大地电场岩性探测在贵州地热勘探中的应用

宋小庆，彭钦

(1.贵州省地质矿产勘查开发局111地质大队，贵州 贵阳550008;2.贵州地质工程勘察设计研究院，贵州贵阳550008)

大地电场岩性探测技术(CYT)是20世纪80年代发展起来的一项非地震地球物理勘探技术，该技术起源于美国国际地球物理公司(GI)［1］。我国在上世纪90年代开始将该方法用于石油勘探、地下水资源的评价。由于仪器轻便、施工灵活、成本低廉及成果直观［2］，大地电场岩性探测已越来越受到地质勘探界的青睐。

贵州地热水资源较为丰富，但随着社会经济的发展，人们对地热水资源的需求越来越大，地热的勘探也已从地形较好的城市规划区转移至山区，地质、地形条件越来越复杂，物探方法的应用越来越受到限制，增加了地热钻探的风险。为有效的降低勘探风险，近年来，作为新引进的物探方法，大地电场岩性探测被广泛应用于贵州地热的勘探，在与其他物探方法相互验证的基础之上，大地电场岩性探测已在多个地热井勘探中成功应用。本文结合勘探实例，评价了该方法的应用效果。

1 大地电场岩性探测原理

大地电场岩性探测技术(CYT)是通过接收日-地空间中的电磁波在地下不同深度介质界面所产生的低频反射电磁场信息，来判断与识别地下介质界面的一种方法［3］。

图1 N层水平介质示意图

首先假设地层为水平二层均匀介质，则介质分界面产生的反幅射脉冲电磁场(Hn、En)的频率与上覆地层岩性的电阻率(ρ)和岩性分界的埋深(即第一层的厚度)有关。由于大地对电磁的传播同样具有低频“窗口”特性(图1)。新产生的低频脉冲电磁场(Hn或En)在“窗口”范围内传播时几乎无衰减。白瑞(Burrell)曾推出低频电磁波在均匀水平二层介质中传播是低频窗口截至频率的计算公式:

式中:k=9.4×105;ρ为电阻率(Ω·m);H为深度(m);fc为频率(HZ)。

从式中可知，截止频率fe与h2成反比，即随着深度的增大频率将明显降低，也就是说深部地层岩性分界面脉冲电磁波的频率很低，而截止频率与电阻率成正比。也就是地下岩性表现为高阻层时，其截止频率将升高。

假设地层深度为:h=2 000 m;电阻率增量dρ=0.1 Ω·m、dfc=kdρ/h2=0.023 5 HZ。由此可知，只要能分辨出微小的频率变化，就能识别出电阻率发生微量变化的深部地层。

2 应用实例

2.1 贵州沿河区域地热地质条件

沿河地处扬子地台黔北台隆遵义断拱凤冈北北东向构造变形区北东部，以北北东向及北东向多字形或雁列式构造为主构成基本格架，断裂及次级褶皱非常发育，主要褶皱有沿河背斜，断裂有钟南枢纽断层、沿河枢纽断层及淇滩断层。出露地层有寒武系(∈)、奥陶系(O)、志留系(S)、二叠系(P)及第四系(Q)，其中寒武系及奥陶系下统碳酸盐岩是区内主要的热储含水层。根据区域地质条件分析，沿河远离板块边缘，缺少岩浆侵入活动和火山迹象，区域地温梯度在2.5℃ /100 m 左右，热流值在 50～60 mW/m2［4］，属于低地温梯度的板内地热系统，地热勘查为层状-带状复合型(Ⅱ3)［5］。

2.2 热储层预测

沿河和平镇地热ZK1井所处区域地质构造复杂，地热资源勘查主要存在地热井出水量的风险。因此，准确预测钻井的出水段是地热勘查的重点之一。大地电场岩性探测技术在地热勘查评价中对热储含水性的识别能力相对较强［6］，所以在开展沿河和平镇地热钻探前，采用杭州华维岩性探测仪研究所生产的CYT型大地电场岩性探测仪进行了预测性勘探，数据采集深度为3 000 m，精度为2 m。

通过探测，ZK1井预测地热水出水段7个(图2～图3)。由此，在综合地热地质条件以及其他地球物理勘探资料的基础上，沿河和平镇ZK1地热井设计深度1 080 m，拟开采井段为790～1 080 m。

2.3 大地电场岩性探测成果验证

2014年，贵州省地矿局111地质大队成功实施了沿河和平镇ZK1地热井。该钻井最终深度1 051.6 m，开孔地层为奥陶系下统大湾组碎屑岩，终孔地层为寒武系中上统娄山关群白云岩。在井深879.0～890.0 m处遇沿河断层，该段为ZK1井主要出水段。通过降压试验，在压力下降0.21 MPa的情况下，钻孔涌水量1 840 m3/d，井口水温44.2℃。地热水的水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Mg，水中偏硅酸达到医疗热矿水水质标准。

图2 ZK1地热井830～890 m井段测井曲线与大地电场岩性探测曲线对比图

图3 ZK1地热井1000～1050 m井段测井曲线与大地电场岩性探测曲线对比图

通过地球物理测井资料和钻探编录综合对比，大地电场岩性探测解译的热储层均对应有实际存在的热储层(图1～图2)。从表1统计可以看出，大地电场岩性探测划分的热储层埋藏深度较为准确，这有效的降低了地热资源勘查中的风险。但是该技术解译的含水层厚度较实际小，这主要是ZK1处于城市建设区，受到的电磁干扰较为强烈所致。

表1 大地电场岩性探测解译与实际热储层对比

3 结语

大地电场岩性探测技术作为一种直接判断深部热储含水性的新方法，可解决其他地球物理方法无法解决的深部热储含水性问题，有效的降低地热水勘探的风险。随着我国地热资源的不断开发，大地电场岩性探测方法将发挥越来越大的作用，特别是在断裂控热的地热区，更是目前其他预测方法所不能比拟的。

［1］诸强，布志虹.大地电场岩性探测在油气勘探开发中的应用［J］.断块油气田，1996，3(6):15-19.

［2］寇玉亭，李延芝.CYT-Ⅲ型大地电场岩性探测仪在中原油田的应用［J］.录井技术通讯，1994，1(2):24-29.

［3］柯柏林，丁连靖，冉伟彦，等.大地电场岩性探测技术在北京地热勘探中的应用［J］.城市地质，2007，2(1):42-46.

［4］袁玉松，马永生，胡圣标，等.中国南方现今地热特征［J］.地球物理学报，2006，49(4):1118-1126.

［5］GB/T 11615-2010地热资源地质勘查规范［S］.北京:中国标准出版社，2010.