沿海灘涂圍墾區(qū)帶狀熱儲(chǔ)勘查中CSAMT的應(yīng)用

楊 林，梅 榮

（江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇·南京 210046）

沿海大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略啟動(dòng)以來(lái)，沿海地區(qū)迎來(lái)了新一輪的發(fā)展。國(guó)家區(qū)域發(fā)展總體戰(zhàn)略以及相關(guān)政策措施的深入實(shí)施，推進(jìn)了沿海臨港產(chǎn)業(yè)園等的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)園以現(xiàn)代化、國(guó)際化、規(guī)?；?、高效化、低碳化、生態(tài)化的目標(biāo)開(kāi)發(fā)建設(shè)。地?zé)豳Y源的可持續(xù)性及清潔性，被廣泛應(yīng)用于發(fā)電、采暖、工藝流程、醫(yī)療、洗浴、農(nóng)業(yè)灌溉、養(yǎng)殖、土壤加溫等許多領(lǐng)域，具有低碳環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，可以節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境。

江蘇沿海地區(qū)處于中國(guó)東部沿海高熱流地?zé)岙惓В責(zé)豳Y源類(lèi)型主要為中淺成傳導(dǎo)型構(gòu)造裂隙和對(duì)流型地?zé)豳Y源，傳導(dǎo)型構(gòu)造裂隙地?zé)豳Y源嚴(yán)格受“源、通、儲(chǔ)、蓋”條件控制，熱源主要為自然增溫，構(gòu)造是該類(lèi)型地?zé)岚l(fā)育的先決條件。對(duì)流型地?zé)崾堑乇硭ㄟ^(guò)斷裂深循環(huán)至地下深處，加熱后返回淺部一定深度，主要取決于地下水循環(huán)的動(dòng)力條件及斷裂帶導(dǎo)通狀況[1-4]。江蘇沿海地區(qū)無(wú)論是傳導(dǎo)型構(gòu)造裂隙還是對(duì)流型地?zé)豳Y源，熱儲(chǔ)都與斷裂構(gòu)造密切相關(guān)，呈帶狀分布。

沿海地區(qū)尋找?guī)顭醿?chǔ)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是斷裂構(gòu)造的準(zhǔn)確判斷，因地表至200余米深度覆蓋厚層礦化度達(dá)20 g/l的咸水，形成超低阻屏蔽層，導(dǎo)致構(gòu)造異常不明顯，熱儲(chǔ)信息弱。同時(shí)，啟東市南部長(zhǎng)江南側(cè)（崇明島）有中生代酸性侵入巖體，是不良地?zé)醿?chǔ)層，正確地劃分侵入巖體也是工作重點(diǎn)。

在低阻覆蓋地區(qū)，常規(guī)找水的直流電法勘探深度有限[5-6]。天然場(chǎng)源的大地電磁測(cè)深勘探深度大、施工便利[7-8]，但濱海地帶往往有大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和工業(yè)用電，人為干擾嚴(yán)重，天然場(chǎng)源的探測(cè)方法抗干擾能力差[9]，不易得到高質(zhì)量數(shù)據(jù)，熱儲(chǔ)信息容易被干擾所掩蓋。

可控源音頻大地電磁法（簡(jiǎn)稱(chēng)CSAMT）探測(cè)深度大[10]，能穿透低阻屏蔽層具有較高的縱向和橫向分辨率，對(duì)低阻體位置、寬度定位較準(zhǔn)，特別適合具有良導(dǎo)特性的斷層破碎帶的探測(cè)，廣泛應(yīng)用于地?zé)豳Y源勘查鉆探孔位布置[11-13]。

1 地質(zhì)背景

1.1 地形地貌

項(xiàng)目區(qū)位于江蘇省啟東市東北部蒿枝港—塘蘆港之間海堤附近草灘帶（圖1），地處長(zhǎng)江三角洲沖積平原的近前緣地帶，成陸時(shí)間短，主要是由長(zhǎng)江河口沙洲淤高并陸域而成，屬粉砂淤泥質(zhì)海岸。表部雜草叢生，上有人工養(yǎng)殖場(chǎng)。區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦，地面標(biāo)高一般3m左右，向海域傾斜，坡度很緩。

