電法勘探在濟(jì)南西部地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用

王濤，胡彩萍，李志民，張新文，楊時驕，張軍，彭文泉

(山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東 濟(jì)南 250000)

0 引言

濟(jì)南市槐蔭區(qū)沿黃旅游度假區(qū)屬于濟(jì)南市新舊動能轉(zhuǎn)換區(qū)，其發(fā)展離不開綠色清潔能源的支持，區(qū)內(nèi)具備形成地?zé)豳Y源的條件和賦存地?zé)崃黧w的地質(zhì)構(gòu)造。在該區(qū)域開展地?zé)豳Y源調(diào)查評價，將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，對于改善能源結(jié)構(gòu)，加快地?zé)岙a(chǎn)業(yè)化步伐，具有重要作用，同時為濟(jì)南市槐蔭區(qū)沿黃旅游度假區(qū)和發(fā)展提供了良好的契機(jī)和能源保障。山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院開展地?zé)豳Y源調(diào)查的物探工作，應(yīng)用電阻率測深法、可控源音頻大地電磁測量方法對該地區(qū)深部情況進(jìn)行探測，圈定出了地?zé)岙惓?，?jīng)鉆探驗證見到了地?zé)崃黧w。

1 地質(zhì)概況

濟(jì)南西部地處魯中山區(qū)與魯北平原的過渡地帶，地貌類型為堆積平原與剝蝕丘陵(圖1)。

1—二疊紀(jì)石盒子群;2—二疊紀(jì)山西組;3—石炭-二疊紀(jì)太原組;4—石炭紀(jì)本溪組;5—奧陶紀(jì)馬家溝群;6—輝長巖;7—整合地質(zhì)界線;8—不整合地質(zhì)界線;9—碳酸鹽巖地層與巖漿巖接觸帶及傾向;10—JR-046定井CSAMT剖面點及線號;11—JR-046定井電測深剖面及線號;12—CSAMT剖面點及線號；13—電測深剖面及線號;14—JR-046地?zé)峋恢脠D1 研究區(qū)前新近紀(jì)基巖地質(zhì)簡圖

研究區(qū)地層屬華北地層區(qū)魯西地層分區(qū)泰安地層小區(qū)，區(qū)內(nèi)地層為古生代寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)、石炭紀(jì)、二疊紀(jì)地層，新生代新近紀(jì)、第四紀(jì)地層。除南部臘山附近有奧陶紀(jì)馬家溝群灰?guī)r零星出露外，其余地區(qū)均為第四系覆蓋。

研究區(qū)地處華北板塊魯中隆起區(qū)，位于濟(jì)南單斜的北部，區(qū)域發(fā)育構(gòu)造主要為NE向和NW向斷裂，主要發(fā)育有棉花張莊斷裂、西王莊斷裂、曹家圈斷裂和申家莊斷裂[1-5]。

NW向斷裂：申家莊斷裂長約7km，走向NW，傾向NE，斷距大于100m。自研究區(qū)北端向南東方向延伸至區(qū)外，經(jīng)申家莊一帶與西王莊斷層相接。

2 地球物理特征

參考JR-046地?zé)峋衣兜貙与娮杪寿Y料和研究區(qū)內(nèi)已有資料，認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)不同地質(zhì)年代的地層電阻率有以下特征：

第四紀(jì)新近紀(jì)砂質(zhì)黏土、砂巖，石炭紀(jì)、二疊紀(jì)砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖電阻率值比較接近，約10～20Ω·m呈現(xiàn)相對低阻；奧陶紀(jì)主要巖性為灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，地層電阻率值約30～60Ω·m；寒武紀(jì)主要巖性為灰?guī)r、白云巖，其地層電阻率相對較高，平均大于60Ω·m，呈現(xiàn)相對高阻，各地層電阻率特征見表1。

表1 研究區(qū)主要地質(zhì)年代地層電阻率

斷裂構(gòu)造形成過程中，巖石經(jīng)過扭曲、拉扯、擠壓等應(yīng)力作用，產(chǎn)生破碎，形成裂隙，后期裂隙處原巖被水或泥質(zhì)物質(zhì)取代，由于不同物質(zhì)電阻率值不同，因此在斷裂處，電磁場不穩(wěn)定，電位場發(fā)生畸變，通常反映為明顯的低阻異常。斷裂規(guī)模越大，含水量越大，電阻率低阻異常越明顯。

