物探技術(shù)在地熱井勘探中的應用探討

魏新安

摘 要：地熱井作為一種重要的資源可以大力推進當?shù)氐穆糜问聵I(yè)，越來越多的旅游景區(qū)以地熱水作為景區(qū)亮點吸引游客。本文將針對物探技術(shù)在地熱井勘探中的應用進行探討，并以鄭州櫻桃溝景區(qū)為例展開研究。

關(guān)鍵詞：地熱井；物探；勘探；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.254

1 引言

地熱井作為一種重要的資源可以大力推進當?shù)氐穆糜问聵I(yè)，越來越多的旅游景區(qū)以地熱水作為景區(qū)一大亮點吸引游客。鄭州櫻桃溝景區(qū)位于二七區(qū)侯寨鄉(xiāng)南部，以櫻桃溝為中心，延綿15公里，丘陵起伏，溝壑縱橫，深深的溝里布滿了青翠繁茂的櫻桃樹，景色十分宜人。櫻桃溝一帶先前就有三李溫泉、陳頂溫泉出露，但由于近幾年附近地下水過量開采，目前這幾處溫泉均已枯竭。為了進一步開發(fā)景區(qū)的地熱資源， 本文將以鄭州櫻桃溝景區(qū)為例針對物探技術(shù)在地熱井勘探中的應用進行探討。本次研究分為：初步查明探查區(qū)域地熱地質(zhì)條件；圈定地熱異常的范圍；初步查明地熱異常區(qū)；在綜合分析各類資料基礎(chǔ)上，確定鑿井位置、井深，并推斷井口出水溫度。

2 熱儲類型特征

熱儲類型及特征根據(jù)地熱地質(zhì)調(diào)查、綜合以往資料研究。依據(jù)地熱地質(zhì)勘查規(guī)范劃分熱儲類型，區(qū)內(nèi)屬于斷裂深循環(huán)型地熱，熱儲沿斷裂呈帶狀分布。該熱儲分布于郭小寨斷層以南，處于東西向構(gòu)造帶上。該熱儲裸露地表，熱儲層巖性為石炭系、奧陶系、寒武系灰?guī)r，蓋層以頁巖、泥巖為主。熱儲區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為東西向，其次為北西向和北東向，構(gòu)造格局形成地壘和地塹。控制本區(qū)熱儲層的斷裂有東西向三李北斷裂和三李南斷裂、北西向郭小寨斷裂。泥灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，為地下熱水的儲存準備了良好的場所。斷裂構(gòu)造的發(fā)育，為地下水深循環(huán)提供了通道。三李斷層以南寒武系、奧陶系出露，巖溶裂隙發(fā)育，直接接受大氣降水補給，為深循環(huán)地下水提供豐富的水源。因而，早期在梨園河河谷地形成三李溫泉，在下李河河谷形成了陳頂溫泉。兩地溫泉相距4km多。

3 熱儲埋藏條件

根據(jù)本次對西南三李一帶的地熱調(diào)查，主要受控于三李南斷裂和三李北斷裂（東西向），郭小寨斷裂（北西向）及三李至郭小寨斷裂（北東向）。前三組斷裂為三李地熱提供了深部熱水向上循環(huán)的通道。而郭小寨斷裂，斷距80～200 m，其兩側(cè)水量差異較大。該斷裂在一定程度上阻礙了西南方向地下水向東北方向流動，但三李至郭小寨斷裂又為西南方向地下水向東北方向徑流提供了良好通道。

