物探方法在某療養(yǎng)院地熱資源勘查中的實踐應用

冀應斌

摘 要：基于某療養(yǎng)院所在的區(qū)域地熱地質資料，本文通過可控源音頻大地電磁測深法（CSAMT）、地溫測量及氡氣測量等3種勘查手段，基本查明當?shù)氐責釛l件，包括斷裂構造及層位、深部地層分布情況等，進而推斷出熱儲層以及熱儲層的地層結構、厚度、埋深，最終圈定地熱資源豐富區(qū)域，尋找最佳地熱井，為后續(xù)地熱資源勘查提供指導。

關鍵詞：地熱資源;物探方法;推斷熱儲層

中圖分類號：P314.3 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）27-0057-03

Abstract：Based on the regional geothermal geological data of a sanatorium， this paper basically finds out the local geothermal conditions， including fault structure， horizon and deep stratigraphic distribution， and then infers the thermal reservoir and the stratigraphic structure， thickness and buried depth of the thermal reservoir through three exploration methods： Controlled Source Audio-frequency Magneto Telluric （CSAMT）， Geothermal Measurement and Radon Measurement， Finally， delineate the area rich in geothermal resources and find the best geothermal well to provide guidance for subsequent geothermal resource exploration.

Keywords： geothermal resources;geophysical exploration methods;inference of heat reservoir

1 引言

某療養(yǎng)院研究區(qū)域大部分被第四系覆蓋，主要涉及中生代火山巖地層，為大王山組中、上、下段，總厚大于1 800 m，主要巖性為：上部為紫灰色輝石安山巖，粗安巖夾多層凝灰?guī)r，沉凝灰?guī)r，凝灰質粉砂巖薄層;下部為灰、灰黑色安山巖，凝灰質砂礫巖，巖漿巖體發(fā)育，構造除基底褶皺外，火山巖中的褶皺不發(fā)育，附近有斷裂構造。地熱區(qū)必須具備“源、通、儲、蓋”4個基本條件，即深部具有熱源及水源供給，下部具有熱水通道，中間有較好的儲水條件，上部有較好的覆蓋層。通過分析地熱條件，在勘探區(qū)合理布置地球物理勘探工作，深部地熱地質條件進行綜合研究。本文主要結合區(qū)域地熱地質條件，探討療養(yǎng)院地熱資源勘查物探方法應用。

以療養(yǎng)院作為勘查核心主區(qū)域，在充分收集和研究地熱地質資料的基礎上，通過CSAMT、測溫及氡氣測量三種勘查手段，基本查明該療養(yǎng)院范圍內地熱地質條件、斷裂構造及層位、深部地層分布情況;推斷熱儲層、熱儲層的地層結構、厚度、埋深;推選1～2個最佳地熱井井位，估算地熱井的出水量和出水溫度，為地熱資源勘探提供技術支撐。

2 勘查布置及工作方法

2.1 勘查布置

采用物探方法勘查共布置9條測線，分別為20線、30線、40線、50線、60線、70線、75線、80線和90線。其中，測量點距為20 m，共337個測量點;CSAMT點距20 m，共317個測點。另外，在20線、30線、40線、50線和60線上開展測溫和測氡工作。其中，測溫點距40 m，共112個點，測氡點距20 m，共217個點（與CSAMT同點）。

2.2 可控源音頻大地電磁測深法（CSAMT）

可控源音頻大地電磁測深法（CSAMT）采用加拿大產V8電法系統(tǒng)，包括發(fā)電機組、發(fā)射機和接收機3個部分。接收機由V8多功能電法儀和2個RXU（輔助采集站）組成，發(fā)射機為TXU-30（20 kW），發(fā)電機組是德國進口30 kW的24GF型柴油發(fā)電機組，最高電壓1 000 V （I=20 A），最大電流40 A（U=500 V）。在CSAMT法野外工作中，把觀測區(qū)域布置在一個梯形范圍內，發(fā)射偶極AB平行測線布置，AB到測線的距離應大于3倍的趨膚深度，一般在8～12 km，測線的長度應保持在梯形范圍內，質量檢查采用不同人、不同日期、同點、同儀器的方式在60線上1 180～1 360 m和80線1 180～1 360 m做了檢查，檢查的測點數(shù)為18個測點，占總測點數(shù)的5.34%，視電阻率和相位的均方相對誤差分別為3.5%和4.9%，都小于5%。

采用CSAMT法測得數(shù)據(jù)處理的流程如下。

①通過預處理軟件將觀測數(shù)據(jù)轉錄成處理反演軟件所要求的avg文件，檢查ASCII碼文本數(shù)據(jù)體是否有非法字符和字符超限錯位現(xiàn)象存在，查看數(shù)據(jù)轉換時須給定的排列采集參數(shù)是否正確，將其進行編輯并修正。

