物探技术在地热井勘探中的实践探析

2020-03-05朱超杰郑建烽

煤矿现代化 2020年2期

关键词：断面图测线标高

朱超杰，郑建烽

（1.河南省煤田地质局物探测量队，河南郑州450009；2.河南省地质物探工程技术研究中心，河南郑州450009）

1 工程概况

设计勘探区位于吉林省白山市抚松县松江河镇的西北方位，区域面积0.15km2。区内晚古生代、中生代，新生代地层均有不同程度出露，主要出露新生界侏罗纪地层，勘探区所属区域内由新到老的主要地层特征如表1 所示：

2 勘探方法确定

通过对勘探区域的地球物理特征进行分析，确定出该区域新生界玄武岩、侏罗系凝灰岩与岩浆岩的地层表现分别为低阻、中阻和高阻。在地层裂隙带充水、断层破碎带含水区域范围内，由于水体的导电性能，致使该区域的水体与围岩出现了较为明显的电性差异（含水地带在电性上主要表现为低阻异常，一般称之为低阻异常区），这是利用用电磁法进行水文地质探测的基本前提，基于这一特点，本文拟通过音频大地电磁法（CSAMT）结合直流电测深法对设计勘探区域进行探测与分析。

2.1 直流电测深

直流电测深法简称电测深，又名电阻率垂向测深，是一种常规的直流电法。电测深以岩矿石的导电性差异为基础，用以分析电性不同的岩层沿垂向分布情况，通过在同一点上逐次扩大电极距，使探测深度逐渐加大，从而得到观测点处电阻率沿垂直方向由浅到深的变化情况[1]。工程实践活动中，主要用于探测水平或倾角不超过200产状的不同电性层的分布，诸如地层断裂带，含水破碎带等。

表1 地层特征表

2.2 可控源音频大地电磁法

可控源音频大地电磁法简称CSAMT 法，具有如下特点：

1）工作效率高。CSAMT 测量装置利用一个偶极发射，可以完成在4 个大扇形区域内的观测、测量作业；

2）勘探深度范围大。通过工程实践数据显示，CSAMT 法的最小勘探深度在20m 左右，最大勘探深度高达3km 左右；

3）地形影响小。CSAMT 法对观测数据作归一化处理，易于校正，大大地降低了地形对试验结果的影响性；

4）高阻层的屏蔽作用小。由于CSAMT 法使用的是交变电磁场，因而它可以穿过高阻层甚至是高阻薄层[3]，较之直流电测深，CSAMT 法能更好地反映高阻层下的地质体的情况。

3 工程实践

3.1 测线布置

在试验勘探区域分别进行CASMT 测线、瞬变电磁电法测线以及地质雷达测线的布置，各勘探方法的测网布置参数如下：

CASMT 测线：在试验勘探区共布置10 条测线，编号为CSAMT1～CSAMT10，沿地震测线的水平、垂直方向分别布置一条测线，测线长度分别为2400m、1400m，测线编号为CSAMT8、CSAMT10，在CSAMT8测线北边布置1 条长度为900m 平行测线，测线编号为CSAMT9，沿CSAMT8 测线南边布置7 条长度为900m 的平行测线，测线编号为CSAMT1 ～CSAMT7，各测线的间距与点距均为50m，共计布置CASMT 测点230 个。

CSAMT 测量野外装置布设示意图如图1 所示。

图1 CSAMT 测量野外装置示意图

瞬变电磁电法测线：在试验勘探区共布置9 条瞬变电磁电法测线，分别与编号为CSAMT1 ～CSAMT9 测线重合，各测线长度均为900m，线距与点距分别为50m、25m，共计布置测点333 个。

地质雷达测线：在试验勘探区共布置9 条地质雷达测线，各测线与瞬变电磁电法测线的布置完全相同，各测线的长度、线距分别为900m 和50m，共计布置测线长度为8100m。

3.2 施工参数

通过在试验勘探区进行可控源音频大地电磁法的初步试验，确定出较为合适的施工参数如下：

频段：7680～1Hz

电极距：20m

发射电流：16A

收发距：12km

通过加密频点对勘探区域进行测量，共计测量加密的频点40 个，各加密频点的频率分别为：7680，6400，5120，3840，3072，2560，1920，1536，128 0，1024，853.3333，640，512，426.67，341.33，256，21 3.33，170.67，128，106.67，85.33，64，53.33，42.67，3 2，26.67，21.33，16，13.33，10.67，8，6.67，5.33，4，3.3 3，2.67，2，1.67，1.33，1

