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綜合物探方法在湖北通山縣廈鋪-楊芳林地熱勘查中的應用
文章來源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時間:2024-07-03 15:12:23瀏覽次數(shù):547
地熱能是一種很好的綜合礦藏,不僅可用于取暖、發(fā)電、還能用于醫(yī)療、飲用礦泉水、提取多種礦物質等。近年來,隨著地熱資源的開發(fā)不斷深入,我國中低溫地熱能資源豐富,尤其是湖北咸寧市,對其有效的進行發(fā)開與利用,對我國未來的發(fā)展有著十分重要的作用。本文結合咸寧市地熱井建設項目,利用化探以及綜合物探的手段,對地熱井施工位置進行精準定位,提高地熱井的成功率,從而增強經(jīng)濟效益。
1 研究區(qū)地質概況
1.1 地層
通山縣廈鋪—楊芳林地熱田重點勘查區(qū)出露地層除第四系外只出露了志留系地層,本次填圖單元劃分依照《湖北省巖石地層》,下面由老至新依次為志留系下統(tǒng)新灘組(S1x),志留系下統(tǒng)墳頭組(S1f),志留系下統(tǒng)茅山組(S1m),第四系(Q)。
1.2 構造
通山縣廈鋪—楊芳林地熱田的具體構造位置為楊芳林背斜核部,屬幕阜山復式背斜的北翼部份,與幕阜山背斜核部主體組成似“U”型箱狀褶皺。楊芳林背斜軸向近東西向,核部地層為志留系新灘組,兩翼為墳頭組,北部為洋港向斜,南部為城山向斜。區(qū)內斷裂較為發(fā)育,主要有北東、北西向基底斷裂,城山向斜核部北東向斷裂見有輝綠巖侵入,見圖1。
1.3 褶皺
晉寧運動是區(qū)內最早的一次構造運動,冷家溪群遭受東西向擠壓,形成近南北向倒轉褶皺,并伴隨著南北向撿起而變形帶的發(fā)育。印支-燕山期奠定了區(qū)內主要構造格局,主要表現(xiàn)為近東西向褶皺構造與伸展滑脫構造。如區(qū)內楊港向斜、楊芳林背斜與城山向斜組合形態(tài)(圖2)。
區(qū)內構造從北至南主要有洋港向斜、楊芳林背斜、城山向斜,以及多處小的背斜、向斜。發(fā)育多組北西向及北東向斷裂,斷裂相互切割,巖性破碎。
2 地熱田化探成果
氡氣是一種由鐳蛻變而產(chǎn)生的惰性放射氣體,它的半衰期為3.825 d。放射性氣體自由氡,受擴散和對流等作用的影響而發(fā)生運移。介質的孔隙度、粒徑大小、孔隙的結構等介質結構條件對氡遷移的速度有較大的影響。在基巖的破裂構造等巖石疏松或孔隙相對較多的地段,氡氣能更迅速的地下深處運移到地表,所以在斷裂破碎帶的上方常常存在著氡(RaA)的異常。有些氡氣被保留在巖縫中,不能參與到擴散和對流等過程作用,但是,在活動斷裂帶等巖石疏松或孔隙比較多的路段,由于其有效孔隙度和滲透率偏高,并且破碎帶膠結程度較差,能夠成為氡氣聚集和對流的良好通道;再者,因為斷層帶發(fā)生了新的活動,例如地震、滑坡等地質災害,使得被束縛在斷裂帶裂隙中的氡氣被釋放出來成為自由氡,并可以用相關的儀器進行收集。由于以上兩個因素,斷裂上帶土壤可成為氡氣富集區(qū),土壤中氡氣濃度也相應會高于當?shù)氐貐^(qū)的氡氣濃度背景值。從而可以利用斷裂帶氡氣釋放強度、范圍來判斷覆蓋區(qū)斷裂帶的空間分布的具體位置。
正式測量前應對儀器進行測試,多組對比以保證儀器正常運行且數(shù)據(jù)可靠。測點布設相對干燥的土壤,點與點間隔50 m。采用長80 cm的專用鋼釬手動打如土壤,大概深入60cm左右,成孔后抽出鋼釬將取樣器快速插入孔中,確保采樣孔完全密閉,以防空氣的滲入。打開測氡儀開關進行抽氣測量,取樣抽氣5 min,結果檢測1 min后儀器自動顯示并存儲結果數(shù)據(jù)。
本次氡氣測量對重點勘查區(qū)進行全覆蓋,測量面積21km2,測量點數(shù)745個點,測量密度為250×50 m,對重點構造部位及異常點進行25 m點加密測量。本次共布設南北向30條剖面線,東西向3條剖面線。
