综合电磁法在银川盆地地热资源勘查中的应用

高 亮， 陈海波， 李向宝， 胥博文

(天津地热勘查开发设计院， 天津 300250)

随着生活水平的提高，人们对健康养生、休闲度假更为重视，地热(温泉)开发利用作为一个亮点极大的推动各地旅游业的发展[1].地球物理勘探是地热资源勘查中重要的手段之一，尤其是在大型沉积盆地，地热资源赋存深度往往超过2 000m，地表的热异常显示极其微弱，所以深部地球物理勘探手段就显得更为重要.近年来，电磁法成为地热资源勘查中应用最多的一种方法[2]，但是单一电磁法存在不确定性和多解性，因此需要根据测区实际情况进行综合物探解译，取得较为理想的勘探效果[3].

本文以宁夏石嘴山市平罗县姚伏镇以西的沙湖旅游区为例，该测区为地热勘查工作的空白区，通过实际野外踏勘，物探方法选择可控源音频大地电磁测深和大地电场岩性测深相结合，可控源音频大地电磁测深进行东西长达20km的剖面测量，并在异常位置用大地电场岩性测深判断热储层位置.

1 地质概况及地球物理特征

1.1 地质概况

银川断陷盆地位于鄂尔多斯地块西缘，东面以黄河断裂与鄂尔多斯地块相连；西边为贺兰山东麓断裂与山体过度相连；南界断裂西北走向，位于牛首山东北麓；北缘被石嘴山南一组隐伏断裂所控制[4].银川盆地内有代表性的大型控制性断裂共计4条：F1贺兰山东麓断裂；F2芦花台断层；F3银川断裂；F4黄河断裂.

本区分布地层由老至新有：古近系清水营组(E)、新近系干河沟组(N2)、新近系红柳沟组(N1)和第四系[5].分析巨厚的第四系可构成盖层，新近系干河沟、红柳沟组和古近系清水营组砂岩段可构成热储层.测区地下水主要类型为松散岩类孔隙水，目前钻孔揭露最大深度245m.含水层岩性总体来说横向自西向东由粗变细，纵向含水层岩性由细变粗，其形成原因与接近中部凹陷带沉积中心有关.含水层揭露厚度40～160m，洪积扇前缘水位埋深一般10～30m，单井涌水量大于1 000m3/d，在斜平原前缘单井涌水量3 000m3/d左右.该区水质良好，矿化度多小于1g/l，水化学类型为HCO3-Na.

1.2 地球物理特征

1999年，在银川盆地中部的银川市区内成功地凿成2眼地热井(Y1和Y3井).这两眼井的钻探成功，证实了银川盆地地热资源的存在.

从钻井地质编录看，第四系主要岩性为细砂岩、砂质粘土、粘土层，向下砂泥岩单层厚度增大，岩性趋于稳定，电阻率测井上部高低阻凌乱，向下稳定升高.

新近系干河沟组(N2)和红柳沟组(N1)地层岩性泥岩、砾状砂岩互层，电阻率为中低阻；古近系清水营组(E)砂岩厚度大，受含水影响电阻率为低阻.

从上述地层的电性特征看，测区使用电(磁)法进行勘探的物理前提是存在的.

2 工作布置

地球物理勘查是目的是查清测区地质构造条件，分析热储层发育状况，确定地热井位和井深，考虑到测区热储埋藏深度大，各地层间存在电性差异等因素，勘探方法选用可控源音频大地电磁测深和大地电场岩性测深两种方法相结合[6].

可控源音频大地电磁测深是20世纪90年代以来延续至今的方法，采用人工场源，工作效率高，能有效探测地下3 000m以内地质体，是本次工作的基本和重点方法；大地电场岩性测深为点测深，是在可控源测量的基础上寻找不同深度的地下热储[7].

工作区内有湖泊、水渠纵横交错，给野外工作带来很大困难.以垂直构造、减小干扰和方便施工为布线原则，可控源音频大地电磁测深设计了东西向四条测量剖面，大地电场岩性测深布置了4个测深点，4个测深点数据与两个已知深井数据进行对比分析，推测热储层位及温度异常层位.实测点位见图2.

