應(yīng)用CSAMT于西寧盆地拉脊山前地?zé)豳Y源勘查

陳海波，李立亮，劉九龍

（天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，天津 300250）

西寧盆地是印支末期構(gòu)造運動形成的斷陷盆地。工區(qū)位于西寧承壓自流水盆地的南部，中、新生代碎屑巖沉積顆粒具有由粗到細(xì)的韻律性質(zhì)變化規(guī)律，開采層位主要埋藏在地下850m以下的下白堊—上侏羅統(tǒng)碎屑巖孔隙裂隙中，為承壓水。因此判斷本區(qū)有地?zé)岽嬖诘目赡苄?，可進(jìn)行進(jìn)一步勘查論證。通過可控源音頻大地電磁測深對地質(zhì)條件，特別是對構(gòu)造條件進(jìn)行解譯，推斷地質(zhì)構(gòu)造，判斷是否具有地?zé)豳Y源形成的條件[1]。

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及地球物理特征

1.1 構(gòu)造

工區(qū)位于西寧盆地南側(cè)的拉脊山北麓河谷平原地帶，區(qū)域構(gòu)造行跡主要為北西向、北西西向褶皺、壓性斷裂，其次為南北向（近南北向）、北東向褶皺和張性斷裂。西寧盆地是印支末期構(gòu)造運動的斷陷盆地。南北邊界受拉脊山北麓和達(dá)板山南麓北西向和北西西方向展布的深大斷裂的控制[1]。東西邊界受紅崖子溝、坡家營至千戶營南北向斷裂及坡家營至五十鄉(xiāng)西北緣斷裂的控制。盆地基底由元古界及下古生界地層組成。盆地中沉積著厚達(dá)千米至三千余米的中、新生界碎屑巖地層，組成了盆地的蓋層。區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)被第四系和第三系地層復(fù)蓋，盆地中的斷層多為隱伏斷層，僅在盆地周邊山區(qū)有所出露。

1.2 地層

工區(qū)內(nèi)出露的主要地層自老至新主要有震旦系、寒武系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系等。本區(qū)的熱儲層巖性為白堊系、侏羅系砂巖、砂礫巖、泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖等。

1.3 水文地質(zhì)

本次主要是尋找碎屑巖類裂隙孔隙承壓水，西寧盆地內(nèi)沉積著千米至三千余米厚的中生界侏羅系、白堊系、新生界上、下第三系泥巖、砂巖、砂礫巖等碎屑巖地層。地層巖相的水平變化由盆地邊緣到盆地中心巖性顆粒由粗變細(xì)，在垂向上有粗細(xì)的相變和迭置，這些粗顆粒的砂巖、砂礫巖以及它們的褶皺斷裂構(gòu)造裂隙為裂隙孔隙水的儲存提供了空間條件，構(gòu)成了承壓自流盆地。

1.4 地球物理條件

地層、巖石物性是物探解釋的依據(jù)和基礎(chǔ)，根據(jù)以往西寧盆地大量物探資料統(tǒng)計結(jié)果對盆地物性層劃分如下：

（1）第四系表層風(fēng)化黃土、砂礫卵石、礫卵石層，電性變化很大，且電阻率較高，在75～412Ω·m之間，其含水時，電阻率較低。

（2）新近系巖性較單一，以泥巖、粉砂巖為主，電阻率最低，是區(qū)內(nèi)良好的熱儲蓋層。

（3）古近系、白堊系及侏羅系均表現(xiàn)為具類似的兩個電性層結(jié)構(gòu)。其中，泥巖、泥質(zhì)粉砂巖電阻率較低，在10～15Ω·m之間；另一個次低阻電性層，由泥灰?guī)r、砂巖、砂礫巖、礫巖組成，電阻率在45～55Ω·m之間，與泥巖互層組成大套低阻層，當(dāng)含高礦化度熱水時，電阻率更低，在0到幾Ω·m間，是劃分熱儲層的標(biāo)志。

（4）三疊系及其以下地層，包括變質(zhì)巖及巖體，為區(qū)內(nèi)基底高阻電性層，電阻率 110～600 Ω·m[3]。

由巖石電性統(tǒng)計結(jié)果可見，區(qū)內(nèi)老基底埋深及地下熱儲層的分布具有較好的物性條件，不同時期巖石間存在一定的電阻率差異，為在本區(qū)采用電磁法勘探提供了一定的地球物理前提。

