綜合物探方法在吉林中西部地區(qū)地?zé)豳Y源勘查中的應(yīng)用

徐貴東，孫立偉，趙玉琢，陳強(qiáng)

吉林省勘查地球物理研究院，吉林 長(zhǎng)春 130012

0 引言

地?zé)崮茏鳛橐环N綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生寶貴能源，具有儲(chǔ)量大、分布廣、清潔環(huán)保、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，是我國(guó)能源轉(zhuǎn)型、減碳發(fā)展進(jìn)程中須開(kāi)發(fā)利用的重要能源[1]。吉林省中西部地處我國(guó)著名沉積盆地—松遼盆地南部，涵蓋吉林省大部分重要城市和地區(qū)，區(qū)內(nèi)陸續(xù)開(kāi)展的地?zé)豳Y源調(diào)查表明長(zhǎng)嶺凹陷，梨樹(shù)凹陷，德惠斷陷均為地?zé)豳Y源有利地區(qū)，表明其具有較好的地?zé)豳Y源背景。

地球物理方法以其無(wú)損、高效、成本低、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在地?zé)豳Y源勘查中伴有越來(lái)越重的角色。同時(shí)由于地?zé)豳Y源成因復(fù)雜、開(kāi)發(fā)深度大、風(fēng)險(xiǎn)程度高及地球物理方法多解性的特點(diǎn)，采用綜合地球物理方法勘查已成為必然選擇和成功利器[2]。本文通過(guò)充分收集利用前人成果資料，總結(jié)研究區(qū)內(nèi)地?zé)岢傻V地質(zhì)條件，選用重力測(cè)量及可控源音頻大地電磁測(cè)量?jī)煞N地球物理勘查手段，進(jìn)行綜合解譯大致確定了工作區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)層、蓋層的埋深、厚度以及基底的起伏情況，初步查明了工作區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造特征、埋藏深度及其展布規(guī)律，圈定了區(qū)內(nèi)成熱有利地段，為地?zé)徙@孔布設(shè)提供了依據(jù)。

1 成礦地質(zhì)條件

研究區(qū)大地構(gòu)造位于柴達(dá)木—華北板塊(Ⅲ)，華北陸塊北部陸緣造山帶(Ⅲ-A)，松嫩平原，東南隆起區(qū)，即松遼平原盆地南東邊緣[3]。松遼盆地是吉林省地?zé)岙惓^(qū)，盆地內(nèi)的壓實(shí)、擠壓、沖斷、走滑構(gòu)造使沉積層褶皺變形顯著，斷裂極為發(fā)育。區(qū)內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)較強(qiáng)烈，其中北東走向的松遼東緣斷裂帶，具多期次長(zhǎng)時(shí)間活動(dòng)的特點(diǎn)直至現(xiàn)代仍有較頻繁的地震活動(dòng)，該斷裂為巖石圈斷裂，斷裂切割深度大。斷裂溝通于上地幔，使地殼內(nèi)部的余熱沿?cái)嗔褞蛏蟼鲗?dǎo)，構(gòu)成了熱源通道。

松遼盆地為海西褶皺基底上發(fā)育起來(lái)的中新生界大型河湖相沉積盆地。研究區(qū)地層發(fā)育較齊全，厚度較大。自上而下發(fā)育的地層主要有第四系，上白堊統(tǒng)嫩江組、姚家組、青山口組，下白堊統(tǒng)泉頭組，盆地基底主要為古生界呼蘭群變質(zhì)巖系。區(qū)內(nèi)為大面積的半丘陵或平原區(qū)，第四系以下為白堊系碎屑巖沉積層，地層以寬緩的褶皺為主，局部地段裂隙比較發(fā)育。白堊系下統(tǒng)泉頭組和青山口組的砂巖、砂礫巖等碎屑巖類為松遼沉降盆地中的主要含水層和熱儲(chǔ)層。熱源為隨深度增加的自然增溫，以及深大斷裂向上傳導(dǎo)的地幔熱源，熱儲(chǔ)蓋層為上覆的白堊系嫩江組、姚家組泥質(zhì)巖類構(gòu)成。

2 方法技術(shù)

2.1 物性參數(shù)特征

根據(jù)區(qū)域巖石物性參數(shù)資料(表1)，可知由于受到壓實(shí)作用的影響，地層巖石的密度一般隨埋深的增加而增大，本區(qū)地層巖石密度由新到老密度逐漸增大。區(qū)內(nèi)總體呈現(xiàn)三種密度層，即新生界低密度層，中生界中-低密度層，盆地基底古生界變質(zhì)巖為高密度層。

