云南富民盆地地温场特征初探*

晁江琴 ，徐世光，赵志芳，余敏，邓敏

(1.昭通学院， 云南 昭通市 657000；2.云南大学， 云南 昆明 650000； 3.云南地矿工程勘察集团有限公司， 云南 昆明 650041； 4.江西省地质工程（集团）公司， 江西 南昌 330000)

0 引言

地热作为用途广泛的综合性矿产资源和潜力巨大的清洁能源[1]，对优化能源结构具有重要意义，可助力“碳达峰、碳中和”目标实现，其勘探开发日益升温。常规的遥感、水文地质、化探等方法很难确定地热田的深部特征和热控断裂构造带的深部空间展布，地球物理勘探在确定地热田深部特征和热控断裂构造带的深部空间展布方面成果显著[5]。

研究区位于云南省富民盆地，热储层为震旦系上统灯影组（Z2dn），热储埋深大，直接采用钻探进行地热探测风险高，一般物探方法如重力勘探、磁法、常规电法、地震勘探、放射性勘探均不能确定大深度地热所在位置[2]。高频大地电磁法（EH4）分辨率高，受地形影响小，成本低[3]，研究区热储层岩性为白云岩，岩石破碎，破碎含水地段电阻率低，并随水温升高，电阻率进一步降低，因此，采用EH4进行地热勘探是有效的[4]。受观测条件限制，直流电测深测点在EH4剖面工作成果基础上选择布置，以校验和佐证EH4法探测成果。运用物探解释地层剖面结合野外实地调查，研究盆地地温场特征，查明地质构造及地层结构，丰富盆地地热成果，开发地热，对缓解昆明地热田水位降幅具有重大 意义。

1 地质概况

富民盆地距昆明主城区23 km，地质条件及地热赋存规律与昆明盆地相似，昆明盆地地温梯度平均值为3℃/hm[5]。研究区内深层热储层为灯影组地层，与昆明地热田热储层一致，灯影组地层富水性强，埋深＞1000 m，具备地热开发条件，热水温度约50℃[6]。盆地地层出露较齐全，以古生界为主，由老至新依次出露震旦系灯影组（Z2dn）、寒武系龙王庙组（∈1l）、双龙潭组（∈2s）、奥陶系（O）、泥盆系（D）、石炭系（C）、二叠系阳新组（P1y）、峨眉山组（P2e）、侏罗系（J）和第四系（Q）地层，缺失志留系（S）、三叠系（T）、白垩系（K）和第三系（E）地层。区内构造以断裂为主，褶皱次之。断裂主要有北西向断裂（F1、F2）、近东西向断裂（F4）和北东-南西向断裂（F3），褶皱为北向斜。北西向F1、F2两条断裂由北向南贯穿全区，是区内断层集中、规模最大、影响范围最广的一组。F2断裂北起三官山，南至永安，全长300 km，倾向南东，倾角为70°～80°，走向25°，呈S型，为逆 断层，西邑一带该断层被第四系覆盖，在盆地南部边缘派生出F2-1永安断层和F2-2小元寺断层两支次一级断层，在永安，沿F2-1断层出露地下热泉（S7），水温31℃，分析认为温（热）泉出露大多受到断层、特别是规模较大断裂的控制[7]，热泉出露处处于断层破碎带，断层可能沟通地壳深部热源。

2 方法技术

钻探是获得深部地热流体资料的重要手段[8]，本次研究主要运用区域已有的钻探资料并结合现场地球物理探测方法。在研究区开展了2条物探剖面探测，长约1.2 km，分别开展高频大地电磁法（EH4）和直流电测深法工作。设计EH4剖面点距30 m，共39个物理观测点；因工作区域地形起伏较大，森林较为密集，布置测线和供电极其困难，受观测条件限制，直流电测深测点在EH4剖面工作成果基础上选择布置，共布置2个物理观测点，以校验和佐证EH4法探测成果。

2.1 剖面位置

EH4测量工作布设2条测线，200号测线方向为69°方向，长约600 m。100号测线为343°方向，长约540 m，如图1所示。

图1 EH4观测点

2.2 异常限的确定

把野外采集的视电阻率数据分别求出对数值后，用SYSTAT11软件按对数分组，对所采集的数 据（野外数据求对数值后）做正态分布统计，然后计算出参与统计数据的统计数、最小值、最大值、均值、中值、方差和标准差。EH4视电阻率异常上限采用均值减1～3倍标准差的反对数的方法确定。同时，由于区内接近地表的低阻异常影响了深部低阻异常的统计，因此，将一小部分低阻异常删掉后再进行统计，区内100线X方向视电阻率ρs对数正态分布直方图如图2所示。异常限计算结果见表1。