3 探测成果

3.1 可控源音频大地电磁测深

结合区域地质构造芦花台断裂和平罗—银川断裂的发育特征，物探的布线原则是测线近似垂直构造走向.本次物探工作采用剖面测量方式，结合现场实际情况，共布设4条剖面.测量点距为100m，测点数401个，测线长度40.1km.

以L1、L3线为例(见图3、图4)：从反演图上曲线形态可以看出，本区自西向东存在多条断裂，断裂倾角一般大于70°，这些断裂将该区域分割为多个堑垒构造.海拔1 100m～600m为一电性界面，上部电阻率不均匀，形成横向分布的多个透镜体状圈闭，解释为第四系(Q)浅部细砂岩、砂质粘土薄层互层；

向下至海拔-400m为一段，电阻率曲线横向较均匀，断裂处出现等值线密集梯度带，解释为连续沉积的第四系(Q)厚层状粘土、细砂岩、砂岩、泥岩互层；再向下出现大规模连续性的低阻异常带，阻值较上部围岩低一个数量级以上，解释为新近系上新统(N2)砂岩、砾岩、泥砂岩、砂质泥岩不等厚互层，此段砂岩所占比例增加且厚度由薄层渐变为中厚层.从两条剖面的结果看较好的反应了银川盆地的地质特征，断裂构造和典型岩性界面较清晰.受断裂构造控制，多个断块内存在连续层状低阻，推测为第三系热储层的反映.

3.2 大地电场岩性测深

结合沙湖旅游核心区规划，本次勘测在FC4断层上盘，用CYT-V型大地电场岩性探测仪进行探测，经与银川市区已知地质资料深井井旁曲线对比分析，对各测点地层及裂隙发育段进行了预测.图5中第一道为测深曲线，斜线为温度异常标志；第二道为深度；第三道为推测结论，方框标志为推测含水层；第四道为地层分层；第五道为岩性剖面；第六道为岩性说明.

从可控源音频大地电磁测深成果图(图3、图4)中可以看出，在沙湖核心规划区存在一条Fc4断裂，为一正断层，沿断层倾向出现一个低阻带，推测为富水带.大地电场岩性测深4个点均布置在Fc4断裂的上盘，根据测深曲线分析，2号点附近有效储集层累计厚度最大(见表1)，温度异常层位最多.因此，结合两种方法，将勘探井布置在大地电场岩性测深2号点处，井深3 200m，取水段2 500～3 200m，预测水量大于1 000m3/d左右.根据该地区地温梯度预计热储层温度大于60℃.

4 结束语

通过对可控源音频大地电磁测深和大地岩性测深成果的综合分析、解译，制定了测区勘探孔位，经过两个月钻探，在设计点钻成沙湖地热1井，成井3 260m，取水段在地下2 500～3 260m，井口水温达68℃，出水量1 700m3/d，该井成为宁夏目前出水量最大、水温最高、含矿物质成分最多，勘探深度最深的地热井.从沙湖地热1井的成功可以看出，可控源音频大地电磁测深能够查清大型沉积盆地3 000m以内地层及断裂构造的发育状况，圈定深部异常区域；大地电场岩性测深方法能够预测裂隙及破碎带位置，推测含水层及水温.两种物探方法在大型沉积盆地具有良好的互补性和应用效果.

[1]李安宁, 吕金波. 开发利用地热资源[J]. 中国地质, 2001, 28 (10):41-45.

[2]郑东明, 叶松青, 成建勋, 等. 电法在地下热水勘探中的应用[J]. 世界地质, 2005, 24 (3):77-78.

[3]汤振清, 孙文洁, 强孟东, 等. 综合物探方法在地热勘查中的应用[J]. 山东国土资源, 2007,23(6 /7):67-70.

[4]范高功,王利.银川盆地地下热水形成的地质条件分析[J]. 西安工程学院学报,2002, 24(3):28-31.

[5]严烈宏.王利.银川盆地地热系统[M].银川:宁夏人民出版社，2001.

[6]李征西, 曾昭发, 李恩泽, 等. 地球物理方法探测活动断层效果和方法最佳组合分析[ J]. 吉林大学学报: 地球科学版, 2005, 35 (增刊): 109-114.

[7] 陈乐寿．王光锷．大地电磁测深法[M]．北京：地质出版社，1990：10-41．