江蘇省海岸帶地?zé)峥辈榫C合物探的應(yīng)用效果

陸桂福，劉福勝，蘇文利

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北 廊坊 065000； 2.中媒地質(zhì)工程總公司，北京 100040)

0 引言

地?zé)豳Y源是集“熱、礦、水”三位一體的綜合資源，為一種清潔可再生能源，在世界能源構(gòu)成中占有越來越重要的地位。開發(fā)利用地?zé)豳Y源，可以帶來良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益，對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，保護生態(tài)環(huán)境具有重要的現(xiàn)實意義。

我國每個省市都具有得天獨厚的自然資源與文化資源地區(qū)，但部分地區(qū)第四系覆蓋較厚，地質(zhì)工作程度較低，對地下深部地層和構(gòu)造格架了解甚少。而熱儲往往位于地下具有一定深度的斷裂構(gòu)造部位，這就需要選擇合適的新方法、新技術(shù)進行深部探測。

可控源音頻大地電磁法(簡稱CSAMT)是在大地電磁法(MT)和音頻大地電磁法(AMT)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種人工源電磁測深方法[1-2]。由于CSAMT法的探測深度適中，穿透低阻覆蓋層能力較強[3]，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。主要應(yīng)用于地?zé)?、油氣、煤田等礦產(chǎn)資源探測，均取得了較好的效果。目前電性源CSAMT法應(yīng)用較多，它是在有限長的接地導(dǎo)線中供音頻電流，以產(chǎn)生相應(yīng)頻率的電磁場，其探測深度較大，可達3km。

測區(qū)位于江蘇省海岸帶地區(qū)，表層為厚大的低阻覆蓋層。首先對區(qū)域構(gòu)造、地層、水文地質(zhì)、地?zé)釄龅鹊責(zé)岬刭|(zhì)條件分析研究，布置地面測溫面積工作，選擇地?zé)岣咧挡课徊荚O(shè)CSAMT剖面工作，利用反演電阻率斷面圖異常特征分析地層和深部地質(zhì)構(gòu)造[4-5]，結(jié)合其它已知地質(zhì)資料，布設(shè)地?zé)徙@井位置。進行地?zé)徙@井驗證和單井地?zé)豳Y源評價，為地?zé)豳Y源開發(fā)利用提供有利依據(jù)。

1 區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)概況

區(qū)域上，測區(qū)位于揚子陸塊下?lián)P子地塊東段的海安凹陷與丁堰凸起接合部并以北東向金壇—如皋斷裂分界以北部位。金壇—如皋斷裂以北為中新生代的凹陷，沉積了巨厚的古近系及新近系，自上而下發(fā)育的地層分別為第四系、新近系、古近系、白堊系。區(qū)內(nèi)海岸線呈北西向展布，該地貌可能受北西向斷裂構(gòu)造控制[6][7]，如圖1所示。

1.三垛組；2.浦口組；3.阜寧組；4.海岸線；5.推斷斷裂及編號圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造分布圖Figure 1 Regional geological structure distribution

1.1 地層

本區(qū)地層屬揚子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)。印支面之上主要為白堊紀(jì)、古近紀(jì)、新近紀(jì)和第四紀(jì)地層，印支面之下主要為三疊系及晚古生代地層。

1.2 構(gòu)造

區(qū)域上，斷裂較發(fā)育，種類較多。主要有北東-北東東向、北西向及近東西向斷裂三組。

北東-北東東向斷裂是區(qū)域內(nèi)發(fā)育最廣的斷裂構(gòu)造，其中靖江-如皋斷裂是區(qū)內(nèi)最重要斷裂構(gòu)造，是一條規(guī)模大、切割深、控制地層多的區(qū)域性大斷裂。

北西向斷裂具線性、延伸遠、傾角大、切割深的特點，主要活動時間為燕山晚期至喜馬拉雅早期，有些斷裂近期仍有較強活動，對現(xiàn)代地貌具有較明顯控制作用。

近東西向斷裂規(guī)模一般較小，形成時間不一，是區(qū)內(nèi)形成時間相對較早的斷裂。與北東、北西向斷裂組合，往往成為拉張型斷塊的邊界斷裂，控制了晚白堊世及古近紀(jì)、新近紀(jì)地層的分布。