1.2 區(qū)域構(gòu)造

中國(guó)東部大地構(gòu)造格局受周邊板塊運(yùn)移、擠壓影響，表現(xiàn)為一系列東西向、北東向、北西向左（或右）行扭性構(gòu)造帶。江蘇省大地構(gòu)造分為三個(gè)區(qū)，Ⅰ華北板塊、Ⅱ蘇魯造山帶、Ⅲ揚(yáng)子板塊[14-15]。啟東市位于揚(yáng)子板塊下?lián)P子地塊東段，大地構(gòu)造位置屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)蘇州～南通隆起區(qū)。

工作區(qū)有兩組斷裂構(gòu)造（圖2）。第一組為北東向構(gòu)造，是測(cè)區(qū)構(gòu)造格架的主導(dǎo)控制因素，在隆、坳、凸、凹構(gòu)造發(fā)展演化過(guò)程中起著控制作用，據(jù)構(gòu)造格局分析，推斷為右行壓扭性；第二組為北西向斷裂構(gòu)造，屬較新斷裂，切割前期斷裂，據(jù)構(gòu)造格局分析，推斷以張扭性為主，表現(xiàn)為北西向左行張扭性斷裂[16]。其中規(guī)模較大、延伸較遠(yuǎn)有兩條：

圖1 江蘇省區(qū)域斷裂分布及工作區(qū)位置圖Fig.1 Tectonic sketch of Jiangsu and surveying location

湖蘇斷裂：該斷裂帶在地球物理場(chǎng)上特征明顯。航磁上是異常分區(qū)界線；大地電磁測(cè)深剖面上，為縱深低阻帶，判斷為巖石圈斷裂；地震解譯屬于前新生代斷層，性質(zhì)為正斷層；全地殼反射地震剖面反映為超殼斷裂，東傾、下地殼斷開(kāi)的特征。該斷裂長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)兩側(cè)地層發(fā)育有明顯的控制作用，是燕山晚期巖漿活動(dòng)產(chǎn)物。

蘇北—濱海斷裂：該斷裂自廢黃河口外向東南方向穿經(jīng)雙洋沙、東沙至毛竹沙西南，全長(zhǎng)170 km以上。是由數(shù)條斷裂組成的斷裂帶，斷裂切割了第四紀(jì)地層上部層位，是一條全新世活動(dòng)斷裂帶。

圖2 工作區(qū)基巖地質(zhì)圖及CSAMT測(cè)線位置Fig.2 Geological map of bed rocks of the study area include the location of CSAMT profile

1.3 地層

工作區(qū)在晚新生代沉積了厚度500 m左右的松散沉積物，其中，第四紀(jì)沉積物厚度300-320 m，上新世沉積物厚度200 m左右，中更新世—全新世海侵導(dǎo)致200 m以淺均為礦化度20 g/l的咸水。

基巖地層位于揚(yáng)子地層區(qū)，地表無(wú)基巖出露，主要分布白堊系上統(tǒng)（K2）碎屑巖、侏羅系上統(tǒng)（J3）火山巖與火山碎屑巖，以及晚古生界（C-P）碳酸鹽巖、碎屑巖。

白堊系上統(tǒng)（K2）巖性棕紅色，少量灰白色，砂、礫巖為主，局部含薄層或網(wǎng)脈狀石膏。侏羅系上統(tǒng)（J3）為一套火山巖沉積，巖性為安山質(zhì)火山角礫巖、凝灰質(zhì)礫巖、角礫安山玄武巖、安山巖，夾輝石粗安巖；三迭系下統(tǒng)（T1)為灰色石灰?guī)r，夾泥質(zhì)灰?guī)r和薄層狀灰?guī)r，具方解石脈少許。晚古生界（C-P）巖性主要為碳酸鹽巖（灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r）、碎屑巖（砂巖、泥巖等）。

