<iframe allowfullscreen="" class="video_iframe rich_pages" data-cover="http%3A%2F%2Fmmbiz.qpic.cn%2Fmmbiz_jpg%2FZdJ9NIK639yAChTPrWfhNuRJ4zy3l7OJ1HpIGrZso6aJq3lL6Ric9yibLm5TIRrmKtZlML4Y2ia82UKTaHzwHP2XA%2F0%3Fwx_fmt%3Djpeg" data-mpvid="wxv_1759721113468649472" data-ratio="1.7391304347826086" src="http://www.cnmhg.com/e/admin126459646/showimg.php?url=https://mp.weixin.qq.com/mp/readtemplate?t=pages/video_player_tmpl&action=mpvideo&auto=0&vid=wxv_1759721113468649472" data-vidtype="2" data-w="640" frameborder="0" scrolling="no" style="border-radius: 4px;"></iframe>
综合物探方法在滨海县月亮湾地热资源勘查中的应用
王军成
1,2
，赵振国
3
，高士银
1,2
，罗传根
1,2
，李琳
1,2
，徐明钻
1,2
，李勇
4
，袁国境
4
1
江苏省地质勘查技术院
2
中交公路规划设计院有限公司
3
北京中科地垣科技有限公司
4
江苏省航空对地探测与智能感知工程研究中心
第一作者：
王军成
，高级工程师，硕士，主要从事地球物理勘查工作。
月亮湾
研究区位于江苏省盐城市滨海县东部
，
处于下扬子陆块之苏北盆地的滨海隆起，
地表被新生界地层所覆盖，
松散层(第四系Q+新近系N)厚3
15
m。
下伏地层依次为
志留—泥盆系(S-D)海相碎屑岩和奥陶系(O)浅海相碳酸盐岩。
研究区为大地热流值高异常区
（约70mw/m
2
）
（图0
-1
），
地热资源丰富。
据研究，基岩中NE向断裂F
5
为区内控热、控水构造
，为本次勘查的重点。
该断裂被巨厚低阻松散层
覆盖
，
对其探测难度大
，
能否
准确定位，
事关地热勘查项目的成败。
项目组采用
可控源音频大地电磁法
、
广域电磁法
和
微动探测
等3种物探新技术进行了联合勘查
，
想方设法
进行资料
科学处理和计算，
发现了高质量低阻异常
，
经综合推断解释，获得了研究区地热地质模型
，确定了验证异常位置，
随后钻井验证，终孔深度2919m
，
在1217
以下
井段裂隙发育
，
其中1
377m
处取岩心长1
0cm
，为细晶灰岩夹泥岩，裂缝发育，为
含水段
。孔内
共有16层含水段，累积厚度274.30m，
共安装滤水管4层，出水量2171m
3
/d，井口水温51℃
，综合物探成果与地质及地热井资料高度吻合，
物探定位取得圆满成功。
本文研究成果，
可为其它地区地热资源勘查定位
提供参考和借鉴。
地热资源是一种清洁的可再生清洁能源
，其空间分布广泛、稳定性好、效率高，拥有悠久的利用历史，
在国家“碳中和”、“碳达峰”战略实施的背景下
，
地热资源的开发对发展低碳经济起着重要作用
。
作为对环境友好的无损勘探方法，物探技术在深部探测优势明显
，可有效探测深部隐伏断裂构造(地下热水通道和储层)、获取地层及其埋藏深度等重要信息，
为地热井井位选址提供重要依据
，
其在地热资源勘查中有很好的应用前景
，将是今后地热资源勘探的方向和发展趋势。
目前重、磁、电、震、放等方法技术在地热资源勘查中均有使用
