綜合電磁法在銀川盆地地熱資源勘查中的應用

高 亮， 陳海波， 李向寶， 胥博文

(天津地熱勘查開發設計院， 天津 300250)

隨著生活水平的提高，人們對健康養生、休閑度假更為重視，地熱(溫泉)開發利用作為一個亮點極大的推動各地旅游業的發展[1].地球物理勘探是地熱資源勘查中重要的手段之一，尤其是在大型沉積盆地，地熱資源賦存深度往往超過2 000m，地表的熱異常顯示極其微弱，所以深部地球物理勘探手段就顯得更為重要.近年來，電磁法成為地熱資源勘查中應用最多的一種方法[2]，但是單一電磁法存在不確定性和多解性，因此需要根據測區實際情況進行綜合物探解譯，取得較為理想的勘探效果[3].

本文以寧夏石嘴山市平羅縣姚伏鎮以西的沙湖旅游區為例，該測區為地熱勘查工作的空白區，通過實際野外踏勘，物探方法選擇可控源音頻大地電磁測深和大地電場巖性測深相結合，可控源音頻大地電磁測深進行東西長達20km的剖面測量，并在異常位置用大地電場巖性測深判斷熱儲層位置.

1 地質概況及地球物理特征

1.1 地質概況

銀川斷陷盆地位于鄂爾多斯地塊西緣，東面以黃河斷裂與鄂爾多斯地塊相連；西邊為賀蘭山東麓斷裂與山體過度相連；南界斷裂西北走向，位于牛首山東北麓；北緣被石嘴山南一組隱伏斷裂所控制[4].銀川盆地內有代表性的大型控制性斷裂共計4條：F1賀蘭山東麓斷裂；F2蘆花臺斷層；F3銀川斷裂；F4黃河斷裂.

本區分布地層由老至新有：古近系清水營組(E)、新近系干河溝組(N2)、新近系紅柳溝組(N1)和第四系[5].分析巨厚的第四系可構成蓋層，新近系干河溝、紅柳溝組和古近系清水營組砂巖段可構成熱儲層.測區地下水主要類型為松散巖類孔隙水，目前鉆孔揭露最大深度245m.含水層巖性總體來說橫向自西向東由粗變細，縱向含水層巖性由細變粗，其形成原因與接近中部凹陷帶沉積中心有關.含水層揭露厚度40～160m，洪積扇前緣水位埋深一般10～30m，單井涌水量大于1 000m3/d，在斜平原前緣單井涌水量3 000m3/d左右.該區水質良好，礦化度多小于1g/l，水化學類型為HCO3-Na.

1.2 地球物理特征

1999年，在銀川盆地中部的銀川市區內成功地鑿成2眼地熱井(Y1和Y3井).這兩眼井的鉆探成功，證實了銀川盆地地熱資源的存在.

從鉆井地質編錄看，第四系主要巖性為細砂巖、砂質粘土、粘土層，向下砂泥巖單層厚度增大，巖性趨于穩定，電阻率測井上部高低阻凌亂，向下穩定升高.

新近系干河溝組(N2)和紅柳溝組(N1)地層巖性泥巖、礫狀砂巖互層，電阻率為中低阻；古近系清水營組(E)砂巖厚度大，受含水影響電阻率為低阻.

從上述地層的電性特征看，測區使用電(磁)法進行勘探的物理前提是存在的.

2 工作布置

地球物理勘查是目的是查清測區地質構造條件，分析熱儲層發育狀況，確定地熱井位和井深，考慮到測區熱儲埋藏深度大，各地層間存在電性差異等因素，勘探方法選用可控源音頻大地電磁測深和大地電場巖性測深兩種方法相結合[6].

可控源音頻大地電磁測深是20世紀90年代以來延續至今的方法，采用人工場源，工作效率高，能有效探測地下3 000m以內地質體，是本次工作的基本和重點方法；大地電場巖性測深為點測深，是在可控源測量的基礎上尋找不同深度的地下熱儲[7].

工作區內有湖泊、水渠縱橫交錯，給野外工作帶來很大困難.以垂直構造、減小干擾和方便施工為布線原則，可控源音頻大地電磁測深設計了東西向四條測量剖面，大地電場巖性測深布置了4個測深點，4個測深點數據與兩個已知深井數據進行對比分析，推測熱儲層位及溫度異常層位.實測點位見圖2.

