可控源音频大地电磁测深法在西藏羊八井地热田勘查中的应用效果

黄力军

(中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所，河北 廊坊 065000)

1 引 言

西藏羊八井地热田位于拉萨西北约90 km处一个断陷盆地中，1974年开始进行地质勘探工作[1-3]，1977年起利用地热流体发电，是目前我国最大的地热能发电基地。

根据文献[4]介绍，以往羊八井地热田物探工作分为两个阶段。前期以直流电法为主，辅以重力和磁法测量，目的是圈定浅层热储的空间范围。为了满足深部热储需要，后期采用大地电磁测深、频率测深和微地震地噪声等物探方法进行勘查。

为开发羊八井地热田深部高温地热资源，需要投入深部物探勘查工作，以调查羊八井地热田深部地热地质条件，为后续地热电站建设及发电设计奠定基础。根据以往工作经验以及相应需求，使用可控源音频大地电磁测深在地热田开采区完成了相应工作任务。

可控源音频大地电磁测深法(简称CSAMT法)采用定源观测,具有勘探深度大和横向分辨率高等优点，一直是深部地质构造、水文地质和地热资源勘查的有效手段[5,9]。可控源音频大地电磁测深方法以观测地下电阻率差异为勘查基础，低阻异常一直是寻找地下热储的重要标志。随着深度加大，地表观测到由地下热水引起的电阻率差异越来越小，以至难以分辨由地热变化引起的电阻率异常[10-13]。根据实测电阻率结果推断确定热储层位及地质构造空间分布情况[14]，是目前可控源音频大地电磁测深地热资源勘查主要的工作任务。这些年，笔者一直进行相应工作，并在国内大多数地区采用以可控源音频大地电磁测深为主的综合物探方法进行深部地热勘查[15-17]，已经取得令人非常满意的地质成果。

野外数据采集使用美国Zonge公司生产的GDP-32Ⅱ多功能电法仪，可控源音频大地电磁测深采用赤道偶极装置进行标量测量，一般选择供电极距AB=1 000 m，收发距r>5 000 m，测量电极距MN=50 m，测点距=50 m。数据反演使用一维圆滑反演解释方法[18]，利用反演电阻率断面进行地质解释。

2 地热田概况

2.1 地质概况

工作区地表出露为新近系(N)和第四系(Q)；据钻孔揭露，下覆基岩为喜马拉雅山早期花岗岩及斑状花岗岩。

新近系(N)：呈南北向地垒展布于工作区中部和西部，由北向南厚度增大，为一套中性火山岩，由粗安岩、粗面岩、凝灰岩、火山角砾岩、火山熔岩角砾岩和石英粗面岩组成。

第四系(Q)：由亚砂土、腐殖土、碎石、砂、泥质砂砾或砂砾组成。工作区东侧较厚(>200 m)，西侧较薄(<120 m)。

构造形迹主要表现断裂构造和由断裂控制的地垒和断陷。断裂构造大致可分近南北向、北东至近东西向和北西向三组，其中以近南北向断裂为主体断裂，北东至近东西向和北西为次一级伴生断裂。上述南北向断裂活动和差异升降的结果，在工作区中部形成了一中新世火山岩地垒，东西两侧则相应形成了地堑断陷。

2.2 热储

图1 西藏羊八井地热田Ⅱ号地质剖面Fig.1 The geological sketch map along profile Ⅱ in geothermal field of Yambajan in Tibet

热水主要赋存于新近系(N)砂砾层中，或者花岗岩断裂破碎带中。区内热储通道应为断裂构造，通过断裂构造热水进入浅表层新近系岩层中。图1是区内实测Ⅱ号地质剖面草图，其中编号ZK203孔(井深386 m)和ZK208孔(井深312.87 m)出水温度超过200 ℃，两个钻孔热水位于海拔4 350～4 550 m之间新近系砂砾层中。

2.3 岩石电性特征

区内实测电阻率统计结果表明：①花岗岩电阻率>1 000 Ω·m，中性火山岩电阻率200～700 Ω·m，构造角砾岩平均电阻率196 Ω·m；②热水砂砾层电阻率在n～n×10 Ω·m，含冷水砂砾层电阻率大于100 Ω·m，这个结果说明热水可以使岩石电阻率降低；③冷水和热水之间存在明显电阻率差异，反映了温度和矿化度对水电阻率的影响很大。

上述结果表明，可以利用实测电阻率分析区内地下热储赋存状态。

3 可控源音频大地电磁测深结果

Ⅱ号地质剖面基本沿着沟谷呈折线布设，剖面大致描绘出火山岩地垒和地堑断陷大致分布情况。由图1可见，编号F6断裂为正断裂，断距超过200 m；从剖面起点至编号F6断裂之间花岗岩顶界深度小于400 m，剖面内有6个已经完工地热勘探(开发)钻孔；其中剖面起点处孔(ZK205)温度最低，剖面中部两个地热井(ZK203和ZK208)温度超过200 ℃，两个钻孔深度均不超过400 m，开采的是浅部新近系砂砾层中的热水资源；其他三个钻孔温度均超过100 ℃。地质推断从F6自剖面末端花岗岩顶界深度超过500 m。