1.4 巖漿巖

南通—啟東地區(qū)位于環(huán)太平洋中新生代巖漿活動(dòng)帶上，是長(zhǎng)江中下游沿江巖漿活動(dòng)帶的東延部分。啟東市南部長(zhǎng)江南側(cè)（崇明島）有中生代酸性侵入巖體，屬于中生代燕山晚期侵入花崗巖（γ53）。該巖體侵入于古生代地層中，以花崗巖為主，局部含黑云母石英閃長(zhǎng)巖析離體，晚期有花崗斑巖、霏細(xì)斑巖，輝綠玢巖等巖脈穿插。

2 地球物理場(chǎng)

布格重力等值線圖顯示（見(jiàn)圖3），異常形態(tài)以北西方向三角形重力高為主，主要為古生界地層隆起引起。從重力布格等值線圖推測(cè)，在調(diào)查區(qū)范圍內(nèi)，布格重力等值線圖彎曲，可能主要為北東向和北西向斷裂引起，從地?zé)峥辈闃?gòu)造角度分析，構(gòu)造條件較好。布格重力等值線圖從西至東，其數(shù)值越來(lái)越低，反映古生界地層埋深越來(lái)越深，同時(shí)也反映研究區(qū)內(nèi)存在侵入巖的可能。

圖3 工作區(qū)布格重力異常圖Fig.3 The bouguer gravity anomaly of the study area

航磁化極等值線圖顯示（見(jiàn)圖4），異常呈一條正磁寬大異常帶，磁場(chǎng)梯度較大，強(qiáng)度100-300nT左右，分布有較多的具明顯走向的局部異常。工作區(qū)位于磁異常等值線較為稀疏區(qū)域，區(qū)域西南側(cè)具有較高的磁異常顯示，該高磁異常與布格重力高異常較為對(duì)應(yīng)，推測(cè)認(rèn)為測(cè)區(qū)西南區(qū)域深部可能存在侵入巖體。

區(qū)內(nèi)不同地層、巖石間存在明顯的電阻率差異?？傮w上，成巖地層電阻率高于松散層，巖漿巖侵入相電阻率高于噴出相。新生界的電性特征主要取決于含水砂層即古河道的發(fā)育程度及地下水的礦化度，含淡水砂層呈相對(duì)高阻特征，含咸水砂層為低阻特征。中生代陸相碎屑巖電阻率變化范圍n×102Ωm。中、古生界沉積巖除煤系、泥質(zhì)成分較多的地層為相對(duì)低阻外均呈高阻特征[17]。

圖4 工作區(qū)航磁化極異常圖Fig.4 The aero-magnetization pole anomaly of the study area

3 方法技術(shù)

通過(guò)區(qū)域地質(zhì)條件的分析，認(rèn)為本區(qū)帶狀熱儲(chǔ)與深部隱伏斷裂構(gòu)造相關(guān)，尋找隱伏斷裂是與推斷灰?guī)r地層，排除侵入巖是本次工作的關(guān)鍵。工作方法與尋找斷裂構(gòu)造、劃分侵入巖與灰?guī)r為主要目的。

為控制北東向湖州-蘇州斷裂帶的次級(jí)斷裂，首先布置一條覆蓋整個(gè)工作區(qū)的長(zhǎng)剖面，其目的是尋找區(qū)內(nèi)隱伏斷裂構(gòu)造異常，在初步結(jié)果的基礎(chǔ)上布置加密剖面，進(jìn)一步確認(rèn)和追蹤長(zhǎng)剖面解釋的斷裂構(gòu)造，有效地減小靜態(tài)效應(yīng)和反演技術(shù)引起的多解性，提高地?zé)峥辈槌晒β?，降低鉆探風(fēng)險(xiǎn)。先后共布置北西走向測(cè)線5條（圖2），40線為覆蓋整個(gè)工作區(qū)的長(zhǎng)剖面（長(zhǎng)度4.5 km），20和30線為加密剖面（長(zhǎng)度2.8 km），25和35線為進(jìn)一步確認(rèn)斷裂構(gòu)造的加密剖面（長(zhǎng)度1 km）。

本次工作使用的儀器設(shè)備主要有美國(guó)Zonge研制的GDP-32Ⅱ電法工作站，發(fā)射信號(hào)的頻率范圍通過(guò)試驗(yàn)確定，全區(qū)最終采用0.125～8192 Hz，相鄰頻率的比為2，占空度100%。發(fā)射電流在高頻段3A以上，中、低頻段達(dá)20A左右。