1.3 巖漿巖

本區(qū)屬于環(huán)太平洋中新生代巖漿活動帶上，是長江中下游沿江巖漿活動帶的東延部分。巖漿活動大致可分為兩期，即中生代燕山期和新生代喜馬拉雅期。中生代巖漿巖以中酸性-酸性侵入巖和中性火山巖為主；新生代巖漿巖以玄武巖為主，分布廣泛，發(fā)育于古近紀(jì)及新近紀(jì)地層中。

1.4 地?zé)岬刭|(zhì)

活動性斷裂是尋找地下熱水資源的重要條件，區(qū)內(nèi)北東東向展布的金壇—如皋斷裂(F1)，是長期活動的區(qū)域性深大斷裂，近期仍有活動跡象，其近期活動性加強了與深部熱源的溝通，同時也導(dǎo)致深部含水層富水性增強。根據(jù)航磁異常特征[8](圖2)，區(qū)內(nèi)存在北西向斷裂構(gòu)造，該斷裂是較新的活動斷裂，其與北東向斷裂構(gòu)造的交會，是有利的導(dǎo)水構(gòu)造。

圖2 區(qū)域航磁異常圖Figure 2 Regional aeromagnetic anomalies

2 區(qū)域地球物理特征

2.1 航磁異常特征

磁場圖上(圖2)，大致存在三種磁場類型，即寬緩升高場、平靜場和波動場。寬緩升高場主要分布在區(qū)內(nèi)中南處，異常極值均在100nT以下，為巖漿活動的反映；平靜場主要分布在測區(qū)的中北和西南部，以負(fù)磁場為主要特征，反映巖漿活動微弱，磁性基底下沉，中、新生界或中、古生界沉積厚度較大；波動場主要分布在測區(qū)東南緣，以孤立、跳躍異常為特征，多數(shù)是火山巖的反映。

測區(qū)南西側(cè)存在一北西走向的航磁正異常帶，最大異常值達100nT，異常兩側(cè)存在密集的梯級帶，可能亦反映了該處存在北西向斷裂構(gòu)造。

2.2 測區(qū)電性特征

測區(qū)電性特征為：第四系電阻率較低，一般小于5Ω·m；新近系電阻率亦較低，但變化較大，一般5～50Ω·m；古近系由于已固結(jié)成巖，電阻率升高，大小30～60Ω·m左右；浦口組總體電阻率與古近系相近，電阻率介于60～100Ω·m；三疊系及前三疊系位于印支面之下，電阻率較高，一般大于100Ω·m。

電阻率的高低與巖性變化有關(guān)，總體規(guī)律是成巖地層高于疏松層、碳酸鹽巖類高于碎屑巖類，石英砂巖電阻率最高。隨著泥質(zhì)成分的增加，地層電阻率逐漸降低，隨著含水性的增加電阻率也隨之降低，本區(qū)斷裂發(fā)育帶多表現(xiàn)為低阻特征。

3 工作方法

為了查明該地區(qū)地溫異常分布范圍、規(guī)模及其平面展布規(guī)律，進行了40m深度的系統(tǒng)測溫。航磁資料推斷，本區(qū)可能存在北西向斷裂，而測區(qū)地溫異?？赡芘c該斷裂有關(guān)，故依據(jù)地溫異常和推斷的斷裂，部署北東向CSAMT測深剖面，探明測區(qū)內(nèi)地?zé)岙惓Ｒ?guī)模形態(tài)和構(gòu)造空間分布格架。

3.1 地溫測量

本次地溫測量選擇地下40m深度井溫測量，可以認(rèn)為是地下恒溫層內(nèi)進行而不受日變影響，共部署測點56個(圖3)。測溫深度皆為40m深處第四紀(jì)松散層，以粉砂及粗砂為主，熱導(dǎo)率較低，是良好的地?zé)嵘w層。我國恒溫層的最大深度為30m， 40m深度屬于增溫帶，其溫度不受氣候變化影響[9]，因此，40m深處的地溫客觀反應(yīng)了其地溫場特征。

