觀音峽背斜熱儲構造音頻大地電磁法電性結構特征

童廣現+熊華山+唐中彬+曾明勇

摘 要：為提高大地電磁法在觀音峽背斜地熱勘查中的應用水平，通過觀音峽背斜15個深地熱井鉆孔與音頻大地電磁測深剖面對比分析，總結了觀音峽背斜地層電阻率范圍特征，分析認為觀音峽背斜中段嘉陵江組地層巖溶發育程度及含水量高于南段和北段，從地熱遠景開發角度來看，觀音峽背斜中段為最有利區域。常見的儲水構造大地電磁法電阻率異常形態有3個類型，即圈閉低阻、“V”形低阻以及條帶低阻。研究了電性異常形態類型、鉆孔位置與出水量的關系，認為圈閉低阻和“V”形低阻的核心區域是鉆孔最有利靶區。

關鍵詞：觀音峽背斜；地熱勘查；音頻大地電磁法；電性特征；低阻異常

1 概述

觀音峽背斜橫跨重慶渝北、北碚、沙坪壩、九龍坡、大渡口、巴南、江津等七區（圖1），全長110km，寬4-5km，面積大于500km2，為重慶主城區地熱水資源主要賦的5大高隆起背斜（溫塘峽、觀音峽、銅鑼峽、南溫泉、桃子蕩）之一。地熱水資源主要賦存于背斜的三疊系嘉陵江組灰巖，熱儲層埋深較大，一般為2000-2500m[1]，地熱主要由地熱增溫所致，即熱儲的溫度主要受埋深控制，以深孔開發為主，地熱勘查中常規電法無能為力，電磁法以其測深大，設備相對輕便和橫向分辨率高等特點，越來越多地應用于地熱勘查[2]，并且取得了較好的實際應用效果[3]。

據不完全統計，截止2016年，重慶地區已有十余口井在前期勘查中采用了大地電磁法，也取得了一定的應用效果。但就重慶地區而言，地熱勘探工作應用大地電磁法起步較晚，可參考的經驗不多。本文通過對觀音峽背斜區域已施工的15個地熱井（見圖1）和相應大地電磁法電阻率剖面對比分析、歸納總結，對觀音峽背斜熱儲構造的大地電磁法電性特征進行了研究，旨在嘗試提高大地電磁法應用水平和定井成功率，為今后類似地區開展大地電磁法地熱勘查提供參考。

2 地質概況

2.1 地質構造

觀音峽背斜在區域構造上屬于揚子陸塊-四川中生代盆地-華鎣山隆褶帶，位于華鎣山深大斷裂帶的東側，屬川東弧形構造帶之華鎣山帚狀褶皺束的一個分支。向西依次為北碚向斜、溫塘峽背斜、璧山向斜、瀝鼻峽背斜、大廟向斜和西山背斜；向東為悅來向斜、龍王洞背斜、銅鑼峽背斜和南溫泉背斜等（見圖1）。該褶皺束主要特點是背斜褶皺狹長緊密，兩側向斜寬緩，兩翼不對稱（東陡西緩或東緩西陡），形成典型的“隔擋式”構造形跡，背斜軸線多扭擺彎曲呈“S”型，軸面傾斜多變，構造分支多、斷層多、背斜軸部高點多。觀音峽背斜軸線呈NNE-近NS向展布，背斜巖層傾角東緩西陡，具典型的川東高陡背斜特征[4-7]。

2.2 斷裂構造

觀音峽背斜從地形上被嘉陵江和長江分割為三段。北段發育辣子園斷層（區內長約30km，走向N20°-30°E、傾角80°-90°、傾向以南東為主）和白廟子斷層一部分。中段發育白廟子斷層（長22km，走向35°-5°、傾角60°-80°、傾向南東）和中梁山斷層（又稱涼風埡斷層，西支長9km，走向N10°E、傾角55°-65°、傾向南東；東支長4.5km，走向N10°E、傾角45°-55°、傾向南東）。南段發育王帽山斷層（分東西兩條，間距4-8km，南北走向，傾角分別為50°和70°，呈對沖擠壓逆沖性質）。

2.3 地層

觀音峽背斜及周邊地帶，除白堊系、第三系地層缺失以外，從第四系到二疊系地層均有出露，地層總厚>3400m。背斜核部由二疊系組成，翼部由三疊系、侏羅系地層組成，寬緩向斜由侏羅系地層組成。

侏羅系主要為砂泥巖地層，總厚度大于1000m。三疊系須家河組厚度約400m，主要為長石石英砂巖（夾頁巖和煤層）。三疊系雷口坡和嘉陵江組共厚達400-600m，主要為灰巖和白云巖。三疊系飛仙關組厚度約500m，主要為泥巖、泥質灰巖及微晶灰巖。

2.4 熱儲構造與地熱水循環

根據區域地熱資料，嘉陵江組第二、四段為本區內的主要熱儲層，嘉陵江組一段及雷口坡組為次要熱儲層，而須家河組～侏羅系地層為本區內的熱儲蓋層，飛仙關組是本區內的下部熱儲隔水層。

區內由嘉陵江和雷口坡組碳酸鹽巖構成的熱儲層，在背斜兩翼及其傾沒端分別呈帶狀和環帶狀連續延展。在橫向上則呈傾角不等，形態相近的單斜展示，其上覆蓋層和下伏隔水層也與之平行延展，形成兩翼相對封閉、互不干擾、要素齊全的單斜儲熱構造（除傾沒端外）。

如圖2所示，觀音峽背斜熱儲構造從橫截面上分為兩種形態，即單槽型（對應“一山一槽兩嶺”）和雙槽型（對應“一山二槽三嶺”），單槽型僅分布在長江以南。地熱水運移方向主要是由北向南。

2.5 剖面形態與地熱水循環。

3 熱儲構造電性特征

截止目前，該背斜兩翼已先后施工了19口地熱井，其中東翼13口、西翼6口，成功16口，平均出水量達到2071m3/d。本研究選取其中15個溫泉鉆孔為研究對象，收集相關井孔柱狀圖及測井、大地電磁法資料，并補充實施了部分溫泉井的大地電磁法工作，數據采集使用加拿大Phoenix公司生產的V8多功能電法儀，反演使用成都理工大學地球探測與信息技術重點實驗室研發的MTsoft2D軟件。為了便于對比分析，大地電磁剖面統一采用TE&TM聯合快速松弛法反演成圖。

3.1 熱儲構造層電阻率分布特征

對所選取15個溫泉井的大地電磁法電阻率剖面進行對比分析，針對區內主要熱儲層嘉陵江組以及主要蓋層須家河組的電阻率分布進行統計，得到觀音峽背斜主要熱儲層、蓋層電阻率特征（表1）。

（1）根據觀音峽背斜主要電性層電阻率統計結果結合區域地質資料可知，觀音峽背斜電性特征總體上電阻率呈低-中-高分布，與地質構造存在很好的對應關系。侏羅系地層主要巖性以砂泥巖為主，其完整電阻率值范圍為96～316Ω·m，表現為低阻；須家河組地層主要巖性以厚層砂巖為主，其完整電阻率值范圍為530-1350Ω·m，表現為中阻，地層厚度284-782m；嘉陵江組地層主要巖性以灰巖、白云巖為主，其完整電阻率值范圍為1800-12000Ω·m，表現為高阻，地層厚度395-731m。