EH-4在新疆塔什库尔干县地热勘查中的应用

摘 要：为了查明新疆塔什库尔干县地热异常区构造断裂、地层变化情况，选用了EH-4作为本次物探工作的勘查手段。简要介绍了EH-4电磁成像系统的装置、方法特点及数据处理方法，通过对本次勘查资料的处理研究，剖面地层层状明显、构造断裂清晰、与钻探成果有很好的对应性，达到了较好的应用效果。

 

  关键词：EH-4;地热；构造断裂；标准装置；低频装置.

 

  新疆塔什库尔干县位于我国西部帕米尔高原高寒山区，海拔高度在3060~4000m，为国家级贫困县，是中国西部通往中亚、西亚和地中海沿岸诸国的陆路，可谓是中国西部边境的重要通道。由于区内煤炭资源极为匮乏，从外地调入成本太高，通过对以往地质资料分析研究，县城附近有较好的地热异常显示，有望找到可供开发利用的地热资源。为此，我们在此区域开展了地热勘查工作。

 

  EH-4电磁成像系统具有设备轻便、功率小、工作效率高等特点，近年来被成功地运用在固体矿产勘查、煤炭勘查、找水等领域。由于地热资源勘查受断裂影响控制，地下水在断裂破碎带中受地壳活动影响温度升高，富含矿物质离子，电阻率相对完整围岩呈低阻，这就具备了地热勘查的地球物理前提。本文阐述了EH-4在新疆塔什库尔干县地热勘查中的应用，为查明勘查区断裂构造的分布特征以及第四系厚度及基底变化情况提供地球物理依据。

 

  1 仪器装置与方法特点.

 

  1.1 仪器装置选择.

 

  本次工作任务主要为探测深部构造以及了解浅部盖层厚度，EH-4仪器装置分为标准装置与低频装置两部分。标准装置主要探测浅部地球物理特征，勘查有效深度小于600m，其频率范围为10~64000Hz;低频装置主要探测深部地球物理特征，勘查有效深度一般在200~1500m，其频率范围为0.1~1000Hz。因此，为完成本次工作任务，选用了EH-4标准与低频2套装置综合勘查方法。

 

  1.2 方法特点.

 

  EH-4电磁成像系统与其它物探方法相比，具有以下一些特点：

 

  （1）采用人工场源与天然场源共同作用的方式，人工场源弥补了天然场源在某些频段的不足，使该系统在1000~64000Hz的范围内获得连续的有效信号，对解决浅部地质问题尤为有用；（2）测量系统和发射装置都比较轻便，测量速度快，可以提高工作效率；（3）对低阻异常的敏感度较高，可以有效地圈定地热异常区；（4）该系统具有较高的横向与纵向分辨率，为探测某些小的地质构造和区分电阻率差异不大的地层提供了可能性；（5）该系统不受高阻盖层的影响，在大厚度第四系漂石覆盖地区、基岩大面积出露地区，均能有效地探测地下深部地质信息。

 

  2 地质、地球物理特征2.1 地层按照地层形成时代、成因类型的不同，可将区内发育地层及侵入岩按时间顺序分为以下几类：元古界变质岩（Pt），燕山—喜山期侵入岩（σ5、γ6、ξ6），下更新统（Q1），中—上更新统（Q2-3），上更新统—全新统（Q3-4）。

 

  元古界地层岩性成分较为复杂，主要包括角闪石石英片岩、黑云母石英片岩、角闪片麻岩等，主要矿物成分为角闪石、黑云母、石英、长石等。海西早期的闪长岩（σ5）以黑云闪长岩、花岗闪长岩和石英闪长岩最具代表性，片理、片麻化现象较为普遍。喜山期侵入岩主要包括碱性花岗岩（γ6）和正长岩（ξ6）以岩基状产出，分布规模较大，风化较为明显。下更新统（Q1）岩性主要为砂质泥岩、粉砂岩。中更新统—上更新（Q2-3）地层以砂砾石混杂堆积为主。上更新统—全新统（Q3-4）以冲、洪积堆积和山前坡积角砾石和砂、卵砾石为主。

 

  2.2 构造.

 

  勘查区位于帕米尔高原的中部，处于喀喇昆仑构造带的塔什库尔干二级陆块内部，区内深大断裂发育。帕米尔高原大幅隆升之前，其南部是一个古老的褶皱变形区域，由元古界、古生界和多期次的岩浆侵入岩组成。新生代以来印度洋板块不断向北推挤，在原有基础上帕米尔地区开始快速隆升，并伴随强烈褶皱变形和断裂构造继承性活动以及新生断裂的发育。塔什库尔干断裂是喀喇昆仑构造带北部的一条重要断裂，总体走向北西向，全长190多公里。该断裂带是由多条运动性质不同的次级断层斜列组合而成，这些次级断层的长度多在20km以上，各段活动非常强烈，错断了全新世以来的各级地貌面。

 

  2.3 地球物理特征.

