综合物探方法在贵州浅层地热资源勘察中的应用效果

席卓恒

(贵州省地质工程勘察设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081 )

0 引言

1 贵州省地热开发的现状

十年前我省的地热水主要是利用地热泉点开发利用，主要用于洗浴。而近十年来随着地质勘探技术快速发展，水文地质普查工作的加强—遥感工作的深化—地球物理地球化学勘探先进技术设备的引进—国内钻探设备的大幅更新及国外先进钻探设备的引进等，对地热勘探靶区更准，钻探效能更快，地热水温和水量有大幅提高。加上地方政府对地热资源开发利用的认识大幅提升，以及省的整装勘察的好政策，使地热水勘察开发利用进入前所未有的快车道。目前在贵阳、遵义、六盘水、兴义、安顺、石阡、织金、凯里、瓮安等地县已开发近50余处。使当地的旅游业、医疗、种植业、养殖业等得以快速发展，经济效益明显提升，一批温泉城、温泉之都得以命名。

2 贵州省地质概况

2.1 地层概况

贵州省地层发育齐全，自中元古界至第四系均有出露，而碳酸盐岩出露面积分布是中国最广的省之一，占全省面积的61.9%，其中石灰岩和灰岩与碎屑岩互层为主，以古生界和中生界下部分布最广泛，灰岩中以生物灰岩、生物碎屑灰岩、生物云灰岩、藻灰岩和颗粒灰岩为主。其次为白云岩和白云岩夹碎屑岩，以上震旦系灯影组、下寒武上部至奥陶系下部的清虚洞组上部至娄山关群(组)；泥盆系中统上部至泥盆系上统下部的高坡场组、尧梭组下部；三叠系下统上部及三叠系中统上部的安顺组和杨柳井组。非可溶性岩石主要分布在黔西南南部，黔东南大部，及黔北的赤水、习水等地区。为此，对碳酸盐岩的研究在地热勘查中占有地位。

图1 贵州省岩石分布略图(据李阳兵，2006修改)

2.2 区域构造

贵州位于杨子陆块与南华活动带的过渡区，属于典型的薄皮构造，据变形特点可分为4个构造带(或区段)：即四川盆地边缘宽缓褶皱区(Ⅰ)呈北东走向；鄂渝黔侏罗山褶皱带(Ⅱ)，其中(Ⅱ)又可分出3个次级的构造变形区：即黔东北-黔中-黔南的(Ⅱ1)北东-南北向、黔西北的(Ⅱ2)北东向为主和黔西南的(Ⅱ3)以走向北西为主；江南褶皱带(Ⅲ)走向为北东-北北东为主和南盘江造山型褶皱带(Ⅳ)走向近东西向。它们的有序排布，构成了贵州区域构造的基本格构；再根据构造划分出了贵州热储类型的分布。见图2。

图2 贵州热储类型分布略图

2.3 地貌

贵州地貌形态是晚新生代以来地壳在内外营力相互作用下的综合产物，地貌个体形态多样，正、负地形组合复杂。根据塑造地貌外营力的主导因素，岩石建造类型及地貌组合特征将贵州地貌划分为6个成因类型和22个形态类型。介于贵州是碳酸盐岩分布最为广泛的地区，其形态组合类型22个中就有11个以峰林洼地、峰丛谷地、峰丛峡谷、峰丛沟谷、溶蚀构造平台等溶蚀地貌分布于贵州大部；而侵蚀-剥蚀-构造-堆积类型分布于省的变质岩、火山岩、碎屑岩地区。

2.4 地层地热储集单元

根据贵州热储层的水文地质特征及上下岩层的叠置关系和组合特征等，将其地下热水划分为6个为储集单元(见图3)。各主要热储层层位、岩性和温泉、钻孔出露情况由老而新简述如后。

2.4.1 储集单元

2.4.2 储集单元

热储盖层为奥陶系下统湄潭组(O1-2m)、十字铺组(O2-3sh)、中上统宝塔组(O3b)瘤状灰岩(马蹄灰岩)，上统五峰组(O3w)及志留系下统龙马溪组(O3S1l)、松坎组(S1s)、新滩组(S1x)、石牛栏组(S1sh)、韩家店组(S1h)/高寨田组(S1g)。其岩性主要为页岩、粉砂质页岩、粉砂岩及不纯石灰岩等。厚度550～800 m，是贵州又一重要隔水层。

2.4.3 储集单元

泥盆系下统上部舒家坪组(D1sh)至石炭系下统上司组(C1sh)。热储层主要为中泥盆系独山组(D2d)、鸡窝寨组(D2j)、上泥盆望城坡组(D3w)和尧梭组(D3y)、高坡场组(D3gp)、五指山组(D3C1wz)、者王组+革老河组(D3g)，以及石炭系下统汤粑沟组(C1t)。其岩性主要为生物屑灰岩、颗粒白云岩和不纯碳酸盐岩夹少量钙质页岩，厚度730～1 700 m，为较好的含水层。

