MT法在銀川平原黃河東岸地熱資源調(diào)查評價中的應用

曹學剛，程國強，李龍亮

（寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)工程院，寧夏銀川750004）

1 區(qū)域地質(zhì)構造背景

研究區(qū)大地構造位置位于銀川平原東側，鄂爾多斯盆地西緣逆沖構造帶（又稱西緣沖斷帶）西部邊緣部位。大地構造位置屬柴達木—華北板塊Ⅰ級構造單元、華北陸塊Ⅱ級構造單元、鄂爾多斯地塊Ⅲ級構造單元、鄂爾多斯西緣中元古代—早古生代裂陷帶Ⅳ級構造單元。斷裂構造以黃河斷裂為主，是銀川斷陷盆地與東部的陶樂—彭陽褶沖帶的分界構造，斷裂的物探及線性遙感影象特征明顯，總體呈北北東向延伸，斷面西傾。該斷裂錯斷基底巖系和新生代地層，并控制黃河河床的展布，斷距近2800m，向北減至1300m。

研究區(qū)所在的區(qū)域地層屬華北—柴達木地層大區(qū)鄂爾多斯西緣地層分區(qū)，均被新生界覆蓋，主要展布第四系黃土、局部見有古近系清水營組、新近系干河溝組地層。根據(jù)研究區(qū)附近鉆孔ZK1902、ZK301 揭示，新生界下伏多套中、古生界地層，由老至新依次為：奧陶系、石炭系、二疊系、白堊系。

2 大地電磁測深勘查

2.1 測線布置

研究區(qū)呈北東—南西向，根據(jù)構造斷裂NE向展布特征，由北向南共設計了2 條MT 測線，測線編號分別為L1、L2。L1和L2測線方向垂直構造走向，測線方向為 140°，兩條測線相距 300m；L3 測線垂直 L1 和L2 測線，便于對比解釋，測線方向為50°。其中L1線完成測點16個，L2線完成測點18個，L3線完成測點16個。3條測線點距100～200m 不等，重點區(qū)域點距100m，測線總長5.10km。

2.2 數(shù)據(jù)采集

本次野外數(shù)據(jù)采集工作于2016年12月23日開始，截止到2016年12月31日，超額完成了本次大地電磁測深的全部野外工作。野外數(shù)據(jù)采集期間共投入了3套加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的MTU-5A 型大地電磁系統(tǒng)采集寬頻帶MT數(shù)據(jù)，配MTC-80磁探頭，頻率范圍定為0.0005～300Hz，該儀器是目前世界上最為先進的寬頻大地電磁儀。

布極方式采用“十字形”布設，即水平方向的兩對電極和兩磁傳感器分別相互垂直敷設，其方位偏差采用羅盤控制，誤差小于1°。電極距為100m，由高精度RTK 控制，誤差小于10cm。同一方向兩電極極差在2mV 以內(nèi)，電極入土埋深20～30cm，保持與土壤接觸良好，電極坑內(nèi)澆飽和鹽水，保證了電極接地電阻小于2kΩ。測點采集時間不少于2.5h，保證0.1Hz 以上數(shù)據(jù)質(zhì)量完全可靠。

2.3 數(shù)據(jù)處理

大地電磁測深數(shù)據(jù)處理一般分4 步：數(shù)據(jù)預處理、資料處理、定性分析、定量解釋。首先按照規(guī)范要求對所有測點的數(shù)據(jù)質(zhì)量進行了評價分級，有78%的測點數(shù)據(jù)質(zhì)量達到優(yōu)秀，22%的測點數(shù)據(jù)質(zhì)量為良好，數(shù)據(jù)質(zhì)量總體滿足要求，見圖1。

然后采用Robust 處理方法，SSMT2000 軟件對原始時間序列進行統(tǒng)一處理。再通過GB 分解法對兩條測線所有測點的數(shù)據(jù)進行GB 分解，得知基底起伏情況，獲得研究區(qū)域構造阻抗及走向等參數(shù)。處理后的可用頻點最低頻率均達到0.1Hz，有些測點數(shù)據(jù)質(zhì)量甚至可以達到0.01Hz。

圖1 L2-13測點大地電磁測深視電阻率及相位曲線圖

3 物探成果電性解釋

3.1 推斷解釋依據(jù)

（1）巖石地層的電阻率與自身性質(zhì)和賦存物質(zhì)有關，松散的砂巖、礫巖孔隙度大、含水性強，阻值低于致密砂巖；粘土類、泥巖表現(xiàn)為低阻；白云巖阻值中等或偏高，但在斷裂處或含水位置阻值會明顯低于圍巖；火成巖與變質(zhì)巖阻值為高阻。

（2）厚層、穩(wěn)定、巖性單一的巖層反映在電阻率斷面圖上為穩(wěn)定的電性層；薄層、變化大、不均勻的巖層反映在電阻率斷面圖上為透鏡體狀的電性層。

（3）當電阻率等值線在小范圍內(nèi)有明顯梯度變化或某一處兩側電阻率存在明顯差異，可解釋為斷裂構造或巖性界面。

（4）物探的解釋基于對大地電磁測深各條測線反演成果圖的對比分析，其中斷層的斷點位置以一維反演和阻抗相位反映的位置為主，斷層的傾角、地層的展布以二維為主，地層界面劃分為綜合解釋結果。

