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试析黎平县德凤镇地热勘查中综合物探方法的运用

2020-05-06 227 上传者：管理员

摘要：褶皱、断裂构造对于地热水资源的影响巨大，现在开发的地热资源埋藏较深，存在局部小构造复杂及地热水资源埋深较大的困难，在地热勘探工作过程中，我们通常利用可控源音频大地电磁法，再配套能反映地温异常及含水性的米地温测量及阿尔法卡测量，形成综合地热物探，在地热资源勘查中取得较好的应用效果，圈定构造和地热水资源靶区，成为深部找矿工作的重要依据。

关键词：
可控源音频大地电磁法
地热
地热物探
测井
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1. 引言

现在开发的地热资源埋藏较深，有的深达数千米，开采风险相对较大，为了减少投资的风险，提高地热资源开采的效率，降低前期投入的成本。在地热资源的探采之前就要先进行可行性的论证，其中物探工作方法作为地质勘查的一种有效、科学的手段，也是地热勘探中最重要的手段。由于电阻率异常是识别地下热水构造及水力系统的重要标志，这使得普通电法在过去的地热资源勘探占据着主导的地位。然而，目前地热资源的勘探深度很多都要达到上千米的深度，以地面供电偶极距长度换取探测深度的直流电法显然是困难重重，特别是在贵州这样的山区，复杂地形条件给直流电法造成的影响程度是无法预知的，深部的微弱异常往往被地形影响所掩没，异常难以分辨。电磁测深法是利用电磁波的趋肤效应而发展起来的另一种电阻率测深方法，这种方法克服了直流电法受地形影响大、深部分辨率较低及布极困难的各种缺点，对深部探测有巨大优势。在地热勘探工作过程中，我们通常可控源音频大地电磁法，再配套能反映地温异常及含水性的米地温测量及阿尔法卡测量，形成综合地热物探，在地热资源勘查中取得较好的应用效果。在地热勘查中，综合物探方法主要解决以下问题，达到前期地热勘查可行性论证的目的：

(1) 查清楚勘查区内断层断裂的分布、性质、产状及断裂带破碎情况；

(2) 查明勘查区地层、盖层与热储层的厚度及空间结构；

(3) 圈定勘查区地热水的有利区域；

(4) 指导勘查区地热井的钻孔设计。

2. 地质概况

勘查区大地构造上位于羌塘-扬子-华南板块→扬子陆块江南复合造山带榕江加里东褶皱区黎平紧闭复式褶皱变形区。为一个多期次构造活动造成的晚古生代以来褶皱隆起或整体上升的隆起区，长期遭剥蚀，许多地层缺失，属江南早古生代褶皱带（江南复合造山带的西南段)的重要组成部分。

勘查区内地质构造主要呈北北东向、北东向展布，区内断层及次级褶皱非常发育。勘查区块内主要发育的褶皱有新化向斜、包仰背斜、洛寨向斜，主要的断层有三什江断层、黎平断层、花桥断层等。

勘查区出露青白口系下江群地层，岩性为浅灰、灰绿色薄层至块状绢云母板岩，色变余砂岩、变余含长石砂岩、变余石英砂岩夹砂质板岩、粉砂质板岩。

3. 勘查方法技术与测线布置

3.1 勘查方法技术

3.1.1 可控源音频大地电磁法

可控源音频大地电磁法（简称CSAMT)是利用接地水平电偶源为信号源的一种频率域电磁测深法，该方法是20世纪80年代末才兴起的一种新型的地球物理勘探技术，它基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程导出了水平电偶极源在地面上的电场及磁场。又根据电磁波的传播理论，导出了趋肤深度公式δ=503ρ/f(m)。虽然趋肤深度在某种意义上说与电磁波在介质中穿透的深度有关，但它并不代表电磁勘探中实际的有效勘探深度。

由此可见，当地表电阻率固定时，电磁波的传播深度（或探测深度)与频率成反比，高频时探测深度浅，低频时探测深度深。我们可以通过调整供电频率的高低，得到不同深度的地电信息，从而达到垂向频率测深的目的，根据所测视电阻率特征，了解地下地质体的产状和特征，分析推断构造带空间分布形态及地层岩体之间接触关系。

3.1.2 米地温测量

米地温测量的原理是指从地表至1m深处的温度。从地表打1m深的小孔，测量底部温度所得的数值。一日中1m深处的地温很少变化，加以标高、纬度、季节的订正，可求出标准地温。将标准地温与所测地温进行比较，可知地温异常的程度。若能设立许多测点，并通过研究高温部分的形状、异常程度，可以看出高温流体在地下的分布状况。

3.1.3 阿尔法卡测量

阿尔法卡测量是指一切固体表面都具有吸附周围介质中的原子、分子、离子的能力，当将α卡（由镀铝聚酯薄膜制成的卡片)放入含氡的容器中后，便会吸附容器中的氡及其子体，然后再用仪器测量卡上的α射线的变化来达到找矿的目的。

3.2 工作参数及测线布置

CSAMT方法工作选取50m的点距，频率选取（9600～1Hz)采集，采样时间选取研究地质横向构造默认的30min，发射极距均在10km，发射极距AB约2km，采用铝板作为发射端接地电极，并用盐水浇灌，以减小发射端的接地电阻。米地温测量工作点距50m，采用洛阳铲进行打孔，测量孔深不小于1.5m，示值稳定时不少于3min，且示值变化不大于±0.1℃时取值。阿尔法卡测量工作选取50m为测量点距，每个测量点均按3min及5min两次计取读数。具体测线布置图详见图1。

