可控源音頻大地電磁測深在樹林召地區地熱資源勘查中的應用

何萬雙　毛云　李少雄

摘要：在內蒙古樹林召地區，分析研究區域構造和控熱地質背景，搜集臨近區域的地質資料，配合使用可控源音頻大地電磁測深，所獲結果相互結合補充，從地表到深部立體勘查逐步深入，避免了單一方法的片面性和物探的多解性，在地熱勘查中探明了隱伏深大斷裂構造的部位和形態特征，為鉆探提供了依據，有效降低了地熱勘查的風險，在內蒙古地熱資源勘查中取得了較好效果。

關鍵詞：地熱資源勘查；沉積盆地型熱儲；可控源音頻大地電磁測深

地熱資源是地質礦產資源之一，它是一種新型的能源，由于地熱資源較之其他能源，有清潔、經濟、污染小，且運行成本低等眾多的優點，受到了人們的廣泛青睞，主要用于取暖、洗浴、醫療保健等多方面，具有廣闊的開發利用前景。隨著內蒙古達拉特旗的綠色生態、綠色產業和綠色旅游的迅速發展，對樹林召地區實施地熱資源勘查及開發利用意義重大。

樹林召地區周邊都進行過地熱資源勘查工作，其中恩格貝開發區地熱井孔口出水溫度38.5℃，為沉積盆地型低溫地熱資源；七星湖旅游區地熱井孔口出水溫度52℃，為沉積盆地型低溫地熱資源。本次工作首先對勘查區利用遙感解譯分析研究區域地質構造和控熱地質背景，搜集臨近區域的地質資料，隨后進行了可控源音頻大地電磁測深工作，基本查明了區內地層電性特征及隱伏控熱斷裂構造的位置、深度、傾向等構造形態特征，為地熱勘查的孔位布置提供了依據。

1. 區域地熱地質條件

樹林召地區位于鄂爾多斯臺坳河套斷陷盆地內，呼包拗陷的西南緣[1]。根據以往重力、航磁資料，將河套斷陷盆地可劃分為次一級的四個拗陷構造和兩個隆起帶，即吉蘭泰拗陷、臨河——五原拗陷、白彥花拗陷、呼市——包頭拗陷，恩格貝——昭君墳隆起和烏蘭格爾隆起（圖1）。

呼——包拗陷位于呼和浩特——包頭之間，布格重力異常值-140～-185×10-5m/s2，呈東西向展布的長條箕狀延伸，為相對重力低值區，北緣受大青山山前斷裂控制，基底為太古界烏拉山群深度變質巖系，總體特征是北深南淺，東西兩端翹起，基底埋深400m～8000m（圖2）。

呼包拗陷以增溫型地熱為主，其次斷裂進行熱流傳導提供熱源，盆地內斷裂主要沿大青山山前及鄂爾多斯北緣分布，同時在盆地中還發育有與山前斷裂平行或垂直的次一級斷裂，這些斷裂將古近系之前地層錯動，將盆地深部熱量通過地熱流體沿斷裂進行深部循環而帶到上部形成地熱田，受構造影響，呼——包盆地1000m～3000m深度內地熱梯度明顯高于平均值，而盆地平均梯度在3℃/100m左右，說明盆地受構造影響，地熱流體將下部熱源攜帶于上部，受新近系蓋層阻擋聚集于蓋層下，表現為蓋層下部地溫高于平均地熱梯度地溫，其原因與該盆地地質構造及地層等因素有關。

2. 地質構造條件

河套盆地為斷陷盆地，盆地內存在次級斷陷和隆起，根據物探資料推測，工作區內可能存在一條北東-南西向的斷裂構造。該區地層主要有太古界片麻巖、白堊系砂巖、泥巖、古近系泥巖、砂巖層及新近系粉土、粉細砂，其中太古界片麻巖在工作區地表未見出露，但在工作區下部大面積分布，構成工作區基底，最深可達5000m以下（圖3）。

