音频大地电磁测深法在地热水勘查中的应用 音频大地电磁测深法在地热水勘查中的应用 [摘要] 为了查明地热水分布, 并分析地热与地质构造的关系,分析热储的分布特点, 利用音频大地电磁测深发对蓝田地区进行勘查。音频大地电磁测深法是勘查和研究地热资源的一种有效手段。 [关键词]音频大地电磁测深 地热水 勘查 [中图分类号] P225 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2014)-2-205-2 0 前言 地热是蕴藏于地下的重要地质资源, 可以作为热源、 水源和矿物资源加以利用, 作为一种新型能源, 与传统能源相比, 具有易于开采、便于应用及无环境污染等许多优点, 有着广泛的应用前景, 并可取得良好的经济效益、 社会效益和环境效益。 在进行开发地热水调查前,做地球物理勘探是降低风险的有效手段。 本文采用音频大地电磁测深法(简称 AMT) 在广东某地开展了深部热水勘查工作, 并使用自主开发的专业处理软件对野外数据进行处理, 确定控热断裂、 控水断裂等地质构造分布的基本情况, 取得了非常好的应用效果。 1 工区地质概况 调查区夹持于北东向恩平-新丰深断裂与北东向河源断裂之间,东西向贵东大断裂带通过本区。 龙门-蓝田温泉成带出现, 大致以推测的北北西向 F1 控水断裂为轴线, 自南向北 30 千米范围内有 2 个已开采温泉、 4 个低温上升热泉, 其中一个热泉温度为 59° 。 本区内地层为第四系全新统冲洪积层(Q4pal), 由于第四系覆盖或灌木密集, 地面调查没有发现断裂。 侵入岩为佛岗花岗岩大岩基(γ 52(3))。 调查区内钻孔揭露基岩为大理岩, 可见明显溶蚀、 岩溶等, 为佛花岗岩体的大捕虏体。 根据以往物探工作, 区内岩石、 含水断裂电性 特征如下: ⑴石炭系大理岩内, 电阻率为高阻-特高阻; ⑵佛岗花岗岩为高阻, 电阻率比大理岩低; ⑶岩溶、 基岩富水断裂为低阻; ⑷地热温泉断裂为低阻, 并以线状为特征。 发现岩溶发育带, 深部地热流体沿断裂和岩溶通道, 上升至地面, 形成低温大水量上升泉。 该区位于北北西向温泉发育带上, 具有找温度高一些的热水的条件, 为此投入深部物探音频大地电磁测深(AMT) 调查。 2AMT 方法的工作方法 AMT 调查是利用太阳风、 雷电等天然电磁场垂直入射到地下, 不同电阻率的界质产生不同的电磁响应, 来研究地下地质结构、 断裂及其分布特征, 勘探深度可达 1000-3000 米。 本次勘查采用美国 EMI 和 Geometrics 公司联合生产的 EH-4 型StrataGem 连续电导率成像系统。 采集频率范围为 10Hz~100KHz。 (1) 测网敷设: A、 B、 C 网度为 100×20m, 即线距 100m, 点距MN20m, 方位 75° 。 过各线 250 号点布置 D 线, 目的是了解北东东向控热断裂, 方位 345° 。 下表为测线及完成情况表。 (2) 仪器检查: 在开展工作的前一天做平行试验, 检测仪器是否工作正常, 要求两个磁棒相隔 2~3m, 平行放在地面, 两个电偶极子也平行放置。 观测电场、 磁场通道的时间序列信号是否正常。 (3) 磁棒布置: Ex(电极) 平行测线, Ey(磁棒) 垂直测线,并都离前置放大器大于 5 米, 为了消除干扰, 两个磁棒要埋在地下至少 5cm, 用地质罗盘定磁棒方向使其垂直, 方位差小于 1° , 且用水平尺定水平。 尽量选择远离房屋、 电缆、 大树的地方布置磁棒。 AFE(前置放大器) 放在测量点上, 为了保护电、 磁道前置放大器应接地, 远离磁棒至少 10 米。 