工作布置采用赤道偶極裝置標(biāo)量測(cè)量方式，測(cè)量偶極距50m，每5-7電場(chǎng)共用1個(gè)磁場(chǎng)值。發(fā)射位于工區(qū)西側(cè)，發(fā)射偶極距1.8 km，收發(fā)距8 km。

數(shù)據(jù)處理分為預(yù)處理和解釋處理，預(yù)處理為相鄰測(cè)點(diǎn)曲線對(duì)比編輯、手動(dòng)圓滑，剔除干擾嚴(yán)重的、連續(xù)頻點(diǎn)畸變的測(cè)點(diǎn)，解釋處理為一維全區(qū)反演[18]。

4 成果解釋

反演電阻率剖面在對(duì)應(yīng)段異常特征基本相同，反演電阻率平面在深部具有分區(qū)的特征，反映了區(qū)內(nèi)地層和構(gòu)造的分布。

4.1 地層解譯

以其中的3條剖面40線、30線和20線為例（圖5—圖7），反演電阻率剖面自上至下可分為四個(gè)主要電性層，表現(xiàn)為極低—低—次高—高的電性特征。

第一電性層為極低阻，電阻率均小于10 Ω·m，為第四系（Q）松散層，受到海水入侵的影響發(fā)生咸化，并形成低阻屏蔽層，底界標(biāo)高-250 m左右，起伏較小，僅局部區(qū)域達(dá)到標(biāo)高-300 m；第二電性為低阻，電阻率10-20 Ω·m，為未咸化的第四系和新近系松散層（Q+N），底界標(biāo)高-500 m左右；第三電性層為次高阻，電阻率20-30 Ω·m，結(jié)合基巖地質(zhì)圖，推測(cè)為侏羅紀(jì)地層（J），北部可能上覆白堊系地層（K），底界標(biāo)高-1000 m左右；第四電性層為高阻，電阻率一般大于30 Ω·m，整體表現(xiàn)為高阻特征，但南北又有差異，南部電阻率較高，推測(cè)為侵入巖，北部相對(duì)較低，依次推測(cè)為二疊系（P）和石炭系地層（C）。

圖5 40線反演電阻率剖面及解釋成果圖Fig.5 Contour map showing CSAMT inversion resistivity and its interpretation along the Line 40

圖6 30線反演電阻率剖面及解釋成果圖Fig.6 Contour map showing CSAMT inversion resistivity and its interpretation along the Line 30

4.2 構(gòu)造解譯

據(jù)反演電阻率剖面和-1500 m反演電阻率平面圖（圖8），推斷出一條構(gòu)造F1。剖面圖上表現(xiàn)為南部電阻率高、北部電阻率低的陡立接觸面，該異常在每條CSAMT反演

圖7 20線反演電阻率剖面及解釋成果圖Fig.7 Contour map showing CSAMT inversion resistivity and its interpretation along the Line 20

圖8 CSAMT反演電阻率1500 m深度平面等值線及解譯成果圖Fig.8 Contour map showing CSAMT inversion resistivity at a depth of 1500 m and its interpretation

4.3 地?zé)岬刭|(zhì)條件

熱源條件：據(jù)近年地?zé)嵫芯?，蘇北盆地新生界蓋層地溫梯度變化為2.7-5.0 ℃/100m之間，大地?zé)崃髦禐?0-70 mW/ m2[19]。工作區(qū)約為2.4 ℃/100m左右，為地溫正常區(qū)（偏高），屬于自然增溫型地?zé)犷?lèi)型。

構(gòu)造條件：區(qū)域性深大斷裂或次級(jí)斷裂交叉處，是最好的深部導(dǎo)熱和導(dǎo)水構(gòu)造，是連接深部地?zé)嵩春退吹闹饕ǖ繹20]。工作區(qū)位于區(qū)域性深大斷裂—北東向湖蘇斷裂和北西向蘇北濱海斷裂的交匯處。推測(cè)的北東東走向斷裂F1為湖蘇斷裂的次級(jí)斷裂，具走滑質(zhì)，斷裂規(guī)模大、切割深，有可能成為溝通深部熱源的通道，同時(shí)也增強(qiáng)了地?zé)醿?chǔ)層的富水性，是主要的控?zé)帷?chǔ)熱構(gòu)造。是尋找地?zé)豳Y源的有利構(gòu)造條件。