3.2 CSAMT測量

根據(jù)航磁異常解譯結(jié)合區(qū)域地質(zhì)分析，推測區(qū)內(nèi)存在北西斷裂，而本區(qū)地溫異常顯然與該斷裂有關(guān)，斷裂部位往往存在強烈的地下熱水活動。根據(jù)40m深度測溫，本區(qū)存在北西走向的地溫異常，該地溫異常表明區(qū)內(nèi)必然存在北西向斷裂構(gòu)造。為了揭示北西向斷裂構(gòu)造的準(zhǔn)確位置、走向和傾向[10]，圍繞南側(cè)高地溫異常，布置了北東向CSAMT勘查線4條(圖3)，線距250m，點距50m。

1.測溫等值線及溫度；2.推斷斷層及編號；3.測溫點位；4.CSAMT測點及編號圖3 測區(qū)40m深度測溫和CSAMT點位圖Figure 3 Prospecting area depth 40m temperature measuring and CSAMT spots

4 淺部地溫場特征分析

從測溫等值線展布看(圖3)，測溫等值線呈北西向展布，且以地溫高異常為主，存在南北兩個高地溫異常中心。其南部異常強度高，但其分布范圍小于北側(cè)異常區(qū)。航磁異常圖上，存在一北西向斷裂展布，該北西向展布的地溫高異常帶與該斷裂展布相吻合，由此可以推斷該處可能發(fā)育北西向斷裂，北西向展布的高地溫異常帶是地?zé)崴仙齾^(qū)。

圖3所示的F斷裂是根據(jù)地溫異常與已知地質(zhì)資料推斷的斷裂，從圖2所示航磁異常特征看，該處磁場等值線呈北西向密集的梯級帶，是明顯斷裂構(gòu)造存在的特征。因此，從地溫異常分布特征、海岸地貌的分布及航磁異常三方面皆說明了測區(qū)北西向展布的斷裂構(gòu)造(F)的存在。

5 可控源音頻大地電磁測深地質(zhì)解釋

本次CSAMT勘查在測區(qū)重點地段展開，共布置了4條測深剖面(圖3)，基本查明了該區(qū)深部地層及地質(zhì)構(gòu)造特征。本論文僅對20和30線進行詳細分析和解釋(圖4和圖5)。

1.第四系；2.新近系；3.古近系+白堊系；4.三疊系及古生界；5.推斷地層界線；6.推斷斷層級編號；7.設(shè)計地?zé)徙@井及編號圖4 測區(qū)CSAMT 勘查20線反演電阻率與地質(zhì)推斷斷面圖Figure 4 Prospecting area CSAMT line No.20 inversional resistivity and deduced geological section

1.第四系；2.新近系；3.古近系+白堊系；4.三疊系及古生界；5.推斷地層界線；6.推斷斷層級編號圖5 測區(qū)CSAMT勘查30線反演電阻率與地質(zhì)推斷斷面圖Figure 5 Prospecting area CSAMT line No.30 inversional resistivity and deduced geological section

5.1 地層解釋

圖4和圖5為20線和30線的CSAMT反演視電阻率斷面圖，由反演電阻率等值線曲線特征可以看出，各測線電阻率分布有很好的對應(yīng)關(guān)系，深度-3000m以淺電阻率表現(xiàn)為“低-中-高”的特征，總體上可分為4個電性層。

第一電性層深度自地表至-250m，電阻率值相對較低，電阻率小于10Ω·m，等值線稀疏，推測為第四系地層，地層傾向北東；第二電性層深度-250～800m，電阻率5～30Ω·m，電阻率等值線在橫向上略有起伏，地層傾向北東，該層為新近系鹽城組泥巖、砂巖及砂礫巖；第三電性層深度-800～1 800 m，為中阻層，電阻率值40～80Ω·m，電阻率在橫向上變化較大，等值線呈波狀起伏，且較密集，從區(qū)域地層分布規(guī)律推測，該電性層對應(yīng)的地層為古近系及白堊系；第四電性層深度在-1 800 m以下，電阻率明顯高于第三電性層，電阻率值總體大于80Ω·m，從區(qū)域地層分布推測，該層可能為三疊紀(jì)及晚古生代地層。此電性層橫向變化較大，連續(xù)性較差，每條測線皆存在2個等值線不連續(xù)突變部位，該等值線特征推斷為斷裂構(gòu)造的反映。