②建立L記錄文件，先后導入avg文件及測線坐標文件。

③進行人工剔除跳點、去近場、靜態(tài)位移校正、計算全頻率視電阻率值等預處理。

④畫頻譜圖，看頻譜曲線是否合格，如不合格再進行預處理，如合格就進行反演擬合。

⑤使用不同的方法包括近場Bostick反演以及二維帶地形反演計算，輸出反演結果并繪制成斷面電阻率等值線圖，供地質解釋用。

2.3 地溫測量

淺層測溫是通過探測近地表的溫度，了解地下較深處的熱儲、構造分布狀況，實現(xiàn)地熱勘查目的的一種物探方法。

本次地溫測量采用國產YJD-1T型測溫儀1臺。該套設備性能穩(wěn)定，精度高。采用米測溫法，即采集地下1 m深處的溫度，經(jīng)試驗觀察，溫度計探頭插入地下10 min后溫度不再變化（降低），因此工作中統(tǒng)一記錄探頭入地10 min后的溫度值，并繪制剖面曲線圖。此次僅在北西向測線20線、30線、40線、50線和60線上開展了測溫工作，點距40 m，共112個測點。

2.4 氡氣測量

放射性氡氣測量方法技術和儀器設備經(jīng)歷的數(shù)次發(fā)展，廣泛應用于礦產勘查，還可應用于尋找地下水源，地震預報及環(huán)境保護。

本次氡氣測量采用國產FD-3017型RaA測氡儀。國產FD-3017型RaA測氡儀是一種新型的瞬時測氡儀器，是國內土壤氡檢測最先進的測試儀器之一。它利用靜電收集氡衰變的第一代子體-RaA 作為測量對象，定量測量土壤或水中氡濃度。其特點是沒有探測器污染問題，也不存在氡射氣的干擾影響，并且具有較高的靈敏度，操作簡便，現(xiàn)場可獲取結果。本次測氡工作分別在20線、30線、40線、50線和60線上采集數(shù)據(jù)，測點距為20 m，共217個點，檢查采集數(shù)據(jù)25個，占總測點數(shù)的11.5%，檢查曲線與原始曲線形態(tài)一致性較好，滿足規(guī)范要求。采集時，沿測線逐點采集，當發(fā)現(xiàn)異常時，重復觀測及加密測點，儀器測得的結果為氡及其子體衰變放出的α粒子的個數(shù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)繪制了Rn異常剖面曲線圖。

3 數(shù)據(jù)處理與解釋

資料解釋以CSAMT反演電阻率解釋剖面圖為主，測氡、測溫、重力及航磁資料為輔，結合地質、鉆孔資料綜合分析研究調查區(qū)3 000 m左右深度內地層巖性結構、熱儲埋深、斷裂位置等地熱地質和水文地質條件。

可控源音頻大地電磁法資料地質解釋，以CSAMT反演電阻率剖面圖為依據(jù)，并結合地質情況分析劃分層位，確定層位的地質含義;仔細判讀異常特征，辨別真?zhèn)危瑓^(qū)分真假異常以達到探測判斷構造和地熱儲層的目的;氡氣測量資料可輔助CSAMT判斷斷裂的位置。

勘探區(qū)北東向測線20線、30線、40線、50線和60線開展了CSAMT、測氡和測溫3種勘查方法，通過綜合解釋剖面圖可知：該5條測線CSAMT電阻率剖面，高程在-1 800 m以淺，電阻率變化較大，在200～5 000 Ω·m，南東東向測線70線、75線、80線、和90線僅開展了CSAMT一種勘查方法。

通過CSAMT電阻率斷面圖可知：前3條測線未見斷裂跡象，垂向地層分布與北北東向測線一致。在30線1 750 m、60線1 680 m設計地熱鉆井DR01和DR02，2個地熱井均布設在F3斷裂上，地熱地質條件一樣，從CSAMT異常及氡氣異常分析，DR01優(yōu)于DR02。

通過地熱地質條件及物探技術CSAMT、測氡、測溫綜合解釋剖面解釋資料，確定了2個地熱井DR01和DR02，分別處于30線1 750 m、60線1 680 m，均位于勘探區(qū)北東側約300 m處，火山巖厚度較大，兩地熱井深度初設均為2 500 m，進行了地熱鉆井地層預測，推斷成果及平面位置如圖1所示。

4 結語

通過CSAMT法、測溫、測氡方法對本次地熱資源的勘查取得了一定的成果，研究表明具備地熱儲積的“熱源、通道、熱儲、蓋層”等基本熱儲水文地質條件，但未見斷裂構造跡象，致使流通、儲水條件較差，該區(qū)域備具有地熱資源勘查前景。

結合物探技術CSAMT法、測溫、測氡等方法及綜合地質資料在該區(qū)選定DR012、DR02地熱井，預測了地熱鉆井地層。通過分析認為DR01井優(yōu)于DR02井。

該區(qū)域地熱水的儲層為西橫山組砂、礫巖，其含水性比灰?guī)r相差甚遠，給地熱勘探帶來更大的風險。建議在鉆井施工中應采用探采結合的技術思路，鉆井工作應由國內經(jīng)驗豐富的地熱井專業(yè)施工隊伍來完成。

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