热储盖层为石炭系下统祥摆组(C1x)及其相应层位(九架炉组)(C1jj)，岩性主要为致密坚硬的石英砂岩夹砂质页岩、炭质页岩及煤系。厚度米—500 m，为又一隔水层。

2.4.4 储集单元

石炭系下统旧司组(C1j)至二叠系阳新统梁山组(P2l)。热储层从石炭系下统旧司组(C1j)、上司组(C1sh)、摆佐组(大埔组)(Cb)、威宁组(Cp1w)、黄龙组(C2h)、马平组(C2P1m)及其相当层位。其岩性主要为颗晶灰岩、稍微屑灰岩、生物灰岩、白云质灰岩夹白云岩及少量炭质灰岩。厚度1 100～1 700 m，为较好的含水层。

热储盖层为梁山组(P2l)及其相当层位(包磨山组)六枝一带出现(薄片灰岩)。岩性主要为石英砂岩、黏土岩、夹少量不纯灰岩及煤系。厚度十米—400余米，为相对较好的隔水层。

2.4.5 储集单元

二叠系中统栖霞组(P2q)、毛孔祖至下三叠系下统夜郎组(T1y)、飞仙关组(T1f)下部。热储层主要为栖霞组(P2q)和茅口组(P2m)，其岩性为生物屑灰岩、藻灰岩、夹少量白云岩及白云质灰岩。厚度210～420 m,为主要的含水层。

热储盖层为峨眉山玄武岩(P2-3em)、龙潭组(P3l)、宣威组(P3x)及飞仙关组(T1f)下部。在东经107°30′以东的贵州省内上二叠统的合山组(P3h)燧石灰岩，底部夹煤系。贵州西部热储盖层岩性主要为块状拉班玄武岩、砂页岩夹煤层以及钙质页岩和泥质灰岩等。厚度900～2 600 m，为较好的隔水层。

2.4.6 储集单元

下三叠统中部至古近纪地层。热储层主要为大冶组、嘉陵江组及其相关层位，岩性主要为生物灰岩、鲕状灰岩家生物碎屑灰岩等。厚度550～900 m,为良好的含水层。

热储盖层为三叠系中统巴东组(关岭组)(T2g)、三叠系上统须家河组(二桥组)(T3J1e)、侏罗系下统自流井组(J1-2z)、沙溪庙组(J2sh)、遂宁组(J3s)和蓬莱镇组(J3p)，以及白垩系茅台组(K2m)/嘉定组(Kjd)和古近系石脑组(E2-3sh)等。岩性主要为砂岩、粉砂岩、砂质页岩及砂砾岩等。厚度3 000～4 700 m，为本单元的相对隔水层。

图3 贵州地热水储集单元划分略图

2.5 地下热水类型

依据地下热水形成的基本要素：热储层、热储盖层、热流体通道和热源，贵州地下热水属于隆起(褶皱)断裂型和沉降盆地两种类型。且贵州的温(热)泉严格受构造控制，主要出露于北东向断裂带，部分出露于近南北向断裂带，少部出露于东西向断裂带，极少数出露于北西向断裂带。据目前成功的地热井钻探资料，水温在40°～60°左右，地下热水主要发布深度2 000～3 000 m深度左右。据贵州省水文地质质统计，全省共有水温≥20C的温(热)泉82处。温泉主要出露于北东向断裂带附近有47处，占57.3%，温度较高。南北向断裂带附近有21处，占全省温泉数的26.6%，温度次于北东向断裂带的。东西向断裂带出露的温泉9处，占全省温泉数的11%，温度次于南北向断裂带的。北西向断裂带出露的温泉点为5处，占全省温泉数的6.1%，温度次于东西向断裂带的。见图4。

3 综合物探方法在地热勘察中的应用效果

根据贵州地热水的类型，地热储层所处的特殊构造环境以及热效应造成地热储集物体与周围介质物理性质的差异，是利用地球物理(物性差异)方法进行探测，地球物理勘探勘探是在地面地质工作的基础上开展的，地面物探工作其目的验证地质工作推断的可靠性，并了解深部地质情况(地层、构造特征)。而地下物探工作的目的是弥补钻探取样不足带来的地质编录漏洞、确定井内的热冷水的出水段、井壁垮塌段、并通过测斜资料确定地热钻探施工质量等等。

