大地电磁法在沈阳某区地热资源勘查中的应用

王茜

（天津市地球物理勘探中心 天津 300170）

1 引言

地热资源是一种绿色清洁能源，特别是发达国家在对地热能的利用方面已经获得了较好的经济收益。在全球能源危机的今天，世界各国均将目光集中在这种绿色环保、储量巨大的地球内部资源上。二十世纪中期以来，发达国家如日本、新西兰等国，均投入了巨大的资金进行相应的研究和勘查开发工作，也取得了令人瞩目的成就。基于地热能源的可再生性和环保性，对其开发对我国非常重要。沈阳某区地热显示区地理条件优越，交通便利，经济发达，隶属城区，具有巨大的地热勘查开发价值。

2 大地电磁法概述

大地电磁测深法(MagetotelluricSounding)简称MT，是地球物理学中地球电磁感应学分支学科中的一种,从导电性的角度研究地壳和上地幔结构,是进行地热调查、地球深部探测的有效手段。在20世纪50年代初由前苏联学者季洪诺夫和法国学者卡尼尔分别独立提出来，它是利用天然交变电磁场作为场源来研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法。根据电磁感应的趋肤效应原理：电磁波在地球介质中传播时，高频成分衰减快，穿透深度小，低频成分衰减慢，穿透深度大，因此不同频率的电磁波携带有地球介质不同深度上的电性信息，通过改变频率来达到测深的目的。

3 应用实例

3.1 地质及地球物理概况

3.1.1 地质概况

工区位于道义盆地的边部，在大民屯盆地东侧，隶属于辽河断陷的一部分，东临辽东隆起，西接燕山-辽西褶皱带，北达内蒙地轴，南部倾入辽东湾。整体可划分为6个构造带，自西向东依次为西部凸起、西部凹陷、中央凸起、东部凹陷、东部凸起和大民屯凹陷。本区在鞍山运动和吕梁运动之后形成了东西向的隆起和坳陷，奠定了基底构造雏形，后经加里东运动和海西运动的抬升剥蚀，但构造格局并未改变。中生代以来，发生了多期构造运动，特别是印支运动和燕山运动使区域近东西向构造线发生逆时针旋转，逐渐变为以北东向为主，初步形成了东西向凹凸相间的基本构造格局。新生代早期经历了以箕状断陷为特征的断陷活动，晚期以区域坳陷活动为主。

3.1.2 地球物理特征

从表1中看出，凹陷区岩性的物性参数存在如下特征：

⑴ 第四系松散层为低密度无磁和低电阻率。

⑵ 第三系杨连屯组含煤、油页岩等岩性属低密度，无磁和低电阻率的层位。

⑶ 中元古界中的白云质大理岩破碎带（含地热水层位），其密度值较大白云质大理岩明显偏低，约为(1.6～2.2)×103kg/m3，其磁化率为0，视电阻率为30～60Ωm，较其围岩白云质大理岩电阻率值低很多，这种物性差异就为MT工作提供了理论依据。

3.1.3 地热资源分布特征

受构造、地温场等因素的控制,工区的热储形态基本上可划分为层状热储和带状热储两种形式：

⑴层状热储分布区属洋河井田范围的地热异常区，地下800m以内地温梯度高达3.16℃/100m,恒温带深度为16m,温度为8.5℃,属一级高温区。

⑵新城子向斜,大桥、望花倾伏背斜为盆地内的断块凸起,有利于地下热水的生成和赋存，地下热水点均属望花背斜构造控制形成的。

3.2 实测大地电磁测量成果

3.2.1 测点布设

本工区共布设4条MT剖面,点距500m,个别重点区域加密到200m，勘探深度3km,。测线为“井”字形布设，方向为南北向两条，东西向两条，测线长度不等。同时在已知井位布设测深点1个，完成井旁测深反演。

表1 工区岩石物性参数统计表

3.2.2 资料解译

（1）电性特征分析

全区主要曲线类型可分为A型和单层曲线。

⑴A型曲线：这类曲线特征是前支视电阻率较低，尾支受下部具一定厚度的高阻层影响，视电阻率随频率的降低而平稳上升。表现的随着深度的加大，电阻率值逐渐升高，深部高阻表现为基底的电性特征。

⑵单层曲线：这种曲线的形态比较简单，由于地下沉积层岩性比较单一，电阻率变化不大。虽然频率从高到低逐渐变化，但测深曲线没有大的起伏，近乎一条直线。它主要出现在相对较短的两条剖面上，表现为的低阻覆盖层厚较度的特征。

