MT法在蘆臺經濟開發區地熱勘查中的應用

摘 要：唐山市蘆臺經濟技術開發區有著豐富的中深層地熱資源，但勘探程度較低。本文采用大地電磁測深（MT）法進行地質勘查，對4條測線的兩種模式電性曲線進行了對比，對頻率-視電阻率斷面進行了擬合分析，實現了一維和二維深度-視電阻率的反演，查明了了滄東斷裂在平面上的具體位置，劃分出地層剖面上的4個電性層，明確了滄東斷裂以西巖溶熱儲層的頂板埋深。通過鉆探，驗證了物探成果。實踐證明，MT法在本項目中具有很好的應用效果。

關鍵詞：MT法;大地電磁;地熱;蘆臺

Abstract： There are abundant geothermal resources in the middle and deep layers in The economic and Technological Development Zone of Lutai， Tangshan， but the degree of exploration is relatively low. In this paper， the magnetotelluric sounding （MT） method was used for geological exploration. The electric curves of two modes of four lines were compared. The frequency apparent resistivity section was fitted and analyzed. The inversion of one dimension and two dimension depth apparent resistivity were realized. The specific position of Cangdong fault on the plane was found out. Four electric layers on the stratigraphic section were divided， and Cangdong fault was defined The roof depth of the Western Karst thermal reservoir. The results of geophysical exploration were verified by drilling. It was proved that MT method had a good application effect in this project.

Key words： MT method， magnetotelluric， geothermal， Lutai

0 引言

唐山市蘆臺經濟技術開發區在地理上位于天津寧河縣內，總面積133km2。構造位置橫跨渤海灣盆地滄縣隆起北部的潘莊凸起、王草莊凸起與黃驊坳陷西部的寧河凸起與北塘凹陷等4個三級盆地構造單元（圖1）。

已有的地熱井資料提示，工作區及周邊有著豐富的地熱資源（表1），主要開發新近系館陶組砂巖熱儲與霧迷山組碳酸鹽巖熱儲兩套性質不同的含水層。以滄東斷裂為界，東側的黃驊坳陷內碳酸鹽巖埋藏較深，主要開發新近系館陶組砂巖熱儲;西側的滄縣隆起則開發霧迷山組碳酸鹽巖熱儲。這些地熱井的勘探成功，顯示著蘆臺經濟技術開發區的地熱資源開發有著良好的前景。

本區以往的地熱資源勘查程度相對較低，主要是對工作區的地層、構造、熱儲層、地溫場等有初略的了解。如《天津市山嶺子地熱田詳查報告》中重力面積測量測點密度每平方公里4～5個物探點;《天津市潘莊—蘆臺地熱資源普查報告》項目重點研究橋沽、蘆臺區域，線距3～6km，點距2～4km，測點密度偏小，大地電磁測深工作精度僅為1點/11.19km2;《天津市基巖地質構造調查與區域地殼穩定性評價成果報告》項目大地電磁測點點距一般在3km左右，有一條測線由北西向南東穿工作區而過，但測點點距較大，工作區內測點數量較少，且地質解譯精度較低。以往地熱勘查工作結果顯示，工作區內地層埋深、斷裂的確切位置和產狀不清，特別是熱儲層的埋深及厚度未知，地熱開發利用具有不確定性。

為進一步開發工作區內的地熱資源，降低風險，需在開發前進行經濟有效的地球物理勘查。在眾多地球物理勘探方法中，大地電磁測深法（ magnetotellurics sounding method，簡稱MT法） 具有勘探深度大、觀測效率高、對低阻層分辨能力強等優點，被廣泛應用于礦產資源勘查、油氣資源勘探、地熱資源普查等方面[1]。本次研究擬運用MT法來探測工作區滄東斷裂的具體位置與兩側不同類型熱儲的地層發育特征，以便更好地指導勘探井部署和資源開發。

