ＣＳＡＭＴ在鏡泊湖玄武巖覆蓋區深部地熱勘查中的應用

  １ 引 言

 

  地熱資源的利用具有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。近年來(lái)隨著(zhù)勘查深度的不斷加大，地表的熱異常顯示極其微弱，具有較大探測深度的物探方法得到了廣泛應用。目前應用于地熱資源勘查的物探方法包括重磁、地震、電磁測深及大地電場(chǎng)巖性探測ＣＹＴ等多種，其中以探測地下介質(zhì)電性差異為基礎的頻率域電磁方法應用最為廣泛。

 

  工區鏡泊小鎮位于鏡泊盆地南部，具備一定的熱儲條件。已開(kāi)展的地熱普查工作也取得了良好效果，推動(dòng)了當地旅游經(jīng)濟的發(fā)展。為尋找并確定地質(zhì)構造及熱封閉條件均具備的地熱井位，開(kāi)展了本次可控源音頻大地電磁剖面勘探工作。

 

  ２ 測區地質(zhì)、地熱條件及物性特征

 

  ２．１ 地質(zhì)概況

 

  工區位于興凱湖－布列亞山地塊區之張廣財嶺－太平嶺邊緣隆起帶海浪凹陷南部，敦化－密山巖石圈斷裂通過(guò)工區西部。該斷裂走向北東，自古生代以來(lái)多次活動(dòng)，具有擠壓特征，它控制了區內大多數次級斷裂，而次級斷裂又控制了巖漿及火山活動(dòng)。巖漿巖具有多期次特點(diǎn)，主要以早期華力西期花崗巖（γ３４）和晚期為燕山期花崗巖（γ２５）為主。工區地表大部覆蓋第四系全新統玄武巖（βＱ１４），局部出露二疊紀花崗閃長(cháng)巖和侏羅紀二長(cháng)花崗巖。

 

  ２．２ 地熱地質(zhì)條件及物性特征

 

  從生儲條件上看，本區位于地塹式斷裂帶的邊

 

  緣帶，由于區域地殼變薄形成地溫梯度較高的地溫場(chǎng)，地熱資源屬構造隆起區的地熱增溫型熱藏，地溫梯度變化范圍２．６２９℃／１００ｍ～２．９℃／１００ｍ。

 

  此外，工區處于元古代花崗巖帶，不同期次的酸性巖漿形成的花崗巖中的放射性物質(zhì)也會(huì )產(chǎn)生大量熱量，兩者共同構成了地熱的能量來(lái)源。工區深部沉積了巨厚的白堊系、古近系及新近系，其中白堊系下統猴石溝組（Ｋ１ｈ）、上統海浪組（Ｋ２ｈｌ）及受斷裂控制的花崗巖破碎帶，均是本區主要的熱儲層［１３］。此外，新近系中－上新統具有一定的厚度和低空隙度、低滲透率，是主要的蓋層。上述斷裂構造、巖漿活動(dòng)及地層共同提供了在本區內形成地下熱儲資源的地質(zhì)條件。

 

  物性特征（表１）表明出露地表的玄武巖電阻

 

  率值較低，下伏新近系玄武巖電阻率略高；埋深更大的白堊系由于經(jīng)歷多期侵入作用，裂隙發(fā)育導致電阻率差異較大，兩期侵入花崗巖層整體為高阻（大于２ ０００Ω·ｍ），但花崗巖體的風(fēng)化帶、斷層破碎帶及巖石裂隙由于充水、充泥會(huì )出現低阻異常。地層與儲層的電性差異使應用電磁測深成果進(jìn)行地層劃分具備了前提。根據地層電性特征可以劃分電性層，結合巖石特征、地層與電性層的相互關(guān)系實(shí)現地質(zhì)分層。本次應用ＣＳＭＡＴ 方法進(jìn)行深部地熱勘查就是在高阻花崗巖基底背景中尋找隱伏的、深埋的、表現為相對低阻的異常特征的充水斷裂破碎帶。

 

  ３ ＣＳＡＭＴ方法及數據處理

 

  ３．１ 方法原理

 

  可控源音頻大地電磁法（ＣＳＡＭＴ）是利用布設于地表的人工場(chǎng)源發(fā)射變頻電磁信號，在遠區測量相互正交的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的水平分量，通過(guò)波阻抗Ｚ 計算獲得大地視電阻率的電磁測深方法。由于采用能量較大的人工場(chǎng)源并可控制發(fā)射頻率，相對于天然源的電磁方法具有更強的抗干擾能力和更高的縱向分辨率。

 

  該方法利用不同頻率成分的電磁波在地下介質(zhì)中傳播具有不同趨膚深度的特性，通過(guò)改變頻率的方式實(shí)現了對不同深度上介質(zhì)電阻率的測量。觀(guān)測結果對表征儲熱層特征的低阻地層的反應靈敏，是目前地熱資源勘查中一項重要的物探方法。

 

  ３．２ 數據采集及處理

 

  共布置四條測線(xiàn)。數據采集使用了加拿大鳳凰地球物理Ｖ８電磁觀(guān)測系統和ＴＸＵ－３０ｋＷ車(chē)載發(fā)射系統。根據工區特點(diǎn)、干擾條件及工作目的制定了施工方案，采用赤道偶極觀(guān)測裝置（圖２ｂ），工作技術(shù)參數具體為：供電偶極距２ｋｍ，收發(fā)距１２～１３ｋｍ，點(diǎn)距４５ｍ，頻率范圍７ ６８０～１Ｈｚ（４０個(gè)頻率），最大發(fā)射電流１７Ａ，最大探測有效深度２ ０００ｍ。

