賀 強

(中國煤炭地質(zhì)總局，北京 100038)

綜合物探技術在承德某小區(qū)地熱資源勘查中的應用

賀 強

(中國煤炭地質(zhì)總局，北京 100038)

承德市北雙橋區(qū)地熱受東西向斷裂構造控制，其深部太古界單塔子群白廟組為本區(qū)的主要熱儲目的層?，F(xiàn)有地質(zhì)資料表明熱儲層深度大于1500m，為此采用可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)圈定，小線框瞬變電磁法驗證的綜合勘探技術。某測線的CSAMT探測結果表明，在樁號200～400m、深度1 500m，視電阻率等值線橫向出現(xiàn)波動，推斷為賦水斷層所致，瞬變電磁多測道曲線在此處的雙峰異常佐證了CSAMT探測成果。依據(jù)綜合勘探解釋成果，在該測線300m處設計孔位，孔深2 200m。鉆探顯示在深度1 772～1 895m處揭露斷層帶，抽水最大流量490m3/h，井底溫度65℃，井口水溫47℃，與本次綜合勘探結果吻合。

地熱資源；可控源音頻大地電磁法；瞬變電磁法

地熱資源是一種清潔環(huán)保的可再生資源，廣泛應用于供暖、旅游、發(fā)電等方面。我國的地熱資源十分豐富，占全球熱能總量的7.9%。隨著對環(huán)境保護問題的日益重視，我國地熱資源開發(fā)進入了高速發(fā)展階段。地球物理勘探方法在地熱資源勘查前期具有重要作用，能夠準確地圈定蓋層、熱儲層和控熱構造等，為后期地熱井施工提供依據(jù)。本文以承德某地熱資源勘查為例介紹物探方法在確定地熱資源探測方面的應用。

1 概況

該項目位于承德市北雙橋區(qū)某小區(qū)。為降低盲目鑿井的風險，計劃在小區(qū)范圍內(nèi)開展物探勘查工作，以查明小區(qū)范圍內(nèi)的地熱地質(zhì)條件。

1.1 區(qū)域地質(zhì)與構造

該區(qū)上部覆蓋層為第四系亞粘土、碎石土；下部為太古界單塔子群白廟組，為主要熱儲目的層，其巖性主要為黑云(或角閃)變粒巖、黑云石榴二長片麻巖、黑云鉀長片麻巖、夾多層磁鐵石英巖。本區(qū)在構造上位于中朝準地臺(Ⅰ2)、華北斷拗燕山臺褶帶(Ⅱ22)、大廟穹斷束(Ⅲ26)，尚義-平泉深斷裂北部，大廟-娘娘廟深斷裂的南部，豐寧-隆化深斷裂的東南部。根據(jù)已有的地質(zhì)資料，工作區(qū)北部和南部各有一條東西向的斷裂構造。

1.2 地球物理特征

根據(jù)以往地質(zhì)資料，本區(qū)主要地層的物性為：第四系巖性多為粘土、砂質(zhì)粘土、碎石土，表層受大氣降水影響，視電阻率值一般小于100Ω·m；侏羅系多為凝灰質(zhì)礫巖、安山巖，其視電阻率值為100～600Ω·m；太古界單塔子群片麻巖的視電阻率普遍大于1 000Ω·m。地層若存在含水構造、巖體破碎、裂隙發(fā)育，則其導含水性增強、電阻率變小，呈現(xiàn)相對低電阻率特征，這是開展地熱地球物理勘探的前提條件。

2 方法選擇

該區(qū)因地熱儲層主要受斷裂構造控制，且埋深較大，因此首先選擇探測深度大、縱橫向分辨能力高、穿透高阻屏蔽能力強的可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)圈定熱儲層位置(斷層位置)，然后再用小線框瞬變電磁法(TEM)進行驗證。

2.1 施工方法

布置CSAMT測線7條，東西向4條，南北向3條，呈近似垂直網(wǎng)狀布設，測線均勻覆蓋全測區(qū)及周邊(其中東西向測線中有兩條外延較長，以控制周邊的有利構造)。測點點距在擬建場地內(nèi)部為15m，外部為50m。

另布置TEM測線4條，網(wǎng)度20m×50m，測線與CSAMT南北向測線方向一致，位置相近，以便于綜合對比分析。

2.2 探測成果

圖1為一東西向L3測線的CSAMT視電阻率斷面圖，該剖面長度為680m，視電阻率在縱向、橫向上變化特征明顯，視電阻率總體呈現(xiàn)低-中-低-高的電性特征，較好反映了地層的傾向和電性特征。結合已知地質(zhì)資料進行分析可以看出：在深度100m以淺，視電阻率值相對較低，小于100Ω·m，推斷為以粘土、砂質(zhì)粘土為主的第四系地層的電性反映；深度100～800m，視電阻率值高低相間，為100～500Ω·m，推斷為侏羅系凝灰質(zhì)礫巖、安山巖的電性反映；在深度800～1 500m，視電阻率呈現(xiàn)相對低阻，結合地資料分析為侏羅系凝灰質(zhì)砂巖、礫巖的電性反映；1 500m以深，視電阻率大于1 000Ω·m，推斷為太古界單塔子群巖層的電性反映。從該線橫向上看，在200～400m、深度1 100以深，視電阻率等值線橫向出現(xiàn)波動、梯度變化較大，說明該位置巖性出現(xiàn)變化，推斷該位置存在斷層。