3.2 電性解釋

以L2線為例，見圖2，該剖面的視電阻率最小值約10Ω·m，最大值大于260Ω·m，整個剖面呈現(xiàn)的是低—高的兩層結構。地面以下800m左右為第一層，視電阻率基本小于150Ω·m 之間，此層不穩(wěn)定，中間夾有低阻透鏡體。深度800～4000m之間為第二層，視電阻率大于150Ω·m。

圖2 大地電磁測深L2線反演成果圖

3.3 物探成果分析

研究區(qū)內(nèi)共布設了3條大地電磁測深剖面，大地電磁測深一維反演是單測點垂向反演，二維反演是測點結合相鄰測點進行聯(lián)合反演，因此一維反演能夠較好地反映斷裂位置，二維反演能夠較好地反映斷裂傾角、地層展布情況等信息。通過對工作區(qū)內(nèi)大地電磁測深一維、二維反演成果圖分析，同時結合地質(zhì)和鉆孔資料推測工作區(qū)內(nèi)地層特征如下：

L1、L2 剖面反映出良好的層狀特征，第一電性層為石炭—第四系（C-Q），厚度800～1300m 左右，第二電性層為元古界—奧陶系（Pt-O），厚度2700～3200m左右。具體分層情況見圖3。

4 地熱地質(zhì)條件綜合分析

研究區(qū)地處我國東西部兩大不同性質(zhì)構造單元的銜接和過渡帶，屬我國南北地震帶和地熱帶北段，是鄂爾多斯周緣活動斷裂系的一部分。有利的大地構造位置和強烈的新構造運動以及豐富的深部水熱活動，造就了研究區(qū)內(nèi)具備地熱資源形成的區(qū)域地質(zhì)構造背景。通過區(qū)域物探及礦產(chǎn)資源勘查揭示該區(qū)域有地熱資源分布的跡象，在黃河主斷裂東側，推斷存在系列次級雁型斷裂組，可能控制地熱資源的分布賦存規(guī)律。

根據(jù)大地電磁測深L1、L2、L3線解譯成果，同時結合研究區(qū)周邊鉆孔資料（煤田勘探井、任3井）可知，研究區(qū)內(nèi)有約1000～1300m 厚的石炭—第四系（C-Q），巖性以砂巖、粉砂巖、泥巖為主，構成了良好的蓋層。其下伏地層為奧陶系，奧陶系在垂向上出現(xiàn)灰?guī)r、白云巖、頁巖互層或夾層的反復變化，造就了地熱水形成和賦存較為有利的熱儲條件。推測石炭—第四系厚1000～1300m，石炭系下伏地層為奧陶系。根據(jù)工作區(qū)以往的地質(zhì)工作成果、物探資料及鉆井資料，并結合本次大地電磁測深成果，研究區(qū)的地熱資源類型屬于中低溫傳導型，下面對研究區(qū)地熱資源形成條件進行分析、總結如下：

表1 DRT-03井地層系統(tǒng)劃分及主要巖性

（1）蓋層是熱儲層溫度的重要保障條件之一。研究區(qū)石炭—第四系厚度約1000～1300m，巖性以砂巖、粉砂巖、泥巖為主，巖石熱導率低，構成了良好的蓋層；

（2）奧陶系碳酸鹽巖溶洞、裂隙較為發(fā)育，構成了較為有利的熱儲層。

5 應用成果

根據(jù)大地電磁測深成果分析，先后在工作區(qū)設計勘探孔3 眼（DRT-03～DRT-05），根據(jù)鉆探成果，初步查明研究區(qū)地層層序及巖性特征（表1）。以DRT-03 井為例，該地熱水井于2017 年12 月30 日前完成進場、安裝和調(diào)試，歷時96d，成井深度1709.96m。最大井斜：1245m處，井斜為5.79°；自流量達1200m3/d，穩(wěn)定抽水流量達2746.056m3/d，水溫60.5℃。實施過程中，發(fā)現(xiàn)在617m深度，賦存有大水量[水量(1～1.5)×104m3/d]、低礦化度（5.6g/L）的深部地熱資源，初步推斷是由深大斷裂控制的構造—對流型地熱，對今后在該區(qū)域進行地熱勘查提供有力支撐。同時，該井建成后，為天山海世界發(fā)展地熱資源旅游產(chǎn)業(yè)及供暖提供保障。

6 結論

根據(jù)鉆探成果揭露地層，與大地電磁測深成果分析基本一致，證明大地電磁測深法在銀川平原黃河東岸地熱資源調(diào)查可行。對于查明鄂爾多斯盆地西緣熱儲地層和結構空間分布狀況方面，取得較好的勘察效果。本區(qū)奧陶系呈高阻電性特征，與銀川盆地奧陶系低阻電性特征完全不同，二者處于不同構造背景下的沉積演化模式。

由于勘察范圍限制，建議在銀川市濱河新區(qū)深部地熱預可行勘查，查清銀川濱河新區(qū)黃河東岸斷層的展布規(guī)律和地熱資源的分布特征及賦存規(guī)律；圈定地熱資源開發(fā)利用的范圍；為合理開發(fā)利用和保護工作區(qū)域內(nèi)的地熱資源提供依據(jù)。