根據(jù)此電性差異特征，可以用電法對地層進(jìn)行劃分圈定斷裂位置。

3 已知地?zé)峋锾津炞C

3.1 已知地?zé)峋ぷ鞑贾?/h3>

研究區(qū)內(nèi)已有JR-046地?zé)峋?，井?701m，出水口溫度34.5℃，水量95.69m3/h，熱儲類型為碳酸鹽巖類巖溶熱儲。根據(jù)搜集資料顯示，JR-046定井過程中共布設(shè)了3條EW向CSAMT剖面(編號分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ線)和1條EW向電阻率測深剖面B線(圖2)。

a—CSAMTⅢ線剖面；b—電阻率測深b線剖面圖2 JR-046地?zé)峋锾綌嗝鎴D

3.2 已知地?zé)峋锾狡拭娼忉?/h3>

結(jié)合JR-046地?zé)峋衣兜貙忧闆r，從圖2可見，600m以淺視電阻率值較低，為第四紀(jì)、新近紀(jì)粉砂、中細(xì)砂及黏質(zhì)砂土為主的地層；600m以深視電阻率值較高，為奧陶紀(jì)、寒武紀(jì)灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r為主的地層。

深入?yún)⑴c多邊國際合作。精心組織參加聯(lián)合國機(jī)構(gòu)有關(guān)會議等重要國際水事活動。積極參加第七屆世界水論壇籌備工作，跟蹤了解論壇籌備信息。積極支持我國水利專家擔(dān)任國際組織職位后開展工作。繼續(xù)充分利用中歐水資源交流平臺，結(jié)合水利現(xiàn)代化試點建設(shè)、水生態(tài)文明城市建設(shè)，精心策劃政策對話、科研交流、商務(wù)合作各方面的活動。

電阻率測深法b線剖面在視深度350m，1100m處存在視電阻率等值線密集帶，視深度0～350m深度視電阻率>20Ω·m，為第四紀(jì)、新近紀(jì)粉砂、中細(xì)砂及黏質(zhì)砂土為主的地層；視深度350～1100m視電阻率值<20Ω·m，為石炭二疊紀(jì)泥巖、石炭質(zhì)泥巖反應(yīng)；視深度1100m以深為奧陶紀(jì)灰?guī)r反映。與JR-046地?zé)峋衣兜貙訉Ρ?，實際深度與電阻率測深法AB/2的比例系數(shù)約為0.55。

由已知地?zé)峋牡貙咏衣肚闆r和已知井的物探剖面，大致劃分了不同地層對應(yīng)巖性的視電阻率值和視深度與實際深度的比例系數(shù)。

4 工作布置與方法技術(shù)

4.1 工作布置

遵循由已知推未知的原則，結(jié)合區(qū)域上NW向斷裂構(gòu)造發(fā)育情況和NW方位地層埋藏深度大的實際情況，根據(jù)研究區(qū)施工場地情況進(jìn)行布置。共布設(shè)了3條NE向CSAMT剖面，2條NE向測深剖面，其中CSAMT法2線和測深1線剖面通過已知井(圖3—圖5)。

1—第四系+新近系;2—石炭系+二疊系;3—奧陶系;4—寒武系圖3 CSAMT法1線視電阻率及推斷地質(zhì)斷面圖

1—第四系+新近系;2—石炭系+二疊系;3—奧陶系;4—寒武系圖4 CSAMT法2線視電阻率及推斷地質(zhì)斷面圖

1—第四系+新近系;2—石炭系+二疊系;3—奧陶系;4—寒武系圖5 CSAMT法3線視電阻率及推斷地質(zhì)斷面圖

4.2 可控源音頻大地電磁(CSAMT)測量

可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)用人工控制的場源做頻率測深，近年來應(yīng)用比較廣泛，在尋找低阻異常方面具有良好的效果,應(yīng)用該方法的主要目的是查明斷裂的發(fā)育深度、產(chǎn)狀等，同時對地層進(jìn)行劃分，尋找視電阻率低阻異常區(qū)，劃定地?zé)峋┕ぐ袇^(qū)[6-7]。野外數(shù)據(jù)采集儀器為美國Zong公司開發(fā)的GDP-32Ⅱ型多功能電法儀,數(shù)據(jù)處理和解釋使用Scs2D軟件?？煽卦匆纛l大地電磁測深法測線NE向布置3條，收發(fā)距7～8km，AB距1.3～1.5km，測點MN間距40m，測量頻率0.125～8192Hz。