2 勘探方法

2.1 方法原理及儀器設(shè)備

本次野外工作使用美國Zonge公司生產(chǎn)的GDP-32II多功能電法儀。該儀器系統(tǒng)在國內(nèi)已有幾十家單位使用，其性能已得到普遍認(rèn)可。在本項目中使用這種儀器系統(tǒng)采集野外數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)質(zhì)量提供了保障。該儀器有八個接收通道，能夠完成時域激發(fā)極化（TDIP）、頻域激發(fā)極化（RPIP）、復(fù)電阻率法（CR）、瞬變電磁法（TEM）、可控源音頻大地電磁測深法（CSAMT）測量，其性能指標(biāo)為工作頻率0.125 Hz～8192 Hz，工作溫度-20℃～60℃，工作濕度 5%～100%，時鐘穩(wěn)定度＜5×10～10/24 h，輸入阻抗10MΩ/DC，動態(tài)范圍190 dB，最小檢測信號電0.03μv、相位±0.1 mard（毫弧度），最大輸入信號電壓±32V，自動補償電壓±2.25V（自動），增益增益 1/8-65536（自動）[2]。

圖1 CSAMT測量野外裝置示意圖

2.2 野外測線布設(shè)及實物工作量

工區(qū)范圍內(nèi)地處第四系覆蓋，根據(jù)西寧盆地構(gòu)造特征本次工作的可控源測量測線以北西向為軸線，L1、L2、L3、L4測線在北大超低頻電磁方法測線的基礎(chǔ)進(jìn)行適當(dāng)偏移，達(dá)到兩種方法的相互驗證。L5、L6測線為了確定地?zé)岙惓^(qū)邊界和盆地邊緣分布情況。實測點位見圖2。

結(jié)合盆地地質(zhì)發(fā)育情況選擇可控源音頻大地電磁測深作為本次主要勘探方法，可控源音頻大地電磁測深是上世紀(jì)90年代以來延續(xù)至今的先進(jìn)方法，利用人工場源探測地下3000m以內(nèi)地?zé)岬刭|(zhì)構(gòu)造的電磁法，其工作頻率為0.125 Hz～8192 Hz。物探的布線原則是測線近似垂直構(gòu)造走向，本次物探工作采用剖面測量方式，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，共布設(shè)7條剖面。測量點距為40m，測點數(shù)255個，測線長度10.2 km。野外測量全部使用高精度GPS定位。本次發(fā)射機的最低工作頻率為0.125 Hz。鑒于避免產(chǎn)生靜態(tài)效應(yīng)，影響數(shù)據(jù)質(zhì)量，因而收發(fā)距R至少應(yīng)不小于5000m。本次的L1、L2線采用一個發(fā)射點，L1收發(fā)距為8700m、L2收發(fā)距為 7100m；L3為 7870m；L4-1、L4-2為一個發(fā)射點收發(fā)距為8100m，L5為7630m，L6為6550m。

2.3 結(jié)果分析

（1）L1線電性特征

圖2 CSAMT測點分布基巖圖

電性解釋：如圖3，從縱向上看二維反演圖，可將剖面分為三個電性層，且電阻率等值線整體呈左低右高的態(tài)勢。從地表至約200 m深度為第一電性層，電阻率高低分布不均，局部存在小的高阻或低阻圈閉；從200m深向下至600～1200m深可分為第二電性層，等值線呈兩邊高中間低的形式，電阻率值整體相對較低，范圍大致在200Ω·m以下，中部存在一個較大的低阻圈閉；再向下為第三電性層，整體電阻率值較高，范圍大致在200～1000Ω·m。

（2）L2線電性特征

電性解釋：如圖3，從縱向上看二維反演圖，可將剖面分為三個電性層，且電阻率等值線整體呈左低右高的態(tài)勢。從地表至約200 m深度為第一電性層，電阻率高低分布不均，局部存在小的高阻或低阻圈閉；從200m深向下至1200m深為第二電性層，電阻率值整體相對較低，范圍大致在500～1000Ω·m，而左側(cè)存在一個高阻異常，可能與電性干擾有關(guān)；1200m深向下為第三電性層，整體電阻率值較高，范圍大于1000Ω·m，且等值線橫向連續(xù)性較好。

