MT法在銀川平原黃河東岸地熱資源調查評價中的應用

曹學剛，程國強，李龍亮

（寧夏回族自治區地質工程院，寧夏銀川750004）

1 區域地質構造背景

研究區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。

研究區所在的區域地層屬華北—柴達木地層大區鄂爾多斯西緣地層分區，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。根據研究區附近鉆孔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

研究區呈北東—南西向，根據構造斷裂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，重點區域點距100m，測線總長5.10km。

2.2 數據采集

本次野外數據采集工作于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。野外數據采集期間共投入了3套加拿大鳳凰公司生產的MTU-5A 型大地電磁系統采集寬頻帶MT數據，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，電極入土埋深20～30cm，保持與土壤接觸良好，電極坑內澆飽和鹽水，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 以上數據質量完全可靠。

2.3 數據處理

大地電磁測深數據處理一般分4 步：數據預處理、資料處理、定性分析、定量解釋。首先按照規范要求對所有測點的數據質量進行了評價分級，有78%的測點數據質量達到優秀，22%的測點數據質量為良好，數據質量總體滿足要求，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一處理。再通過GB 分解法對兩條測線所有測點的數據進行GB 分解，得知基底起伏情況，獲得研究區域構造阻抗及走向等參數。處理后的可用頻點最低頻率均達到0.1Hz，有些測點數據質量甚至可以達到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

（1）巖石地層的電阻率與自身性質和賦存物質有關，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；火成巖與變質巖阻值為高阻。

（2）厚層、穩定、巖性單一的巖層反映在電阻率斷面圖上為穩定的電性層；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

研究區內共布設了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。通過對工作區內大地電磁測深一維、二維反演成果圖分析，同時結合地質和鉆孔資料推測工作區內地層特征如下：

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 地熱地質條件綜合分析

研究區地處我國東西部兩大不同性質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，造就了研究區內具備地熱資源形成的區域地質構造背景。通過區域物探及礦產資源勘查揭示該區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律。

根據大地電磁測深L1、L2、L3線解譯成果，同時結合研究區周邊鉆孔資料（煤田勘探井、任3井）可知，研究區內有約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灰巖、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。根據工作區以往的地質工作成果、物探資料及鉆井資料，并結合本次大地電磁測深成果，研究區的地熱資源類型屬于中低溫傳導型，下面對研究區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、裂隙較為發育，構成了較為有利的熱儲層。

5 應用成果

根據大地電磁測深成果分析，先后在工作區設計勘探孔3 眼（DRT-03～DRT-05），根據鉆探成果，初步查明研究區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，穩定抽水流量達2746.056m3/d，水溫60.5℃。實施過程中，發現在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，為天山海世界發展地熱資源旅游產業及供暖提供保障。

6 結論

根據鉆探成果揭露地層，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深部地熱預可行勘查，查清銀川濱河新區黃河東岸斷層的展布規律和地熱資源的分布特征及賦存規律；圈定地熱資源開發利用的范圍；為合理開發利用和保護工作區域內的地熱資源提供依據。