異常中心；磁場(chǎng)呈現(xiàn)低緩平靜負(fù)磁場(chǎng).而盆地周邊之外，磁場(chǎng)值偏高.形成重力高及局部正磁場(chǎng)反映出盆地外緣基底相對(duì)隆起的場(chǎng)貌特征.

2 物探工作方法應(yīng)用及效果

在上述工作的基礎(chǔ)上，選擇異常地段（在主控構(gòu)造帶上）布置可控源音頻大地電磁（CSAMT）法（或者布設(shè)MT法）和二維地震勘探線，進(jìn)一步查明重點(diǎn)地段的隱伏斷裂的性質(zhì)、產(chǎn)狀、熱儲(chǔ)層的巖性、厚度、埋深以及含水性.最后根據(jù)以上的綜合解譯結(jié)果確定地?zé)峋?、井深，預(yù)測(cè)出水量和井口溫度.

2．1 磁法勘探在地?zé)豳Y源勘查中的應(yīng)用

應(yīng)用磁法測(cè)量主要是發(fā)揮該方法在地層的劃分、斷裂的識(shí)別和巖體的劃分中簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì).主要作用是對(duì)地?zé)衢_發(fā)遠(yuǎn)景區(qū)段做出評(píng)價(jià).

從物性表（表1）中可知新生界、中元古界（安山巖、玄武巖外）基本無磁性，太古宇變質(zhì)巖高磁性構(gòu)成凹陷區(qū)深部的結(jié)晶基底.

在本工作區(qū)中，只有巖漿巖磁性較強(qiáng)，有較明顯的磁異常，因此，磁法勘探在圈定火山巖及隱伏巖體分布范圍中效果明顯.同時(shí)，磁法勘探在勘查規(guī)模較大的斷層或有巖漿巖充填的斷裂帶方面往往也有很好的效果.

2．2 重力勘探在地?zé)豳Y源勘查中的應(yīng)用

重力勘查主要研究地下地質(zhì)體因密度不均引起的重力異常.地層及巖性分界面以及構(gòu)造強(qiáng)烈變動(dòng)區(qū)因密度變化大而往往具有較明顯的重力異常，因此，通過反演能圈定熱儲(chǔ)體的分布范圍，摸清測(cè)區(qū)基底的起伏變化情況.

從物性表（表1）中可知新生界密度不大，均在1．6×103～2．48×103kg/m3；中元古界薊縣系的白云質(zhì)大理巖、太古宇片麻巖混合巖密度為2．6×103～2．79×103kg/m3，構(gòu)成盆地深部的結(jié)晶基底.二者之間存在明顯的密度差界面.

北東向與北西向斷裂交叉處是尋找地?zé)嶙罴盐恢?

本區(qū)通過面積性重磁測(cè)量，推斷斷裂14條（圖1），主要有北東（北北東）、東西、北西向3組.其中北東（北北東）向有5條，斷裂長5～15 km，斷裂產(chǎn)狀較陡，傾角70～80°，分別控制主盆地和次級(jí)盆地的邊緣，傾向盆里，是主要導(dǎo)水?dāng)嗔?；東西向斷裂見有4條，斷裂長4～12 km，傾向不同方向，傾角在50～60°；北西向斷裂見有4條，延長2～5 km，是較小規(guī)模的斷裂.確定了新城子盆地的地質(zhì)構(gòu)造構(gòu)架，郯廬斷裂為盆地的主控構(gòu)造；清晰完整的圈出了新城子盆地總體輪廓，并依據(jù)重力異常部位變化特征進(jìn)而又劃分出次級(jí)凹陷和凸起各3處.其中次級(jí)凸起部位和其邊緣斷裂帶為尋找地?zé)豳Y源的有利部位.

圖1 物探推斷成果圖Fig．1 Interpretation of geophysical exploration1—推斷斷裂及編號(hào)（fault and code）；2—推斷斷陷盆地范圍及編號(hào)（fault-depression basin and code）；3—物探綜合剖面線（comprehensive geophysical profile）；4—鉆孔點(diǎn)位（drill hole）

圖2 Ⅱ線CSMAT剖面圖Fig．2 CSMAT profile along No．Ⅱexploration line

2．3 可控源音頻大地電磁法

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）測(cè)量在地?zé)崴辈橹械拿黠@優(yōu)勢(shì)，具有工作效率高、勘探深度大、勘探環(huán)境適用范圍寬的特點(diǎn).可用于解決以下地質(zhì)問題：①圈定地?zé)岙惓７秶蜔醿?chǔ)體的空間分布；②確定地?zé)崽锏幕灼鸱半[伏斷裂的空間展布；③確定地?zé)嵛g變帶；④圈定地下水的賦存位置.

