地热勘查方法在乌兰哈达地区的应用探讨

李进安，葛晓东，于春莉

(内蒙古自治区第三地质矿产勘查开发院，呼和浩特 010050)

0 引言

地热作为一种绿色可再生能源，在世界能源构成中占据了重要地位。2017年国家发展改革委印发《地热能开发利用“十三五”规划》，目前正在设计的深部探测计划把地热放在了重要位置。地热资源能够改善人民生活质量，提高绿色环境效益，已被广泛应用于发电、旅游、供暖、医疗、农业等许多领域，是太阳能、核能、石油、煤炭等以外的另一种清洁能源[1]，对减少燃煤等能源消耗，优化能源结构，保护生态环境具有重要的现实意义。地热资源勘查开发利用已在北京、天津等城市获得较高的经济效益、环境效益和社会效益[2- 3]，同时也带动了内蒙古地区地热勘查的热潮。

乌兰哈达地区是内蒙古高原南部迄今发现的唯一全新世有火山喷发的地区，这使得该地区具有极高的科学研究、考察及旅游观光价值。同时，地热资源勘查与开发显得尤为重要，当地政府十分重视，并已对火山地质遗迹保护与地热资源开发进行了科学合理的规划。

地热一般分为热对流型和热传导型两种，我国地热多属于中低温传导型地热[4- 6]。在地热勘查中，常用的勘查方法有多种，包括遥感测量、化探测量、地面测与调查、重力测量、航空磁法测量、电磁法测量、钻探等。本文对地面地质测绘和可控源音频大地电磁测深法在乌兰哈达地区地热资源勘查中的应用效果进行分析讨论。

1 勘查区概况

1.1 地理位置

乌兰哈达地区位于内蒙古乌兰察布市察哈尔右翼后旗中部，北距白音查干镇约20km，乌兰哈达有集宁—二连浩特的铁路，二连浩特—广州的G55高速公路及国道208线经过，至周围各旗县也分别有公路相连，交通便利。

1.2 地形地貌

乌兰哈达地处内蒙古高原腹地，为低山丘陵与沟谷洼地相间，地形起伏较大，总体趋势是东高西低。该区地貌类型可划分为3种成因类型，5种形态类型，详见表1。

表1 地貌类型划分表

1.3 地质构造概况

乌兰哈达地区古生代地层区划属于华北地层大区，阴山地层分区；中、新生代地层区划属于大兴安岭—燕山地层分区，阴山地层小区。

据现有地质及钻孔资料，乌兰哈达地区地表广泛分布第四系粉砂及黏土层，厚度达几十米。深部地层由新到老为新近系宝格达乌拉组(N2b)厚度约300 m，岩性为红色泥岩；汉诺坝组(N1h)厚度约200 m，岩性为灰黑色玄武岩；蓟县系比鲁特组(Jxb)厚度约2150 m，石英砂岩、石英岩及变砾岩；太古界灰白色大理岩和石英岩。

乌兰哈达地区岩浆活动强烈且频繁，勘查区内有华力西晚期、燕山早期侵入的岩浆岩，喜山期也有强烈的火山岩喷发。华力西晚期侵入岩大面积分布在乌兰哈达南北两侧地区，岩性为灰白色花岗闪长岩(γδ4)和钾长花岗岩(γ4)。燕山早期侵入岩为肉红色钾长花岗岩(γ5)，主要分布于乌兰哈达北部，喜山期火山岩分布在乌兰哈达南部。

该地区断裂构造较发育，主要分布有康保复背斜、吉棍塔拉—当郎忽洞盆地、土牧尔台褶断带等构造如图1所示。同时，该地区存在F1断裂带呈北西向展布，倾向北东，宽度400～1500 m，该断裂被新生界覆盖，为推测断裂带。受本区域构造影响，尤其F1断裂带的存在为本勘查区地壳深部热源上导提供主要通道。

图1 乌兰哈达地区构造纲要图

1.4 地热地质条件

乌兰哈达勘查区南北两侧地貌为低山丘陵，均有基岩出露，中间地面高程相对较低，为山倾斜平原、河谷洼地、台地地貌。该地区受F1深大断裂带构造控制，虽然下部地层为蓟县系基岩老地层，岩石致密坚硬，但由于断裂构造裂隙的存在使得该地层构成了本地热田主要热储层，属于受断裂构造控制的带状热储。该区域分布新近系宝格达乌拉组红色泥岩地层，泥岩特征表现为孔隙度小且地层热导率低，起到保温隔热作用，为本区域提供很好的盖层条件。该地区地质构造活动频繁，尤其F1深大断裂带的存在，形成了以断裂构造裂隙为主的带状热储型地热田，且垂向构造裂隙较发育，有利于地壳深部热源上导，使地下深部地热流体涌入热储层。

