可控源音頻大地電磁測深在樹林召地區(qū)地熱資源勘查中的應(yīng)用

何萬雙　毛云　李少雄

摘要：在內(nèi)蒙古樹林召地區(qū)，分析研究區(qū)域構(gòu)造和控熱地質(zhì)背景，搜集臨近區(qū)域的地質(zhì)資料，配合使用可控源音頻大地電磁測深，所獲結(jié)果相互結(jié)合補充，從地表到深部立體勘查逐步深入，避免了單一方法的片面性和物探的多解性，在地熱勘查中探明了隱伏深大斷裂構(gòu)造的部位和形態(tài)特征，為鉆探提供了依據(jù)，有效降低了地熱勘查的風險，在內(nèi)蒙古地熱資源勘查中取得了較好效果。

關(guān)鍵詞：地熱資源勘查；沉積盆地型熱儲；可控源音頻大地電磁測深

地熱資源是地質(zhì)礦產(chǎn)資源之一，它是一種新型的能源，由于地熱資源較之其他能源，有清潔、經(jīng)濟、污染小，且運行成本低等眾多的優(yōu)點，受到了人們的廣泛青睞，主要用于取暖、洗浴、醫(yī)療保健等多方面，具有廣闊的開發(fā)利用前景。隨著內(nèi)蒙古達拉特旗的綠色生態(tài)、綠色產(chǎn)業(yè)和綠色旅游的迅速發(fā)展，對樹林召地區(qū)實施地熱資源勘查及開發(fā)利用意義重大。

樹林召地區(qū)周邊都進行過地熱資源勘查工作，其中恩格貝開發(fā)區(qū)地熱井孔口出水溫度38.5℃，為沉積盆地型低溫地熱資源；七星湖旅游區(qū)地熱井孔口出水溫度52℃，為沉積盆地型低溫地熱資源。本次工作首先對勘查區(qū)利用遙感解譯分析研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和控熱地質(zhì)背景，搜集臨近區(qū)域的地質(zhì)資料，隨后進行了可控源音頻大地電磁測深工作，基本查明了區(qū)內(nèi)地層電性特征及隱伏控熱斷裂構(gòu)造的位置、深度、傾向等構(gòu)造形態(tài)特征，為地熱勘查的孔位布置提供了依據(jù)。

1. 區(qū)域地熱地質(zhì)條件

樹林召地區(qū)位于鄂爾多斯臺坳河套斷陷盆地內(nèi)，呼包拗陷的西南緣[1]。根據(jù)以往重力、航磁資料，將河套斷陷盆地可劃分為次一級的四個拗陷構(gòu)造和兩個隆起帶，即吉蘭泰拗陷、臨河——五原拗陷、白彥花拗陷、呼市——包頭拗陷，恩格貝——昭君墳隆起和烏蘭格爾隆起（圖1）。

呼——包拗陷位于呼和浩特——包頭之間，布格重力異常值-140～-185×10-5m/s2，呈東西向展布的長條箕狀延伸，為相對重力低值區(qū)，北緣受大青山山前斷裂控制，基底為太古界烏拉山群深度變質(zhì)巖系，總體特征是北深南淺，東西兩端翹起，基底埋深400m～8000m（圖2）。

呼包拗陷以增溫型地熱為主，其次斷裂進行熱流傳導(dǎo)提供熱源，盆地內(nèi)斷裂主要沿大青山山前及鄂爾多斯北緣分布，同時在盆地中還發(fā)育有與山前斷裂平行或垂直的次一級斷裂，這些斷裂將古近系之前地層錯動，將盆地深部熱量通過地熱流體沿斷裂進行深部循環(huán)而帶到上部形成地熱田，受構(gòu)造影響，呼——包盆地1000m～3000m深度內(nèi)地熱梯度明顯高于平均值，而盆地平均梯度在3℃/100m左右，說明盆地受構(gòu)造影響，地熱流體將下部熱源攜帶于上部，受新近系蓋層阻擋聚集于蓋層下，表現(xiàn)為蓋層下部地溫高于平均地熱梯度地溫，其原因與該盆地地質(zhì)構(gòu)造及地層等因素有關(guān)。

2. 地質(zhì)構(gòu)造條件

河套盆地為斷陷盆地，盆地內(nèi)存在次級斷陷和隆起，根據(jù)物探資料推測，工作區(qū)內(nèi)可能存在一條北東-南西向的斷裂構(gòu)造。該區(qū)地層主要有太古界片麻巖、白堊系砂巖、泥巖、古近系泥巖、砂巖層及新近系粉土、粉細砂，其中太古界片麻巖在工作區(qū)地表未見出露，但在工作區(qū)下部大面積分布，構(gòu)成工作區(qū)基底，最深可達5000m以下（圖3）。

