EH-4在新疆塔什庫爾干縣地熱勘查中的應用

2015-12-16 11:58:42呂陽，王磊

西部探礦工程 2015年2期

呂陽，王磊

（新疆地礦局第二水文工程地質大隊，新疆昌吉831100）

呂陽*，王磊

（新疆地礦局第二水文工程地質大隊，新疆昌吉831100）

為了查明新疆塔什庫爾干縣地熱異常區構造斷裂、地層變化情況，選用了EH-4作為本次物探工作的勘查手段。簡要介紹了EH-4電磁成像系統的裝置、方法特點及數據處理方法，通過對本次勘查資料的處理研究，剖面地層層狀明顯、構造斷裂清晰、與鉆探成果有很好的對應性，達到了較好的應用效果。

EH-4;地熱；構造斷裂；標準裝置；低頻裝置

新疆塔什庫爾干縣位于我國西部帕米爾高原高寒山區，海拔高度在3060～4000m，為國家級貧困縣，是中國西部通往中亞、西亞和地中海沿岸諸國的陸路，可謂是中國西部邊境的重要通道。由于區內煤炭資源極為匱乏，從外地調入成本太高，通過對以往地質資料分析研究，縣城附近有較好的地熱異常顯示，有望找到可供開發利用的地熱資源。為此，我們在此區域開展了地熱勘查工作。

EH-4電磁成像系統具有設備輕便、功率小、工作效率高等特點，近年來被成功地運用在固體礦產勘查、煤炭勘查、找水等領域。由于地熱資源勘查受斷裂影響控制，地下水在斷裂破碎帶中受地殼活動影響溫度升高，富含礦物質離子，電阻率相對完整圍巖呈低阻，這就具備了地熱勘查的地球物理前提。本文闡述了EH-4在新疆塔什庫爾干縣地熱勘查中的應用，為查明勘查區斷裂構造的分布特征以及第四系厚度及基底變化情況提供地球物理依據。

1 儀器裝置與方法特點

1.1 儀器裝置選擇

本次工作任務主要為探測深部構造以及了解淺部蓋層厚度，EH-4儀器裝置分為標準裝置與低頻裝置兩部分。標準裝置主要探測淺部地球物理特征，勘查有效深度小于600m，其頻率范圍為10～64000Hz;低頻裝置主要探測深部地球物理特征，勘查有效深度一般在200～1500m，其頻率范圍為0.1～1000Hz。因此，為完成本次工作任務，選用了EH-4標準與低頻2套裝置綜合勘查方法。

1.2 方法特點

EH-4電磁成像系統與其它物探方法相比，具有以下一些特點：

（1）采用人工場源與天然場源共同作用的方式，人工場源彌補了天然場源在某些頻段的不足，使該系統在1000～64000Hz的范圍內獲得連續的有效信號，對解決淺部地質問題尤為有用；

（2）測量系統和發射裝置都比較輕便，測量速度快，可以提高工作效率；

（3）對低阻異常的敏感度較高，可以有效地圈定地熱異常區；

（4）該系統具有較高的橫向與縱向分辨率，為探測某些小的地質構造和區分電阻率差異不大的地層提供了可能性；

（5）該系統不受高阻蓋層的影響，在大厚度第四系漂石覆蓋地區、基巖大面積出露地區，均能有效地探測地下深部地質信息。

2 地質、地球物理特征

2.1 地層

按照地層形成時代、成因類型的不同，可將區內發育地層及侵入巖按時間順序分為以下幾類：元古界變質巖（Pt），燕山—喜山期侵入巖（σ5、γ6、ξ6），下更新統（Q1），中—上更新統（Q2-3），上更新統—全新統（Q3-4）。元古界地層巖性成分較為復雜，主要包括角閃石石英片巖、黑云母石英片巖、角閃片麻巖等，主要礦物成分為角閃石、黑云母、石英、長石等。海西早期的閃長巖（σ5）以黑云閃長巖、花崗閃長巖和石英閃長巖最具代表性，片理、片麻化現象較為普遍。喜山期侵入巖主要包括堿性花崗巖（γ6）和正長巖（ξ6）以巖基狀產出，分布規模較大，風化較為明顯。下更新統（Q1）巖性主要為砂質泥巖、粉砂巖。中更新統—上更新（Q2-3）地層以砂礫石混雜堆積為主。上更新統—全新統（Q3-4）以沖、洪積堆積和山前坡積角礫石和砂、卵礫石為主。

2.2 構造

勘查區位于帕米爾高原的中部，處于喀喇昆侖構造帶的塔什庫爾干二級陸塊內部，區內深大斷裂發育。帕米爾高原大幅隆升之前，其南部是一個古老的褶皺變形區域，由元古界、古生界和多期次的巖漿侵入巖組成。新生代以來印度洋板塊不斷向北推擠，在原有基礎上帕米爾地區開始快速隆升，并伴隨強烈褶皺變形和斷裂構造繼承性活動以及新生斷裂的發育。塔什庫爾干斷裂是喀喇昆侖構造帶北部的一條重要斷裂，總體走向北西向，全長190多公里。該斷裂帶是由多條運動性質不同的次級斷層斜列組合而成，這些次級斷層的長度多在20km以上，各段活動非常強烈，錯斷了全新世以來的各級地貌面。