图2是区内可控源音频大地电磁测深G线综合剖面图，剖面近东西方向布设。该剖面位于Ⅱ号地质剖面北侧，基本沿着Ⅱ号地质剖面布设，两剖面最近距离不到100m，两剖面点号完全一致。由图2可见，x=700 m附近浅部出现明显纵向低阻异常，这个低阻异常对应地质推断编号Fx4断裂，温度最高的ZK203孔和ZK208孔均终孔于Fx4断裂上盘，且离断裂面距离最近；根据可控源音频大地电磁测深结果可以确定这个断裂(Fx4)向下延深很大，其底部出现明显低阻异常。ZK207孔、ZK203孔、ZK208孔和ZK200孔附近高阻顶界面均在h=4 300 m附近，与这些钻孔揭露的花岗岩顶界面深度基本一致；这四个钻孔热水采集深度均在h=4 500 m附近，对应这个深度出现热水产生明显低阻层。x=1 500 m附近出现断裂(编号F6)，这个位置对应可控源音频大地电磁测深出现电阻率阶跃性突变，应为断裂构造(F6)产生；编号F6断裂上盘高阻界面深度在h=4 100 m附近，与ZK204孔揭露结果完全一致。分别在x=850 m和x=1 350 m附近浅部出现的微弱电阻率异常应为编号F3和F5断裂影响产生。

图2 西藏羊八井地热田CSAMT勘查G线综合剖面Fig.2 The comprehensive section of CSAMT survey along profile G in geothermal field of Yangbajan in Tibet

对比实测地质剖面和可控源音频大地电磁测深反演电阻率结果可以确认，可控源音频大地电磁测深勘查结果可以明确反应出花岗岩界面深度、浅部热水赋存状态和断裂构造展布情况。

由于对流型热储资源均来自地下深部，对比分析可控源音频大地电磁测深勘查结果、实测地质资料、已知钻孔温度及钻孔与编号Fx4断裂之间相对位置关系等因素，结合ZK207孔、ZK203孔和ZK208孔出水温度结果分析，确定编号Fx4断裂是地下水上升通道，下部低阻区应为深部热储。

为了查明深部热储空间分布情况确定深部地热开发孔有利位置，平行于编号Fx4断裂布设A线剖面。图3是区内可控源音频大地电磁测深A线综合剖面图，剖面近南北方向，与G线相互垂直。可控源音频大地电磁测深反演电阻率可以明确的反应出剖面内浅部热储及花岗岩顶界面深部分布情况，其中x=700 m和x=1 400 m附近纵向低阻带分别为编号F10和Fx1断裂产生。

图3 西藏羊八井地热田CSAMT勘查A线综合剖面Fig.3 The comprehensive section of CSAMT survey along profile A in geothermal field of Yangbajan in Tibet

根据实测地质及可控源音频大地电磁测深勘查结果在编号Fx4和Fx1断裂交汇位置布设深部地热开发孔，推断断裂平面位置见图4。深部地热开发孔终孔深度1 508 m，自喷，出水温度超过210 ℃。根据钻孔揭露结果，地表至300 m为安山岩和安山质火山玻璃组合，300 m至1 508 m为花岗岩。280 m至310 m岩石较为破碎，690 m至1 180 m之间分段出现明显岩石破碎现象，推断上述岩石破碎段为断裂破碎带产生，热水主要来源于深部花岗岩体内断裂破碎带。

图4 西藏羊八井地热田CSAMT勘查推断断裂 平面示意图Fig.4 The fracture plan of CSAMT survey inference in geothermal field of Yangbajan in Tibet

4 结 语

羊八井地热田位于青藏高原，最低海拔高度超过4 500 m，地热田主体位于高山峻岭之上，地形较为复杂。以往地质物探剖面大多沿着沟谷布设，这些沟谷大多为断裂构造产生。在赋含热水断裂上方布置电法剖面会产生低阻屏蔽现象，低阻屏蔽会使其分辨率降低。

这次工作，采用矩形网度布置可控源音频大地电磁测深剖面。利用其实测结果，可以客观地观测到地下电阻率整体分布情况。对比实测地质剖面和与其平行布设的可控源音频大地电磁测深剖面结果可以看出，根据可控源音频大地电磁测深剖面可以推断出剖面通过地段浅部热储、花岗岩顶部界面和断裂构造空间分布状态，同时可以推断出深部热储赋存位置以及深部热储上移通道。根据实测结果在地热田深部已经开发出高温高压地下热水，实现区内地热资源勘查新的突破，为进一步开发区内地热资源指明了方向。

本次研究结果说明，可控源音频大地电磁测深方法在区内进行地热勘查结果已经达到设计目标，可以满足相应地质条件下地热资源勘查评价需求。