2 地面地热地质测绘

通过地热地质测绘工作，圈定勘查区内地质界线，了解区内基岩出露分布情况。同时，采用测温仪对区内水文地质点进行分层测温，根据分层测温成果数据绘制同标高地温等值线，仍然可以看出乌兰哈达地区西北部的井温高于其他区域1～2℃，与断裂走向一致。

3 可控源音频大地电磁测深及成果解译

本次可控源音频大地电磁法(CSAMT)测深工作以乌兰哈达地区F1深大控制断裂带为重点开展，勘查使用的仪器为V8电法工作站，垂直于F1断裂带布设了6条测深剖面。通过分析可控源解译成果，验证了深大断裂存在的真实性，对勘查区地层的电性特征有了进一步的了解和认识，根据地下各个岩层的电性特征划分了地下各岩层的接触关系。其中L02线深度—电阻率等值线断面如图2和图3所示。

由图2和图3可见，有两处电阻率横向变化梯度带，分别为10号点和74号点处，推断认为是F1断裂带的两侧。在10号点左侧，上部200 m以上表现为低电阻率值，200 m以下电阻率值逐步抬升；在74号点右侧，存在大范围的高电阻率异常，非常接近地表，高值异常区埋深仅100 m左右。分析认为图2剖面所显示的低电阻率异常在浅层深度200 m以上主要由宝格达乌拉组泥岩及汉诺坝组玄武岩引起，其余地段主要由蓟县系比鲁特组的石英砂岩、石英岩及角山变砾岩引起，高电阻率异常是侵入花岗岩体的反映。

综合解译资料进行分析研究，推断地层与电性层有以下对应关系：新生界地层电阻率相对较低，第四系冲洪积地层电阻率30～50 Ωm，宝格都乌拉组泥岩地层电阻率40～80 Ωm，汉诺坝组玄武岩电阻率50～150 Ωm；元古界比鲁特组石英砂岩、石英岩、变粒岩电阻率30～300 Ωm；太古界乌拉山群大理岩、石英岩电阻率500～1300 Ωm；侵入岩电阻率大于1000 Ωm。

图2 L02线深度-电阻率等值线断面图

图3 L02线推断电性层断面图

4 钻探成果

乌兰哈达地热井ZK03井深2006.8 m。根据测井曲线及岩屑录井成果综合对比分析，划分本井实际钻遇地层为：第四系粉砂质黏土层，厚度0～30 m；新近系上新统泥岩及砂砾岩，厚度30～300 m；新近系中新统玄武岩，300～505 m；蓟县系石英砂岩、石英岩、蚀变岩及角闪变粒岩，厚度505～2006.8 m。根据钻遇地层资料与可控源音频大地电磁测深地质解译成果进行比对分析，结论基本一致，验证了可控源音频大地电磁测深地质解译成果的可靠性。该井取水段为480.0～2006.8 m，最大涌水量为1019.28 m3/d，出水温度29 ℃，地热流体pH 7.28，总矿化度为1.72 g/L。

5 结论

(1)本次在综合研究收集的重力、航磁及已有地热地质资料基础上，通过地热地质测绘、可控源音频大地电磁测深等调查方法对乌兰哈达地区进行地热勘查，认为该区域具备地热资源形成的“热源、通道、储层、盖层”等重要条件，具有较好的区域地热地质背景和地热资源勘查前景。

(2)利用可控源音频大地电磁法(CSAMT)进行地热资源勘查，通过钻探验证CSAMT解译成果，推断地层岩性和断裂构造与实际情况相一致，认为该方法在乌兰哈达地区的应用效果较好，对勘查地热田更为有利。

(3)ZK03地热井是目前乌兰哈达地区唯一成功实施的一眼地热探采结合井，是一次提高和突破，证实了该地区以断裂破碎带控制的带状型热储层。该区热储层均为蓟县系老地层，基岩富水性弱，勘查以断裂构造裂隙为主的带状热储地热田富有挑战性，为进一步分析乌兰哈达及其周边地区地热资源的勘查与开发利用提供依据，并奠定了基础。