將1 594個野外實際測量點數(shù)據(jù)上圖繪制氡異常區(qū),通過計算后的背景值與閥值數(shù)據(jù)對勘查區(qū)繪制等值線圖(圖3)。整體而言地表氡氣測量值離散系數(shù)較小,從圖中上可以看出高異常靶區(qū)多呈點狀分布,測區(qū)南部多于北部,于云石村、城山一帶,異常點較多,但連續(xù)性差,主要是由于志留系覆蓋較厚,巖性多為粉砂巖、頁巖,后期充填于斷層之中,孔隙率及孔隙度降低,對氡氣產(chǎn)生了一定的屏蔽作用,但總體可反應地面調查過程中,地表出露的斷裂是連續(xù)的,并穿過了本次的重點調查區(qū)。
3 地熱田地球物理特征
3.1 物性特征
根據(jù)本次研究的工作區(qū)主要巖性分布,主要搜集區(qū)內沉積巖物性資料,如表1所示。
從巖(礦)石物性參數(shù)統(tǒng)計結果來看,志留系泥質粉砂巖電阻率值變化范圍為20~500Ω·m之間,奧陶系頁巖、石英砂巖、泥質灰?guī)r電阻率值變化范圍為500~900Ω·m之間,寒武—震旦系炭質頁巖電阻率值變化范圍為10~100Ω·m之間,測區(qū)內巖層之間,存在有較大的電性物性差異,本次勘查具備電磁法勘探的地球物理前提條件。
本次收集資料及實測剖面可知,志留系及奧陶系地層基巖出露區(qū)厚度穩(wěn)定,巖相變化相對簡單。前文已述,地熱區(qū)楊芳林背斜核部與幕阜山背斜核部主體組成似“U”型箱狀褶皺,因此推測奧陶系地層隱伏與志留系之下。結合地表調查工作,并根據(jù)本次物探工作1線、2線、3線、4線、5線、補6線電阻率等值線斷面圖判斷:低視電阻率區(qū)為志留系組的泥質粉砂巖地層,高視電阻率區(qū)為奧陶—寒武系石英砂巖、泥質灰?guī)r地層(圖4)。
3.2 成果解譯
利用廣域電磁法數(shù)據(jù)處理軟件中的數(shù)據(jù)預處理??鞂V域電磁法數(shù)據(jù)進行預處理。數(shù)據(jù)預處理包括飛點剔除、靜態(tài)校正、濾波等,為下一步處理解釋奠定基礎。以下為軟件預處理后的解譯成果。
3.2.1 廣域1線、2線
1-1’與2-2’測線布置在云石村南測山谷中,測線方位角90°,目的是查明志留系地層S厚度的分布變化情況以及工作區(qū)內是否存在北北西向隱伏斷裂構造及其發(fā)育情況。
從圖5和圖6電性剖面可以看出1、2線主要以低阻為主,電阻率范圍40~500Ω·m,兩條測線淺部均表現(xiàn)為相對高阻300~500Ω·m,推測存在一定場源效應影響,測線整體電阻率偏低主要原因是線路是順地層方向布設,由于巖礦石的各向異性體征,體積效應壓低整體電阻率。兩條測線1500 m左右以上推測為志留系地層S,志留系S以下推測為奧陶系地層O,電阻率100~200Ω·m,厚度未揭穿。根據(jù)各點單條測深曲線分析,尾支電阻率相比中部電阻成3~4倍關系,尾支呈上翹趨勢,所以推測底部為奧陶系地層。
結合區(qū)域資料與1、2線物探資料分析,推測在1線1100號點和2線1200號點附近存在北西向斷裂構造,推測該斷層傾向北東,傾角較陡,因整體電阻率偏低,上下盤巖性電性差異不大,在剖面中顯示不太明顯。
3.2.2 廣域3、4線
3-3’與4-4’測線由北向南穿過云石村布置,測線方位角180°左右,目的是查明工作區(qū)內地層分布情況以及楊芳林背斜核部展布情況。
從3-3’與4-4’測線電性剖面圖7和圖8可以看出,楊芳林背斜展布較為清晰,但核部寒武地層只測量出一半,推測3、4線布設地段處在楊芳林背斜南翼一側,正核部推測應該在北側1~2 km處,推測該背斜呈東西向展布,背斜北翼傾角較緩,南翼傾角較陡,由西向東呈上翹狀。
3、4剖面1 000~1 200 m深度范圍內推測地層為志留系S的地層,推測向南S深度急劇變深,以砂巖、粉砂巖和頁巖為主,視電阻率小于500Ω·m;S以下為奧陶系O地層,推測埋深1 200~1 600 m,向南逐漸加深至3 000 m,以頁巖、灰?guī)r為主,電阻率400~900Ω·m;O以下為寒武系(∈)地層,以灰?guī)r為主,電阻率大于900Ω·m,厚度未揭穿。