表1 研究區(qū)巖(礦)石標(biāo)本物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

時(shí)代不同地層巖石的電阻率在縱向上總體具有高-低-中-高的變化特征，新生界為相對(duì)中高阻層，中生界嫩江組、姚家組、青山口組為低阻層，白堊系下統(tǒng)為中阻層，基底呼蘭群變質(zhì)巖電阻率最高，在區(qū)內(nèi)構(gòu)成高阻標(biāo)志層。

2.2 地球物理方法選擇

根據(jù)區(qū)域構(gòu)造條件該區(qū)熱儲(chǔ)類型大致為層狀-構(gòu)造型復(fù)合型熱儲(chǔ)，選擇采用重力測(cè)量及可控源音頻大地電磁測(cè)深2種方法開(kāi)展綜合地球物理探測(cè)。首先在研究區(qū)開(kāi)展1∶5萬(wàn)高精度重力測(cè)量，以了解區(qū)內(nèi)地?zé)岢傻V地質(zhì)條件、研究斷裂構(gòu)造空間展布特征，劃分成熱有利靶區(qū)。而后開(kāi)展可控源音頻大地電磁測(cè)深工作，通過(guò)其縱向分辨能力的優(yōu)勢(shì)對(duì)工區(qū)地層結(jié)構(gòu)(熱儲(chǔ)、蓋層)進(jìn)行垂向劃分[4]，了解各地層的埋深及厚度，查明與地下熱水關(guān)系密切的斷裂構(gòu)造位置、形態(tài)及基底構(gòu)造特征，為地?zé)徙@孔布設(shè)提供依據(jù)。

3 物探異常特征及成果解譯

3.1 重力異常特征

研究區(qū)處于中生代背斜西翼，布格重力異?？傮w走向北東，呈南高北低的場(chǎng)態(tài)特征，場(chǎng)值變化大局部呈跳躍式變化，南北相差15×10-5m/s2。這種重力場(chǎng)特征宏觀上是基底差異性隆起、凹陷引起的場(chǎng)態(tài)變化。區(qū)中部表現(xiàn)為寬大的半封閉重力低異常，即形成南窄北寬近北東走向的橢圓形區(qū)域，向北延伸至重力低異常區(qū)，重力低異常面積可達(dá)60 km2。在剩余重力異常圖中，該重力低異常形成兩個(gè)局部圈閉重力低異常及中間凸起的低緩重力高異常，表現(xiàn)為典型的盆中隆起(隱山)所引起的重力異常。

在剩余重力異常圖上由西向東呈現(xiàn)重力高、低、高、低、高相間展布，總體反映為一軸向北北東向展布的局部隆起凹陷區(qū)。該區(qū)屬白堊系碎屑巖沉積層，地層以寬緩的褶皺為主，局部地段裂隙比較發(fā)育，在褶皺構(gòu)造中，背斜青山口組和泉頭組主要為砂巖和砂礫巖，蓄水條件較好。已知的石油鉆孔即位于該局部隆起凹陷區(qū)中，為本區(qū)尋找地?zé)豳Y源的重點(diǎn)部位。

圖1 研究區(qū)布格重力異常圖

本次以重力成果為基礎(chǔ)，區(qū)內(nèi)共解譯出以北東向、北西為主的構(gòu)造斷裂7條。其中北東向斷裂一般具有較大延伸構(gòu)造特征較明顯，北西向斷裂構(gòu)造一般規(guī)模相對(duì)較小。研究區(qū)推斷中生帶沉積凹陷的生成和發(fā)展受北東向斷裂控制，同時(shí)受后期北西向斷裂的改造。

依據(jù)1∶5萬(wàn)重力成果，局部基底凹陷區(qū)為成熱有利區(qū)，可控源音頻大地電磁測(cè)深剖面布設(shè)于該區(qū)，穿過(guò)局部重力凹陷—凸起區(qū)。

