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1、电法勘探在济南西部地热勘查中的应用摘要：利用电阻率测深法和可控源音频大地电磁测量（C S AMT）在济南西部地区进行地 热资源勘查，通过地热地质调查，结合掌握的研究区内已有地热井的地层揭露情况，遵循由 已知推未知的步骤，对比分析搜集的前期物探与该次物探反演结果，对物探剖面进行解译推 断，查明了研究区内主要断裂构造产状及规模，比较准确地判断了热储埋藏深度，取得了较 好的应用效果。关键词：地热；电阻率测深法；可控源音频大地电磁；视电阻率0引言济南市槐荫区沿黄旅游度假区属于济南市新旧动能转换区,其发从展离不开绿色清洁能 源的支持，区内具备形成地热资源的条件和赋存地热流体的地质构造。在该区域开展地热资
2、 源调查评价，将资源优势转化为经济优势，对于改善能源结构，加快地热产业化步伐，具有 重要作用，同时为济南市槐荫区沿黄旅游度假区和发展提供了良好的契机和能源保障。山东 省第一地质矿产勘查院开展地热资源调查的物探工作，应用电阻率测深法、可控源音频大地 电磁测量方法对该地区深部情况进行探测，圈定出了地热异常，经钻探验证见到了地热流体。 1地质概况济南西部地处鲁中山区与鲁北平原的过渡地带，地貌类型为堆积平 原与剥蚀丘陵。研究区地层属华北地层区鲁西地层分区泰安地层小区，区内地层为古生代寒武纪、奥陶 纪、石炭纪、二叠纪地层，新生代新近纪、第四纪地层。除南部腊山附近有奥陶纪马家沟群 灰岩零星出露外，其余地区
3、均为第四系覆盖。研究区地处华北板块鲁中隆起区，位于济南单斜的北部，区域发育构造主要为N E向 和NW向断裂，主要发育有棉花张庄断裂、西王庄断裂、曹家圈断裂和申家庄断裂1 - 5 oNE向断裂：棉花张庄断裂是区内较大的一条断裂，走向近SN,长约14 km。断 裂倾向NW,断距大于2 0 0 m,为一下盘上升、上盘下降的正断裂。据已有物探资料验 证，下盘为石炭系、奥陶系，上盘为二叠系。断裂东侧奥陶纪灰岩直接隐伏于新近系半固结 砂岩之下，灰 岩顶板 埋 深 在2 803 1 0m；断 裂西侧奥陶纪灰岩埋藏于石炭系、 二叠系砂页岩之下，埋深大于4 5 0 m。NW向断裂：申家庄断裂长约7 k m,走向
4、NW,倾向NE,断距大于1 0 0 m。 自研究区北端向南东方向延伸至区外，经申家庄一带与西王庄断层相接。2地球物理特征参考JR 0 4 6地热井揭露地层电阻率资料和研究区内已有资料，认为 研究区内不同地质年代的地层电阻率有以下特征：第四纪新近纪砂质黏土、砂岩，石炭纪、二 叠 纪砂岩、泥岩、炭 质泥岩 电阻率 值比较接近，约1。2 0Q-m呈现相对低阻；奥陶纪主要岩性为灰岩、泥质灰岩, 地层电阻率值约3060 Qm；寒武纪主要岩性为灰岩、白云岩，其地层电 阻率相对较高，平均大于6 0 Qm,呈现相对高阻。断裂构造形成过程中，岩石经过扭曲、拉扯、挤压等应力作用，产生破碎，形成裂隙, 后期裂隙处原
5、岩被水或泥质物质取代，由于不同物质电阻率值不同，因此在断裂处，电磁场 不稳定，电位场发生畸变，通常反映为明显的低阻异常。断裂规模越大，含水量越大，电阻 率低阻异常越明显。根据此电性差异特征，可以用电法对地层进行划分圈定断裂位置。3已知地热井物探验证3. 1已知地热井工作布置研究区内已有JR 0 4 6地热井，井深1 7。1 m,出水口温度4.5, 7k量9 5. 69 m 3 / h ,热储类型为碳酸盐岩类岩溶热储。根据搜集资料显 示，JR 0 4 6定井过程中共布设了 3条EW向CSAMT剖面（编号 分另IJ为 I、II、III线）和1条EW向电阻率测深剖面B线（图2）。4. 2已知地热井物
6、探剖面解释结合JR 0 46地热井揭露地层情况，从图2可 见，60 0m以浅视电阻率值较低, 为第四纪、新近纪粉砂、中细砂及黏质砂土为主的地层；600m以深视电阻率值较高， 为奥陶纪、寒武纪灰岩、白云岩、泥质灰岩为主的地层。电阻率测深法b线剖面在视深度350m, 1100m处存在视电阻率等值线密集带, 视深度。3 5 0m深度视电阻率2 0 Q , m,为第四纪、新近纪粉砂、中细 砂及黏质砂土为主的地层；视深度3501 1 00 m视电阻率值2 0。-m,为石炭 二叠纪泥岩、石炭质泥岩反应；视深度1 1 00m以深为奥陶纪灰岩反映。与JR 0 4 6地热井揭露地层对比，实际深度与电阻率测深法A