图2 研究区100线X方向EH4视电阻率ρs 对数正态分布统计直方图

表1 研究区100线X方向EH4视电阻率ρs异常限计算

由以上统计数据结合实际情况，研究区100线X方向EH4视电阻率异常上限定为200 Ω·m。

100线Y方向视电阻率ρs对数正态分布直方图如图3所示。异常限计算结果见表2。

表2 研究区100线Y方向EH4视电阻率ρs异常限计算

图3 研究区100线Y方向EH4视电阻率ρs 对数正态分布统计直方图

由以上统计数据结合实际情况，研究区100线Y方向EH4视电阻率异常上限定为400 Ω·m。

研究区200线X方向EH4 视电阻率ρs对数正态分布直方图如图4所示。异常限结果见表3。

表3 研究区200线X方向EH4视电阻率ρs异常限计算

图4 研究区200线X方向EH4视电阻率ρs 对数正态分布统计直方图

研究区200线Y方向视电阻率ρs对数正态分布直方图如图5所示。异常限结果见表4。

表4 研究区200线Y方向EH4视电阻率ρs异常限计算

图5 研究区200线Y方向EH4视电阻率ρs 对数正态分布统计直方图

由以上统计数据结合实际情况，研究区200线EH4视电阻率异常上限定为400 Ω·m。

2.3 EH4低阻异常分布特征及解释

2条EH4剖面采用100线Y方向和200线X方向圆滑系数均为0的视电阻率剖面图进行分析（见图6），其它方向剖面作为参考， EH4视电阻率异常分布特征及推断结果见表5。

表5 物探EH4视电阻率异常分布特征及推断成果

图6 100、200测线异常分布

3 物探解译地热推测分析

3.1 物探综合解释

物探显示研究区存在两条明显的断裂构造F1、F2（见表6），现场踏勘，F1断裂为北东-南西向，F2为北西-南东向。2条物探剖面解释地层结构、埋深及厚度综合结果统计见表7。

表6 推断解释断层特征

表7 推断解释地层埋深及厚度统计汇总

3.2 地热推测分析

3.2.1 地温场特征分析

研究区选取11口未受地下水活动扰动的井温数据进行地温梯度计算[9]。计算公式为：

式中，负号表示垂向坐标，向地表为正；T为温度，水温与当地多年平均气温的差值，℃；z为深度，m。 以钻孔经纬度和地温梯度值为X、Y、Z坐标（见表8），绘制盆地地温梯度等值线图（见图7）。

表8 钻孔情况统计表

图7 盆地地温梯度等值线

根据图7可知，盆地内部分地段存在地热异常，异常点主要有3处：

（1）在县城南5 km的勤劳永安一带（SHK4），地温梯度3.02℃/hm；

（2）在大营种鸡场一带（SHK9），地温梯度3. 64℃/hm；

（3）在富勤水泥厂（SHK6）附近，地温梯度3. 46℃/hm。

3.2.2 热储层温度估算

热储层温度估算，采用地温梯度法。大地热流q是表征由地球内部向地表传输并散发的单位面积上的热量，是基于地温梯度与岩石热导率计算得到的一个间接物理量。计算公式为：

式中，q为大地热流，mw/m2；K为岩石热导率，w/m·k（1 mcal/cm·s·℃=0.4187 w/m·k）；dT/dz为地温梯度，℃/hm，负号表示垂向坐标，向地表为正；T为温度，水温与当地多年平均气温的差值，℃；z为深度，m。

联合式（1），可得：

大地热流在一以传导为主的特定区域为定值，故对于每一地层有：

式中，K1、K2、K3、K4为不同地层热导率（已知），G1、G2、G3、G4代表相应地层地温梯度。以此求各岩层地温梯度，结合物探成果表，推算出各地层顶板温度。以当地多年平均气温15.8℃作为恒温带地温基准，综合结果见表9。

表9 热储层温度估算

4 结果验证

由EH4和直流电测深推断结果进一步分析，地热热源来源于大地热流，热通道为F2深大断裂，浅层热储层为∈2s-∈1l，顶板埋深1300 m，推测温度39℃；深层热储层为Z2dn，顶板埋深2300 m，热储温度45℃，距离断裂越近，温度越高。在断裂带附近施工钻孔，在2290 m至终孔之间成功打到热水，水温40℃，钻孔结果与物探推断结果基本 一致。

5 结论

（1）开展高频大地电磁法（EH4）和直流电测深法在富民盆地查明了地层、断层分布，圈定了热储层，进一步探明盆地地温场平面展布特征，推算热储温度，经钻探验证，与物探推测结果基本吻合，证明综合物探方法进行地热勘探是有效的。

（2）富民盆地存在3处地热异常点且异常点较分散，异常点1在县城南5 km的勤劳永安一 带，地温梯度3.02℃/hm；异常点2在大营种鸡场一带，地温梯度3.64℃/hm；异常点3在富勤水泥 厂ZK6号孔附近，地温梯度3.46℃/hm，具备地热开发条件。