 

  电阻率的高低与地下热水有着密切的关系，通常地下热水随温度升高，电阻率会明显降低，这是因为温度增加，溶液粘滞性减少，离子活动性增加。岩性差异及其特征是地球物理勘查及资料解释的基础，为了掌握勘查区的电性特征，采用了以下3种方法获得地层电阻率电性参数：（1）孔旁测深；（2）测井电阻率；（3）分析不同测线上、不同位置的具有代表性视电阻率等值线剖面。

 

  3 资料处理与解释.

 

  3.1 资料处理.

 

  3.1.1 二维反演.

 

  数据处理使用劳雷公司的EMAGE-2D，采用快速松弛二维反演。主要方式对曲线的TE、TM数据进行编辑后，再进行联合反演。程序处理如下：

 

  （1）编辑平滑：是整个资料预处理过程的基础性工作，其重点是通过对曲线形态的具体分析，最终达到对EH-4曲线进行合理编辑处理的目的。

 

  （2）极化模式识别：TE与TM模式数据互换，平移曲线做单点静校正。主要根据曲线形态在测线方向上的连续分布情况进行判断，一般而言，相邻测点同一极化模式的曲线，它们的形态亦应相近，由此可以确定是否对当前测点的观测数据做模式互换操作。

 

  （3）测点处理：①删除观测数据不合格的测点；②通过数据插值的方式来补充新测点。

 

  （4）静态校正：在单点静校正工作的基础上，对整条测线观测数据的剩余静位移量再做统一处理。

 

  3.1.2 综合成图.

 

  （1）对比分析。标准装置与低频装置采集的数据是2个单独分开的数据文件，实际资料处理过程中需进行分别反演，在成图前需将2组数据进行整合。首先，将2种装置反演数据进行成图对比，如果2种装置电阻率断面图在趋势、形态上一致，证明原始资料可靠、反演处理正确；如果两种装置电阻率断面图在趋势、形态上偏差较大，需对原始数据曲线进行分析，对不可靠测点合理编辑或者删除，再进行反复成图对比，确定地质模型。

 

  （2）数据整合。在确定了合理的地质模型后，需对标准、低频装置数据进行整合综合成图，取标准装置200m深度以内、低频装置200~1000m深度的数据，最后，用专业的Surfer绘图软件成图。

 

  3.2 典型剖面解释.

 

  （1）L12线剖面。该测线自北西方向至南东方向，点距50m，EH-4测点6~41号。6~18号点，浅部海拔3000m以上电阻率值在30~60Ω·m变化，以第四系的冲洪堆积砂砾石为主。29~41号点，浅部海拔2950m以上视电阻率值在40~320Ω·m变化，以第四系的洪堆积卵砾为主。深部高阻地层主要为元古界变质岩或燕山—喜山期侵入岩，岩性相对完整。剖面上视电阻率在5~30Ω·m之间变化的低阻区域推测为风化破碎区域或构161西部探矿工程2015年第2期造断裂带，经23~24号点SK01(钻孔深度大于200m)钻孔验证其下部主要为青灰—深灰色角闪岩，岩性质软、破碎,该孔测得地热最高温度大于70℃。钻孔SK01在200m左右岩性开始变得完整坚硬，这与L12线物探剖面成果在这一区域视电阻率值变大结果验证非常吻合。

 

  在剖面推断F2、F3两条断裂，如图1所示。断裂构图1 L12线地质剖面图造异常明显，断裂带视电阻率值明显低于两边完整基岩。断裂从地表基岩出露情况分析，表现出正断裂特征，倾角约80°，倾向南东方向。

 

  （2）L22线剖面。该测线自北西方向至南东方向，点距50m，EH-4测点1至14号点，浅部第四系主要以漂卵砾石为主，EH-4解译第四系深度约60m，后经钻探验证实际厚度约65m，吻合性相对较好。在该剖面6号测点上布置钻孔SK02，该钻孔孔深近800m，在该剖面上推断了一条断裂，后经 SK02 钻孔验证在孔深600m左右为断裂破碎带，地温最高大于130℃，这与EH-4剖面上显示推断成果完全吻合（详见图2）。

 

  3.3 测区构造推断经测区多条物探测线资料处理解释，推断F1、F2、F3三条大致平行的断层，呈北东—南西向展布贯穿整个勘查区，断裂低阻异常特征明显，如图3所示。这些断裂大部分地段隐伏于第四系下，只在部分地段出露，均表现出明显的正断层特征。F1断裂展布于勘查区北部，断错了山前冰水堆积体，为倾向南东的正断层；F2、F3断错了元古界和新近系—下更新统, 断错距离为50~60m，地表部分地段基岩出露，可明显看出断裂特征。

 

  4 结论.

 

  通过EH-4在新疆塔什库尔干县地热资源勘查中的应用研究，我们取得了以下重要认识：

 

  （1）EH-4勘查方法能够较好地承担断裂破碎带对图2 L22线地质剖面图1622015年第2期 西部探矿工程流型地热田的勘查工作,电阻率异常可以较好地反映地热存储条件和热储空间的分布情况；（2）根据EH-4资料推断的断层异常明显，通过钻探验证与物探剖面成果能够较好地吻合，表明EH-4在本次勘查中的作用和效果明显；（3）通过 EH-4 标准、低频装置相结合的勘查方法，既能解决浅部地质问题，又能有效地探测地下深部地质信息。