4 地球物理特征及解釋方法

物性差異是開展物探工作的重要前提，地層電阻率具有從新至老逐漸增大的特征，寒武—奧陶系為高阻層，其值可達數(shù)千歐姆·米；新生界電阻率較低。巖礦石電阻率以灰?guī)r、白云巖最高，其值可達數(shù)萬歐姆·米，其次為砂巖，而斷裂帶電阻率較低，只有數(shù)百歐姆·米，與其圍巖有較大的電阻率差異。本次工作所勘探的目的層（基巖斷裂破碎帶及構(gòu)造破碎帶）與圍巖（粘性土層及完整基巖）存在有比較明顯的電磁性差異，因此，采用瞬變電磁法、直流電法及大地電磁法進行探測是理想的方法選擇。本文選用瞬變電磁法和EH4大地電磁測深法進行物探。瞬變電磁法屬于時間域電磁感應法，它利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)送一次脈沖場，在一次脈沖場間歇期間利用回線或電偶極接收感應二次場，該二次場是由地下良導地質(zhì)體受激勵引起的渦流所產(chǎn)生的非穩(wěn)電磁場。本次EH4大地電磁測深法進行物探工作執(zhí)行中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標準《大地電磁測深法技術(shù)規(guī)范規(guī)程》（DZ/T0173—1997）。EH4大地電磁法共布設(shè)了6條測線，分別為四條東西向，兩條南北向。瞬變電磁法共布設(shè)了6條測線，分別為四條東西向，兩條南北向，測線和大地電磁法方向一致。通過分析發(fā)現(xiàn)，大地電磁測深法和瞬變電磁法解釋結(jié)果基本一致，可以互相驗證，這說明本次物探工作選擇測量方法正確有效，所獲得的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。

5 預選井位

根據(jù)測區(qū)地熱地質(zhì)調(diào)查及以往資料分析，櫻桃溝地區(qū)熱儲類型為斷裂深循環(huán)型地熱，熱儲沿斷裂呈帶狀分布，熱儲層巖性為石炭系、奧陶系、寒武系灰?guī)r，熱儲蓋層為頁巖、泥巖。據(jù)此推薦1#熱水井位于小魯河村南。坐標為：X： 3839500、Y：19736100。選擇該處熱水井位的優(yōu)點是該點位于老家印象休閑旅游度假區(qū)之內(nèi)，不存在另外再征地的問題，不足之處是該點熱儲層埋深較大，開采風險較高。設(shè)計井深1000m，根據(jù)物探分析結(jié)果，結(jié)合測區(qū)外圍地熱井資料，預測涌水量10～15T/h，預計井溫40℃左右。2#熱水井位于陳丁村南。坐標為：X： 3837185、Y：19735826。選擇該處熱水井位的優(yōu)點是該處熱儲層埋藏較淺，易于開采。不足之處是該點不在老家印象旅游度假區(qū)范圍內(nèi)。設(shè)計井深600m，根據(jù)物探資料分析，結(jié)合測區(qū)外圍地熱井資料，預測涌水量10～15T/h，預計井溫40℃左右。

6 結(jié)論

通過本次物探工作，基本查明了測區(qū)內(nèi)地層巖性、結(jié)構(gòu)、斷裂構(gòu)造分布及地熱水埋藏條件；圈定了兩個地熱異常區(qū)，兩個地熱異常區(qū)分別位于小廟嘴-小魯河和劉家溝-郭家嘴；工作區(qū)主要熱儲層為深部寒武系、奧陶系灰?guī)r，蓋層以第四系、新近系的粘土、泥巖、頁巖為主。通過分析對比，我們優(yōu)先推薦井位為2#井位，該點位于陳頂村南，其坐標為：X： 3837185、Y：19735826。之所以優(yōu)先推薦該井位，是因為：a、該點位于陳頂溫泉群附近，據(jù)早期地熱調(diào)查，該溫泉群溫度最高達27℃，一般在20.5～22℃。b、該點與老墳后地熱井均位于三李北斷層附近，距老墳后地熱井約2Km，成井地質(zhì)條件相對較好。c、大地電磁測深剖面及瞬變電磁剖面均反映該處有斷層存在，與地面地質(zhì)調(diào)查及收集資料基本一致，物探反映該處灰?guī)r埋深相對較淺，鑿井成本相對較低，成井條件相對較好。由于測區(qū)水文地質(zhì)條件比較復雜，熱儲埋藏深，建議選擇適當?shù)你@探工藝和設(shè)備施工。鉆探時作好鉆探記錄，以便最終估算涌水量，確定終孔深度。

參考文獻：

[1]朱偉國，韓雪.高頻大地電磁法與電測深法結(jié)合在廣東地區(qū)找熱水的應用[J].物探化探計算技術(shù)，2016，38（06）.

[2]劉暢.淺析綜合物探方法在地熱勘查中的應用效果[J].地球， 2016（02）.

[3]莊慶祥.地球物探勘查在地熱勘查中的應用原理與作用探討[J]. 能源與環(huán)境，2016（02）：8-8.