在可控源音頻大地電磁法（CSAMT）Ⅱ剖面測(cè)量圖（圖2）中可以看出，在剖面的東南端即盆地的東南斷裂帶上的視電阻率變化特征：在圖的右側(cè)推斷3條斷裂，而且這3條斷裂是在一定的深度交匯，附近的巖石破碎程度非常高.在重力推斷中該處應(yīng)是中元古界薊縣系白云質(zhì)大理巖，在圖2中可以明顯的看出該處的視電阻率為30～50 Ωm.所以推斷該處是含水構(gòu)造破碎帶.

2．4 二維地震在地?zé)豳Y源勘查中的應(yīng)用①劉暢，等.遼寧省沈陽市新城子盆地地?zé)嶂亓ζ詹閳?bào)告.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局，遼寧省物測(cè)勘查院，2008.

該方法利用地震波速在構(gòu)造帶（巖石破碎帶）與圍巖上的明顯差異來判斷構(gòu)造的存在；不同時(shí)代地層的地震波速也有所不同，作為分層的依據(jù).一般情況下，埋深增大，巖石密度加大，波速值也增高.中生代地層的波速一般很低，薊縣系地層波速值一般大于2700 m/s，但是在巖石破碎的情況下波速也明顯下降.同時(shí)可確定新生界厚度及基底界面深度、盆地基底的起伏形態(tài)及太古宙結(jié)晶基底頂界面埋深.

通過二維地震D2線（Ⅱ剖面）測(cè)量，推斷出4處斷裂，推斷了古近系與中元古界薊縣系之間的不整合界面以及斷裂帶，推斷了最佳含水部位.其中DF6與重力推斷F1相對(duì)應(yīng)，為盆地南部邊緣的反映.DF7、DF8、DF9均為盆地基底斷裂（圖3）.

圖3 D2線地震地質(zhì)剖面圖Fig．3 Seismic geological profile along exploration line D21—古近系（Paleogene）；2—薊縣系（Jixian system）；3—推斷斷裂構(gòu)造（inferred fault）

二維地震推斷的結(jié)果與可控源音頻大地電磁法（CSAMT）測(cè)量推斷的結(jié)果基本吻合，特別是在斷裂推斷上，磁法、重力、CSAMT測(cè)量、二維地震基本是吻合的，起到了各種物探方法相互印證的目的.ZK1孔驗(yàn)證結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn).以上各種物探方法的推斷結(jié)果給地?zé)峋坏拇_定奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

3 應(yīng)用綜合物探方法確定井位

應(yīng)用重、磁面積測(cè)量確定了地質(zhì)構(gòu)造位置、性質(zhì)和基本特征，推斷斷裂16條，累計(jì)斷裂長度116 km以上，其中北東向斷裂長達(dá)62 km，占總長的53．4%，說明北東向斷裂構(gòu)造為該區(qū)主體構(gòu)造；F6、F10、F12等構(gòu)造為郯廬斷裂帶北延的主干斷裂，確定了主控地質(zhì)構(gòu)造；圈定了隆起區(qū)、斜坡帶、盆地等基本特征；推斷了地?zé)岙惓７秶?應(yīng)用可控源音頻大地電磁法測(cè)量與二維地震測(cè)量大致掌握了地?zé)崤璧卦诖瓜蛏峡責(zé)岬刭|(zhì)構(gòu)造性質(zhì)、地?zé)嵘w層厚度、熱儲(chǔ)層的空間展布特征和含水層位等；清晰完整地圈出了新城子盆地總體輪廓，并依據(jù)重力異常部位變化特征進(jìn)而劃分出次級(jí)凹陷和凸起各3處，其中次級(jí)凸起部位和其邊緣斷裂帶為尋找地?zé)豳Y源的有利部位.新城子盆地蓋層發(fā)育，沉積穩(wěn)定，泥質(zhì)成分偏高，具備良好的保溫性能.

通過以上各種物探方法的綜合解釋確定，盆地基底為中元古界薊縣系，其中碳酸鹽層發(fā)育，構(gòu)成良好熱儲(chǔ)層，其頂板埋深一般為－1000～－1500 m，中心部位可達(dá)－2000 m，是較理想的熱儲(chǔ)層深度.

結(jié)合斷陷盆地尋找地?zé)岬娜?，確定鉆孔布設(shè)原則：①依照前人的經(jīng)驗(yàn)，斷陷盆地的邊緣和凹陷中的相對(duì)凸起區(qū)；②有一定厚度的地?zé)嵘w層即保溫層；③有良好的熱源通道即斷裂；④地下有一定的儲(chǔ)水空間即儲(chǔ)水構(gòu)造破碎帶；⑤根據(jù)以上基底深度和蓋層厚度的解釋分析的結(jié)果.依據(jù)上述原則布設(shè)了4個(gè)地?zé)峋孜?，分別為ZK1、ZK2、ZK3、ZK4.

