MT法在银川平原黄河东岸地热资源调查评价中的应用

曹学刚，程国强，李龙亮

（宁夏回族自治区地质工程院，宁夏银川750004）

1 区域地质构造背景

研究区大地构造位置位于银川平原东侧，鄂尔多斯盆地西缘逆冲构造带（又称西缘冲断带）西部边缘部位。大地构造位置属柴达木—华北板块Ⅰ级构造单元、华北陆块Ⅱ级构造单元、鄂尔多斯地块Ⅲ级构造单元、鄂尔多斯西缘中元古代—早古生代裂陷带Ⅳ级构造单元。断裂构造以黄河断裂为主，是银川断陷盆地与东部的陶乐—彭阳褶冲带的分界构造，断裂的物探及线性遥感影象特征明显，总体呈北北东向延伸，断面西倾。该断裂错断基底岩系和新生代地层，并控制黄河河床的展布，断距近2800m，向北减至1300m。

研究区所在的区域地层属华北—柴达木地层大区鄂尔多斯西缘地层分区，均被新生界覆盖，主要展布第四系黄土、局部见有古近系清水营组、新近系干河沟组地层。根据研究区附近钻孔ZK1902、ZK301 揭示，新生界下伏多套中、古生界地层，由老至新依次为：奥陶系、石炭系、二叠系、白垩系。

2 大地电磁测深勘查

2.1 测线布置

研究区呈北东—南西向，根据构造断裂NE向展布特征，由北向南共设计了2 条MT 测线，测线编号分别为L1、L2。L1和L2测线方向垂直构造走向，测线方向为 140°，两条测线相距 300m；L3 测线垂直 L1 和L2 测线，便于对比解释，测线方向为50°。其中L1线完成测点16个，L2线完成测点18个，L3线完成测点16个。3条测线点距100～200m 不等，重点区域点距100m，测线总长5.10km。

2.2 数据采集

本次野外数据采集工作于2016年12月23日开始，截止到2016年12月31日，超额完成了本次大地电磁测深的全部野外工作。野外数据采集期间共投入了3套加拿大凤凰公司生产的MTU-5A 型大地电磁系统采集宽频带MT数据，配MTC-80磁探头，频率范围定为0.0005～300Hz，该仪器是目前世界上最为先进的宽频大地电磁仪。

布极方式采用“十字形”布设，即水平方向的两对电极和两磁传感器分别相互垂直敷设，其方位偏差采用罗盘控制，误差小于1°。电极距为100m，由高精度RTK 控制，误差小于10cm。同一方向两电极极差在2mV 以内，电极入土埋深20～30cm，保持与土壤接触良好，电极坑内浇饱和盐水，保证了电极接地电阻小于2kΩ。测点采集时间不少于2.5h，保证0.1Hz 以上数据质量完全可靠。

2.3 数据处理

大地电磁测深数据处理一般分4 步：数据预处理、资料处理、定性分析、定量解释。首先按照规范要求对所有测点的数据质量进行了评价分级，有78%的测点数据质量达到优秀，22%的测点数据质量为良好，数据质量总体满足要求，见图1。

然后采用Robust 处理方法，SSMT2000 软件对原始时间序列进行统一处理。再通过GB 分解法对两条测线所有测点的数据进行GB 分解，得知基底起伏情况，获得研究区域构造阻抗及走向等参数。处理后的可用频点最低频率均达到0.1Hz，有些测点数据质量甚至可以达到0.01Hz。

图1 L2-13测点大地电磁测深视电阻率及相位曲线图

3 物探成果电性解释

3.1 推断解释依据

（1）岩石地层的电阻率与自身性质和赋存物质有关，松散的砂岩、砾岩孔隙度大、含水性强，阻值低于致密砂岩；粘土类、泥岩表现为低阻；白云岩阻值中等或偏高，但在断裂处或含水位置阻值会明显低于围岩；火成岩与变质岩阻值为高阻。

（2）厚层、稳定、岩性单一的岩层反映在电阻率断面图上为稳定的电性层；薄层、变化大、不均匀的岩层反映在电阻率断面图上为透镜体状的电性层。

（3）当电阻率等值线在小范围内有明显梯度变化或某一处两侧电阻率存在明显差异，可解释为断裂构造或岩性界面。

（4）物探的解释基于对大地电磁测深各条测线反演成果图的对比分析，其中断层的断点位置以一维反演和阻抗相位反映的位置为主，断层的倾角、地层的展布以二维为主，地层界面划分为综合解释结果。

