大地电磁测深在地热勘查中的应用研究

１工作区域概况

工作区位于延安市安塞区沿河湾镇，大地构造位置属于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡。根据收集到的勘察区内的油气井资料，勘查区主要地层有二叠系（Ｐ）、三叠系（Ｔ）、侏罗系（Ｊ）、白垩系（Ｋ）和第四系（Ｑ）。鄂尔多斯盆地含水层系统由多种不同类型的岩石组成，由下而上分别为：寒武系－奥陶系碳酸盐岩类岩溶含水系统、石炭系－侏罗系碎屑岩类岩溶含水层系统、白垩系孔隙－裂隙含水层系统和新生界松散岩类孔隙含水层系统。本次勘查工作以石炭系－侏罗系碎屑岩裂隙地热水为重点。

２工作区地球物理特征

不同地层间的电性差异是进行电磁法勘探的地球物理基础。研究表明，岩石的电性与含水性紧密相关，这就为利用大地电磁测深结果研究地下水提供了地球物理前提。根据近年来在鄂尔多斯盆地开展大地电磁工作所获得的电性资料（表２）可知，石炭－二叠系及更老地层整体呈现高电阻率值特征，电阻率值多在200Ω·ｍ以上；三叠系地层电阻率值在20～110Ω·ｍ，变化范围比较大，含水性越好，电阻率值越低；侏罗系地层电阻率值整体偏低；白垩系地层电阻率值变化范围在30～90Ω·ｍ；第四系地层呈现中低阻特征，电阻率值在10～60Ω·ｍ。总之，本勘查区地层间存在电性差异，具备开展地球物理勘查前提。

工作实例

根据现场实际情况，共设计物探剖面１条，剖面方向北东５６°，剖面长度１．８ｋｍ，共计１５个大地电磁测深（ＭＴ）点，点距１２０ｍ，因地形、住房、公路、河流、密林等因素部分地段无法布点，实际点位有所偏移，在数据处理及成果解释时将实际点位投影到一条线上。

在大地电磁测深中，实测视电阻率曲线能反映出测点地下电性随深度的变化以及附近地下电性结构的不均匀性，对实测曲线类型的分析、比较是原前期定性认识的重要环节，是后期地质解释的重要依据［７－８］。曲线类型可以反映电阻率随深度变化的趋势特征和等效电性层位数量。从图１来看，320～0.01Ｈｚ范围内曲线类型为ＫＨ型，电阻率从浅到深表现为低－高－低－高，呈现四层变换特征，整体上电阻率随着深度的增大而增大。同时ＴＥ与ＴＭ模式首支重合，体现出该剖面测线的电性结构整体稳定，即地层在横向上的展布比较平稳，地质构造较简单，电性层分布情况较明显。在对曲线定性分析的基础上，对测点视电阻率和相位曲线进行了一维ＴＭ［９－１０］模式的反演，大致可以分４层电性结构。

从大地电磁测深二维反演断面图２来看，电阻率等值线在纵向上表现为层状结构，由浅到深电阻率值高、低变化明显，呈现低－高－低－高的分布的层状特征。剖面的视电阻率最小值小于６Ω·ｍ，最大值大于３００Ω·ｍ，整个剖面呈现的是低－高－低－高多层结构。结合钻孔及电性资料，地面以下50ｍ左右为第一层，电阻率10～30Ω·ｍ，局部大于50Ω·ｍ；埋深50～150ｍ之间为第二层，电阻率为50～60Ω·ｍ；埋深150～600ｍ之间为第三层，电阻率为10～60Ω·ｍ；埋深600～2000ｍ之间为第四层，电阻率为２～100Ω·ｍ；埋深1300～3200ｍ之间为第四层，电阻率大于200Ω·ｍ。

依据大地电磁剖面电性层特征，结合钻孔及电性资料将测区地层大致划分为４层，具体分层情况见图３。

第一电性层为第四系（Ｑ），岩性为黄土，河谷部位为河流冲积砂、砾石等，厚度约０～５０ｍ。第二电性层为侏罗系（Ｊ），岩性主要为浅紫色、灰褐色、灰绿色中、细粒砂岩与杂色泥岩，呈不等厚互层，厚度２５０～５００ｍ。侏罗系地层中下部电阻率小于１０Ω·ｍ，推测为侏罗系含水层所引起。第三电性层为三叠系（Ｔ），岩性上部主要为灰绿、黄绿色厚层状细砂岩、粉砂岩与泥岩互层，中部主要为厚层、块状砂砾岩为主夹砂质泥岩、炭质泥岩，下部为中粗粒长石石英砂岩夹细粒砂岩及粉砂岩薄层。厚度1000～1500ｍ，在三叠系地层下部电阻率小于５Ω·ｍ，推测为三叠系含水层所引起，富水性较好，含水层厚度约为２５０ｍ。第四电性层为二叠－石炭系（Ｐ－Ｃ）。

从大地电磁测深反演断面图可以看出在剖面距400ｍ与1450ｍ位置附近电阻率异常下陷出现梯度带，鄂尔多斯盆地安塞县地层为水平状，因此图中出现的梯度带可能为断裂构造引起。推测的两条正断层编号分别为Ｆ１和Ｆ２，其中Ｆ１断距较小，Ｆ２断距约为100ｍ。整体来看，剖面所在位置在构造形态上为一地堑结构。

由区域地形条件看，测区位于延河河谷，地势低缓，大气降水、河水补给较为充沛。根据大地电磁测深及土壤测氡剖面解译成果，同时结合工作区周边钻孔资料可知，测区内有约2000ｍ厚的三叠系－第四系（Ｔ－Ｑ），岩性以砂岩、粗砂岩、砂砾岩、泥岩为主，松散的砂岩、粗砂岩、砂砾岩为自然降水流通提供了条件，泥岩可作为隔水层，这两种岩性及地层结构提供了较好的储水环境。从综合解释图看，推断测区有两层含水层，上层为侏罗系地层含水层，取水深度约为200ｍ；下层为三叠系地层含水层，埋深在1000～1800ｍ左右，可作为取用地下水的主要层位。剖面所在位置在构造形态上为一地堑结构，在地表与沿河湾河谷位置相吻合。推测断裂可提供热源通道，使三叠地层水通过断裂循环流通，增高水温。依据本次物探成果，在测区拟设定钻孔深度1800ｍ，取水段为两层，上层为侏罗系含水层，埋深约为200ｍ，下层为三叠系含水层，埋深约为1500ｍ。

４结语

大地电磁测深勘探深度大，通过二维反演能够清晰地反演地下介质的电性特征，根据物性和地质资料，进而推测各地层的空间展布形态以及富水状态。剖面所在位置在构造形态上为一地堑结构。结合地质、物性等资料，在测区拟定钻孔深度1800ｍ，取水段为两层，上层为侏罗系含水层，埋深约为２００ｍ，下层为三叠系含水层，埋深约为1500ｍ。（本文转自《地下水》，作者：徐 坤，常钰斌 ）