綜合物探方法在保山盆地地熱資源勘查中的應用

馬浩翔，徐世光，2，宰 西，3

(1.昆明理工大學國土資源工程學院，云南 昆明 650093；2.云南地礦工程勘察集團公司，云南 昆明 650093；3.云南省地質調查院，云南 昆明 650216)

0 引 言

地熱能作為一種新型清潔能源以其用途廣、清潔低碳、可再生以及開采成本低廉等特點，逐漸成為各國能源開發利用的重點。物探技術作為一種無損勘探手段在早期地熱勘查中起到重要作用[1-2]，通過物探技術，可探明地層厚度、隱伏斷裂構造、熱儲埋深等重要信息，為進一步系統研究地熱成因及開采方案制定提供科學依據，在地熱資源勘查中具有較好的應用前景，是未來地熱資源勘探的主要發展方向[3-4]。

目前，地熱勘察領域所使用的物探方法有很多，但由于單一的物探方法得到的結果往往具有多解性，可靠性低。如何針對研究區地質條件、地形條件、物理特征恰當的選取2種或多種物探方法相結合，使所得到結論更加準確可靠，成為當今值得研究的課題[5-7]。為此，本文以云南保山盆地金雞片區地熱資源勘查為例，采用直流垂向電測深法與EH-4電磁測深法2種物探手段[8-9]，探討綜合物探技術在保山盆地金雞片區地熱資源勘查中的應用效果，為今后類似地熱勘查工作提供參考依據。

1 研究區地熱地質條件

研究區位于云南省保山市北部，大地構造上處于印度大陸板塊與歐亞大陸板塊碰撞帶[10]，進而導致區域大地熱流值偏高[11]，地質活動強烈。區域內所分布的深變質巖、花崗巖以及碳酸鹽巖脆性比較強，使得巖體構造裂隙較發育且深度大，為地下水深循環加熱提供了通道和賦存空間。其中，上古生界泥盆系中統何元寨組(D2hy)、泥盆系上統大寨門組(D3d)以及石炭系下統(C1)灰巖富水性強，為該區域熱儲層。此外，根據所搜集到的鉆孔資料，研究區第四系及新近系覆蓋層厚度介于430～950 m，為該區域地熱資源的形成提供了很好的蓋層條件。

通過對盆地地熱地質條件進行分析，保山盆地金雞片區地熱資源屬淺埋混合型層狀兼帶狀熱儲。水源補給主要來自于東部山區大氣降雨入滲對研究區的越流補給以及沿斷裂上涌至熱儲層的深層水源補給，同時斷裂帶為地熱資源形成提供了熱通道及賦存空間，構成了形成地熱資源的源、通、儲、蓋4個要素。研究區地熱熱儲概念模型見圖1。

圖1 研究區熱儲概念模型

2 物探方法選擇

為了解研究區電阻率異常變化和分布情況，根據電阻率異常變化特征推斷解釋研究區內地熱物探異常，為尋找開發利用地熱資源提供地球物理依據。本次工作采用直流垂向電測深法進行構造探測，EH-4電磁測深法驗證相結合的方式進行。

2.1 直流垂向電測深法

直流垂向電測深法是基于不同地質體間電阻率存在差異的基礎上，建立1個人工地下直流電場，并通過逐次增大發送電極與接受電極間距離，獲取研究同一測點垂向上由淺至深的地層電阻率變化規律，進而查明研究區與深度相關的地質問題的一種電阻率勘探方法[12]。依據電極布置方式可分為對稱四極電測深法、三級電測深法、環形電測深法、偶極電測深法。本次研究電極布置方式采用的是對稱四極電測深法，見圖2。圖2中，A、B為兩端供電電極；M、N為兩端測量電極，兩組電極對稱分布于觀測點O的兩側。觀測點視電阻率ρs計算公式為

圖2 對稱四極電測深法示意

(1)

(2)

式中，k為電極裝置系數；ΔUMN為測量電極M、N電位差；IAB為A、B供電電極電流。

2.2 EH-4電磁測深法

EH-4電磁測深法是以大地電磁測深為基本原理，可控源與天然場源相結合且探測深度在1 000 m左右的一種大地電磁測深手段[13-15]，具有勘測深度大、抗干擾能力強、有源無源結合等優點。EH-4電磁測深法以天然電磁場信號作為激發場源，垂直入射到大地介質中，使得大地介質中產生感應電磁場。觀測此電磁場在大地介質中的電場Ex、Ey和磁場Hx、Hy的水平分量及相應頻率和相位，并經儀器系統計算波阻抗，由波阻抗、頻率及相位的相關關系經計算機軟件計算求出大地介質視電阻率值，再由其相應頻率振幅衰減系數經軟件計算出相應電阻率值介質埋藏深度。即

(3)

(4)

本次工作EH-4電磁測深法工作裝置布置見圖3。共用4個電極，每2個電極組成1個電偶極子，為了便于對比監視電場信號，其長度均為20 m，與測線方向一致的電偶極子叫做X-Dipole；與測線方向垂直的電偶極子叫做Y-Dipole。為了保證Y-Dipole電偶極子的方向與X-Dipole的相互垂直，用地質羅盤儀確定方向，誤差<±0.5°；電偶極子的長度用測繩測量，誤差在<±0.5 m。

圖3 EH-4電磁測深法工作裝置布置

本次研究區共布設28條直流垂向電測深測線，測深點編號由西往東雙編號增大，測線編號由南10線起，往北以4遞增。測線方向東西向。EH-4電磁測線4條，編號為B40、B38、B36、B34。各測線布置見圖4。