7、B / 2的比例系数约为0.550由已知地热井的地层揭露情况和已知井的物探剖面，大致划分了不同地层对应岩性的视 电阻率值和视深度与实际深度的比例系数。4 .工作布置与方法技术4. 1工作布置遵循由已知推未知的原则，结合区域上NW向断裂构造发育 情况和NW方位 地层埋藏深度大的实际情况，根据研究区施工场地情况进行布置。共布设了 3条N E向CSAMT剖面，2条NE向测深剖面，其中C S AMT法2线和测深1线剖面通 过已知井（图3图5）。5. 2可控源音频大地电磁（CSAMT）测量可控源音频大地电磁测深（CSAMT）用人工控制的场源做频率测深，近年来应用比 较广泛，在寻找低阻异常方面具有良好的效
8、果，应用该方法的主要目的是查明断裂的发育深 度、产状等，同时对地层进行划分，寻找视电阻率低阻异常区，划定地热井施工靶区6 7 o野外数据采集仪 器为美国Zong公司开发的GDP-32 II型多功能电法 仪，数据处理和解释使用S c s 2D软件。可控源音频大地电磁测深法测线 N E向布置3条，收发距78 km, AB距1.31.5km,测点MN间距4 0m,测量频率0.1 2 5 8 1 9 2 H z o 4. 3电阻率测深电阻率测深法是通过人工向地下供电，建立电流场，并改变供电电极距，从而接收不同 深度岩矿石对电流场的反应，得到地下介质垂向上视电阻率值的变化特征来划分地层，划定 低阻异常推
9、断含水位置。最后通过分析岩（矿）石的视电阻率值差异，来达到找矿、找水等 地质问题的目的。视电阻率电测深是较为传统且较为成熟有效的一种物探方法，它可以直接 和地热参数联系起来，可以较好地圈定低阻异常带和富水部位，为布置地热探采结合孔孔位 提供依据8 1 0。该次电阻率测深仪器采用WD A- 1型数字直 流 电法仪。测 深 装置：等比对称四极装置，测量电极距MN与供电电极距AB之比为1 ： 5,最 大供 电 电极距 A B = 5 0 0 0 m0 A B / 2 = 3, 5, 1 02500m。5.成果解释5. 1资料解释依据该次资料解释使用的主要图件为视电阻率断面图，它们都可以宏观地展示沿测
10、线附近的 地质构造特征，不仅能够反映测点下方纵向的电阻率变化特征，同时也可以反映沿测线方向 的横向电阻率变化特征。不同的岩性，所对应的电阻率有不同的变化范围，并且岩性接触界面视电阻率等值线会 出现密集带11 13。该区第四纪新近纪和石炭二叠纪砂岩、泥岩、炭质泥岩电阻率 值相对较低，奥陶纪寒武纪灰岩地层电阻率值相对较高，不同岩性地层存在的电性差异，使 得电法划分地层存在可能。根据该次物探工作实测可控源音频大地电磁测深剖面勘查成果， 结合研究区地质资料，划分了测量的电性层并推测了电性层的地质属性。断裂构造反映在可 控源视电阻率断面图上，表现为电阻率等值线的扭曲、错动、不连续、变形、突变、出现 “V
11、”字型或“U”字型低阻凹陷等6. 2电阻率剖面图综合特征分析(1 )地层解译。结合J R 0 4 6地热井揭露地层情况以及不同地层在CS A MT法2线剖面上的反应，C S AMT法1线450m以浅、3线6 00m以 浅，视电阻率值相对较低，为第四纪、新近纪粉砂、中细砂、黏质砂土、泥岩、石炭质泥岩 为主的地层反应；1线埋深4 5 01 200m深度及3线埋深6001 400m处， 电阻率呈现中阻，为奥陶纪灰岩反应；1 3 0 0m以深，视电阻率值相对较高，为寒武纪灰 岩、白云岩、泥质灰岩反应。该研究区电测深曲线不考虑小极距浅部不均匀体影响，电测深曲线类型主要以HA型 为主(图6)。视电阻率呈先