3. 物探解釋與推斷

根據可控源音頻大地電磁測深[2]二維反演斷面圖顯示電性特征總體表現為縱向分層、橫向分塊的沉積地層特征（圖5），推斷古近系上新統底板埋深在2000m左右。130-150號測點之間出現電阻率陡直變化，而且向深部變化趨勢較明顯，存在深部斷裂構造可能性較大，與早期的構造活動有關，推斷由收集資料中的新華夏扭斷斷裂構造引起的。測線西部沉積層厚度較大，由西向東地層逐漸抬升。第一層為表層低阻層，對應表層新近系（Q），粘土層電阻率在16Ω·m～80Ω·m之間，砂礫石層電阻率在60Ω·m～350Ω·m之間，綜合解譯地層厚度在1000m左右；第二層為中間的中阻層，對應古近系上新統（N2）泥巖、粉砂巖，電阻率在30Ω·m～100Ω·m范圍，綜合解譯地層厚度大于1000m；第三層為下部高阻層，對應古近系中新統（N1）砂質泥巖、砂巖，電阻率在100Ω·m～300Ω·m范圍，綜合解譯地層厚度大于1000m。巨厚的新近系粘土層和古近系上新統泥巖、粉砂巖地層是良好的熱儲蓋層，古近系中新統地層電阻率相對較高，斷層F3位置電阻率曲線下凹明顯，電阻率相對較低而且橫向跨度較大，推斷斷層位置為一套河湖相沖湖積砂巖、泥巖交互沉積，賦水性較好，為地熱水提供了水源，具備了形成地熱的條件。初步確定的地熱井ZK02在推斷斷層F3處，有利于深部熱能的向上運行。

4. 地熱井驗證

地熱井揭露地層有新近系和古近系地層。地熱能主要來自深層，即隨深度增加、地溫升高而獲得熱資源，而該地區斷裂構造較為發育，為該地熱井的導熱、導水創造了一定的條件，新近系沉積物的孔隙及古近系沉積物的孔隙裂隙構成該地熱井的通道；新近系、古近系上新統上部地層由于含水層和隔水層交互沉積，且隔水層厚度隨著深度的增加累計厚度增大，構成了該井主要的熱儲蓋層；而古近系上新統下部、中新統地層、構成了該地熱井的熱儲層。

熱儲層主要為古近系地層，其埋深在1067.98m～2601.88m，其下部為主要熱儲層段。其中取水層段為1891.18m～2601.88m，含水層累計厚度191.80m。根據測井資料滲透率為27.43～674.96（10-3μm2），孔隙度為12.93%～29.17%，泥質含量為7.76%～28.83%，導熱性和透水性較好，溫度也較高，是較理想的熱儲層。該熱儲層溫度47.3℃～64.6℃，平均熱儲溫度為55℃，平均地溫梯度2.43℃/100m。

該地熱井出水溫度63℃，涌水量為2376.00m3/d（自流量），礦化度2.81g/l，水化學類型為Cl.SO4-Na型。水中偏硅酸和氟的含量達到醫療熱礦水的命名標準。同時，地熱井熱水中還檢測出Ba、Fe、Zn等對人體有益的微量元素，可用于醫療、洗浴等。

5. 結論

根據全區地熱資源分布情況[3]，結合地面地熱資源地質調查和搜集的二維地震資料，利用可控源音頻大地電磁測深查明工作區熱儲蓋層及熱儲層的分布情況，確定隱伏斷裂位置、產狀及熱儲埋藏的條件，提供地熱孔位的方法是有效的，將勘探風險降至最低，為今后在盆地沉積型熱儲勘查時選擇合適有效的方法技術積累了一定的經驗，對同種類型的地熱勘查具有借鑒意義。本次勘查工作達到了預期效果并且已經對地熱資源進行了開發利用，經濟效益顯著，帶動了地方旅游業，加快了地方經濟發展。

參考文獻：

[1] 內蒙古自治區地質礦產局.內蒙古自治區區域地質志[M].北京：地質出版社，1991.

[2] 何繼善，湯井田.可控源音頻大地電磁法[M].長沙：中南工業大學出版社，1990.

[3] 李虎平，霍改蘭等.內蒙古自治區地熱資源調查研究與規劃報告[R].內蒙古自治區地質調查院，2009.

[4] 張作宏等.CSAMT在沿海圍墾區地熱勘查中的應用[J].物探與化探，2014，38（4）：680-684.

[5] 陳進寶等.物探方法在江蘇赤山湖地熱井勘探中的應用[J].物探與化探，2014，38（6）：1172-1175.