5.2 構(gòu)造解釋

橫向電阻率不連續(xù)可能是斷裂構(gòu)造存在標(biāo)志，電阻率等值線呈“V”字形態(tài)往往是斷裂帶含水的標(biāo)志?；谶@種判斷， 4條反演電阻率斷面圖上皆存在兩個“V”字型低阻帶，可能是斷裂構(gòu)造帶發(fā)育位置，根據(jù)各斷面圖上低阻異常帶分布，推測了F2-1和F2-2斷裂帶，斷裂皆呈北西向展布，向北東陡傾(圖6)。

1.測溫等值線及溫度；2.推斷斷層及編號；3.推斷斷層傾向；4.CSAMT測點線及點線號；5.地?zé)峋患熬幪枅D6 測區(qū)地質(zhì)構(gòu)造綜合解釋和地?zé)峋贿x址圖Figure 6 Prospecting area geological structure comprehensive interpretation and geothermal well site selection

依據(jù)地?zé)岬刭|(zhì)條件和CSAMT斷面圖結(jié)果，推斷F2-2是區(qū)內(nèi)延伸遠、具有良好的控?zé)嵝詳嗔?，是地下熱水上涌的有利位置?CSAMT勘查20線反演電阻率斷面圖2350點處縱深1 800～3 000 m為一相對低阻帶，電阻率明顯低于兩側(cè)，推測為富水?dāng)嗔哑扑閹Х从?，且為測溫相對高部位，是深部熱流向上運移的有利地帶。本區(qū)地下1 800 m以淺存在地層為古近系及白堊系地層，上部有較好地?zé)嵘w層。

6 鉆探結(jié)果

測區(qū)地?zé)峥辈槭窃诜治鲅芯恳延械刭|(zhì)資料基礎(chǔ)上，采用地球物理數(shù)據(jù)解譯，可控源音頻大地電磁測深等技術(shù)方法，對勘查區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件進行了分析研究，初步查明深部地層結(jié)構(gòu)、熱儲埋深及斷裂位置，確定RY鉆井井位位于20線的2350點處(圖6)。鉆探深度2 803.68 m，經(jīng)鉆井驗證在孔深1 890 m～2 800 m段的灰?guī)r和石英砂巖處發(fā)育較好的裂隙帶，獲得了最大出水量為2 480.70 m3/d，最高出水溫度達91℃，取得了良好的效果。

本地?zé)峋?RY)位于物探推斷的北西向F2-2斷裂的東側(cè)，測井與抽水試驗結(jié)果表明，構(gòu)造裂隙發(fā)育，地?zé)崴罘e于該斷裂帶中。該井鉆遇地層自上而下為第四系、新近系、古近系、志留系、二疊系。上覆地層總厚度1 900 m，熱導(dǎo)率較低，具有較好的隔水保溫性能，可以作為較好的地?zé)嵘w層。詳細地層、厚度和巖性詳見圖7和表1所示。

表1 鉆井地層一覽表

7 結(jié)論

①通過對測區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征的研究，采用地溫測量、可控源音頻大地電磁測深等勘查方法，查明深部熱儲和構(gòu)造的關(guān)系。

②由鉆探結(jié)果可知，CSAMT依據(jù)反演電阻率斷面圖推斷的斷裂位置較為準(zhǔn)確，說明其具有較高的橫向分辨率，這個特點，在地?zé)豳Y源勘查工作中具有重要意義和作用；地層劃分界線具一定的誤差，推斷1 800～3 000 m為低阻區(qū)，實際鉆探結(jié)果為孔深1 890～2 800 m段是灰?guī)r和石英砂巖發(fā)育較好的裂隙帶，誤差90 m。CSAMT法的縱向分辨能力與多種因素有關(guān)，一是探測對象與上、下地層之間要具有一定的電性差異，二是探測的地層隨深度的增加要有一定的厚度，在具備了這些地質(zhì)條件基礎(chǔ)上，才能取得好的成果。

③鑒于CSAMT具有工作效率高、成本低、穿透低阻層能力強、勘探深度適中和信息量大、有較高的橫向分辨率和一定的縱向分辨率等特點，應(yīng)當(dāng)有計劃的開展區(qū)域性CSAMT勘查工作。本文可以清楚地看到CSAMT工作能夠基本較準(zhǔn)確

地確定工作區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造格架，研究熱儲埋深和基底起伏形態(tài)，進行地?zé)岬刭|(zhì)條件的分析研究，指示地?zé)豳Y源開發(fā)有利地段和遠景地區(qū)等方面發(fā)揮較好的作用。

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