，
由于不同方法存在不同的应用范围，
并且物探方法存在多解性，
使用单一方法探测，有一定的局限性和不确定性
，
因此综合物探方法的使用显得尤为重要
。
本文以江苏省滨海县月亮湾地热资源勘查为例
，探讨综合物探技术在地热资源勘查中的应用效果，
可为今后寻找类似地热资源提供借鉴。
研究区
位于盐城市滨海县东部
，
地层隶属于扬子地层区，区内未见基岩出露
，地表被新生界地层所覆盖，
松散层(第四系Q+新近系N)厚度大约为300～500m
。
据钻孔揭露，
研究区内基岩地层由老到新依次
为奥陶系(O)浅海相碳酸盐岩、志留—泥盆系(S-D)海相碎屑岩
、石炭—二叠系(C-P)浅海相碳酸盐岩及碎屑岩夹含煤碎屑岩
以及白垩系(K)、古近系(E)陆相碎屑岩
(图1)。
图1
研究区基岩区域地质构造
研究区处于下扬子陆块之苏北盆地的滨海隆起
，
大致以F
5
(八滩—小街断裂)断裂为界线，
褶皱A3(八滩南—大淤尖背斜)及A2(滨淮倒转向斜)分别位于F
5
的南北两侧(图1)
。
F
5
断裂是本次勘查的重点，
它破坏了褶皱A2与A3的完整性，其走向约60°，倾向SE，倾角约50°～60°，长约34km，
控制了奥陶系(O)与志留系(S)的界线，
南侧大多被古近系(E)所覆盖
。
研究区岩石圈厚度约80～100km，
居里面(560℃)深度约25～30km
，
大地热流值约70mw/m
2
，
地温梯度低于27℃/km。按当地2.7℃/100m的地温梯度计算，排除其他活动的影响，
理论上本区含水层埋深1000m时，地热水温可达约42℃
；埋深2000m时，可达约69℃。
区内断裂构造非常发育，其中NE向断裂F
5
为研究区内控热、控水构造
。
研究区深部为奥陶系灰岩地层
，
在断裂构造作用下形成的裂隙是良好的含水热储层
，
其断裂构造裂隙层是本研究区地热水资源勘查的最佳目标层位。
地热盖层主要有第四系、新近系盐城组上段
，厚度为240～380m，
以黏土与砂层间互沉积
；
其中黏性土隔水性强，热导率相对较低，保温性良好
。基于以上分析，
研究区在“源、通、储、盖”这4个方面
都基本具备了形成地下热水的地热地质条件
。
收集区域电阻率、波速参数综合统计于表1
，从统计结果可看出地层岩石
电阻率特征：
新生界为低阻，上古生界碎屑岩为低阻
、
碳酸盐岩为高阻
；
地层电阻率从上而下表现为低—中低—高—中低—高
，当地层破碎时电阻率明显降低。
波速特征：
基岩与上覆地层波速差异明显
，由浅至深波速逐渐增大；
当断裂引起基岩错动或明显破碎时，将出现地层的错动或缺失，波速明显减弱
。
上述物性特征为本次采用电磁法、微动
勘查地层结构和断裂构造，进而推断地热资源
提供了良好的地球物理物性差异前提条件
。
表1
地层岩石电阻率参数统计
由于可控源音频大地电磁法
(CSAMT)施工效率高，成本低，适合大面积施工
，
广域电磁法(WFEM)有效探测深度大，分辨率高
，
而微动施工效率低，成本高，故本次研究工作以CSAMT勘查为主
，
WFEM及微动探测复核及评价
。
布置3条平行测线均垂直于断裂构造F
5
(图2)。
根据CSAMT法成果初步确定地热井井位
，并在井位附近(L2线上)
分别开展WFEM法和微动探测工作
，
以进一步确定地热井井位
。
图2 测线位置
CSAMT法采用赤道偶极装置
观测与场源正交的磁场水平分量
H
y
及与场源平行的电场水平分量
E
x
，计算卡尼亚视电阻率
ρ
s
[7]
。其计算公式为：
本次CSAMT法采用加拿大产V8电法系统
，发射偶极
AB
长1.75km，平行于测线布设，
AB
到测线的距离在8～10km范围内
。本次采集频率选择0.125～9600Hz，发射的最大电流达到18A，接收点距50m，其野外工作方法如图3所示。