3 探測成果

3.1 可控源音頻大地電磁測深

結合區域地質構造蘆花臺斷裂和平羅—銀川斷裂的發育特征，物探的布線原則是測線近似垂直構造走向.本次物探工作采用剖面測量方式，結合現場實際情況，共布設4條剖面.測量點距為100m，測點數401個，測線長度40.1km.

以L1、L3線為例(見圖3、圖4)：從反演圖上曲線形態可以看出，本區自西向東存在多條斷裂，斷裂傾角一般大于70°，這些斷裂將該區域分割為多個塹壘構造.海拔1 100m～600m為一電性界面，上部電阻率不均勻，形成橫向分布的多個透鏡體狀圈閉，解釋為第四系(Q)淺部細砂巖、砂質粘土薄層互層；

向下至海拔-400m為一段，電阻率曲線橫向較均勻，斷裂處出現等值線密集梯度帶，解釋為連續沉積的第四系(Q)厚層狀粘土、細砂巖、砂巖、泥巖互層；再向下出現大規模連續性的低阻異常帶，阻值較上部圍巖低一個數量級以上，解釋為新近系上新統(N2)砂巖、礫巖、泥砂巖、砂質泥巖不等厚互層，此段砂巖所占比例增加且厚度由薄層漸變為中厚層.從兩條剖面的結果看較好的反應了銀川盆地的地質特征，斷裂構造和典型巖性界面較清晰.受斷裂構造控制，多個斷塊內存在連續層狀低阻，推測為第三系熱儲層的反映.

3.2 大地電場巖性測深

結合沙湖旅游核心區規劃，本次勘測在FC4斷層上盤，用CYT-V型大地電場巖性探測儀進行探測，經與銀川市區已知地質資料深井井旁曲線對比分析，對各測點地層及裂隙發育段進行了預測.圖5中第一道為測深曲線，斜線為溫度異常標志；第二道為深度；第三道為推測結論，方框標志為推測含水層；第四道為地層分層；第五道為巖性剖面；第六道為巖性說明.

從可控源音頻大地電磁測深成果圖(圖3、圖4)中可以看出，在沙湖核心規劃區存在一條Fc4斷裂，為一正斷層，沿斷層傾向出現一個低阻帶，推測為富水帶.大地電場巖性測深4個點均布置在Fc4斷裂的上盤，根據測深曲線分析，2號點附近有效儲集層累計厚度最大(見表1)，溫度異常層位最多.因此，結合兩種方法，將勘探井布置在大地電場巖性測深2號點處，井深3 200m，取水段2 500～3 200m，預測水量大于1 000m3/d左右.根據該地區地溫梯度預計熱儲層溫度大于60℃.

4 結束語

通過對可控源音頻大地電磁測深和大地巖性測深成果的綜合分析、解譯，制定了測區勘探孔位，經過兩個月鉆探，在設計點鉆成沙湖地熱1井，成井3 260m，取水段在地下2 500～3 260m，井口水溫達68℃，出水量1 700m3/d，該井成為寧夏目前出水量最大、水溫最高、含礦物質成分最多，勘探深度最深的地熱井.從沙湖地熱1井的成功可以看出，可控源音頻大地電磁測深能夠查清大型沉積盆地3 000m以內地層及斷裂構造的發育狀況，圈定深部異常區域；大地電場巖性測深方法能夠預測裂隙及破碎帶位置，推測含水層及水溫.兩種物探方法在大型沉積盆地具有良好的互補性和應用效果.

[1]李安寧, 呂金波. 開發利用地熱資源[J]. 中國地質, 2001, 28 (10):41-45.

[2]鄭東明, 葉松青, 成建勛, 等. 電法在地下熱水勘探中的應用[J]. 世界地質, 2005, 24 (3):77-78.

[3]湯振清, 孫文潔, 強孟東, 等. 綜合物探方法在地熱勘查中的應用[J]. 山東國土資源, 2007,23(6 /7):67-70.

[4]范高功,王利.銀川盆地地下熱水形成的地質條件分析[J]. 西安工程學院學報,2002, 24(3):28-31.

[5]嚴烈宏.王利.銀川盆地地熱系統[M].銀川:寧夏人民出版社，2001.

[6]李征西, 曾昭發, 李恩澤, 等. 地球物理方法探測活動斷層效果和方法最佳組合分析[ J]. 吉林大學學報: 地球科學版, 2005, 35 (增刊): 109-114.

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