圖1 L3線CSAMT視電阻率斷面圖 圖2 L5線CSAMT視電阻率斷面圖Figure 1 Line L3 CSAMT sounding apparent resistivity section Figure 2 Line L5 CSAMT sounding apparent resistivity section

圖2為與L3交叉的L5線CSAMT視電阻率斷面圖， 該剖面長度為280m。從該斷面圖橫向上看，在100m～200m的位置(在L3線解釋斷層范圍內(nèi))，視電阻率等值線也出現(xiàn)橫向上的波動，并呈上仰趨勢，推斷為同一斷層位置的響應。

圖3為與L5線平行且相距10m左右的S1線瞬變電磁法多測道剖面圖，由圖可以看出，在CSAMT所反映的異常對應位置出現(xiàn)雙峰異常，驗證了CSAMT的探測成果，說明該位置推斷的斷層位置可靠。

圖3 S1線TEM測線多測道圖Figure 3 Line S1 TEM line multiple channels

該斷裂構造形成了良好的導熱通道，利于地下水的循環(huán)，同時上部1500米左右的蓋層成為較好的保溫層，該位置處于山間丘陵地區(qū)，為地下水補給區(qū)，地下水徑流條件較好，具備較好的補給條件。

綜合分析，該探測位置具備蓋層、熱儲層、導熱、導水等地質(zhì)條件，具備地熱資源的開發(fā)利用的前景，孔位擬選擇在上述CSAMT測線300m位置，孔深約2200m。

2.3 地質(zhì)效果

最終地熱井終孔深度2 195m，鉆探顯示在1 772m～1 895m深度揭露斷層帶，并伴有明顯的鉆井液漏失現(xiàn)象，漏失量達到0.8～2.6m3/h。抽水最大流量49m3/h，井底溫度65℃，井口水溫47℃，地質(zhì)效果非常理想。

3 結論

通過工程實例證明：利用綜合物探方法探測地熱資源具有明顯優(yōu)勢，特別是CSAMT所具有的探測深度大，縱向分辨力強，能穿透高阻屏蔽的特點，充分利用其優(yōu)勢，并對反映的異常選用其他物探方法加以驗證，結合探測區(qū)的水文地質(zhì)資料、地熱成因及分布特征進行綜合分析，就能為地熱資源勘查開發(fā)提供可靠的地球物理依據(jù)。

[1]韋乖強，韋欣，周紹輝. 物探方法在濟寧某地熱井勘查中的應用[J].山東煤炭科技2015(1):173-175.

[2]應勇,何蘭芳,楊輪凱等.綜合物探在J 地區(qū)地熱水勘探中的應用[J].工程地球物理學報,2006,3(4),251-256.

[3]湯振清,孫文潔,強孟東.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]陳樂壽,王光鍔.大地電磁測深法[M].北京:地質(zhì)出版社,1990.

[5]石昆法.可控源音頻大地電磁法理論與應用[M].北京：科學技術出版社，1989.

ApplicationofIntegratedGeophysicalProspectingonGeothermalResourceExplorationinaChengdeResidentialArea

He Qiang

(China National Administration of Coal Geology, Beijing 100038)

The geothermal field in the Beishuangqiao District, Chengde City is controlled by EW faulted structure, its deep part Archeozoic Dantazi Group Baimiao Formation is the main geothermal reservoir prospecting target. Available geological data have shown that the depth of the reservoir is below 1500m. Thus an integrated prospecting of CSAMT sounding (controlled source audio-magnetotelluric sounding) to delineate and small loop TEM (transient electromagnetic method) to verify the reservoir has been used. The prospecting result of a line has shown that between the 200m and 400m locators at depth 1500m, the isoline of apparent resistivity appeared lateral fluctuation, it is inferred the result of water-bearing fault; the double-crest anomaly of TEM multiple channel curves has supported the result from CSAMT sounding. Based on integrated prospecting interpreted results, a borehole has been designed at 300m locator of the line with depth 2200m. The drilling has shown that a fault zone revealed between depth 1772～1895m. Pumping test maximum flow is 490m3/h, bottom temperature 65℃, and wellhead water temperature 47℃, accord with integrated prospecting results.

geothermal resource; CSAMT; TEM

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.10.14

1674-1803(2017)10-0081-03

A

賀強(1984—)，男，2008年畢業(yè)于河北理工大學環(huán)境科學專業(yè)，現(xiàn)就職于中國煤炭地質(zhì)總局經(jīng)營部市場開發(fā)處。

2017-09-30

責任編輯：孫常長