图3 CSAMT/ WFEM 法工作示意
本次数据处理
引入了AMT资料对近场和过渡场曲线
进行辅助校正和反演约束，
尽可能地还原近场和过渡场数据的真实性。
图4是本次L2测线上
某点通过上述方法校正前后的对比
，由图可以看出：该点原始视电阻率曲线在20Hz以下发生严重的畸变，
经全频域视电阻率校正过后的CSAMT曲线
，虽然在一定程度上对过渡区和近区数据进行了校正，但仍然存在校正不足的问题；
结合该点的AMT视电阻率曲线
，
对校正后的视电阻率曲线再次进行校正
，
过渡区的曲线形态得到了更好的校正
。
图4
校正前后曲线对比
对CSAMT数据
进行近区和过渡区
校正后的视电阻率曲线基本等同于AMT测量结果
，
可利用较为完善的AMT的处理方法
对校正后的CSAMT数据进行反演处理。
图5a是未经近场校正的CSAMT反演断面
，
在勘探深度约900m之后形成一个高阻的基底，
这显然是近场数据畸变造成的数据失真，
同时也掩盖了深部地层和构造信息，浅部是远区的数据
，对地层和构造的反应还是真实可信的。
图5
L2线校正前后对比
图5b是用实测的卡尼亚视电阻率
直接计算全频域的视电阻率法
校正过的数据反演的断面，
与图5a相比，
其反映的高阻基底深度相对增加，被高阻基底掩盖的构造形态也初步显现了出来
，
地层界线也更加明显，
但反映的地层深度还是有所偏差。
图5c则是结合AMT视电阻率曲线，
对校正后的视电阻率曲线再次进行校正后的数据反演断面。
经上述方法校正后剖面整体受到近场效应的影响
得到较大改善，深部地质信息更加清晰
，保证了勘探深度，
而且其成果与后期钻探所掌握的地层深度高度一致
。
WFEM法是相对于传统的CSAMT及MELOS法的基础上提出的
，
采用更大功率的人工源发射电流
，只观测电场分量，
使用适合于全域的公式来计算广域视电阻率
，以达到探测不同埋深地质目标体的
频率域电磁测深方法
。
本次WFEM法采用
继善高科研发的广域电磁系统，
AB
偶极布设长度1.2km左右，收发距大于12km，
接收测线信号均落在
AB
电极中间张角60°范围内，
接收点距50m，与CSAMT工作同点位
，采集频率选择为0.0117～8192Hz，
发射电流最大146A，
WFEM法的野外工作方式与CSAMT法类似(图3)。
研究区内的道路、工地、电线
等影响了电场采集信号
，致使电场有一定的畸变，
采取加权正演去噪处理(图6)，曲线明显变得光滑
。
图6
去噪处理
—去噪前；b—去噪后
研究区
近地表局部导电性存在不均匀，
从而引起了静态位移，
需进行静态校正
。图7可以看出，通过静态校正处理后，数据得到明显改善，
最后用静态校正后的电场计算广域视电阻率
。
图7
静态校正
a—处理前；b—处理后
WFEM法带源反演采用的
是GMES_3DI重磁电震三维反演成像解释一体化系统，
通过调节正则化参数来达到控制反演结果光滑程度和分辨率的目的
，
通常
光滑模型反演算法
是通过使模型粗糙度最小
来达到压制干扰的目的
。
微动探测
通过圆形台阵获取微弱振动信号中面波(瑞雷波)的频散曲线
，求取台阵下方S波的速度特征，进而推测地层、结构特征。
本次微动探测采用美国A-tom单站式地震仪。
观测时采用的是0.1Hz检波器进行接收，
每个测点周围均布设了13个采集器，
以四重圆台阵观测系统进行采集，
其半径分别为375、750、1125、1500m，共计布置了6个测点(图8)。
图8
四重圆台阵观测示意
本次微动探测
采用规则的四重圆台阵观测
，
采用空间自相关法(SPAC)提取微动信号中的瑞雷波频散曲线
。图9是DK01点频散曲线，
