綜合物探方法在吉林中西部地區地熱資源勘查中的應用

徐貴東，孫立偉，趙玉琢，陳強

吉林省勘查地球物理研究院，吉林 長春 130012

0 引言

地熱能作為一種綠色低碳、可循環利用的可再生寶貴能源，具有儲量大、分布廣、清潔環保、穩定可靠等特點，是我國能源轉型、減碳發展進程中須開發利用的重要能源[1]。吉林省中西部地處我國著名沉積盆地—松遼盆地南部，涵蓋吉林省大部分重要城市和地區，區內陸續開展的地熱資源調查表明長嶺凹陷，梨樹凹陷，德惠斷陷均為地熱資源有利地區，表明其具有較好的地熱資源背景。

地球物理方法以其無損、高效、成本低、適用性強等優點，在地熱資源勘查中伴有越來越重的角色。同時由于地熱資源成因復雜、開發深度大、風險程度高及地球物理方法多解性的特點，采用綜合地球物理方法勘查已成為必然選擇和成功利器[2]。本文通過充分收集利用前人成果資料，總結研究區內地熱成礦地質條件，選用重力測量及可控源音頻大地電磁測量兩種地球物理勘查手段，進行綜合解譯大致確定了工作區內熱儲層、蓋層的埋深、厚度以及基底的起伏情況，初步查明了工作區內斷裂構造特征、埋藏深度及其展布規律，圈定了區內成熱有利地段，為地熱鉆孔布設提供了依據。

1 成礦地質條件

研究區大地構造位于柴達木—華北板塊(Ⅲ)，華北陸塊北部陸緣造山帶(Ⅲ-A)，松嫩平原，東南隆起區，即松遼平原盆地南東邊緣[3]。松遼盆地是吉林省地熱異常區，盆地內的壓實、擠壓、沖斷、走滑構造使沉積層褶皺變形顯著，斷裂極為發育。區內構造運動表現較強烈，其中北東走向的松遼東緣斷裂帶，具多期次長時間活動的特點直至現代仍有較頻繁的地震活動，該斷裂為巖石圈斷裂，斷裂切割深度大。斷裂溝通于上地幔，使地殼內部的余熱沿斷裂帶向上傳導，構成了熱源通道。

松遼盆地為海西褶皺基底上發育起來的中新生界大型河湖相沉積盆地。研究區地層發育較齊全，厚度較大。自上而下發育的地層主要有第四系，上白堊統嫩江組、姚家組、青山口組，下白堊統泉頭組，盆地基底主要為古生界呼蘭群變質巖系。區內為大面積的半丘陵或平原區，第四系以下為白堊系碎屑巖沉積層，地層以寬緩的褶皺為主，局部地段裂隙比較發育。白堊系下統泉頭組和青山口組的砂巖、砂礫巖等碎屑巖類為松遼沉降盆地中的主要含水層和熱儲層。熱源為隨深度增加的自然增溫，以及深大斷裂向上傳導的地幔熱源，熱儲蓋層為上覆的白堊系嫩江組、姚家組泥質巖類構成。

2 方法技術

2.1 物性參數特征

根據區域巖石物性參數資料(表1)，可知由于受到壓實作用的影響，地層巖石的密度一般隨埋深的增加而增大，本區地層巖石密度由新到老密度逐漸增大。區內總體呈現三種密度層，即新生界低密度層，中生界中-低密度層，盆地基底古生界變質巖為高密度層。

表1 研究區巖(礦)石標本物性參數統計表

時代不同地層巖石的電阻率在縱向上總體具有高-低-中-高的變化特征，新生界為相對中高阻層，中生界嫩江組、姚家組、青山口組為低阻層，白堊系下統為中阻層，基底呼蘭群變質巖電阻率最高，在區內構成高阻標志層。

2.2 地球物理方法選擇

根據區域構造條件該區熱儲類型大致為層狀-構造型復合型熱儲，選擇采用重力測量及可控源音頻大地電磁測深2種方法開展綜合地球物理探測。首先在研究區開展1∶5萬高精度重力測量，以了解區內地熱成礦地質條件、研究斷裂構造空間展布特征，劃分成熱有利靶區。而后開展可控源音頻大地電磁測深工作，通過其縱向分辨能力的優勢對工區地層結構(熱儲、蓋層)進行垂向劃分[4]，了解各地層的埋深及厚度，查明與地下熱水關系密切的斷裂構造位置、形態及基底構造特征，為地熱鉆孔布設提供依據。