3.3 放样成果

本次勘探的勘探工程量见表2。

表2 勘探工程量

本次勘探共对201 个CSAMT 测点、5 个直流电测探点进行测量放样，对两种探测方式进行测点评级，得到的测点评定等级见表3。

表3 测点评定等级表

4 数据整理与分析

4.1 数据处理

4.1.1 资料预处理

由于勘探环境的复杂性与观测的误差性，个别频点的数据会出现非正常的跳跃，特别是处在高压线区域范围内的测点，由于磁场的影响，在频率为50Hz 的区域附近，出现了较为频繁的数据波动，在绘制原始视电阻率曲线时，为保证数据的可靠性，需根据相邻测点大地电磁测深曲线的特征对曲线作圆滑处理，舍掉畸变的频点，保留高质量的频点数据[4]。

4.1.2 反演成图

为保证反演拟合粗糙度的最小化，实现数据的精确化处理，本次勘探作业选用MtSoft2D 反演软件对区域获取的地质数据进行反演，反演最终经计算作出Bostick 反演、Occam 反演、非线性共轭梯度等视电阻率反演断面图[5]。模型的初始模型为平滑模型，该模型能够较好地拟合观测数据，合理地反映地质体及构造的地电特征。

4.2 数据分析

对获取的勘探数据进行反演处理，绘制出的局部测线CSAMT 视电阻率断面如图2 所示。

图2 CSAMT 视电阻率断面图

图2 所示的CSAMT 视电阻率断面图中，横、纵坐标分别代表测点号与标高，单位为千米，图中通过红色～黄色～青色～蓝色的过渡代表视电阻率值由高到低的变化过程。结合区域地质构造情况，把视电阻率值在0～300Ω·m 之间、浅部标高在+100m 以上的区域解释为对新生界玄武岩的反映；把视电阻率值在300～1000Ω·m 之间、中部标高在+100～-900m 之间的区域解释为对侏罗系凝灰岩的反映。把视电阻率值大于1000Ω·m、深部标高在-900m 以下的区域解释为对花岗岩的反映。

图2（a）为1200 测线视电阻率断面图，该测线布置在测区主楼北10m 左右，近东西向布置。从视电阻率断面图看，1200 测线的横向电阻率值相对连续，纵向电阻率值呈现由低到高的变化趋势。

图2（b）为1160 测线视电阻率断面图，该测线布置在测区主楼南侧。从视电阻率断面图看，1200测线的横向电阻率值相对连续，纵向电阻率的表示颜色由浅至深，电阻率值呈现由低到高的变化趋势，在该测线大点号位置附近断面图的等值线上出现了扭曲凹陷的低阻异常，可解释为对相对富水的反映。

根据CSAMT 的视电阻率断面图，抽取标高为-600m、-1000m、-1200m 电阻率值，绘制出各标高视电阻率等深切片图如图3 所示。

图3 视电阻率等深切片图

图3 在所示的视电阻率等深切片图中，横、纵坐标分别代表点号与线号，图中通过蓝色～黄色～红色的过渡表示视电阻率值由低到高的变化过程，通过视电阻率等深切片图中可以看出，-600m 标高的低阻区域出现在1280 线小号点和1000 线大号点位置。在-1000 标高、-1200m 标高的平面图中存在一条北西向的高阻条带，低阻区域分布在高阻条带两侧。

4.3 勘探成果

通过对本次勘探成果进行分析，侏罗系上部凝灰岩厚度近千米，伴有砂页岩互层，相当于地热成矿地质条件中的盖层，侏罗系底部为厚层状砂砾石层，相当于地热成矿地质条件中的含水层，侏罗系下部与岩浆岩接触，温度较高，相当于热源，在该地层中，基本具备了盖、储、通、源四个条件，因此，带区域可构成层带状热储。

设计勘探区的地温梯度按2.5℃/100m 计算，恒温带温度一般为14℃，恒温带深度一般为30m，由此计算：1600m 深井的地热温度大约在54℃左右。在标高为-1000 和-1200m 的视电阻率等深切片图上，将高阻条带解释为一条北西向断裂构造，通过实践打井，在构造东边打设的两口地井出现了地热，在构造西边打设的两口地井没有出现地热。结合这个特点，建议地热井位打设的位置为1280 线1100 点和1120 线大号点两个位置。综合各测线视电阻率断面图，解释新生界厚度在600m 左右，侏罗系厚度在1000m 左右，底部为岩浆岩，预计井深1600m。