其低频在0.3～0.5Hz左右，频散曲线整体光滑
，质量较好。
图9
DK01点频散曲线
微动探测是在计算出频散曲线的基础上，
求取台阵中心点下方的视横波波速结构，
由多个台阵测点的视横波速度进行插值，
获得视横波波速剖面。
经对近场和过渡场曲线进行辅助校正和反演约束后
，3条CSAMT成果如图10所示，
由图可以看出剖面清晰地反映出了
3000m深度范围内的地层、构造特征。
图10
CSAMT法综合解释剖面
结合研究区地质、物性资料，
将反演电阻率断面图上反映出的3000m范围内的地层大致分为3个大的电性层
：
第一层厚度约为300m，具低阻特征
，
推测是第四系和新近系(Q+N)
松散层的反映；
第二层厚度约为900m，呈中低阻特征
，
推测是志留系(S)海相碎屑岩地层的反映；
第三层厚度较大，具高阻特征
，
推测为奥陶系(O)浅海相碳酸盐岩夹海陆交互碎屑岩
地层的反映。
断裂构造推断依据：
电阻率断面图横向上
出现电阻率阶跃状突变或纵向上见陡立的低阻异常一般是判断断裂构造的主要标志
。反演电阻率断面图上存在这些电阻率横向突变带，被推断由断层所致。
从3条CSAMT反演电阻率剖面图看
，均有明显的断裂构造迹象
，并且3条剖面上的断裂构造
在空间位置上对应较好，推断为同一条断裂
，即DF
1
断裂(如图10)。该断裂分别穿过L1线1200m，L2线的1250m以及L3线的1200m附近，
均呈明显的低阻异常反映
。其中，L3线经过宽大的水面及建筑工地，干扰严重且测线无法完全展布，对断裂构造反映尚有欠缺。L1、L3线大号点存在左倾断裂，为干扰引起。
本次广域电磁法工作在L2线1.3～2.9km范围内开展
，其解释剖面如图11所示。
由图可以看出地层呈明显的层状分布
：
第一层深0～0.3km为低阻层
，
是第四系和新近系(Q+N)松散层的反映
；
第二层深0.3～1.2km为中低阻层
，
是志留系(S)海相碎屑岩地层的反映
；
第三层深1.2～3.1km为高阻层，
是奥陶系(O)浅海相碳酸盐岩地层的反映；
由于该方法探测深度相对较深，
可发现3.1km以下位置存在中高阻层
，
推测是寒武系(
)浅海相碳酸盐岩夹碎屑岩
的反映。
图11
L2线WFEM法综合解释剖面
图12是微动横波速度解释断面
，其波速仅反映地层相对速度。结合研究区地质资料，
由图可以看出微动剖面范围内速度呈现明显的层状反映
，
第一层速度小于470m/s，层厚约300m
，
推测是第四系和新近系(Q+N)松散层的反映
；
第二层速度470～1050m/s，层厚800m左右
，
推测是志留系(S)海相碎屑岩地层的反映；
第三层速度大于1050m/s，
推测为奥陶系(O)浅海相碳酸盐岩地层的反映
。
在建议的DR01孔深部附近
，
速度呈现明显的低速
，
推测可能是岩层发生了破碎，富水性较强的原因所致
。
图12
微动解释断面
由CSAMT法推断、WFEM法以及
微动探测辅助评价印证结果表明
，
DF
1
断裂构造与八滩—小街断裂(F
5
)对应，
结合研究区地质资料分析认为，
该断裂构造为该区地热通道，
建议的DR01地热井储水条件较好，
含水层(组)以基岩构造裂隙水和岩溶水为主
；
其上覆300多米的第四系及新近系(Q+N)是相对较好的地热盖层
。
研究区地热水主要由大气降水提供补给
，其次是弱含水层的越流补给及构造破碎带内的垂直补给。
当地下水贮存于构造裂隙以及岩溶裂隙之中时
能够原地静态地接收来自地球深部的热量
(由自然增温形成，而且温度和深度大致呈线性关系)，
同时围岩中的微量元素被不断吸收
。控制性断裂F
5
(八滩—小街断裂)为NE向的张性断裂，
而且F
5
处于断裂的开启状态
，对地下热水的运移和储存都十分有利。