2.3 地球物理特征

電阻率的高低與地下熱水有著密切的關系，通常地下熱水隨溫度升高，電阻率會明顯降低，這是因為溫度增加，溶液粘滯性減少，離子活動性增加。巖性差異及其特征是地球物理勘查及資料解釋的基礎，為了掌握勘查區的電性特征，采用了以下3種方法獲得地層電阻率電性參數：（1）孔旁測深；（2）測井電阻率；（3）分析不同測線上、不同位置的具有代表性視電阻率等值線剖面（詳見表1）。

表1 勘查區地層電性參數統計表

3 資料處理與解釋

3.1 資料處理

3.1.1 二維反演

數據處理使用勞雷公司的EMAGE-2D，采用快速松弛二維反演。主要方式對曲線的TE、TM數據進行編輯后，再進行聯合反演。程序處理如下：

（1）編輯平滑：是整個資料預處理過程的基礎性工作，其重點是通過對曲線形態的具體分析，最終達到對EH-4曲線進行合理編輯處理的目的。

（2）極化模式識別：TE與TM模式數據互換，平移曲線做單點靜校正。主要根據曲線形態在測線方向上的連續分布情況進行判斷，一般而言，相鄰測點同一極化模式的曲線，它們的形態亦應相近，由此可以確定是否對當前測點的觀測數據做模式互換操作。

（3）測點處理：①刪除觀測數據不合格的測點；②通過數據插值的方式來補充新測點。

（4）靜態校正：在單點靜校正工作的基礎上，對整條測線觀測數據的剩余靜位移量再做統一處理。

3.1.2 綜合成圖

（1）對比分析。標準裝置與低頻裝置采集的數據是2個單獨分開的數據文件，實際資料處理過程中需進行分別反演，在成圖前需將2組數據進行整合。首先，將2種裝置反演數據進行成圖對比，如果2種裝置電阻率斷面圖在趨勢、形態上一致，證明原始資料可靠、反演處理正確；如果兩種裝置電阻率斷面圖在趨勢、形態上偏差較大，需對原始數據曲線進行分析，對不可靠測點合理編輯或者刪除，再進行反復成圖對比，確定地質模型。

（2）數據整合。在確定了合理的地質模型后，需對標準、低頻裝置數據進行整合綜合成圖，取標準裝置200m深度以內、低頻裝置200～1000m深度的數據，最后，用專業的Surfer繪圖軟件成圖。

3.2 典型剖面解釋

（1）L12線剖面。該測線自北西方向至南東方向，點距50m，EH-4測點6～41號。6～18號點，淺部海拔3000m以上電阻率值在30～60Ω·m變化，以第四系的沖洪堆積砂礫石為主。29～41號點，淺部海拔2950m以上視電阻率值在40～320Ω·m變化，以第四系的洪堆積卵礫為主。深部高阻地層主要為元古界變質巖或燕山—喜山期侵入巖，巖性相對完整。剖面上視電阻率在5～30Ω·m之間變化的低阻區域推測為風化破碎區域或構造斷裂帶，經23～24號點SK01(鉆孔深度大于200m)鉆孔驗證其下部主要為青灰—深灰色角閃巖，巖性質軟、破碎,該孔測得地熱最高溫度大于70℃。鉆孔SK01在 200m左右巖性開始變得完整堅硬，這與L12線物探剖面成果在這一區域視電阻率值變大結果驗證非常吻合。

在剖面推斷F2、F3兩條斷裂，如圖1所示。斷裂構造異常明顯，斷裂帶視電阻率值明顯低于兩邊完整基巖。斷裂從地表基巖出露情況分析，表現出正斷裂特征，傾角約80°，傾向南東方向。

圖1 L12線地質剖面圖

（2）L22線剖面。該測線自北西方向至南東方向，點距50m，EH-4測點1至14號點，淺部第四系主要以漂卵礫石為主，EH-4解譯第四系深度約60m，后經鉆探驗證實際厚度約65m，吻合性相對較好。在該剖面6號測點上布置鉆孔SK02，該鉆孔孔深近800m，在該剖面上推斷了一條斷裂，后經SK02鉆孔驗證在孔深600m左右為斷裂破碎帶，地溫最高大于130℃，這與EH-4剖面上顯示推斷成果完全吻合（詳見圖2）。

圖2 L22線地質剖面圖

3.3 測區構造推斷

經測區多條物探測線資料處理解釋，推斷F1、F2、F3三條大致平行的斷層，呈北東—南西向展布貫穿整個勘查區，斷裂低阻異常特征明顯，如圖3所示。這些斷裂大部分地段隱伏于第四系下，只在部分地段出露，均表現出明顯的正斷層特征。F1斷裂展布于勘查區北部，斷錯了山前冰水堆積體，為傾向南東的正斷層；F2、F3斷錯了元古界和新近系—下更新統,斷錯距離為50～60m，地表部分地段基巖出露，可明顯看出斷裂特征。