EH_4大地电磁测量仪在山东泰安徂徕地热田勘察中的应用.pdf

成果与方法 EH - 4大地电磁测量仪在山东泰安 徂徕地热田勘察中的应用3 王福花,孙文广,朱国庆,彭文泉 山东省第一地质矿产勘查院,山东 济南 250014 摘要 EH - 4大地电磁测量仪是近几年引进的美国Stratagem大地电磁测量系统。该系统设计了特殊的人工电磁波 发射源,提高了700m深度范围的勘探效果,同时又避免了地形地物对物探勘察的工作布置限制。大地电磁测深 反演电阻率断面较清晰地反映了地热田导水导热断裂构造的地热地质特征,是基岩构造裂隙带状热储类型的有效 勘探方法。 关键词地热;勘察;电磁测量;泰安徂徕 中图分类号 P631. 3 . 25; P314. 1 文献标识码A 0 引言 目前,地热资源的开发利用主要是通过开采地 下热水的形式来实现的。由于地下热水具有低电阻 率特征,所以进行地热勘察时,大多采用直流电阻率 法进行联合剖面法和电测深法。但采用直流电 法主要存在以下2方面的问题① 受现场地形、 地物 的影响较大,有时难以开展工作;② 电测深法的勘探 工作量大,工作效率较低。联合剖面法仅能获得异 常体的平面位置信息,而对勘探剖面的电阻率断面 特征难以作出较全面的评价。 徂徕地热田周围鱼塘、 房屋分布复杂,采用传统 的直流电阻率法难以展开,因此,应用大地电磁测深 法寻找赋水构造则更为有利。在泰安徂徕地热田勘 察中,在采用传统直流电法的基础上,又增加了 EH - 4大地电磁测量方法。 EH - 4大地电磁测量系统是利用大地电磁测 量原理, 0. 1～500 Hz采用天然电磁场源, 500～100 Hz设计了特殊的人工电磁波发射源, 200 Hz专门用 来弥补这一频段范围的天然电磁场的信号微弱区和 人工电磁干扰谐波,大大提高了200～700 m深度范 围内的勘探效果。该系统现场勘探时受地形、 地物 的影响小,工作效率高,完成一个勘探深度700 m的 测深点仅需20 min。通过专门的数据处理软件可获 得勘探剖面的反演真电阻率断面图,从而可对剖面 的电阻率断面特征作出较为全面的评价,由此对构 造断裂带的发育规模和含水性作出评价,为布设地 热钻孔提供依据 [1 ]。 1 地热田分布范围及地热地质特征 1. 1 徂徕地热田分布范围 徂徕地热田地处泰安市岱岳区徂徕镇桥沟村西 北侧,位于泰安城区东南12. 5 km处,构造裂隙带状 热储面积为0. 09 km 2 ,上覆第四系散热层面积为 0. 18km 2 图 1 。 1. 2 地热田地热地质特征 徂徕地热田第四系主要由沂河组和泰安组组 成,厚3. 5～8. 7m,第四系以下为新太古代泰山岩群 花岗闪长岩。区内构造以NNW向和NEE向断裂构 造为主, NNW向主要有滂河、 岱道庵断裂, NEE向 的主为徂徕山断裂图 1 。 地热分布区热储为受断裂构造控制的基岩构造 裂隙带状热储,其热储概念模型为① 中生代以来断 裂岩浆的频繁活动形成地热田热源。大气降水沿断 裂带或岩层裂隙向深部运移,经深循环对流和热传 8 第23卷第9期 山东国土资 源 2007年9月 3收稿日期 2007 - 06 - 06;修订日期 2007 - 07 - 24;编辑孟舞平 作者简介王福花1971 - ,女,山东滨州人,工程师,主要从事水工环地质工作。 图1 泰安徂徕地热田地质图 1 寒武 奥陶系; 2 泰山岩群; 3EH - 4大地电磁勘探线位 置及编号; 4 推测不整合地质界线; 5 钻孔编号及孔深 导作用形成地热水。② 区内热储层以花岗闪长岩为 主,该热储顶界埋深为25 m,底界埋深视断裂构造 的发育情况而定。③ 该区第四系砂砾层及粘质砂土 是基岩构造裂隙水的保温盖层。④ 区内NEE向F4 断裂是主要控热构造,NE向的F5断裂为主要导水 导热通道。 1. 3 地热田地球物理特征 电阻率的高低与地下热水有着密切的关系,通 常地下热水随温度升高,电阻率会明显降低,这是因 为温度增加,溶液粘滞性减少,离子活动性增加。由 现场电阻率实测资料得知,区内第四系中粗砂孔隙 散热 层电阻率 变化 较 大,地 下水 位 以 上 高 达 150Ωm,地下水位以下一般为20～30Ωm。断 裂构造带状热储层为花岗闪长岩,热储层充水后电 阻率较低,一般为30～100Ωm,完整的花岗闪长 岩电阻率一般为500Ωm,而当岩石风化或裂隙发 育并含一定量水时,电阻率会明显降低,地下热水电 阻率通常小于10Ωm,地下凉水电阻率一般大于 20Ωm。 2 EH - 4大地电磁测深在泰安徂徕 地热田勘探中的应用 徂徕地热田采用EH - 4大地电磁测深法做了 大量的勘探工作,在桥沟甲鱼厂块段共施工测线8 条,在渔场块段共施工测线5条,在孙家疃西南施工 测线2条。控制了NNE向徂徕山断裂F4,NW向断 裂F1及新发现的NE向断裂F5,其中F5断裂是该 次勘探的主要导热构造之一。 图2为孙家疃西南b1测线典型EH - 4大地电 磁测深反演电阻率断面图。在孙家疃西南布设这2 条剖面的目的是寻找控制NEE向主断裂。2条电 阻率剖面均清楚显示了断裂的存在。由图2所显示 的地电特征,推断为NEE主断裂,落差大大于 100 m ,倾角在65 ～75 之间。