4.3 電阻率測深

電阻率測深法是通過人工向地下供電，建立電流場，并改變供電電極距，從而接收不同深度巖礦石對電流場的反應(yīng)，得到地下介質(zhì)垂向上視電阻率值的變化特征來劃分地層，劃定低阻異常推斷含水位置。最后通過分析巖(礦)石的視電阻率值差異，來達(dá)到找礦、找水等地質(zhì)問題的目的。視電阻率電測深是較為傳統(tǒng)且較為成熟有效的一種物探方法，它可以直接和地?zé)釁?shù)聯(lián)系起來，可以較好地圈定低阻異常帶和富水部位，為布置地?zé)崽讲山Y(jié)合孔孔位提供依據(jù)[8-10]。該次電阻率測深儀器采用WDA-1型數(shù)字直流電法儀。測深裝置：等比對稱四極裝置，測量電極距MN與供電電極距AB之比為1∶5，最大供電電極距AB=5000m。AB/2=3，5，10……2500m。

5 成果解釋

5.1 資料解釋依據(jù)

該次資料解釋使用的主要圖件為視電阻率斷面圖，它們都可以宏觀地展示沿測線附近的地質(zhì)構(gòu)造特征，不僅能夠反映測點下方縱向的電阻率變化特征，同時也可以反映沿測線方向的橫向電阻率變化特征。

不同的巖性，所對應(yīng)的電阻率有不同的變化范圍，并且?guī)r性接觸界面視電阻率等值線會出現(xiàn)密集帶[11-13]。該區(qū)第四紀(jì)新近紀(jì)和石炭二疊紀(jì)砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖電阻率值相對較低，奧陶紀(jì)寒武紀(jì)灰?guī)r地層電阻率值相對較高，不同巖性地層存在的電性差異，使得電法劃分地層存在可能。根據(jù)該次物探工作實測可控源音頻大地電磁測深剖面勘查成果，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)資料，劃分了測量的電性層并推測了電性層的地質(zhì)屬性。斷裂構(gòu)造反映在可控源視電阻率斷面圖上，表現(xiàn)為電阻率等值線的扭曲、錯動、不連續(xù)、變形、突變、出現(xiàn)“V”字型或“U”字型低阻凹陷等[14-16]。

5.2 電阻率剖面圖綜合特征分析

(1)地層解譯。結(jié)合JR-046地?zé)峋衣兜貙忧闆r以及不同地層在CSAMT法2線剖面上的反應(yīng)，CSAMT法1線450m以淺、3線600m以淺，視電阻率值相對較低，為第四紀(jì)、新近紀(jì)粉砂、中細(xì)砂、黏質(zhì)砂土、泥巖、石炭質(zhì)泥巖為主的地層反應(yīng)；1線埋深450～1200m深度及3線埋深600～1400m處，電阻率呈現(xiàn)中阻，為奧陶紀(jì)灰?guī)r反應(yīng)；1300m以深，視電阻率值相對較高，為寒武紀(jì)灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r反應(yīng)。

該研究區(qū)電測深曲線不考慮小極距淺部不均勻體影響，電測深曲線類型主要以HA型為主(圖6)。視電阻率呈先下降而后上升、連續(xù)上升趨勢，說明地層由淺至深電性主要呈中高阻—低阻—中高阻—高阻規(guī)律變化?；緦?yīng)研究區(qū)的地層情況：第四系、新近系—石炭-二疊系—奧陶系—寒武系。在AB/2為1100m時，電阻率測深曲線存在明顯的拐點，推斷為奧陶紀(jì)灰?guī)r界線。

a—電阻率測深1線曲線類型圖；b—電阻率測深2線曲線類型圖圖6 電阻率測深1，2線曲線類型圖

電阻率測深2線剖面在視深度350m，1100m處存在視電阻率等值線密集帶，0～350m深度視電阻率值>20Ω·m，為第四紀(jì)、新近紀(jì)粉砂、中細(xì)砂及黏質(zhì)砂土為主的地層；350～1100m視電阻率值<20Ω·m，為石炭二疊紀(jì)泥巖、石炭質(zhì)泥巖反應(yīng)；1100m以深為奧陶紀(jì)灰?guī)r反應(yīng)。

