可控源音頻大地電磁測深法在西藏羊八井地?zé)崽锟辈橹械膽?yīng)用效果

黃力軍

(中國地質(zhì)科學(xué)院 地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北 廊坊 065000)

1 引 言

西藏羊八井地?zé)崽镂挥诶_西北約90 km處一個斷陷盆地中，1974年開始進(jìn)行地質(zhì)勘探工作[1-3]，1977年起利用地?zé)崃黧w發(fā)電，是目前我國最大的地?zé)崮馨l(fā)電基地。

根據(jù)文獻(xiàn)[4]介紹，以往羊八井地?zé)崽镂锾焦ぷ鞣譃閮蓚€階段。前期以直流電法為主，輔以重力和磁法測量，目的是圈定淺層熱儲的空間范圍。為了滿足深部熱儲需要，后期采用大地電磁測深、頻率測深和微地震地噪聲等物探方法進(jìn)行勘查。

為開發(fā)羊八井地?zé)崽锷畈扛邷氐責(zé)豳Y源，需要投入深部物探勘查工作，以調(diào)查羊八井地?zé)崽锷畈康責(zé)岬刭|(zhì)條件，為后續(xù)地?zé)犭娬窘ㄔO(shè)及發(fā)電設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)以及相應(yīng)需求，使用可控源音頻大地電磁測深在地?zé)崽镩_采區(qū)完成了相應(yīng)工作任務(wù)。

可控源音頻大地電磁測深法(簡稱CSAMT法)采用定源觀測,具有勘探深度大和橫向分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，一直是深部地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)和地?zé)豳Y源勘查的有效手段[5,9]。可控源音頻大地電磁測深方法以觀測地下電阻率差異為勘查基礎(chǔ)，低阻異常一直是尋找地下熱儲的重要標(biāo)志。隨著深度加大，地表觀測到由地下熱水引起的電阻率差異越來越小，以至難以分辨由地?zé)嶙兓鸬碾娮杪十惓10-13]。根據(jù)實(shí)測電阻率結(jié)果推斷確定熱儲層位及地質(zhì)構(gòu)造空間分布情況[14]，是目前可控源音頻大地電磁測深地?zé)豳Y源勘查主要的工作任務(wù)。這些年，筆者一直進(jìn)行相應(yīng)工作，并在國內(nèi)大多數(shù)地區(qū)采用以可控源音頻大地電磁測深為主的綜合物探方法進(jìn)行深部地?zé)峥辈閇15-17]，已經(jīng)取得令人非常滿意的地質(zhì)成果。

野外數(shù)據(jù)采集使用美國Zonge公司生產(chǎn)的GDP-32Ⅱ多功能電法儀，可控源音頻大地電磁測深采用赤道偶極裝置進(jìn)行標(biāo)量測量，一般選擇供電極距AB=1 000 m，收發(fā)距r>5 000 m，測量電極距MN=50 m，測點(diǎn)距=50 m。數(shù)據(jù)反演使用一維圓滑反演解釋方法[18]，利用反演電阻率斷面進(jìn)行地質(zhì)解釋。

2 地?zé)崽锔艣r

2.1 地質(zhì)概況

工作區(qū)地表出露為新近系(N)和第四系(Q)；據(jù)鉆孔揭露，下覆基巖為喜馬拉雅山早期花崗巖及斑狀花崗巖。

新近系(N)：呈南北向地壘展布于工作區(qū)中部和西部，由北向南厚度增大，為一套中性火山巖，由粗安巖、粗面巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖、火山熔巖角礫巖和石英粗面巖組成。

第四系(Q)：由亞砂土、腐殖土、碎石、砂、泥質(zhì)砂礫或砂礫組成。工作區(qū)東側(cè)較厚(>200 m)，西側(cè)較薄(<120 m)。

構(gòu)造形跡主要表現(xiàn)斷裂構(gòu)造和由斷裂控制的地壘和斷陷。斷裂構(gòu)造大致可分近南北向、北東至近東西向和北西向三組，其中以近南北向斷裂為主體斷裂，北東至近東西向和北西為次一級伴生斷裂。上述南北向斷裂活動和差異升降的結(jié)果，在工作區(qū)中部形成了一中新世火山巖地壘，東西兩側(cè)則相應(yīng)形成了地塹斷陷。