3 物探異常特征及成果解譯

3.1 重力異常特征

研究區處于中生代背斜西翼，布格重力異常總體走向北東，呈南高北低的場態特征，場值變化大局部呈跳躍式變化，南北相差15×10-5m/s2。這種重力場特征宏觀上是基底差異性隆起、凹陷引起的場態變化。區中部表現為寬大的半封閉重力低異常，即形成南窄北寬近北東走向的橢圓形區域，向北延伸至重力低異常區，重力低異常面積可達60 km2。在剩余重力異常圖中，該重力低異常形成兩個局部圈閉重力低異常及中間凸起的低緩重力高異常，表現為典型的盆中隆起(隱山)所引起的重力異常。

在剩余重力異常圖上由西向東呈現重力高、低、高、低、高相間展布，總體反映為一軸向北北東向展布的局部隆起凹陷區。該區屬白堊系碎屑巖沉積層，地層以寬緩的褶皺為主，局部地段裂隙比較發育，在褶皺構造中，背斜青山口組和泉頭組主要為砂巖和砂礫巖，蓄水條件較好。已知的石油鉆孔即位于該局部隆起凹陷區中，為本區尋找地熱資源的重點部位。

圖1 研究區布格重力異常圖

本次以重力成果為基礎，區內共解譯出以北東向、北西為主的構造斷裂7條。其中北東向斷裂一般具有較大延伸構造特征較明顯，北西向斷裂構造一般規模相對較小。研究區推斷中生帶沉積凹陷的生成和發展受北東向斷裂控制，同時受后期北西向斷裂的改造。

依據1∶5萬重力成果，局部基底凹陷區為成熱有利區，可控源音頻大地電磁測深剖面布設于該區，穿過局部重力凹陷—凸起區。

3.2 可控源音頻大地電磁測量

通過測深剖面電阻率反演斷面圖可以看出，斷面內電阻率縱向分層特征明顯，由淺至深部總體表現為6層電性結構。近地表的低阻異常變化大且不連續，受控于地表第四系蓋層介質不均勻因素；白堊系下統嫩江組、姚家組及青山口組表現為連續的薄層低阻異常帶，電阻率幅值為5～40 Ω·m；中深部泉頭組表現為厚層的中高阻異常區，電阻率幅值變化范圍較大在40～160 Ω·m；深部高阻異常區主要集中出現于中部，表現為向上凸起的高阻異常區。

圖2 研究區剩余重力異常圖

圖3 可控源音頻大地電磁測深視電阻率2維反演斷面圖

斷面內淺部電阻率變化范圍較小而中深部電阻率橫向變化范圍較大，總體呈現中段低阻層薄、高阻層厚，東西兩端低阻層逐漸變厚，具有明顯的局部基底隆起的電性特征。沿剖面分別在2500點、4500點、5800點、6800點及8500點附近出現清晰的電阻率橫向梯級帶或突變帶，推斷為斷裂引起。這些斷裂總體切割錯動了泉頭組和青山口組地層，控制了古生代基底隆起。而上覆姚家組及嫩江組連續的低阻電性層無明顯錯動，該區斷裂構造活動止于晚白堊系后期無明顯的較大規模構造活動。

3.3 成熱靶區圈定

通過“源、通、儲、蓋”四要素綜合分析，認定研究區具備良好的地熱地質條件[4]。研究區總體上屬于正常地溫區，熱源主要來自地球內部自然增溫，大氣降水在補給區沿斷裂破碎帶向下滲透到一定深度，不斷吸收圍巖熱量成為熱水。區內北西向與北東向斷裂發育，其中北東向斷裂具有張扭性質，斷裂規模及切割深度大，成為主要的導水、導熱通道，控制著區內地熱資源的分布。區內地熱儲層為白堊系泉頭組砂巖、砂礫巖，沉積凹陷中心處泉頭組地層主要賦存于海拔-600～-2 000 m以深為巨厚的目標含水層，深度中等以下有利成熱。而上覆的姚家組、嫩江組泥質巖類形成了理想的地熱蓋層。綜上研究區中心斷陷盆地是層狀熱儲+構造復合地熱的有利賦存部位。

4 結論

(1)重力測量能夠快速查清研究區內成熱地質環境，了解區內(基底凹陷、沉積凹陷)盆地的分布范圍、構造斷裂分布特征。基于重力、可控源音頻大地電磁測深多元信息綜合解譯，可查清區內基底起伏、熱儲、蓋層的分層及厚度。

(2)通過重力測量平面成果及電磁剖面縱向測深結合區內成熱地質條件分析，認定研究區具備良好的層狀熱儲+構造復合類型地熱地質條件資源潛力。

(3)建議開展地熱異常的查證工作，布設于重力低異常區中的沉積凹陷—基底凹陷過渡地帶，可控源音頻大地電磁測深剖面7300點～7800點處。該處深部存在一規模較大的低阻層，推斷為泉頭組引起，為勘查區尋找地熱的主要目標層位。同時考慮到層狀熱儲+構造復合地熱類型，盡量靠近F4構造上盤，7400點處布設鉆孔，孔深建議為2 000 m。