1 地質概況

1.1 構造

王草莊凸起位于滄縣隆起北部，北東以寧河—寶坻斷裂與寶坻凹褶為鄰，南東、北西部分別以斷裂與寧河凸起和武清凹陷為界，南為潘莊凸起。中—新元古界和寒武系分布在北西部邊緣，中、南部由奧陶系和石炭—二疊系組成北西向的向斜構造，奧陶系分布在兩側，中間為石炭—二疊系。

滄東斷裂總體走向為NNE，傾向SEE，傾角30～48°，為西盤相對上升的正斷層。它是滄縣隆起與黃驊拗陷的分界。在工作區內主要控制著中生界和新生界古近系的沉積。滄東斷裂（天津段）是一條隱伏的、控制滄縣隆起與黃驊拗陷地質建造的重要斷裂，斷深在上地殼底部、中地殼上部，傾向在水平方向上延伸數十千米，在上地殼淺部能將下部熱儲層高位熱能以熱對流形式傳遞到淺部，影響范圍隨遠離斷裂帶而減弱. 具有較強的導熱、導水能力[2]。

1.2 地層與電性

區內地層自上而下有：新生界（第四系、新近系），古生界（奧陶系、寒武系），中、新元古界（青白口系和薊縣系霧迷山組）。

根據天津地區地層巖性及電性特征，結合4條測線綜合解釋，推測工作區內地層特征如下：

第四系（Q）：二維反演視電阻率值變化較大，約1～200Ω？m，反映了地下300m左右范圍內的電性不均勻性。根據物探反演成果，預測區內厚度在300～320m之間，底板埋深變化不大，具有從北西到南東逐漸加深的趨勢。工作區內底板埋深等值線圖如圖7。

新近系明化鎮組（Nm）：二維反演視電阻率值約50～200Ω？m。根據物探反演成果，預測厚度500～600m左右，底板埋深800～900m，底板埋深具有由北西往南東逐漸加深的趨勢。

新近系館陶組（Ng）：二維反演視電阻率值約30～70Ω？m。根據物探反演成果，預測厚度在400m左右，底板埋深在1200～1300m之間，底板埋深具有由北西往南東逐漸加深的趨勢。

寒武系—奧陶系（？-O）：二維反演視電阻率值約50～150Ω？m。根據物探反演成果，預測厚度1400m左右，底板埋深在2600～2700m之間，底板埋深具有由北西往南東逐漸加深的趨勢。元古界（Pt）：二維反演視電阻率值大于150Ω？m，分布于寒武系之下。

3.2.2 構造

本次大地電磁測深工作可解譯出斷裂1條，即滄東斷裂。滄東斷裂在工作區內東南部穿過，走向為NE向，傾向SE。

在原始曲線類型分析中，已分析出斷層的存在性。

在一維反演成果圖上，MT1線整條曲線在深度小于1km時，視電阻率值橫向變化不大，局部存在電性不均勻體;深度大于1km時，MT1-01號點至MT1-12號點視電阻率值由30Ω？m逐漸升高，而MT1-13號點至MT1-19號點視電阻率值從深度1.5km左右才開始由30Ω？m逐漸升高。MT2線的電性特征與MT1線類似，淺部（深度小于1km時）視電阻率值橫向變化不大，局部存在電性不均勻體，深度大于1km時，MT2-01號點至MT2-12號點視電阻率值由30Ω？m逐漸升高，而MT2-13號點至MT2-20號點視電阻率值從深度1.5km左右才開始由30Ω？m逐漸升高，且MT2線深度大于1km后的電性橫向變化更明顯。說明在MT1-13號點及MT2-13號點位置處存在斷裂。

在二維反演成果圖上， MT1線在淺部（深度小于1km）視電阻率值橫向變化較大，但整體呈層狀，局部存在多個電性不均勻體;深度大于1km時，MT1-01號點至MT1-12號點視電阻率值由50Ω·m逐漸增大，MT1-13號點至MT1-19號點在深度大于1.5km時，隨著深度增加，視電阻率值才由50Ω？m逐漸增大。MT2線在深度小于1km時，視電阻率值橫向變化較大，整體呈層狀，局部存在電性不均勻體;深度大于1km時，隨深度增加，視電阻率值由50Ω·m逐漸增大，但在MT2-13號點左右兩側，電性特征出現差異，左側視電阻率值較右側明顯偏高，出現等值線扭曲形態。二維反演成果也表明在MT1-13號點及MT2-13號點處存在斷裂。