2.2 熱儲

圖1 西藏羊八井地?zé)崽铫蛱柕刭|(zhì)剖面Fig.1 The geological sketch map along profile Ⅱ in geothermal field of Yambajan in Tibet

熱水主要賦存于新近系(N)砂礫層中，或者花崗巖斷裂破碎帶中。區(qū)內(nèi)熱儲通道應(yīng)為斷裂構(gòu)造，通過斷裂構(gòu)造熱水進(jìn)入淺表層新近系巖層中。圖1是區(qū)內(nèi)實(shí)測Ⅱ號地質(zhì)剖面草圖，其中編號ZK203孔(井深386 m)和ZK208孔(井深312.87 m)出水溫度超過200 ℃，兩個鉆孔熱水位于海拔4 350～4 550 m之間新近系砂礫層中。

2.3 巖石電性特征

區(qū)內(nèi)實(shí)測電阻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：①花崗巖電阻率>1 000 Ω·m，中性火山巖電阻率200～700 Ω·m，構(gòu)造角礫巖平均電阻率196 Ω·m；②熱水砂礫層電阻率在n～n×10 Ω·m，含冷水砂礫層電阻率大于100 Ω·m，這個結(jié)果說明熱水可以使巖石電阻率降低；③冷水和熱水之間存在明顯電阻率差異，反映了溫度和礦化度對水電阻率的影響很大。

上述結(jié)果表明，可以利用實(shí)測電阻率分析區(qū)內(nèi)地下熱儲賦存狀態(tài)。

3 可控源音頻大地電磁測深結(jié)果

Ⅱ號地質(zhì)剖面基本沿著溝谷呈折線布設(shè)，剖面大致描繪出火山巖地壘和地塹斷陷大致分布情況。由圖1可見，編號F6斷裂為正斷裂，斷距超過200 m；從剖面起點(diǎn)至編號F6斷裂之間花崗巖頂界深度小于400 m，剖面內(nèi)有6個已經(jīng)完工地?zé)峥碧?開發(fā))鉆孔；其中剖面起點(diǎn)處孔(ZK205)溫度最低，剖面中部兩個地?zé)峋?ZK203和ZK208)溫度超過200 ℃，兩個鉆孔深度均不超過400 m，開采的是淺部新近系砂礫層中的熱水資源；其他三個鉆孔溫度均超過100 ℃。地質(zhì)推斷從F6自剖面末端花崗巖頂界深度超過500 m。

圖2是區(qū)內(nèi)可控源音頻大地電磁測深G線綜合剖面圖，剖面近東西方向布設(shè)。該剖面位于Ⅱ號地質(zhì)剖面北側(cè)，基本沿著Ⅱ號地質(zhì)剖面布設(shè)，兩剖面最近距離不到100m，兩剖面點(diǎn)號完全一致。由圖2可見，x=700 m附近淺部出現(xiàn)明顯縱向低阻異常，這個低阻異常對應(yīng)地質(zhì)推斷編號Fx4斷裂，溫度最高的ZK203孔和ZK208孔均終孔于Fx4斷裂上盤，且離斷裂面距離最近；根據(jù)可控源音頻大地電磁測深結(jié)果可以確定這個斷裂(Fx4)向下延深很大，其底部出現(xiàn)明顯低阻異常。ZK207孔、ZK203孔、ZK208孔和ZK200孔附近高阻頂界面均在h=4 300 m附近，與這些鉆孔揭露的花崗巖頂界面深度基本一致；這四個鉆孔熱水采集深度均在h=4 500 m附近，對應(yīng)這個深度出現(xiàn)熱水產(chǎn)生明顯低阻層。x=1 500 m附近出現(xiàn)斷裂(編號F6)，這個位置對應(yīng)可控源音頻大地電磁測深出現(xiàn)電阻率階躍性突變，應(yīng)為斷裂構(gòu)造(F6)產(chǎn)生；編號F6斷裂上盤高阻界面深度在h=4 100 m附近，與ZK204孔揭露結(jié)果完全一致。分別在x=850 m和x=1 350 m附近淺部出現(xiàn)的微弱電阻率異常應(yīng)為編號F3和F5斷裂影響產(chǎn)生。

圖2 西藏羊八井地?zé)崽顲SAMT勘查G線綜合剖面Fig.2 The comprehensive section of CSAMT survey along profile G in geothermal field of Yangbajan in Tibet