12、下降而后上升、连续上升趋势，说明地层由浅至深电性主要呈 中高阻一低阻一中高阻一高阻规律变化。基本对应研究区的地层情况：第四系、新 近系一 石炭一二叠系一奥陶系一寒武系。在AB/2为1100m时，电阻率测深曲 线存在明显的拐点，推断为奥陶纪灰岩界线。(2)构造解译。在C S AMT法1线1 7号点、2线4 2号点以及3线 23号点垂深4 001 500m深度处，存在视电阻率等值线梯度带，呈现西南高北东 低的特点，结合已知资料，为申家庄断裂，走向NW,倾向NE；在电阻率测深2线剖 面5号点垂深9 0 01 8 00m处，存在视电阻率等值线梯度 带，视 电阻率 值同样 呈现西南高北东低的特点，该异常
13、形态与CS AMT剖面一样，并且异 常位置也较吻合，该异常为申家庄断裂反映(图7)。在CSAMT法2线6 1号点， 垂深4001 5 00m深度处，视电阻率值呈现北东高，南西低的特点，为曹家圈断裂， 该断裂走向NW,倾向SW。6综合推断综合全区物探资料分析，申家庄断裂和曹家圈断裂平行展布，西侧的申家庄断裂倾向 NE,东侧的曹家圈断裂倾向SW, 2条断裂形成1个地堑构造，在2条断裂中间地层埋 藏较深，盖层相对较厚。物探剖面可以看出，C S AMT法1,2, 3线视电阻率等值线形态一致性较好, 申家庄断裂两侧视电阻率值差异较大，视电阻率等值线扭曲，断裂东侧视 电阻率值较低， 并且低阻异常发育深度大
14、，推断地层破碎并且相对富水，是布设井位的有利部位1 7 2 0 O分析C S AMT法2线剖 面，JR 0 4 6井5 8 0 m深度揭露奥灰顶板，低阻异 常主要存在8 001 2 00 m深度处，与该井主要富水段为9 5 01 2 00m深度 相吻合；CS AMT法3线剖面和电阻率测深2线 剖面位置重合，均存在视电阻率低阻异 常，与JR 0 4 6定井剖面CS AMT法川线相比，视电阻率低值异常范围更大，奥陶 系顶板埋深更深，符合区域上奥灰顶板埋深由南东至北西方向逐渐加深的规律，奥陶纪马家 沟群与申家庄断裂在此处沟通热源及水源，形成层状兼带状热储，推断其富水性较好，是布 设地热井的有利部位。
15、7钻孔验证通过电阻率测深法和可控源音频大地电磁测深法的成果，确定的钻井位置位于CS A MT法3线的3 1号点处，钻探成井所钻遇地层、构造与上述解释资料较 为吻合。钻探成井钻遇地层：终孔1227. 03m,。355m为第四系和新近系， 后经二叠系、石炭系于6 8 0m进入奥陶系，80 2840m出现了严重漏浆现象，推 测为曹家圈断裂经过处，岩石破碎严重，岩溶裂隙发育。经抽水试验验证，由井流量试验资 料，降深 S 1 =3 7. 4 6m 时，出水量 Q1 = 121. 96m3/h (2 9 2 7 m 3 /d)；降深 S3 =12 . 3 1 m 时，出水量 Q3 =6 6. 8 8 m
16、3 / h ( 1 6 05m3 / d) o出水口水温稳定在3 1o为低温地热资源温热水型。8结论(1 )采用电阻率测深及可控源音频大地电磁测量方法，基本查清了研究区内断裂构造, 圈定地热成矿有利靶区，2种方法相互验证，一定程度上排除了其他因素的影响，确保了资 料解译的可靠程度。(2)已知附近地热井揭露的地层，同时又掌握已知地热井的物探剖面情况下，由已知 推未知，提高了物探解译对研究区地层划分的准确度，为钻探工程的部署提供了可靠依据。(3)电阻率测深测量和可控源音频大地电磁测量对研究区内与地热形成有关的地层、 岩体及断裂构造的分布特征和变化规律推断较为准确，并成功施工一眼地热井，说明使用该
17、物探方法在类似地区进行地热勘探是可行的、有效的。参考文献：1 程秀明.地热形成条件探索与找热方法研究J .山东国土资源，2 0 1 3, 2 9 ( 9 ) ： 31-33.2 史忠民，李传磊，程秀明，等.济Zlbife热田地质特征J .山东国土资源，2 0 0 5, 2 1 ( 1 1 )： 39-41.3 李金铭，罗延钟.电法勘探新进展M.北京：地质出版社，1 9 9 6：28-31.4 黄力军.物探方法在地热调查中的应用效果J.物探与化探，1988 (1):129133.5 黄力军，陆桂福，刘瑞德，等.电磁测深方法在深部地热资源调查中的应用J .物探与化探，2 0 0 4, 2 8 ( 6 ) ： 4 9 3 - 4 9 5.6 郝伟，井彦林，郭嘉聿，等.视电阻率测试在地层界面识别中的应用J .山西煤炭，2 0 14 (2) ： 1 0 2 - 1 0 4.