(2)構(gòu)造解譯。在CSAMT法1線17號點、2線42號點以及3線23號點垂深400～1500m深度處，存在視電阻率等值線梯度帶，呈現(xiàn)西南高北東低的特點，結(jié)合已知資料，為申家莊斷裂，走向NW，傾向NE；在電阻率測深2線剖面5號點垂深900～1800m處，存在視電阻率等值線梯度帶，視電阻率值同樣呈現(xiàn)西南高北東低的特點，該異常形態(tài)與CSAMT剖面一樣，并且異常位置也較吻合，該異常為申家莊斷裂反映(圖7)。

1—第四系+新近系;2—石炭系+二疊系;3—奧陶系圖7 電阻率測深法2線視電阻率及推斷地質(zhì)斷面圖

在CSAMT法2線61號點，垂深400～1500m深度處，視電阻率值呈現(xiàn)北東高，南西低的特點，為曹家圈斷裂，該斷裂走向NW，傾向SW。

6 綜合推斷

綜合全區(qū)物探資料分析，申家莊斷裂和曹家圈斷裂平行展布，西側(cè)的申家莊斷裂傾向NE，東側(cè)的曹家圈斷裂傾向SW，2條斷裂形成1個地塹構(gòu)造，在2條斷裂中間地層埋藏較深，蓋層相對較厚。

物探剖面可以看出，CSAMT法1，2，3線視電阻率等值線形態(tài)一致性較好，申家莊斷裂兩側(cè)視電阻率值差異較大，視電阻率等值線扭曲，斷裂東側(cè)視電阻率值較低，并且低阻異常發(fā)育深度大，推斷地層破碎并且相對富水，是布設(shè)井位的有利部位[17-20]。

分析CSAMT法2線剖面，JR-046井580m深度揭露奧灰頂板，低阻異常主要存在800～1200m深度處，與該井主要富水段為950～1200m深度相吻合；CSAMT法3線剖面和電阻率測深2線剖面位置重合，均存在視電阻率低阻異常，與JR-046定井剖面CSAMT法Ⅲ線相比，視電阻率低值異常范圍更大，奧陶系頂板埋深更深，符合區(qū)域上奧灰頂板埋深由南東至北西方向逐漸加深的規(guī)律，奧陶紀(jì)馬家溝群與申家莊斷裂在此處溝通熱源及水源，形成層狀兼帶狀熱儲，推斷其富水性較好，是布設(shè)地?zé)峋挠欣课弧?/p>

7 鉆孔驗證

通過電阻率測深法和可控源音頻大地電磁測深法的成果，確定的鉆井位置位于CSAMT法3線的31號點處，鉆探成井所鉆遇地層、構(gòu)造與上述解釋資料較為吻合。鉆探成井鉆遇地層：終孔1227.03m，0～355m為第四系和新近系，后經(jīng)二疊系、石炭系于680m進(jìn)入奧陶系，802～840m出現(xiàn)了嚴(yán)重漏漿現(xiàn)象，推測為曹家圈斷裂經(jīng)過處，巖石破碎嚴(yán)重，巖溶裂隙發(fā)育。經(jīng)抽水試驗驗證，由井流量試驗資料，降深S1=37.46m時，出水量Q1=121.96m3/h(2927m3/d)；降深S3=12.31m時，出水量Q3=66.88m3/h(1605m3/d)。出水口水溫穩(wěn)定在31℃。為低溫地?zé)豳Y源溫?zé)崴汀?/p>

8 結(jié)論

(1)采用電阻率測深及可控源音頻大地電磁測量方法，基本查清了研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造，圈定地?zé)岢傻V有利靶區(qū)，2種方法相互驗證，一定程度上排除了其他因素的影響，確保了資料解譯的可靠程度。

(2)已知附近地?zé)峋衣兜牡貙?，同時又掌握已知地?zé)峋奈锾狡拭媲闆r下，由已知推未知，提高了物探解譯對研究區(qū)地層劃分的準(zhǔn)確度，為鉆探工程的部署提供了可靠依據(jù)。

(3)電阻率測深測量和可控源音頻大地電磁測量對研究區(qū)內(nèi)與地?zé)嵝纬捎嘘P(guān)的地層、巖體及斷裂構(gòu)造的分布特征和變化規(guī)律推斷較為準(zhǔn)確，并成功施工一眼地?zé)峋f明使用該物探方法在類似地區(qū)進(jìn)行地?zé)峥碧绞强尚械?、有效的?/p>