地?zé)醿?chǔ)層：根據(jù)本次物探及區(qū)域地質(zhì)資料推斷，二疊系（T）及石炭系（C）灰?guī)r地層埋深在2000 m以下，厚度可大于300 m。該套地層由于時(shí)代較老，往往是構(gòu)造裂隙水發(fā)育的有利層位，斷裂構(gòu)造致使巖層破碎，增強(qiáng)了導(dǎo)水性和儲(chǔ)水性，同時(shí)旁側(cè)的裂隙密集帶常常也成為賦水與導(dǎo)水的通道。

地?zé)嵘w層：本區(qū)地?zé)嵘w層為第四系、新近系松散層（Q+N），以粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂、細(xì)砂等為主，厚度約500 m，以及侏羅系（J）火山巖，其熱導(dǎo)率較低，保溫性能良好，覆蓋于灰?guī)r地層之上，有利于熱儲(chǔ)層蓄熱增溫，是較好的地?zé)嵘w層。

井位分析：根據(jù)CSAMT所顯示的斷裂F1、低阻異常區(qū)及勘查區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件，同時(shí)考慮盡量偏離深部不良熱儲(chǔ)侵入巖，結(jié)合鉆井施工條件，地?zé)徙@井預(yù)選井位選取30線4300號(hào)測(cè)點(diǎn)，鉆井設(shè)計(jì)深度為2500 m，推測(cè)為二疊系—石炭系（C-P）灰?guī)r的構(gòu)造裂隙水和巖溶裂隙水。該位置經(jīng)3條剖面對(duì)比印證，又經(jīng)東西兩側(cè)的2條加密剖面進(jìn)一步查證，異?？煽啃愿?。

5 取得成果

0-544 m為第四系和新近系，主要巖性為黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂、細(xì)砂，含鐵、錳、鈣質(zhì)結(jié)核，局部砂層含礫；

544-1000 m為侏羅系，主要巖性為安山質(zhì)火山角礫巖、凝灰質(zhì)礫巖、角礫安山玄武巖、安山巖，夾輝石粗安巖，泥巖，含粉砂質(zhì)泥巖為主，少量灰質(zhì)礫巖，含泥質(zhì)灰質(zhì)細(xì)砂巖，夾泥質(zhì)粉砂巖，粉砂巖；

1000-1780 m為二疊系中上統(tǒng)，主要巖性為泥巖，含白云質(zhì)泥巖，砂質(zhì)泥巖，含硅質(zhì)及鈣質(zhì)，上部夾薄層灰?guī)r，下部夾少量炭質(zhì)泥巖，黑色泥巖，含粉砂質(zhì)含白云質(zhì)泥巖與灰石英砂巖互層，夾煤層或煤線；

1780-2501 m為石炭系上統(tǒng)，主要巖性為球狀泥晶-細(xì)粉晶生物屑灰?guī)r,生物屑細(xì)粉晶灰?guī)r，泥晶生物屑灰?guī)r。

斷裂破碎帶分布于1780.8-2416.60 m，累計(jì)厚度86 m，井口溫度65°，出水量1136.0 t/d， 為中溫傳導(dǎo)型構(gòu)造裂隙帶狀熱儲(chǔ)。

6 結(jié)論

（1）CSAMT對(duì)沿海灘涂圍墾區(qū)（咸水層超低阻屏蔽區(qū)）深部地層、地質(zhì)構(gòu)造能有效探測(cè)且效果好；

（2）通過(guò)一維全區(qū)反演技術(shù)克服過(guò)渡區(qū)效應(yīng)可增大有效勘探深度，同時(shí)通過(guò)加密測(cè)線可篩除靜態(tài)效應(yīng)和多解性引起的假異常；

（3）本物探方法在沿海灘涂圍墾區(qū)（咸水層超低阻屏蔽區(qū)）勘查地?zé)豳Y源具有示范作用。