圖3 西寧盆地CSAMT測線綜合圖（L1、L2線）

（3）L1和L2地質(zhì)解釋

從反演圖上曲線形態(tài)可以看出，L1曲線形態(tài)0-34號測點呈現(xiàn)出盆地形態(tài)，盆地內(nèi)電阻率等值線出現(xiàn)梯度變化，推測可能是斷裂F1所致，傾角在60°左右，斷距100 m左右，Q+E+K埋深在850～1100m左右，下伏J地層電阻率等值線呈現(xiàn)層狀，等值線向大號點呈現(xiàn)上升狀態(tài)，地層埋深隨的大號點逐漸變淺，J下伏T，電阻率較上覆地層大，T沉積較穩(wěn)定。L2曲線形態(tài)呈現(xiàn)從小號點向大號點上升，大號點較小號點地層埋深淺，淺部1000m以內(nèi)電阻率等值線出現(xiàn)右半圓形，推測斷裂所致，傾角在55°左右，斷距50m左右，Q+E+K埋深在800～1050m左右，隨深度加深，下伏J地層大號點較小號點地層埋深差別不大，充分體驗盆地地質(zhì)構(gòu)造特征。

3 地?zé)岬刭|(zhì)條件綜合分析

3.1 測區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)概況

工區(qū)位于總寨—大堡子凹陷區(qū)（Ⅲ），該區(qū)位于西寧地?zé)釁^(qū)的西南一帶，從整個亞區(qū)看，凹陷中心為總寨西一帶，沉積厚度約3200m，熱儲頂板埋深700～1000m，熱儲厚度2200～2500m，巖性為白堊系、侏羅系砂巖、砂礫巖、泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖等，平均砂巖厚約600 m左右，砂厚比值為24.52%，按地?zé)崽荻?.43℃/100m推算熱儲溫度區(qū)間值31~142℃[4]。

3.2 綜合解釋及勘探孔位置的確定

通過本次野外調(diào)查和物探工作，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料。物探CSAMT勘查3條斷裂均為新發(fā)現(xiàn)斷裂，本次發(fā)現(xiàn)斷裂位于祁呂賀蘭山字型構(gòu)造體系的一系列次級斷裂。建議勘探井布置在斷裂較脆的一盤，以增加水量，從該區(qū)所處地貌部位看，熱儲的補給條件較好，富水性應(yīng)屬中等，水質(zhì)亦相對較好，因此在該區(qū)的河谷地段打2000m左右的深井，可能會取到理想的水量，較好水質(zhì)的中低溫地下熱水[1]。

圖4 西寧盆地地?zé)嵛锾娇辈榫C合解釋平面成果圖

考慮到工區(qū)位置是盆地中的總寨凹陷，打井深度可能有所加深，建議勘探井位于凹陷中隆起位置，以降低勘探深度，降低施工成本。綜合分析確定勘探孔位于L1測線13號點WGS84：36°32′31.90″；101°40′3.84″，孔深 2000m，遇到斷裂破碎帶終孔。

4 結(jié)論

賦存熱水破碎帶的電性表現(xiàn)為低阻，圍巖則表現(xiàn)為相對高阻，根據(jù)地下高阻介質(zhì)中低阻層的存在可有效推斷斷裂及熱儲層的位置[4]。

CSAMT法對于尋找低阻體賦存部位、劃分深部地質(zhì)構(gòu)造具有明顯的優(yōu)勢,充分發(fā)揮這些優(yōu)勢以勘查地下水資源狀態(tài)及生儲地?zé)岬挠欣课?不失為勘查地下水資源乃至地?zé)豳Y源的一種理想手段[5]。

根據(jù)CSAMT法成果資料部署了地?zé)徙@井，地?zé)峋阢@進(jìn)中，據(jù)最新鉆孔資料顯示，鉆孔所揭露層位與CSAMT法解釋資料相符，目前已鉆探至古近系湖泊相的細(xì)砂巖、泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、石膏巖細(xì)粒沉積物。通過CSAMT法勘探,基本查清了盆地構(gòu)造和地層分布特征，為鉆探工程的部署提供了第一手資料[5]。

[1]天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，青海省西寧盆地拉脊山前地?zé)豳Y源調(diào)查評價可控源音頻大地電磁測深成果報告[R].2013.

[2]陳樂壽.王光鍔.大地電磁測深法[M].北京：地質(zhì)出版社，1990：10-41.

[3]湯井田，何繼善.可控源音頻大地電磁法及其應(yīng)用[M].長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，2005．

[4]丁雷.地?zé)豳Y源勘探方法技術(shù)的應(yīng)用與展望[J].吉林地質(zhì)，2005，（3）

[5]王遂政.我國深層地?zé)豳Y源勘探的基本現(xiàn)狀及對策[J].河北建筑科技學(xué)院學(xué)報，2002，（3）.