3.2 电性解释

以L2线为例，见图2，该剖面的视电阻率最小值约10Ω·m，最大值大于260Ω·m，整个剖面呈现的是低—高的两层结构。地面以下800m左右为第一层，视电阻率基本小于150Ω·m 之间，此层不稳定，中间夹有低阻透镜体。深度800～4000m之间为第二层，视电阻率大于150Ω·m。

图2 大地电磁测深L2线反演成果图

3.3 物探成果分析

研究区内共布设了3条大地电磁测深剖面，大地电磁测深一维反演是单测点垂向反演，二维反演是测点结合相邻测点进行联合反演，因此一维反演能够较好地反映断裂位置，二维反演能够较好地反映断裂倾角、地层展布情况等信息。通过对工作区内大地电磁测深一维、二维反演成果图分析，同时结合地质和钻孔资料推测工作区内地层特征如下：

L1、L2 剖面反映出良好的层状特征，第一电性层为石炭—第四系（C-Q），厚度800～1300m 左右，第二电性层为元古界—奥陶系（Pt-O），厚度2700～3200m左右。具体分层情况见图3。

4 地热地质条件综合分析

研究区地处我国东西部两大不同性质构造单元的衔接和过渡带，属我国南北地震带和地热带北段，是鄂尔多斯周缘活动断裂系的一部分。有利的大地构造位置和强烈的新构造运动以及丰富的深部水热活动，造就了研究区内具备地热资源形成的区域地质构造背景。通过区域物探及矿产资源勘查揭示该区域有地热资源分布的迹象，在黄河主断裂东侧，推断存在系列次级雁型断裂组，可能控制地热资源的分布赋存规律。

根据大地电磁测深L1、L2、L3线解译成果，同时结合研究区周边钻孔资料（煤田勘探井、任3井）可知，研究区内有约1000～1300m 厚的石炭—第四系（C-Q），岩性以砂岩、粉砂岩、泥岩为主，构成了良好的盖层。其下伏地层为奥陶系，奥陶系在垂向上出现灰岩、白云岩、页岩互层或夹层的反复变化，造就了地热水形成和赋存较为有利的热储条件。推测石炭—第四系厚1000～1300m，石炭系下伏地层为奥陶系。根据工作区以往的地质工作成果、物探资料及钻井资料，并结合本次大地电磁测深成果，研究区的地热资源类型属于中低温传导型，下面对研究区地热资源形成条件进行分析、总结如下：

表1 DRT-03井地层系统划分及主要岩性

（1）盖层是热储层温度的重要保障条件之一。研究区石炭—第四系厚度约1000～1300m，岩性以砂岩、粉砂岩、泥岩为主，岩石热导率低，构成了良好的盖层；

（2）奥陶系碳酸盐岩溶洞、裂隙较为发育，构成了较为有利的热储层。

5 应用成果

根据大地电磁测深成果分析，先后在工作区设计勘探孔3 眼（DRT-03～DRT-05），根据钻探成果，初步查明研究区地层层序及岩性特征（表1）。以DRT-03 井为例，该地热水井于2017 年12 月30 日前完成进场、安装和调试，历时96d，成井深度1709.96m。最大井斜：1245m处，井斜为5.79°；自流量达1200m3/d，稳定抽水流量达2746.056m3/d，水温60.5℃。实施过程中，发现在617m深度，赋存有大水量[水量(1～1.5)×104m3/d]、低矿化度（5.6g/L）的深部地热资源，初步推断是由深大断裂控制的构造—对流型地热，对今后在该区域进行地热勘查提供有力支撑。同时，该井建成后，为天山海世界发展地热资源旅游产业及供暖提供保障。

6 结论

根据钻探成果揭露地层，与大地电磁测深成果分析基本一致，证明大地电磁测深法在银川平原黄河东岸地热资源调查可行。对于查明鄂尔多斯盆地西缘热储地层和结构空间分布状况方面，取得较好的勘察效果。本区奥陶系呈高阻电性特征，与银川盆地奥陶系低阻电性特征完全不同，二者处于不同构造背景下的沉积演化模式。

由于勘察范围限制，建议在银川市滨河新区深部地热预可行勘查，查清银川滨河新区黄河东岸断层的展布规律和地热资源的分布特征及赋存规律；圈定地热资源开发利用的范围；为合理开发利用和保护工作区域内的地热资源提供依据。