但断层带附近电阻 率较高,断裂破碎带较窄,富水性较弱。 图2 孙家疃b1测线电阻率断面示意图 图3为甲鱼厂块段a1和a2测线控制F5断裂的 2条典型EH - 4大地电磁测深反演电阻率断面图, 2 条剖面相互平行,相距80 m。可以清楚地看出, a1 测线在x 10～12桩号区段内由浅至深有一明显的 陡立条带状低电阻率异常区,部分区域电阻率小于 10Ωm,这是较典型的含水断裂破碎带异常特征。 分析断面图电阻率变化特征,可以推断出F5断裂带 位于剖面的100～120 m范围内,破碎带宽度约10 m,倾角大于80 。由图3a1还可看出75 m深度以 上基岩岩层电阻率大部分区域小于400Ωm,且越 靠近断层破碎带电阻率越低,而75 m深度以下岩层 除断裂破碎带局部区域电阻率较低外,大部分区域 电阻率大于700Ωm,这表明深度75 m以上岩层 裂隙比较发育,具有一定的含水性, 75 m以下岩层 裂隙发育程度降低,含水性逐渐减弱。上述电性特 征表明,在F5断裂及其附近区域大气降水沿断裂构 造破碎带向深部补给,经深部循环对流和传导加热 作用后形成较丰富的地下热水。 图3所示测线a2与测线a1的电阻率断面特征 相比, F5断裂破碎带在60 m以上无明显的低阻异 常特征电阻率一般大于150Ωm ,但在x 10～ 16桩号段,深度60～80 m范围内有断裂破碎带特 征,由此推测测线a2区域F5断裂破碎带发育较弱, 9 第23卷第9期 成 果 与 方 法 2007年9月 含水量较小且水温相对较低。 图3 甲鱼厂勘探区大地电磁测深电阻率断面图 为了保证勘探的精确度,在测线a1处拆除部分 建筑物又布置了1条电阻率联合剖面测线,在F5断 裂位置出现了明显的正交点低阻异常图 4 。 根据对F5断裂的EH - 4物探结果,在测线a1 的10桩号100 m处和测线a2的10～11桩号之间 105 m处分别施工了2个钻孔DR1和DR2。DR1探 采结合大口径Φ273mm钻孔深116. 18 m,水位最 大降深8. 42 m,涌水量40m 3 /h,出水口水温37℃; DR2小口径Φ73mm钻孔深110 m,水位最大降深 0. 47 m,涌水量4. 5m 3 /h,出水口水温28. 8℃。钻 探结果与EH - 4大地电磁测深结果相吻合。 图4 a1测线联剖ρs曲线观测结果 3 结论 EH - 4大地电磁测量系统采用了人工电磁场 源,弥补高频段范围的天然电磁场的信号微弱区和 电磁干扰谐波,大大提高了200 m深度范围的勘探 效果,同时又避免了地形、 地物对物探勘察的工作布 置限制。实际勘探成果表明,大地电磁测深反演电 阻率断面较清晰地反映了地热田导水导热断裂构造 的地热地质特征。大地电磁测深法是基岩构造裂隙 带状热储类型的有效勘探方法。 参考文献 [1 ] 于师建,王玉和.双源大地电磁测深及其应用[J ].煤炭科学技 术, 2003, 11 5 - 7. Application of EH - 4 ElectromagneticMeasuring Apparatus in Exploration of Culai Geothermal Field in Tai’ an of Shandong Province WANG Fu - hua, SUN Wen - guang, ZHU Guo - qing, PENGWen - quan No. 1 Exploratio Insitute of Geology andMineral Resources, Shandong Jinan 250014, China AbstractEH - 4 electromagnetic measuring apparatus is an electromagnetic system imported from America.In this system, special artificial electromagnetic cave emissio source is designed in this system, which promoted exploration effect in the depth scope of 700m, and avoided arrangement li mitation of surface and landscape to physical explora2 tion. Conversion electrical resistivity profiles reflects geotheraml geological characteristics of trans missingwater and heat in geothermal field.It sis effective for exploring structural crack belt type heat reserve in basic rocks . Key wordsEH - 4 electromagnetic measuring; application; Culai geotheraml field in Tai’ an city 01 第23卷第9期 山 东国土资 源 2007年9月