大地電磁法在沈陽某區地熱資源勘查中的應用

王茜

（天津市地球物理勘探中心 天津 300170）

1 引言

地熱資源是一種綠色清潔能源，特別是發達國家在對地熱能的利用方面已經獲得了較好的經濟收益。在全球能源危機的今天，世界各國均將目光集中在這種綠色環保、儲量巨大的地球內部資源上。二十世紀中期以來，發達國家如日本、新西蘭等國，均投入了巨大的資金進行相應的研究和勘查開發工作，也取得了令人矚目的成就。基于地熱能源的可再生性和環保性，對其開發對我國非常重要。沈陽某區地熱顯示區地理條件優越，交通便利，經濟發達，隸屬城區，具有巨大的地熱勘查開發價值。

2 大地電磁法概述

大地電磁測深法(MagetotelluricSounding)簡稱MT，是地球物理學中地球電磁感應學分支學科中的一種,從導電性的角度研究地殼和上地幔結構,是進行地熱調查、地球深部探測的有效手段。在20世紀50年代初由前蘇聯學者季洪諾夫和法國學者卡尼爾分別獨立提出來，它是利用天然交變電磁場作為場源來研究地球電性結構的一種地球物理勘探方法。根據電磁感應的趨膚效應原理：電磁波在地球介質中傳播時，高頻成分衰減快，穿透深度小，低頻成分衰減慢，穿透深度大，因此不同頻率的電磁波攜帶有地球介質不同深度上的電性信息，通過改變頻率來達到測深的目的。

3 應用實例

3.1 地質及地球物理概況

3.1.1 地質概況

工區位于道義盆地的邊部，在大民屯盆地東側，隸屬于遼河斷陷的一部分，東臨遼東隆起，西接燕山-遼西褶皺帶，北達內蒙地軸，南部傾入遼東灣。整體可劃分為6個構造帶，自西向東依次為西部凸起、西部凹陷、中央凸起、東部凹陷、東部凸起和大民屯凹陷。本區在鞍山運動和呂梁運動之后形成了東西向的隆起和坳陷，奠定了基底構造雛形，后經加里東運動和海西運動的抬升剝蝕，但構造格局并未改變。中生代以來，發生了多期構造運動，特別是印支運動和燕山運動使區域近東西向構造線發生逆時針旋轉，逐漸變為以北東向為主，初步形成了東西向凹凸相間的基本構造格局。新生代早期經歷了以箕狀斷陷為特征的斷陷活動，晚期以區域坳陷活動為主。

3.1.2 地球物理特征

從表1中看出，凹陷區巖性的物性參數存在如下特征：

⑴ 第四系松散層為低密度無磁和低電阻率。

⑵ 第三系楊連屯組含煤、油頁巖等巖性屬低密度，無磁和低電阻率的層位。

⑶ 中元古界中的白云質大理巖破碎帶（含地熱水層位），其密度值較大白云質大理巖明顯偏低，約為(1.6～2.2)×103kg/m3，其磁化率為0，視電阻率為30～60Ωm，較其圍巖白云質大理巖電阻率值低很多，這種物性差異就為MT工作提供了理論依據。

3.1.3 地熱資源分布特征

受構造、地溫場等因素的控制,工區的熱儲形態基本上可劃分為層狀熱儲和帶狀熱儲兩種形式：

⑴層狀熱儲分布區屬洋河井田范圍的地熱異常區，地下800m以內地溫梯度高達3.16℃/100m,恒溫帶深度為16m,溫度為8.5℃,屬一級高溫區。

⑵新城子向斜,大橋、望花傾伏背斜為盆地內的斷塊凸起,有利于地下熱水的生成和賦存，地下熱水點均屬望花背斜構造控制形成的。

3.2 實測大地電磁測量成果

3.2.1 測點布設

本工區共布設4條MT剖面,點距500m,個別重點區域加密到200m，勘探深度3km,。測線為“井”字形布設，方向為南北向兩條，東西向兩條，測線長度不等。同時在已知井位布設測深點1個，完成井旁測深反演。

表1 工區巖石物性參數統計表

3.2.2 資料解譯

（1）電性特征分析

全區主要曲線類型可分為A型和單層曲線。

⑴A型曲線：這類曲線特征是前支視電阻率較低，尾支受下部具一定厚度的高阻層影響，視電阻率隨頻率的降低而平穩上升。表現的隨著深度的加大，電阻率值逐漸升高，深部高阻表現為基底的電性特征。

⑵單層曲線：這種曲線的形態比較簡單，由于地下沉積層巖性比較單一，電阻率變化不大。雖然頻率從高到低逐漸變化，但測深曲線沒有大的起伏，近乎一條直線。它主要出現在相對較短的兩條剖面上，表現為的低阻覆蓋層厚較度的特征。