3. 物探解釋與推斷

根據(jù)可控源音頻大地電磁測深[2]二維反演斷面圖顯示電性特征總體表現(xiàn)為縱向分層、橫向分塊的沉積地層特征（圖5），推斷古近系上新統(tǒng)底板埋深在2000m左右。130-150號測點之間出現(xiàn)電阻率陡直變化，而且向深部變化趨勢較明顯，存在深部斷裂構(gòu)造可能性較大，與早期的構(gòu)造活動有關(guān)，推斷由收集資料中的新華夏扭斷斷裂構(gòu)造引起的。測線西部沉積層厚度較大，由西向東地層逐漸抬升。第一層為表層低阻層，對應(yīng)表層新近系（Q），粘土層電阻率在16Ω·m～80Ω·m之間，砂礫石層電阻率在60Ω·m～350Ω·m之間，綜合解譯地層厚度在1000m左右；第二層為中間的中阻層，對應(yīng)古近系上新統(tǒng)（N2）泥巖、粉砂巖，電阻率在30Ω·m～100Ω·m范圍，綜合解譯地層厚度大于1000m；第三層為下部高阻層，對應(yīng)古近系中新統(tǒng)（N1）砂質(zhì)泥巖、砂巖，電阻率在100Ω·m～300Ω·m范圍，綜合解譯地層厚度大于1000m。巨厚的新近系粘土層和古近系上新統(tǒng)泥巖、粉砂巖地層是良好的熱儲蓋層，古近系中新統(tǒng)地層電阻率相對較高，斷層F3位置電阻率曲線下凹明顯，電阻率相對較低而且橫向跨度較大，推斷斷層位置為一套河湖相沖湖積砂巖、泥巖交互沉積，賦水性較好，為地熱水提供了水源，具備了形成地熱的條件。初步確定的地熱井ZK02在推斷斷層F3處，有利于深部熱能的向上運行。

4. 地熱井驗證

地熱井揭露地層有新近系和古近系地層。地熱能主要來自深層，即隨深度增加、地溫升高而獲得熱資源，而該地區(qū)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，為該地熱井的導(dǎo)熱、導(dǎo)水創(chuàng)造了一定的條件，新近系沉積物的孔隙及古近系沉積物的孔隙裂隙構(gòu)成該地熱井的通道；新近系、古近系上新統(tǒng)上部地層由于含水層和隔水層交互沉積，且隔水層厚度隨著深度的增加累計厚度增大，構(gòu)成了該井主要的熱儲蓋層；而古近系上新統(tǒng)下部、中新統(tǒng)地層、構(gòu)成了該地熱井的熱儲層。

熱儲層主要為古近系地層，其埋深在1067.98m～2601.88m，其下部為主要熱儲層段。其中取水層段為1891.18m～2601.88m，含水層累計厚度191.80m。根據(jù)測井資料滲透率為27.43～674.96（10-3μm2），孔隙度為12.93%～29.17%，泥質(zhì)含量為7.76%～28.83%，導(dǎo)熱性和透水性較好，溫度也較高，是較理想的熱儲層。該熱儲層溫度47.3℃～64.6℃，平均熱儲溫度為55℃，平均地溫梯度2.43℃/100m。

該地熱井出水溫度63℃，涌水量為2376.00m3/d（自流量），礦化度2.81g/l，水化學(xué)類型為Cl.SO4-Na型。水中偏硅酸和氟的含量達到醫(yī)療熱礦水的命名標準。同時，地熱井熱水中還檢測出Ba、Fe、Zn等對人體有益的微量元素，可用于醫(yī)療、洗浴等。

5. 結(jié)論

根據(jù)全區(qū)地熱資源分布情況[3]，結(jié)合地面地熱資源地質(zhì)調(diào)查和搜集的二維地震資料，利用可控源音頻大地電磁測深查明工作區(qū)熱儲蓋層及熱儲層的分布情況，確定隱伏斷裂位置、產(chǎn)狀及熱儲埋藏的條件，提供地熱孔位的方法是有效的，將勘探風險降至最低，為今后在盆地沉積型熱儲勘查時選擇合適有效的方法技術(shù)積累了一定的經(jīng)驗，對同種類型的地熱勘查具有借鑒意義。本次勘查工作達到了預(yù)期效果并且已經(jīng)對地熱資源進行了開發(fā)利用，經(jīng)濟效益顯著，帶動了地方旅游業(yè)，加快了地方經(jīng)濟發(fā)展。

參考文獻：

[1] 內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1991.

[2] 何繼善，湯井田.可控源音頻大地電磁法[M].長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1990.

[3] 李虎平，霍改蘭等.內(nèi)蒙古自治區(qū)地熱資源調(diào)查研究與規(guī)劃報告[R].內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，2009.

[4] 張作宏等.CSAMT在沿海圍墾區(qū)地熱勘查中的應(yīng)用[J].物探與化探，2014，38（4）：680-684.

[5] 陳進寶等.物探方法在江蘇赤山湖地熱井勘探中的應(yīng)用[J].物探與化探，2014，38（6）：1172-1175.