結合區(qū)域資料與3、4線物探資料分析,推測在3線400-500號點直接和4線750號點附近存在斷層構造,推測該斷層傾向北,傾角近似直立。
3.2.3 廣域5、補6線
5線布置在云石村北西側1.5 km處,補6線布置在5線北西側200 m處與5線基本連續(xù),兩測線均平行于3、4線由北向南布設,方位角180°,5線、補6線勘查目的是進一步查明工作區(qū)內地層分布情況以及楊芳林背斜核部展布情況,驗證3、4線資料。6-8剖面圖是補6線與5線合并而成的聯(lián)合剖面圖(見圖9),前半段為補6線測線,后半段為5線測點。
從5-5’測線電性剖面可以看出,楊芳林背斜展布情況及地層分布情況與推測一致,5線地段處在楊芳林背斜核部,補6線基本進入背斜的北翼一側,且該區(qū)域志留系和奧陶系地層厚度變小。
補6線和5線剖面900~1 200 m深度范圍內推測地層為志留系(S)的地層,推測志留系(S)地層向南深度急劇變深,向北緩慢變深,以砂巖、粉砂巖和頁巖為主,視電阻率小于400Ω·m;S以下為奧陶系(O)地層,推測厚度200~500m,奧陶系地層向南逐漸變深,以頁巖、灰?guī)r為主,電阻率400~1 000Ω·m;O以下為寒武系∈地層,以灰?guī)r為主,電阻率大于1 000Ω·m,厚度未揭穿;在補6線300-900號點,深度2 300~3 000 m區(qū)域出現(xiàn)較大低阻異常區(qū),電阻率40~500Ω·m,該區(qū)域巖性不詳,推測可能存在斷裂破碎帶,另在700號點處推測存在斷層,斷層傾向北,傾角較陡,大于70°,結合1-5線,推測斷層走向北西。
根據(jù)地面調查及物探結果可知,楊芳林背斜在深部出現(xiàn)了一定的傾伏,本次施工鉆孔在避開咸九高速保護范圍后,仍處在背斜的轉折端,且物探解譯該處存在較大范圍的相對地區(qū)低阻,該地熱井在1 200 m后,電阻率偏高,意味著揭穿志留系熱儲蓋層,實際已施工地熱井在1 260 m進入奧陶系中統(tǒng)寧國組的石英砂巖地層,石英脈、節(jié)理裂隙較發(fā)育,為地下熱水提供了良好的通道。
如上所述,物探成果基本查明廈鋪—楊芳林地熱田熱儲埋深、深部構造形態(tài)以及蓋層與熱儲層的分界面。為后續(xù)地熱田邊界劃分提供依據(jù)。
4 結語
(1)從1、2線電性剖面可以看出,由于背斜體征導致云石村以南志留系(S)地層厚度逐漸增大,奧陶系地層也增大至3 000m,南部可能還會更深。
(2)綜合分析3、4、5及補6線物探資料可初步得出該區(qū)域內楊芳林背斜的展布情況,推測該背斜呈東西向展布,背斜北翼傾角較緩,推測分布有斷裂構造,巖層較破碎;背斜南翼傾角較陡,巖層較完整。背斜整體由西向東呈上翹狀,向西側志留系地層變薄,向東側變厚,故物探資料顯示西側5線寒武系地層埋深淺,最東側4線的寒武系地層埋深大。
(3)各地層厚度及電阻率特征,志留系(S)地層電阻基本小于500Ω·m,厚度900-1800m;奧陶系O地層電阻率400~900Ω·m,厚度大于300 m,向南西側厚度急劇增大;寒武系∈地層電阻率基本大于900Ω·m,根據(jù)斷裂構造發(fā)育、裂隙發(fā)育等因素影響呈現(xiàn)不同電阻率,厚度未揭穿。
(4)根據(jù)本次物探資料結合區(qū)域資料的綜合分析推測工作區(qū)內存在一條北西向斷層構造,推測該斷層走向北西330°左右,傾向北-北東,斷層傾角較陡,大于70°,近似直立;另在5線范圍內存在一條近東西向斷層,該斷層傾向南,傾角較陡,大于70°,900 m以上發(fā)育在志留系(S)地層中,900 m以下順奧陶系(O)地層發(fā)育。
(5)根據(jù)區(qū)域資料,志留系和奧陶系以下的寒武系巖層主要為高阻的灰?guī)r為主,如果構造發(fā)育或巖體破碎,可能導致其電阻率降低。根據(jù)電阻率特征初步分析認為在寒武系地層中電阻率較低的相對低阻區(qū)域,為較好的富水層,建議在志留系(S)地層厚度較大的地段中,選擇寒武系(∈)中相對低阻的部位布置鉆孔。