云南富民盆地地溫場特征初探*

晁江琴 ，徐世光，趙志芳，余敏，鄧敏

(1.昭通學院， 云南 昭通市 657000；2.云南大學， 云南 昆明 650000； 3.云南地礦工程勘察集團有限公司， 云南 昆明 650041； 4.江西省地質工程（集團）公司， 江西 南昌 330000)

0 引言

地熱作為用途廣泛的綜合性礦產資源和潛力巨大的清潔能源[1]，對優化能源結構具有重要意義，可助力“碳達峰、碳中和”目標實現，其勘探開發日益升溫。常規的遙感、水文地質、化探等方法很難確定地熱田的深部特征和熱控斷裂構造帶的深部空間展布，地球物理勘探在確定地熱田深部特征和熱控斷裂構造帶的深部空間展布方面成果顯著[5]。

研究區位于云南省富民盆地，熱儲層為震旦系上統燈影組（Z2dn），熱儲埋深大，直接采用鉆探進行地熱探測風險高，一般物探方法如重力勘探、磁法、常規電法、地震勘探、放射性勘探均不能確定大深度地熱所在位置[2]。高頻大地電磁法（EH4）分辨率高，受地形影響小，成本低[3]，研究區熱儲層巖性為白云巖，巖石破碎，破碎含水地段電阻率低，并隨水溫升高，電阻率進一步降低，因此，采用EH4進行地熱勘探是有效的[4]。受觀測條件限制，直流電測深測點在EH4剖面工作成果基礎上選擇布置，以校驗和佐證EH4法探測成果。運用物探解釋地層剖面結合野外實地調查，研究盆地地溫場特征，查明地質構造及地層結構，豐富盆地地熱成果，開發地熱，對緩解昆明地熱田水位降幅具有重大 意義。

1 地質概況

富民盆地距昆明主城區23 km，地質條件及地熱賦存規律與昆明盆地相似，昆明盆地地溫梯度平均值為3℃/hm[5]。研究區內深層熱儲層為燈影組地層，與昆明地熱田熱儲層一致，燈影組地層富水性強，埋深＞1000 m，具備地熱開發條件，熱水溫度約50℃[6]。盆地地層出露較齊全，以古生界為主，由老至新依次出露震旦系燈影組（Z2dn）、寒武系龍王廟組（∈1l）、雙龍潭組（∈2s）、奧陶系（O）、泥盆系（D）、石炭系（C）、二疊系陽新組（P1y）、峨眉山組（P2e）、侏羅系（J）和第四系（Q）地層，缺失志留系（S）、三疊系（T）、白堊系（K）和第三系（E）地層。區內構造以斷裂為主，褶皺次之。斷裂主要有北西向斷裂（F1、F2）、近東西向斷裂（F4）和北東-南西向斷裂（F3），褶皺為北向斜。北西向F1、F2兩條斷裂由北向南貫穿全區，是區內斷層集中、規模最大、影響范圍最廣的一組。F2斷裂北起三官山，南至永安，全長300 km，傾向南東，傾角為70°～80°，走向25°，呈S型，為逆 斷層，西邑一帶該斷層被第四系覆蓋，在盆地南部邊緣派生出F2-1永安斷層和F2-2小元寺斷層兩支次一級斷層，在永安，沿F2-1斷層出露地下熱泉（S7），水溫31℃，分析認為溫（熱）泉出露大多受到斷層、特別是規模較大斷裂的控制[7]，熱泉出露處處于斷層破碎帶，斷層可能溝通地殼深部熱源。

2 方法技術

鉆探是獲得深部地熱流體資料的重要手段[8]，本次研究主要運用區域已有的鉆探資料并結合現場地球物理探測方法。在研究區開展了2條物探剖面探測，長約1.2 km，分別開展高頻大地電磁法（EH4）和直流電測深法工作。設計EH4剖面點距30 m，共39個物理觀測點；因工作區域地形起伏較大，森林較為密集，布置測線和供電極其困難，受觀測條件限制，直流電測深測點在EH4剖面工作成果基礎上選擇布置，共布置2個物理觀測點，以校驗和佐證EH4法探測成果。

2.1 剖面位置

EH4測量工作布設2條測線，200號測線方向為69°方向，長約600 m。100號測線為343°方向，長約540 m，如圖1所示。

圖1 EH4觀測點

2.2 異常限的確定

把野外采集的視電阻率數據分別求出對數值后，用SYSTAT11軟件按對數分組，對所采集的數 據（野外數據求對數值后）做正態分布統計，然后計算出參與統計數據的統計數、最小值、最大值、均值、中值、方差和標準差。EH4視電阻率異常上限采用均值減1～3倍標準差的反對數的方法確定。同時，由于區內接近地表的低阻異常影響了深部低阻異常的統計，因此，將一小部分低阻異常刪掉后再進行統計，區內100線X方向視電阻率ρs對數正態分布直方圖如圖2所示。異常限計算結果見表1。