主机离 AFE 至少 10 米。 (4) 数据采集: 采集 1、 7 频段, 覆盖 10-100KHz, 独立重复测量 8 次, 现场仪器自动对数据进行 FFT 变换, 获得电场和磁场虚实分量和相位数据。 操作员通过仪器屏幕监测电磁场、 相位图形和相干度,当电磁场幅值超格或太小时, 需调整放大倍数。 要求绝大多数频点相干度大于 0. 5, 否则要重测。 (5) 数据处理: 使用自编软件对数据进行处理, 二维反演包括静态位移改正与不改正处理的反演对比等。 绘制卡尼亚电阻率、 阻抗 相位、 反演电阻率等图件。 3 异常解释推断 3. 1 异常解释原则 (1) 花岗岩、 大理岩 花岗岩、 大理岩均为高阻, 大理岩电阻率明显高于花岗岩, 但是二者在数百米以浅由于富水断裂带、 岩溶水影响, 表现为相对低阻。 (2) 北北西向剖面(A、 B、 C 测线) 的控热水断裂 控热水断裂一般表现为连续的或断续的陡线状低阻异常, 下插深度一般超过 2000 米。 控热水断裂的次级断裂, 多表现为与主断裂大致平行或成“入” 字型特征。 (3) 北东东向剖面(D 线) 的控热断裂 控热断裂为压扭性, 不一定富水, 电阻率比控热水断裂高, 异常常呈线状、 笔直的陡产状。 (4) 有利找热水部位 北北西向与北东东向断裂的交汇部位有利找热水, 也就说 A、 B、C 线有利找热水断裂与 D 线控热断裂交汇部位最为有利。 (5) 有利于提升浅中部地热水温度的条件 电阻率高的大理岩或花岗岩内是找温度相对高的热水的基本条件。 电阻率高的大理岩或花岗岩内, 有北北西向控热水断裂与深部勾通, 而不与浅部富冷水断裂勾通。 (6) 不有利于提升浅中部地热水温度的情况 相对面状低阻的岩溶或富冷水断裂发育区段。 热水断裂下插深度有限, 与深部勾通差或不连通。 (7) 深部找热水条件 花岗岩区的地温梯度增加明显, 随着深度加大, 天然水补给的温度也增高, 深部低阻线状异常有利于找热水。 深部找热水的风险在于有热无水, 因此明显低阻线状异常是重要条件。 3. 2 异常综合解释推断 (1) 各线推测控热水断裂 F1 总体走向为北北西, 如下图。 (2) B 线 0 米标高上下, A 线-100 米至-250 米为浅层富水带与深部温热水的阻隔带。 (3) 推测控热断裂 F3 与控热水断裂 F1 浅部相交于 B 线与 C 线中间, 鉴于 F2 陡北倾, 因此 B 线或 B 至 C 线找热水有利, C 线不利。 (4) 另一个深部有利找水部位是-500 至-600 米标高的大理岩与花岗岩的接触带断裂 F2-1、 F2-2, 尤其是控热断裂的倾向方向的 B至 C 线 F2-1。 3. 3ATM 方法的主要成果 圈定了隐伏大理岩范围, 圈定了富冷水带。 圈定了深度 2000 米以浅的控热水断裂、 深度 2600 米以浅的控热断裂 F3。 调查认为区内找热水有利于区段至少在 300 米深度以下的 B 线, 或 B 至 A 线之间。调查区位于区域北北西向温泉以育带上, 具有找到温度高的热泉的条件。 低温热泉上找温度高较多的热泉, 在我省成功的范例极少, 重要的原因是此类热泉多位于碳酸盐岩中, 冷水补给有余。 本区与之有别,位于花岗岩大岩基的碳酸盐岩大捕虏体中: 一是碳酸盐岩可能范围有限或不大, 二是花岗岩中向深部地热梯度升温有保障, 因此情况稍有利一些。 4 结论 通过 ATM 方法在本地区寻找地热资源的应用, 查明了该区域深部构造形态、 地层岩性特征、 热水分布状态。 结果表明 AMT 方法在查找地热的工作中取得了明显的效果。 根据钻探结果表明, ATM 方法查出道异常与钻探结果基本吻合, 对下一步地热开采提供了重要依据。