對比實(shí)測地質(zhì)剖面和可控源音頻大地電磁測深反演電阻率結(jié)果可以確認(rèn)，可控源音頻大地電磁測深勘查結(jié)果可以明確反應(yīng)出花崗巖界面深度、淺部熱水賦存狀態(tài)和斷裂構(gòu)造展布情況。

由于對流型熱儲資源均來自地下深部，對比分析可控源音頻大地電磁測深勘查結(jié)果、實(shí)測地質(zhì)資料、已知鉆孔溫度及鉆孔與編號Fx4斷裂之間相對位置關(guān)系等因素，結(jié)合ZK207孔、ZK203孔和ZK208孔出水溫度結(jié)果分析，確定編號Fx4斷裂是地下水上升通道，下部低阻區(qū)應(yīng)為深部熱儲。

為了查明深部熱儲空間分布情況確定深部地?zé)衢_發(fā)孔有利位置，平行于編號Fx4斷裂布設(shè)A線剖面。圖3是區(qū)內(nèi)可控源音頻大地電磁測深A(yù)線綜合剖面圖，剖面近南北方向，與G線相互垂直?？煽卦匆纛l大地電磁測深反演電阻率可以明確的反應(yīng)出剖面內(nèi)淺部熱儲及花崗巖頂界面深部分布情況，其中x=700 m和x=1 400 m附近縱向低阻帶分別為編號F10和Fx1斷裂產(chǎn)生。

圖3 西藏羊八井地?zé)崽顲SAMT勘查A線綜合剖面Fig.3 The comprehensive section of CSAMT survey along profile A in geothermal field of Yangbajan in Tibet

根據(jù)實(shí)測地質(zhì)及可控源音頻大地電磁測深勘查結(jié)果在編號Fx4和Fx1斷裂交匯位置布設(shè)深部地?zé)衢_發(fā)孔，推斷斷裂平面位置見圖4。深部地?zé)衢_發(fā)孔終孔深度1 508 m，自噴，出水溫度超過210 ℃。根據(jù)鉆孔揭露結(jié)果，地表至300 m為安山巖和安山質(zhì)火山玻璃組合，300 m至1 508 m為花崗巖。280 m至310 m巖石較為破碎，690 m至1 180 m之間分段出現(xiàn)明顯巖石破碎現(xiàn)象，推斷上述巖石破碎段為斷裂破碎帶產(chǎn)生，熱水主要來源于深部花崗巖體內(nèi)斷裂破碎帶。

圖4 西藏羊八井地?zé)崽顲SAMT勘查推斷斷裂 平面示意圖Fig.4 The fracture plan of CSAMT survey inference in geothermal field of Yangbajan in Tibet

4 結(jié) 語

羊八井地?zé)崽镂挥谇嗖馗咴?，最低海拔高度超過4 500 m，地?zé)崽镏黧w位于高山峻嶺之上，地形較為復(fù)雜。以往地質(zhì)物探剖面大多沿著溝谷布設(shè)，這些溝谷大多為斷裂構(gòu)造產(chǎn)生。在賦含熱水?dāng)嗔焉戏讲贾秒姺ㄆ拭鏁a(chǎn)生低阻屏蔽現(xiàn)象，低阻屏蔽會使其分辨率降低。

這次工作，采用矩形網(wǎng)度布置可控源音頻大地電磁測深剖面。利用其實(shí)測結(jié)果，可以客觀地觀測到地下電阻率整體分布情況。對比實(shí)測地質(zhì)剖面和與其平行布設(shè)的可控源音頻大地電磁測深剖面結(jié)果可以看出，根據(jù)可控源音頻大地電磁測深剖面可以推斷出剖面通過地段淺部熱儲、花崗巖頂部界面和斷裂構(gòu)造空間分布狀態(tài)，同時可以推斷出深部熱儲賦存位置以及深部熱儲上移通道。根據(jù)實(shí)測結(jié)果在地?zé)崽锷畈恳呀?jīng)開發(fā)出高溫高壓地下熱水，實(shí)現(xiàn)區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源勘查新的突破，為進(jìn)一步開發(fā)區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源指明了方向。

本次研究結(jié)果說明，可控源音頻大地電磁測深方法在區(qū)內(nèi)進(jìn)行地?zé)峥辈榻Y(jié)果已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，可以滿足相應(yīng)地質(zhì)條件下地?zé)豳Y源勘查評價需求。