（2）解译原则

综合电测深曲线、电阻率断面图以及往地质资料，主要考虑电阻率断面图中背景值、低阻异常的形态、低阻异常值及其梯度值等因素，并结合以往沈北地区地球地球物理特征及本次井旁测深反演结果，对地层岩性、断层及破碎带情况进行。

工作区地球物理特征主要表现如下∶

⑴第四系覆盖层表现为中低阻特征,阻值在30～200Ωm；

⑵第三系中泥岩、砂岩及页岩电阻率值表现为低阻，凝灰岩和玄武岩为中阻反映，阻值范围在20～2000Ωm之间；

⑶蓟县系的白云质大理岩为高阻反映，阻值范围在1500～3800Ωm之间；

⑷岩石破碎或裂隙使电阻率有所下降，在裂隙和岩溶富水发育的情况下会表现出低阻特性，因而高阻基底背景中的低阻异常是富水的表现。

3.2.3 反演结果认识

1号剖面和2号剖面测线长度均为5.9km，两条测线相互平行，测线垂向距离200m左右。大地电磁测深反演电阻率综合断面图可以看出，两剖面电性分层比较明显，基本形态一致。整体电阻率值呈浅部低，深部高的趋势，电阻率值范围在几十欧姆米到几千欧姆米之间。0～100m之间电阻率值表现在中低阻特征，且电阻率分布不均匀，等值线横向连续性较好，推断该层位异常主要为新生界第四系覆盖层反映，由于地层中亚粘土、砾岩及砂砾石的不均匀分布，局部地段电阻率值有所增高。100～2200m之间电阻率表现为中等电阻率反映，等值线整体横向连续性较好，结合已有资料可知，该层位异常为新生界第三系反映，局部地段阻值相对较高，与第三系地层中安山凝灰岩或玄武岩的分布特征有关；在1号测线1-1号、1-13号测点和2号测线2-1号、2-11测点位置等值线呈明显的陡立状，推断为断层反映，断层产状较陡，F1走向近南北，F2走向北东东，断层的上断点埋深较大，约700m左右，为隐伏断层。2200m以下电阻率值相对较高，且层状连续性较好，推断深部高阻异常应为中元古界蓟县系白云质大理岩反映。通过断面图等值线形态可以看出，第三系地层覆盖厚度呈凹陷状，测线两端层厚度达到1300m左右，中段层厚度相对较大，可达到2200m左右，说明1号和2号测线穿过道义凹陷（或凹中凹）北东边部，F2号断裂为控凹断裂。

图11 号剖面大地电磁测深反演综合断面图

图22 号剖面大地电磁测深反演综合断面图

图33 号（左）、4号剖面大地电磁测深反演综合断面图

3号测线和4号测线长度均为2.8km，整体走向近南北，测线间垂距200m左右。从大地电磁测深反演电阻率综合断面图可以看出，两剖面等值线形态基本一致，呈浅部电阻率低，深部电阻率高的简单形态；低阻层从南往北厚度逐渐加大。0～100m埋深电阻率为中低阻放映，高低阻分布不均匀，应为第四系覆盖层反映。100～2100m左右埋深电阻率值在几百欧姆米左右，等值线平缓，横向连续性较好，推断该层位为第三系下伏砂泥岩及页岩等的岩性特征。深部高阻异常形态规则，呈完整块状体推断为深部基底蓟县系白云质灰岩反映。在3号剖面和4号剖面的3-4和4-4号测线位置等值线梯度变化较大，呈陡立状，推断为断层F3反映，断层产状较陡，走向近东西，为盆地内次级发育断裂。

4 结语

⑴工区中部新生代覆盖厚度较大，在3、4号测线中部覆盖层厚度基本可达到2200m左右，两侧覆盖层相对较薄，厚度也可达到1300m左右。

⑵F1、F2为道义盆地内次级断裂发育，F2条断层穿过道义盆地边缘整体走向NEE，为控凹断裂。

⑶3号剖面的3-5号测点位置断裂带异常明显，该断裂从深部向上延伸到第三系是一条新生代活动断裂，有利于沟通深部热源。建议开孔深度不小于2 500m，预期孔深2100m左右的位置穿透第三系覆盖层进入地热存储目标层蓟县系白云质灰岩地层。

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