圖2 研究區100線X方向EH4視電阻率ρs 對數正態分布統計直方圖

表1 研究區100線X方向EH4視電阻率ρs異常限計算

由以上統計數據結合實際情況，研究區100線X方向EH4視電阻率異常上限定為200 Ω·m。

100線Y方向視電阻率ρs對數正態分布直方圖如圖3所示。異常限計算結果見表2。

表2 研究區100線Y方向EH4視電阻率ρs異常限計算

圖3 研究區100線Y方向EH4視電阻率ρs 對數正態分布統計直方圖

由以上統計數據結合實際情況，研究區100線Y方向EH4視電阻率異常上限定為400 Ω·m。

研究區200線X方向EH4 視電阻率ρs對數正態分布直方圖如圖4所示。異常限結果見表3。

表3 研究區200線X方向EH4視電阻率ρs異常限計算

圖4 研究區200線X方向EH4視電阻率ρs 對數正態分布統計直方圖

研究區200線Y方向視電阻率ρs對數正態分布直方圖如圖5所示。異常限結果見表4。

表4 研究區200線Y方向EH4視電阻率ρs異常限計算

圖5 研究區200線Y方向EH4視電阻率ρs 對數正態分布統計直方圖

由以上統計數據結合實際情況，研究區200線EH4視電阻率異常上限定為400 Ω·m。

2.3 EH4低阻異常分布特征及解釋

2條EH4剖面采用100線Y方向和200線X方向圓滑系數均為0的視電阻率剖面圖進行分析（見圖6），其它方向剖面作為參考， EH4視電阻率異常分布特征及推斷結果見表5。

表5 物探EH4視電阻率異常分布特征及推斷成果

圖6 100、200測線異常分布

3 物探解譯地熱推測分析

3.1 物探綜合解釋

物探顯示研究區存在兩條明顯的斷裂構造F1、F2（見表6），現場踏勘，F1斷裂為北東-南西向，F2為北西-南東向。2條物探剖面解釋地層結構、埋深及厚度綜合結果統計見表7。

表6 推斷解釋斷層特征

表7 推斷解釋地層埋深及厚度統計匯總

3.2 地熱推測分析

3.2.1 地溫場特征分析

研究區選取11口未受地下水活動擾動的井溫數據進行地溫梯度計算[9]。計算公式為：

式中，負號表示垂向坐標，向地表為正；T為溫度，水溫與當地多年平均氣溫的差值，℃；z為深度，m。 以鉆孔經緯度和地溫梯度值為X、Y、Z坐標（見表8），繪制盆地地溫梯度等值線圖（見圖7）。

表8 鉆孔情況統計表

圖7 盆地地溫梯度等值線

根據圖7可知，盆地內部分地段存在地熱異常，異常點主要有3處：

（1）在縣城南5 km的勤勞永安一帶（SHK4），地溫梯度3.02℃/hm；

（2）在大營種雞場一帶（SHK9），地溫梯度3. 64℃/hm；

（3）在富勤水泥廠（SHK6）附近，地溫梯度3. 46℃/hm。

3.2.2 熱儲層溫度估算

熱儲層溫度估算，采用地溫梯度法。大地熱流q是表征由地球內部向地表傳輸并散發的單位面積上的熱量，是基于地溫梯度與巖石熱導率計算得到的一個間接物理量。計算公式為：

式中，q為大地熱流，mw/m2；K為巖石熱導率，w/m·k（1 mcal/cm·s·℃=0.4187 w/m·k）；dT/dz為地溫梯度，℃/hm，負號表示垂向坐標，向地表為正；T為溫度，水溫與當地多年平均氣溫的差值，℃；z為深度，m。

聯合式（1），可得：

大地熱流在一以傳導為主的特定區域為定值，故對于每一地層有：

式中，K1、K2、K3、K4為不同地層熱導率（已知），G1、G2、G3、G4代表相應地層地溫梯度。以此求各巖層地溫梯度，結合物探成果表，推算出各地層頂板溫度。以當地多年平均氣溫15.8℃作為恒溫帶地溫基準，綜合結果見表9。

表9 熱儲層溫度估算

4 結果驗證

由EH4和直流電測深推斷結果進一步分析，地熱熱源來源于大地熱流，熱通道為F2深大斷裂，淺層熱儲層為∈2s-∈1l，頂板埋深1300 m，推測溫度39℃；深層熱儲層為Z2dn，頂板埋深2300 m，熱儲溫度45℃，距離斷裂越近，溫度越高。在斷裂帶附近施工鉆孔，在2290 m至終孔之間成功打到熱水，水溫40℃，鉆孔結果與物探推斷結果基本 一致。

5 結論

（1）開展高頻大地電磁法（EH4）和直流電測深法在富民盆地查明了地層、斷層分布，圈定了熱儲層，進一步探明盆地地溫場平面展布特征，推算熱儲溫度，經鉆探驗證，與物探推測結果基本吻合，證明綜合物探方法進行地熱勘探是有效的。

（2）富民盆地存在3處地熱異常點且異常點較分散，異常點1在縣城南5 km的勤勞永安一 帶，地溫梯度3.02℃/hm；異常點2在大營種雞場一帶，地溫梯度3.64℃/hm；異常點3在富勤水泥 廠ZK6號孔附近，地溫梯度3.46℃/hm，具備地熱開發條件。