（2）解譯原則

綜合電測深曲線、電阻率斷面圖以及往地質資料，主要考慮電阻率斷面圖中背景值、低阻異常的形態、低阻異常值及其梯度值等因素，并結合以往沈北地區地球地球物理特征及本次井旁測深反演結果，對地層巖性、斷層及破碎帶情況進行。

工作區地球物理特征主要表現如下∶

⑴第四系覆蓋層表現為中低阻特征,阻值在30～200Ωm；

⑵第三系中泥巖、砂巖及頁巖電阻率值表現為低阻，凝灰巖和玄武巖為中阻反映，阻值范圍在20～2000Ωm之間；

⑶薊縣系的白云質大理巖為高阻反映，阻值范圍在1500～3800Ωm之間；

⑷巖石破碎或裂隙使電阻率有所下降，在裂隙和巖溶富水發育的情況下會表現出低阻特性，因而高阻基底背景中的低阻異常是富水的表現。

3.2.3 反演結果認識

1號剖面和2號剖面測線長度均為5.9km，兩條測線相互平行，測線垂向距離200m左右。大地電磁測深反演電阻率綜合斷面圖可以看出，兩剖面電性分層比較明顯，基本形態一致。整體電阻率值呈淺部低，深部高的趨勢，電阻率值范圍在幾十歐姆米到幾千歐姆米之間。0～100m之間電阻率值表現在中低阻特征，且電阻率分布不均勻，等值線橫向連續性較好，推斷該層位異常主要為新生界第四系覆蓋層反映，由于地層中亞粘土、礫巖及砂礫石的不均勻分布，局部地段電阻率值有所增高。100～2200m之間電阻率表現為中等電阻率反映，等值線整體橫向連續性較好，結合已有資料可知，該層位異常為新生界第三系反映，局部地段阻值相對較高，與第三系地層中安山凝灰巖或玄武巖的分布特征有關；在1號測線1-1號、1-13號測點和2號測線2-1號、2-11測點位置等值線呈明顯的陡立狀，推斷為斷層反映，斷層產狀較陡，F1走向近南北，F2走向北東東，斷層的上斷點埋深較大，約700m左右，為隱伏斷層。2200m以下電阻率值相對較高，且層狀連續性較好，推斷深部高阻異常應為中元古界薊縣系白云質大理巖反映。通過斷面圖等值線形態可以看出，第三系地層覆蓋厚度呈凹陷狀，測線兩端層厚度達到1300m左右，中段層厚度相對較大，可達到2200m左右，說明1號和2號測線穿過道義凹陷（或凹中凹）北東邊部，F2號斷裂為控凹斷裂。

圖11 號剖面大地電磁測深反演綜合斷面圖

圖22 號剖面大地電磁測深反演綜合斷面圖

圖33 號（左）、4號剖面大地電磁測深反演綜合斷面圖

3號測線和4號測線長度均為2.8km，整體走向近南北，測線間垂距200m左右。從大地電磁測深反演電阻率綜合斷面圖可以看出，兩剖面等值線形態基本一致，呈淺部電阻率低，深部電阻率高的簡單形態；低阻層從南往北厚度逐漸加大。0～100m埋深電阻率為中低阻放映，高低阻分布不均勻，應為第四系覆蓋層反映。100～2100m左右埋深電阻率值在幾百歐姆米左右，等值線平緩，橫向連續性較好，推斷該層位為第三系下伏砂泥巖及頁巖等的巖性特征。深部高阻異常形態規則，呈完整塊狀體推斷為深部基底薊縣系白云質灰巖反映。在3號剖面和4號剖面的3-4和4-4號測線位置等值線梯度變化較大，呈陡立狀，推斷為斷層F3反映，斷層產狀較陡，走向近東西，為盆地內次級發育斷裂。

4 結語

⑴工區中部新生代覆蓋厚度較大，在3、4號測線中部覆蓋層厚度基本可達到2200m左右，兩側覆蓋層相對較薄，厚度也可達到1300m左右。

⑵F1、F2為道義盆地內次級斷裂發育，F2條斷層穿過道義盆地邊緣整體走向NEE，為控凹斷裂。

⑶3號剖面的3-5號測點位置斷裂帶異常明顯，該斷裂從深部向上延伸到第三系是一條新生代活動斷裂，有利于溝通深部熱源。建議開孔深度不小于2 500m，預期孔深2100m左右的位置穿透第三系覆蓋層進入地熱存儲目標層薊縣系白云質灰巖地層。

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