綜合曲線類型圖、一維反演成果及二維反演成果，最終綜合判斷滄東斷裂位于MT1-13號點與MT2-13號點連線處，埋深大于1km。

4 勘探孔布置及驗證

4.1 位置

根據地面建筑物分布和物探解譯結果，將勘探孔位置布設于地形相對平坦、視電阻率值相對較低、構造上位于滄東斷裂西側某處。位置示意圖如圖8。

4.2 鉆探情況

經過施工，勘探孔揭露地層及厚度如表3，測井解釋見圖9。

從表3可以看出，工作區第四系平原組地層底界埋深在MT 法二維反演中解釋為在300-320米之間，實鉆結果為315米;明化鎮組底界埋深二維反演解釋在800-900米，實鉆為807米;館陶組底界埋深二維反演解釋在1200-1300米之間，實鉆為1195米;奧陶系未鉆穿。從測井曲線中也可以看出，RD曲線在奧陶系頂部出現明顯的上升趨勢，跟MT法解釋的視電阻率變化情況保持一致。

5 結論

在工作區內采用大地電磁測深（MT）法進行地質勘查，對4條測線的兩種模式電性曲線進行了對比，對頻率-視電阻率斷面進行了擬合分析，實現了一維和二維深度-視電阻率的反演，對區內的地層和構造進行了綜合解譯，解譯結果最終得到鉆探數據驗證。主要成果如下：

（1）明確了滄東斷裂在平面上的具體位置及其剖面上的產狀。在MT1-13號點和MT2-13號點位置處存在斷裂。埋深在1km以下。

（2）頻率-視電阻率曲線顯示，垂向空間上可以分為四層，各層頻率范圍為320-150Hz、150-70 Hz、70-0.5 Hz及0.5 Hz以下。

（3）一維及二維連續反演顯示，大部分區域視電阻率剖面可以分為4層。第一層，深度0～300m左右，視電阻率值較低，一般小于10Ω？m;第二層，深度300～800m左右，視電阻率值較高，一般大于20Ω？m;第三層，深度800～1300m左右，視電阻率值較低，一般小于20Ω？m，厚度約500～600m;第四層，深度在1300m以下，視電阻率值較高，一般大于50Ω？m。

（4）工作區內地層具體可以解釋為：第四系底板埋深300～320m左右，新近系明化鎮組底板埋深800～900m左右，新近系館陶組底板埋深1200～1300m左右，奧陶系底板埋深1800～1900m左右，寒武系底板埋深2600～2700m左右，霧迷山組頂板埋深3400～3500m左右。

（5）勘探孔鉆遇地層與MT法解釋情況基本吻合。

參考文獻：

[1] 朱懷亮，胥博文，劉志龍，等.大地電磁測深法在銀川盆地地熱資源調查評價中的應用[J].物探與化探，2019，43（ 4） ： 718-725.

[2] 隋少強，汪新偉，周總瑛，等.天津巖溶地熱田熱儲特征研究[J].地質與資源，2019，06-0590-06.

[3] 劉冬節，李濤，湯正江，等.天津市寶坻城區南地熱資源普查項目大地電磁測深勘測報告[R]. 安徽省勘查技術院.2006：P20.

[4] 胥博文，劉志龍，葉高峰，等.2018.寧河凸起地熱資源遠景區評價分析—來自大地電磁測深法的證據.地球物理學進展，33（ 6）：2278-2284，doi： 10.6038 /pg2018BB0484.

[5] 隋少強，章惠.多種非震技術在沈北新區某工區地熱勘查中的應用[J].技術與市場，2019，26（10）：59-65.

作者簡介：

盧星辰（1983年8月），男，工程師職稱，2010年6月中國地質大學（武漢）地下水科學與工程專業，碩士畢業。研究方向：地熱資源開發利用.