其中ZK1孔位于新城子區(qū)政府西南側(cè)新新南村附近，F(xiàn)1斷裂的北側(cè)，計(jì)為直孔，孔深為2509 m.第四系厚度78 m，第四系下為新近系＋古近系，深度為－78～1251 m，總厚度為1173 m；古近系下部是中元古界薊縣系地層，至－2509 m終孔，為薊縣系霧迷山組白云巖層位.在玄武巖與白云巖不整合面（－1251 m）以下有20～30 m厚破碎風(fēng)化殼，推斷可能會(huì)有少量水的含水層.－1642～－1662 m之間為斷層破碎帶，巖石成分為白云巖和板巖.－2058～－2078 m，節(jié)理裂隙發(fā)育，有鐵銹，為粉紫色、灰白色白云巖互層，夾黑色板巖等.－2386～－2408 m之間又存在一層破碎帶，含有較豐富的地下熱水.抽水試驗(yàn)結(jié)果，ZK1孔日出水量1440 t，水溫65～70℃.

ZK2孔成井深度為2810 m，第四系厚度80 m，第四系下新近系+古近系深度為－80～－1638 m，總厚度為1558 m.古近系下部是中元古界薊縣系地層，ZK2孔至－2810 m終孔，仍為薊縣系霧迷山組白云巖層位.在木梳屯組與鐵嶺組不整合接觸面（－1638 m）以下約6 m，有一定量地下熱水；－1718～－1748 m，以灰綠板巖為主，成分較復(fù)雜，推測(cè)有一定量地下熱水.其下還有多處破碎帶，但巖心細(xì)碎部分呈粉末狀，使其含水又阻水，無法形成地下熱水通道.測(cè)井結(jié)果表明，ZK2孔測(cè)井曲線雖解釋出多處含水層，但其泥質(zhì)含量較高，有效孔隙率低，滲透率差，因此水量低.抽水試驗(yàn)結(jié)果，ZK2孔日出水量216 t，水溫22℃.

ZK3孔成井深度為2100 m，出水量1180 m3/d，井口水溫63℃.ZK4未施工.

4 結(jié)論

在新城子盆地傳導(dǎo)性地?zé)峥辈橹?，?yīng)用重、磁面積性測(cè)量確定平面地質(zhì)構(gòu)造特征，確定了主控地質(zhì)構(gòu)造，劃分次級(jí)凹陷和凸起，圈出了盆地總體輪廓，確定地?zé)岙惓０袇^(qū)，尋找地?zé)豳Y源的有利部位；結(jié)合可控源音頻大地電磁法（CSAMT）剖面測(cè)量、二維地震測(cè)量成果推斷隱伏斷裂性質(zhì)和深部的巖石破碎程度以及含水情況，最終確定地?zé)峋?實(shí)驗(yàn)證明，所采用的技術(shù)思路正確，應(yīng)用綜合物探勘查方法尋找隱伏的地?zé)豳Y源非常有效.

［1］遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局．遼寧區(qū)域地質(zhì)志［M］．北京：地質(zhì)出版社．

［2］趙永利．渾南地區(qū)構(gòu)造演化與金成礦關(guān)系討論［J］．遼寧地質(zhì)，1999（2）：128－137．

［3］姚明和，王敏，李彥，等．綜合物探方法在沈北道義盆地地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用［J］．國土資源，2008（增刊1）：110－111．

［4］黃健良，吳波，邵月中．淺談綜合物探方法在地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用［J］．高校理科研究，2009（18）：71．

APPLICATION OF THE INTEGRATED GEOPHYSICAL METHODS IN THE GEOTHERMAL EXPLORATION IN XINCHENGZI BASIN，LIAONING PROVINCE

JIANG Li-li，LI Yi-xin

Liaoning Institute of Geophysical Exploration，Shenyang 112101，China

The results of gravimetric and magnetic survey are adopted to infer the geological structural location，properties and characteristics．The outline of the basin is delineated by gravity anomalies．By local changing characters，secondary domes and sags are divided．The secondary domes and their marginal fault belts are advantageous positions for geothermal resources．Based on the results of CSAMT profile，with the varieties of apparent resistivity in the vertical geoelectric section of fault belt，the authors infer the fracture properties，deep rock broken degree and water content．With 2-D seismic survey，the fracture properties are further determined to confirm the best water area and eventually position the geothermal well site．The inference is successfully verified by drilling，showing that the technical approach is correct．The application of integrated geophysical prospecting methods for buried geothermal resources is effective．

integrated geophysical method；geothermal exploration；Xinchengzi Basin；Liaoning Province

2015－12－11；

2016－05－27．編輯：張哲．

遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局科研項(xiàng)目“精準(zhǔn)探測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究”（項(xiàng)目編號(hào)2015-04）.

蔣麗麗（1979—），女，從事地球物理勘察工作，通信地址遼寧省沈陽市沈北新區(qū)貴州路78號(hào)，E-mail//875298227@qq.com

1671-1947（2016）06-0580-03

P631.3

A