 

  數據處理及反演：首先預處理消除實(shí)測測深頻譜曲線(xiàn)中記錄的干擾信息，考慮到民電、車(chē)輛等人文電磁影響及方法存在的場(chǎng)源效應、靜態(tài)效應等，進(jìn)行畸變頻點(diǎn)剔除、靜態(tài)校正、近場(chǎng)校正等處理，提高數據質(zhì)量。之后結合地質(zhì)、鉆井資料建立反演初始模型、運用二維反演的方法求取電性體的物性參數和幾何參數（埋深、形態(tài)及產(chǎn)狀）。

 

  結合本區地質(zhì)結構特征，由電測解釋成果確定地質(zhì)目標體的性質(zhì)、深度、形態(tài)及產(chǎn)狀等。借助ＣＭＴ－ｐｒｏ、ＭＴｓｏｆｔ２Ｄ等工具軟件，實(shí)現了本次數據處理，二維反演使用了ＮＬＣＧ方法。

 

  ４ 地熱勘查效果

 

  ４．１ 電性特征

 

  從測深曲線(xiàn)類(lèi)型上看，電阻率頻譜曲線(xiàn)大致具有Ａ型曲線(xiàn)的特征，即電阻率隨深度增加而增大，定性反應了工區垂向地層分布特征。

 

  首支的低阻段反應了地表玄武巖蓋層，深部高阻證實(shí)深部為花崗巖體。中低頻段部分曲線(xiàn)存在低值則是局部巖層電阻率變低引起，部分測點(diǎn)的低頻段阻抗相位快速向０值靠近表明觀(guān)測正逐步接近過(guò)渡場(chǎng)。

 

  ４．２ 異常推斷解釋

 

  從電阻率斷面圖（圖４）上可見(jiàn)，間隔５００ｍ平行布設東西向的ＣＭ０１、ＣＭ０２及ＣＭ０３剖面反映的電性特征一致性較好，地下電阻率分布均為淺低深高的二元結構特征，以２５０Ω·ｍ 等值線(xiàn)為界，淺部低阻層厚約３００ｍ，深部是反映侵入白堊系的花崗巖層的高阻體，高阻體內局部電阻率存在較大變化，電阻率等值線(xiàn)的陡立和不連續帶的低阻異常部位是構造破碎帶等地熱儲層的反映。據此對工區垂向地層及構造進(jìn)行了劃分，推斷了與地熱儲層有關(guān)的斷層構造并劃分了地層。

 

  以ＣＭＴ０２剖面（圖５）為例，圖中橫軸為測點(diǎn)位置，縱軸為深度，顏色代表電阻率值?？梢钥闯?，淺部低阻帶電阻率大小一般為５０～１５０Ω·ｍ，推斷為第四系玄武巖層，厚度小于８０ｍ，向深部電阻率變高為黑色玄武巖層，兩層層狀特征明顯。在３５０～４００ｍ深度可見(jiàn)等值線(xiàn)梯度變化帶，為一明顯電性分界。據鉆探資料該段為空隙發(fā)育的白堊系風(fēng)化層。深部整體電阻率大于２ ５００Ω·ｍ，是白堊系致密砂巖和侵入的花崗巖體的特征，高阻體發(fā)育多層小規模裂縫導致電性不均。

 

  樁號３８～４８深部存在垂向條帶狀低阻異常，相鄰剖面也可見(jiàn)該異常，推斷為斷層Ｆ１導致巖石破碎充水所致，斷層走向北北東１０°，傾向西。

 

  受該斷層控制的破碎帶石容水構造和運移通道。

 

  綜上推斷工區深部存在多層裂縫和破碎帶熱儲層，斷層破碎帶位置是最有利的熱儲部位。

 

  以本次勘探異常解釋成果為基礎，結合本區水文地質(zhì)資料，確定井位在剖面４６號樁位置。鉆井資料與可控源音頻大地電磁法的推斷基本吻合，第四系全新統玄武巖該層厚５５ｍ，３３８ｍ 見(jiàn)花崗巖，１ ５７０ｍ處鉆遇含熱水破碎帶，出水溫度２７℃，出水量２２０ｍ３／ｄ，為一低溫地熱井，分析原因主要為斷裂構造發(fā)育導致了地下水倒灌降低了水溫。

 

  ５ 結 語(yǔ)

 

  １）在分析鏡泊湖玄武巖覆蓋區地熱地質(zhì)特征及物性差異前提的基礎上，制定了可控源音頻大地電磁法勘查方案，經(jīng)過(guò)數據處理，結合已知的地質(zhì)、水文條件和鉆探資料推斷解釋了工區內的地層及斷裂構造，推斷結果得到了鉆孔的驗證。

 

  ２）本區地表玄武覆蓋厚度為５０～１００ｍ，白堊系頂部風(fēng)化帶埋深２００～３５０ｍ，深部大部為花崗巖侵入層。

 

  ３）本區地熱資源受北東向斷裂控制，深度超過(guò)１ ５００ｍ。熱源主要來(lái)源為地溫場(chǎng)增溫，構造斷裂發(fā)育導致整體水溫不高，為中低溫地熱田，儲層為白堊統及斷層破碎帶。

 

  綜上所述，本次利用可控源音頻大地電磁法進(jìn)行玄武巖覆蓋區的地熱勘查取得了預期效果。

 

  此外，物探方法存在多解性，采用綜合勘查方法、引入先進(jìn)的數據處理方法以提高工作精度是今后地熱勘查的發(fā)展方向。