3.2 可控源音頻大地電磁測(cè)量

通過(guò)測(cè)深剖面電阻率反演斷面圖可以看出，斷面內(nèi)電阻率縱向分層特征明顯，由淺至深部總體表現(xiàn)為6層電性結(jié)構(gòu)。近地表的低阻異常變化大且不連續(xù)，受控于地表第四系蓋層介質(zhì)不均勻因素；白堊系下統(tǒng)嫩江組、姚家組及青山口組表現(xiàn)為連續(xù)的薄層低阻異常帶，電阻率幅值為5～40 Ω·m；中深部泉頭組表現(xiàn)為厚層的中高阻異常區(qū)，電阻率幅值變化范圍較大在40～160 Ω·m；深部高阻異常區(qū)主要集中出現(xiàn)于中部，表現(xiàn)為向上凸起的高阻異常區(qū)。

圖2 研究區(qū)剩余重力異常圖

圖3 可控源音頻大地電磁測(cè)深視電阻率2維反演斷面圖

斷面內(nèi)淺部電阻率變化范圍較小而中深部電阻率橫向變化范圍較大，總體呈現(xiàn)中段低阻層薄、高阻層厚，東西兩端低阻層逐漸變厚，具有明顯的局部基底隆起的電性特征。沿剖面分別在2500點(diǎn)、4500點(diǎn)、5800點(diǎn)、6800點(diǎn)及8500點(diǎn)附近出現(xiàn)清晰的電阻率橫向梯級(jí)帶或突變帶，推斷為斷裂引起。這些斷裂總體切割錯(cuò)動(dòng)了泉頭組和青山口組地層，控制了古生代基底隆起。而上覆姚家組及嫩江組連續(xù)的低阻電性層無(wú)明顯錯(cuò)動(dòng)，該區(qū)斷裂構(gòu)造活動(dòng)止于晚白堊系后期無(wú)明顯的較大規(guī)模構(gòu)造活動(dòng)。

3.3 成熱靶區(qū)圈定

通過(guò)“源、通、儲(chǔ)、蓋”四要素綜合分析，認(rèn)定研究區(qū)具備良好的地?zé)岬刭|(zhì)條件[4]。研究區(qū)總體上屬于正常地溫區(qū)，熱源主要來(lái)自地球內(nèi)部自然增溫，大氣降水在補(bǔ)給區(qū)沿?cái)嗔哑扑閹蛳聺B透到一定深度，不斷吸收圍巖熱量成為熱水。區(qū)內(nèi)北西向與北東向斷裂發(fā)育，其中北東向斷裂具有張扭性質(zhì)，斷裂規(guī)模及切割深度大，成為主要的導(dǎo)水、導(dǎo)熱通道，控制著區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源的分布。區(qū)內(nèi)地?zé)醿?chǔ)層為白堊系泉頭組砂巖、砂礫巖，沉積凹陷中心處泉頭組地層主要賦存于海拔-600～-2 000 m以深為巨厚的目標(biāo)含水層，深度中等以下有利成熱。而上覆的姚家組、嫩江組泥質(zhì)巖類形成了理想的地?zé)嵘w層。綜上研究區(qū)中心斷陷盆地是層狀熱儲(chǔ)+構(gòu)造復(fù)合地?zé)岬挠欣x存部位。

4 結(jié)論

(1)重力測(cè)量能夠快速查清研究區(qū)內(nèi)成熱地質(zhì)環(huán)境，了解區(qū)內(nèi)(基底凹陷、沉積凹陷)盆地的分布范圍、構(gòu)造斷裂分布特征?；谥亓?、可控源音頻大地電磁測(cè)深多元信息綜合解譯，可查清區(qū)內(nèi)基底起伏、熱儲(chǔ)、蓋層的分層及厚度。

(2)通過(guò)重力測(cè)量平面成果及電磁剖面縱向測(cè)深結(jié)合區(qū)內(nèi)成熱地質(zhì)條件分析，認(rèn)定研究區(qū)具備良好的層狀熱儲(chǔ)+構(gòu)造復(fù)合類型地?zé)岬刭|(zhì)條件資源潛力。

(3)建議開(kāi)展地?zé)岙惓５牟樽C工作，布設(shè)于重力低異常區(qū)中的沉積凹陷—基底凹陷過(guò)渡地帶，可控源音頻大地電磁測(cè)深剖面7300點(diǎn)～7800點(diǎn)處。該處深部存在一規(guī)模較大的低阻層，推斷為泉頭組引起，為勘查區(qū)尋找地?zé)岬闹饕繕?biāo)層位。同時(shí)考慮到層狀熱儲(chǔ)+構(gòu)造復(fù)合地?zé)犷愋停M量靠近F4構(gòu)造上盤，7400點(diǎn)處布設(shè)鉆孔，孔深建議為2 000 m。