图1黎平县德凤镇测区CSAMT、阿尔法卡、米地温测线布置图

4. 资料处理与解释

4.1 资料处理

室内资料处理及解释使用的是加拿大凤凰公司开发的CMT.PRO软件和MT-Soft2D软件，利用suffer成图。

图21线α卡、米地温、CSAMT综合断面图

图32线α卡、米地温、CSAMT综合断面图

由图2地温剖面图上看：地温值主要在7℃～9℃之间变化，在测线1800m～2200m段和2700m～3200m段热异常相对测线其他地方较好，在1线F1断层附近，地温呈高极值点(11.4℃)。

从图2α卡剖面图上看：3min与5min的α脉冲曲线的起伏形态基本一致，脉冲背景值分别在50个/5分钟及25个/3分钟左右。在测线1900m～2200m、2800m～3200m共两处有两处明显的高值异常区，异常幅值最高可达70～85个/5分钟，结合已知地质资料可以得知，两处高值异常区均为断裂构造带上的岩体破碎带发育。

由图2视电阻率断面图上看，ρ值多在50Ω•m～10000Ω•m区段内，在横向上连续性较差，这与此地区构造活动造成的岩层破碎有关，反映出了地层岩性裂隙发育，岩石破碎的特征。从标高0m～600m左右，ρ值等值线呈现低阻电性特征，等值线较平缓，其ρ值普遍小于1000Ω•m，根据其电性特征并结合已知地质资料，推断该近地表电性层为元古界南华系和清白口地层，岩性以板岩、粉砂岩为主；从标高0m至标高-600m，ρ值多在1000Ω•m～10000Ω•m之间变化，随着深度加深，中软质类岩体逐渐向中硬质类岩体过渡，岩性种类较多，主要以灰岩、白云岩等中硬质类岩体为主，具备一定含水性，同时，具有一定的保温性；在标高-600m～-1500m之间，视电阻率等值线呈现高阻电性特征，其视电阻率值均大于5000Ω•m，根据其电性特征并结合已知地质资料分析，该段为清白口地层，富含灰岩、变质砂岩等中硬质类岩体，具备一定导水导热性，且具有一定的含水性。在测线39-43号点之间，标高500m至标高-1500m左右，出现了等值线横向上不连续且一致向下弯曲的现象，而形成明显的低阻“V”字形形态，低阻异常带主要往大号方向倾斜，结合已知地质资料推断为F1断层簇，倾向南东，在0m～1500m深，视倾角附近为80°左右，物探揭露位置与地质图标注位置相吻合；在测线57-73号点之间，ρ值在横向上形成高低阻分界面，结合已知地质资料分析，界面左侧高阻区主要为灰岩、变质砂岩等硬质岩石，界面右侧低阻区主要为板岩、粉砂岩等中软质岩石，推断该界面为F2断裂，倾向南东，视倾角在深0m～1500m左右为60°左右，往深部逐渐变缓。

图3与图2形态基本相似，在此不多做叙述。

4.2 解译结果

通过本次地球物理勘探工作，形成如下结论：

(1) 本次物探推断了2条断层，Y1-1及Y2-1异常点对应断裂F1,Y1-2与Y2-2异常点对应断裂F2。根据F1、F2断裂的电性异常特征及空间分布状态分析：F1为一条发育较宽的断层簇，发育宽度在50m～300m不等，发育深度达2000m以下，倾向南东，视倾角在80°左右，往深部有变缓的趋势，该断裂破碎带较大，存在较好的含水导水性较好；F2断裂发育宽度在50m～100m不等，发育深度达2000m以下，倾向南东，视倾角在深0m～1500m左右为60°左右，往深部逐渐变缓。

(2) 通过音频大地电磁法、米地温、阿尔法卡法3种方法的对比印证，准确确定F1、F2断层的位置及空间展布。

(3) 结合以上资料分析，物探建议孔位选在F1断层上盘2线43号点处，为保证水温及水量，建议取水钻孔应能在2000m以下揭穿断层，并进入物探低阻异常区内为宜。

5. 钻探验证

在对各类资料系统整理、综合分析研究的基础上，通过探采结合的方式布置勘探孔黎平县德凤地热勘查区块勘探孔ZK1号井，该孔在2200m深度揭穿三什江断层，涌水量340m3/d，井口温度48℃，根据测井资料及编录资料其各地层的厚度与该测区物探的电性分层基本一致，揭穿三什江断层的深度与物探资料判断一致，说明物探推断的断层的分布、性质、产状及断裂带破碎情况是正确的。

6. 结论

(1) 综合物探方法能查明勘查区内断层断裂的分布、性质、产状及断裂带破碎情况。

(2) 能定性的判断勘查区地层情况、盖层及热储层的厚度。

(3) 能圈定地热水资源靶区以及指导勘查区地热井的钻孔设计。

参考文献：

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熊英举.综合物探方法在黎平县德凤镇地热勘查中的应用[J].西部资源,2020(02):128-130.