总结出的研究区地热模型如图13所示。
图13 研究区预测地热模型概念
地热源：
总体属于地温正常场区，
地热主要是通过自然增温形成，以水流体的形式表现
；储水层埋藏越深，温度通常也就越高。按当地2.7℃/100m的地温梯度计算
]
，排除其他活动的影响，
理论上本区含水层埋深1000m时，地热水温可达42℃；
埋深2000m时，可达69℃。
地热通道：
深部热源沿断裂或由岩浆带至浅部；
水源通过断裂或裂隙运移
。
NE向断裂F
5
为研究区内控热、控水构造
。伴随着长期的构造活动，不仅加强了与深部热源之间的沟通，
同时也能使深部含水层的富水性有所增强
。
地热储层：
深部为奥陶系灰岩地层，
裂隙是良好的含水热储层。
盖层：
本区地热盖层主要有第四系、新近系盐城组上段
，厚度为240～380m，以黏土与砂层间互沉积；其中黏性土隔水性强，热导率相对较低，保温性良好。
综合CSAMT法、WFEM法及微动探测结果
所划分的地层和推测的断裂构造基本一致
，
成果相互印证
，
达到了WFEM法和微动探测对CSAMT法进一步评价、印证的效果
，
建议的钻孔更加可靠
。经DR01钻探验证，
在1217～2919m井段断裂裂隙发育，
可作为地热井主要含水段的
裂隙带共有16层
，累积厚度274.30m。
该井井口水温51℃，日出水量达2000m
3
以上
，终孔深度2919m
，遇钻情况如表2。
图14为CSAMT法L2线综合解释剖面
与地热井成井柱状图的验证对比
，由图可知，
物探成果与地热井资料吻合较好，
推断的地层厚度及含水破碎带位置与钻孔资料高度一致。
表2
DR01地热井遇钻情况统计
图14
CSAMT法综合解释剖面与钻孔验证对比
本次地热流体中
阳离子以Na
+
离子为主，阴离子以Cl
-
离子为主
，
地热流体的水化学类型为Cl-Na型水。
该地热水矿化度为3388mg/L，
按矿化度分类属咸水
；pH值7.5，
按酸碱度分类属碱性水
；热水中所含钙、镁离子的毫摩尔当量为11.41mmol/L，
按地下水硬度分类为极硬水
；该井出水水温达51℃，按地热资源温度分级
为低温地热资源中的
温热水
，
可用于理疗、洗浴、采暖、温室、养殖等
。
1)CSAMT法在资料处理过程中
引入了AMT资料对近场和过渡场曲线
进行辅助校正和反演约束的处理手段，
提高了成果对深部构造和地层的反映能力，
使反演推断结果更加准确。
2)WFEM法有效探测深度明显比CSAMT法要深
，虽然本次CSAMT通过数据处理，
其解释成果资料达到了3000m
，但是其深部可靠性要低于WFEM法。
3)通过以CSAMT法为主、
WFEM法及微动探测为辅的综合物探方法
，获取了研究区深部电性、速度特征和模型特征
。分析认为：研究区在“源、通、储、盖”这4个方面
都基本具备了形成地下热水的地热地质条件
，NE向断裂F
5
(八滩—小街断裂)及其周围
较发育的裂隙为本区的储水构造和热源通道
，保温盖层为区内相对较厚的松散沉积层，
为裂隙型带状热储类型
。
4)优选了地热井1处，并成功出水
。其揭示的含水破碎带位置、地层层位
与综合物探成果推断高度吻合
，
证实了综合物探方法技术的有效性，
也表明了WFEM法
在有效压制干扰的同时
还能保证勘探深度，优势明显
，可作为地热资源勘查的首选方法。
原文来源：
王军成，赵振国，高士银，等.综合物探方法在滨海县月亮湾地热资源勘查中的应用[J].物探与化探，2023，47(2)：321-330.https：//2968.cglhub.com/10.11720/wtyht.2023.1205
导读评论和排版整理等
：
《覆盖区找矿》公众号.
正版图书，正规发票，单位采购有优惠，可添加下列客服详谈！