图4 贵州省温(热)泉与活动断层分布图

3.1 地热储层的地球物理特征

(1)温度异常：热储通过热储通道作用不断向地面扩散，造成局部地区的温度场异常是地热储层的基本特征。

(2)重力异常：不同类型地热储层可能由于不同原因引起重力异常，如岩浆侵入浅部地层、基岩潜山或隆起，以及高温流体引起围岩变质、蚀变或溶解物质的沉淀等使岩石密度增高，都会造成高剩余重力异常。又如断层两侧出现较大密度差异时，将出现阶梯重力异常。

(3)电性异常：地下水的离子活动性随温度增高而增高，于是使得热水储层的电阻率随温度增高而降低，表现为低电阻率。当水温度超过沸点时热流体由液态变为气态时，蒸汽田一般为高电阻率异常。

(4)放射性异常：许多地热出现在构造断裂带上，这些地方岩石破碎，裂隙多，于是岩石的射气系数将增大。深部的氡气通过裂隙形成的通道能够比较容易运移到地面，使得放射性气体浓度增加，形成氡及其衰变子体的放射性异常。

(5)介质弹性异常：目前主要利用人工激发产生的地震波在不同的地层岩石内传播中弹性参数发生的变化规律来探测地下地质(地质结构、及岩性)情况。

3.2 地热资源勘查现使用物探方法及作用

根据贵州省地热资源储藏地质条件，物探方法主要开展的为：地面物探和地下物探。

3.2.1 地面物探方法

根据贵州省的地质(地层、构造、水文地质特征等)条件，目前地面地热物探工作主要为：(1)区域物探以重力勘探方法为主，用于了解对区域地层、区域构造；(2)普通的电法(电测深、高密度、联合剖面、激发极化深等)用于了解浅部地质构造的产状。(3)探测较深的地热储层及地质构造导热通道的方法为：可控源音频大地电磁测深法，主要用于划分地层、确定覆盖层厚度、确定地质构造的产状。该方法参数多、勘探深度大、效果好，是贵州省目前地热水资源勘查的物探主要方法。(4)浅层地温测量：主要通过地表(1～1.5 m)地温测量了解地质构造的导热异常特征。(5)放射性α卡法：主要用于了解延地质构造破碎带(通道)的放射性情况。(6)地震勘探：主要用于划分地层、确定覆盖层厚度、确定区域断裂构造的产状及热液通道。该方法(反射波法和折射波)有高效、成果直观等特点，但受震源购置炸药、安全因素的制约。(7)大地电场岩性探测：该方法是通过接收地下空间中的电磁波在地下不同深度介质(岩性)界面)所产生低频发射电磁场信息，判断与识别地下介质界面的一直方法。如：岩性、断层、含水层等。该方法基本不受地形影响，但以点测为主，缺乏连续性。而虽然以上方法在地热勘探中均有一定效果，但仍需采用开展综合物探方法进行解译。

3.2.2 地下物探

根据贵州省的地层主要为碳酸盐岩，少量为变质岩的特点，地下物探工作方法通过百余口测井资料总结出，从经济、适用的方法主要为：(1)视电阻率梯度(1 m)测井、(2)放射性测井、(3)声波测井、(4)井径、(5)井温、(6)井斜等。主要作用为：视电阻率梯度(1 m)测井、放射性测井、声波测井是弥补钻探施工过程中取岩心(岩粉)不足，划分地层不准，为钻孔准确划分地层的厚度及产状提供依据确定地热水、冷水出水段位置；井径是了解井内裂隙(溶洞)的发育段、出水段位置，指导成井下井管的类型(实管或筛管)及深度；井温是了解孔内的水温变化情况，及该区域地温梯度情况；通过井斜测量(方位、顶角)确定钻探过程的施工质量等。

表1 贵州省地热成井开发资料

3.2.3 综物探方法在地热资源勘查中的应用实例

贵州省从2006年开始各市州高度重视地热资源的开发，在这十年中通过钻探施工取地热水有200余处，通过综合物探工作确定的井位占95%，成井率也在82%以上。以下是贵州省地热成井开发的部分资料：

4 工程项目实例

见图5～图7。

图5 贞丰县者相地热物探4-4线综合剖面图 图6 贞丰县者相地热孔测井曲线图

图7 物探1线成果示意图修文县龙场镇燕子岩地热物探曲线图

5 结语

贵州地热水受地质构造和地层严格控制，而地质构造在地表和深部产状多数存在不同步，且很多地带都还存在被第四系覆盖很难找到断面，因此，地热用钻探开发时，准确确定地热的孔位(了解地层、地质构造的产状及特征)物探资料是关键。经过在贵州省十年的钻探地热开发的事实证明，通过地面综合地球物理勘探确定井位、地下物探确定热源位置并指导成井(固井)下管就显得尤为重要。而综合地球物理勘探的方法也要根据当地的地质特点(地形地貌、构造、地层等)，选择适当方法开展工作，并与地质工作有机结合方可取得良好的效果。