圖4 物探測線布置

3 資料分析與解譯

各類巖石的電性特征是電測深解釋推斷的重要依據，總體而言，不同巖層都有與之對應的電阻率值，并有一定的電阻率差異，因此根據電阻率值可區分不同的巖層；而在地應力作用下所形成的斷裂構造，主要依據斷層引起的電場差異，或視電阻率的變化特征來進行推斷。由于受斷層作用，斷層位置的巖石易破碎，其破碎帶往往被水或低阻物質所沖填，在視電阻率斷面圖上表現為視電阻率梯級帶或低阻異常帶分布，在推斷地電斷面圖上則表現為基巖電性分界線呈“V”形展布特征，并有高阻背景中呈低阻反映的電性特征。

3.1 資料分析

3.1.1 直流垂向電測深視電阻率異常

研究區電測深視電阻率等值線見圖5。從圖5可以看出，研究區高、低阻異常反映明顯，且規律性較強，隨著深度增加，高阻和次高阻異常逐漸往盆地邊緣收斂，低阻異常分布范圍則進一步擴大。

圖5 電測深視電阻率等值線(單位：Ω·m)

3.1.2 EH-4電磁測深視電阻率異常

4條EH-4電磁測線視電阻率等值線見圖6。從圖6可知，視電阻率異常形態特征在4條剖面中各不相同，各剖面具體情況是：

圖6 EH-4電磁測線視電阻率等值線(單位：Ω·m)

(1)B34剖面。視電阻率數值總體變化在10～2 600 Ω·m之間。整體視電阻率值較為低緩剖面右端100～104號點下方1 400～1 100m高程部位的次低阻凹陷，僅上方開了個口，卻無下延深度，說明只是基巖上的1個小凹溝而不是斷層。因此，從剖面數值到形態特征都看不出與地熱的明顯關聯。根據研究區熱顯示情況，該剖面左端約1 km處有地熱顯示，剖面左端低電阻等值線的向下轉折或許是一種提示。

(2)B36剖面。視電阻率數值總體變化在2.5～880 Ω·m之間。在剖面中部62～70號點下方1 500～800 m高程部位有一向左呈78°角傾斜的等值線陡坎，此陡坎位置與直流電測深推斷的F1斷層位置也大致重合，因而判斷異常陡坎也是F1斷層的電性反映，且F1斷層還是導熱斷層。由此表明，剖面中等值線陡坎左側之低電阻率反映是地熱引起。60號點下方凹陷中心視電阻率值低于14 Ω·m，等值線形態的斗狀凹陷也有淺層熱儲的特征。

(3)B38剖面。視電阻率異?？傮w形態似一“U”形凹谷，F1斷層位置正好與直流電測深推斷的F1斷層位置大致重合，并貫穿“U”字形凹谷將北側金雞溫泉與南側黃毛溫泉連通，凹谷中視電阻率值低于20 Ω·m，等值線稀疏說明凹谷中電阻率值均勻，上部谷口有1個高阻蓋層，具有破碎帶熱儲的特征。由此表明，F1斷層即為1條儲熱斷層，“U”字形凹谷與42～54號點下淺部連通，說明該處有熱水由斷層上部泄出并沿上覆地層的接觸面或孔隙較發育運移形成小范圍淺層熱儲。

(4)B40剖面。視電阻率異常整體數值較其他剖面高，從低阻10 Ω·m到高阻1 400 Ω·m是均勻逐步加快變化。剖面中部150號點下部到700 m以下為一“V”字形次低阻凹陷，凹陷兩側等值線呈斜向對稱分布，凹陷中軸近似垂直地表，結合區域地質資料推斷中部凹陷處為斷層F3。但從其視電阻率值或等值線形態均看不出與地熱的關聯，只是剖面右端的低阻下塌，在說明F3斷層可能從剖面右端外側通過。F3斷層在金雞溫泉附近通過并且與F1斷層相交，因此F3斷層也與地熱相關聯。

總觀EH-4電磁測深反演剖面視電阻率異常分布情況，4條剖面近地表淺部均顯低電阻率，剖面底部均呈高電阻率反映，中部多呈由低向高的漸變過渡特征。視電阻率值最低約10 Ω·m，最高值大于1 000 Ω·m，多在50～800 Ω·m之間。由北(B40)至南(B34)，視電阻率由高向低變化。這一變化規律與直流垂向電測深法所反映出的視電阻率異常結果規律基本一致。

3.2 資料解譯

4 結 語

本文以云南省保山盆地金雞片區地熱資源勘查為例，采用直流垂向電測深與EH-4電磁測深相結合的綜合物探方法，查明了該地區構造分布情況及地熱異常區范圍，結論如下：

(1)直流垂向電測深法可逐次加大供電電極、AB極距大小，適用于測量同一點不同深度地質斷面情況；EH-4電磁測深法勘測深度大，抗干擾能力強，有源無源結合，可解決深層地質構造問題。2種方法在水文地質勘探方面均被廣泛應用并取得較好的效果。

(2)本次對保山盆地金雞片區地熱定井勘探工作采用了直流垂向電測深與EH-4電磁測深相結合的方法，通過2種方法對研究區進行探測所獲取的數據資料完整，得到的結論相似，能很好地反映出研究區構造。

(3)不同地區應結合當地地質、地形條件、物理特征，選取適合的物探方法進行組合，才能達到預期效果。