呂 陽，王 磊

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊，新疆昌吉831100）

EH-4在新疆塔什庫爾干縣地熱勘查中的應(yīng)用

呂 陽*，王 磊

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊，新疆昌吉831100）

為了查明新疆塔什庫爾干縣地熱異常區(qū)構(gòu)造斷裂、地層變化情況，選用了EH-4作為本次物探工作的勘查手段。簡要介紹了EH-4電磁成像系統(tǒng)的裝置、方法特點及數(shù)據(jù)處理方法，通過對本次勘查資料的處理研究，剖面地層層狀明顯、構(gòu)造斷裂清晰、與鉆探成果有很好的對應(yīng)性，達到了較好的應(yīng)用效果。

EH-4;地熱；構(gòu)造斷裂；標準裝置；低頻裝置

新疆塔什庫爾干縣位于我國西部帕米爾高原高寒山區(qū)，海拔高度在3060～4000m，為國家級貧困縣，是中國西部通往中亞、西亞和地中海沿岸諸國的陸路，可謂是中國西部邊境的重要通道。由于區(qū)內(nèi)煤炭資源極為匱乏，從外地調(diào)入成本太高，通過對以往地質(zhì)資料分析研究，縣城附近有較好的地熱異常顯示，有望找到可供開發(fā)利用的地熱資源。為此，我們在此區(qū)域開展了地熱勘查工作。

EH-4電磁成像系統(tǒng)具有設(shè)備輕便、功率小、工作效率高等特點，近年來被成功地運用在固體礦產(chǎn)勘查、煤炭勘查、找水等領(lǐng)域。由于地熱資源勘查受斷裂影響控制，地下水在斷裂破碎帶中受地殼活動影響溫度升高，富含礦物質(zhì)離子，電阻率相對完整圍巖呈低阻，這就具備了地熱勘查的地球物理前提。本文闡述了EH-4在新疆塔什庫爾干縣地熱勘查中的應(yīng)用，為查明勘查區(qū)斷裂構(gòu)造的分布特征以及第四系厚度及基底變化情況提供地球物理依據(jù)。

1 儀器裝置與方法特點

1.1 儀器裝置選擇

本次工作任務(wù)主要為探測深部構(gòu)造以及了解淺部蓋層厚度，EH-4儀器裝置分為標準裝置與低頻裝置兩部分。標準裝置主要探測淺部地球物理特征，勘查有效深度小于600m，其頻率范圍為10～64000Hz;低頻裝置主要探測深部地球物理特征，勘查有效深度一般在200～1500m，其頻率范圍為0.1～1000Hz。因此，為完成本次工作任務(wù)，選用了EH-4標準與低頻2套裝置綜合勘查方法。

1.2 方法特點

EH-4電磁成像系統(tǒng)與其它物探方法相比，具有以下一些特點：

（1）采用人工場源與天然場源共同作用的方式，人工場源彌補了天然場源在某些頻段的不足，使該系統(tǒng)在1000～64000Hz的范圍內(nèi)獲得連續(xù)的有效信號，對解決淺部地質(zhì)問題尤為有用；

（2）測量系統(tǒng)和發(fā)射裝置都比較輕便，測量速度快，可以提高工作效率；

（3）對低阻異常的敏感度較高，可以有效地圈定地熱異常區(qū)；

（4）該系統(tǒng)具有較高的橫向與縱向分辨率，為探測某些小的地質(zhì)構(gòu)造和區(qū)分電阻率差異不大的地層提供了可能性；

（5）該系統(tǒng)不受高阻蓋層的影響，在大厚度第四系漂石覆蓋地區(qū)、基巖大面積出露地區(qū)，均能有效地探測地下深部地質(zhì)信息。

2 地質(zhì)、地球物理特征

2.1 地層

按照地層形成時代、成因類型的不同，可將區(qū)內(nèi)發(fā)育地層及侵入巖按時間順序分為以下幾類：元古界變質(zhì)巖（Pt），燕山—喜山期侵入巖（σ5、γ6、ξ6），下更新統(tǒng)（Q1），中—上更新統(tǒng)（Q2-3），上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)（Q3-4）。元古界地層巖性成分較為復(fù)雜，主要包括角閃石石英片巖、黑云母石英片巖、角閃片麻巖等，主要礦物成分為角閃石、黑云母、石英、長石等。海西早期的閃長巖（σ5）以黑云閃長巖、花崗閃長巖和石英閃長巖最具代表性，片理、片麻化現(xiàn)象較為普遍。喜山期侵入巖主要包括堿性花崗巖（γ6）和正長巖（ξ6）以巖基狀產(chǎn)出，分布規(guī)模較大，風化較為明顯。下更新統(tǒng)（Q1）巖性主要為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖。中更新統(tǒng)—上更新（Q2-3）地層以砂礫石混雜堆積為主。上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)（Q3-4）以沖、洪積堆積和山前坡積角礫石和砂、卵礫石為主。

2.2 構(gòu)造

勘查區(qū)位于帕米爾高原的中部，處于喀喇昆侖構(gòu)造帶的塔什庫爾干二級陸塊內(nèi)部，區(qū)內(nèi)深大斷裂發(fā)育。帕米爾高原大幅隆升之前，其南部是一個古老的褶皺變形區(qū)域，由元古界、古生界和多期次的巖漿侵入巖組成。新生代以來印度洋板塊不斷向北推擠，在原有基礎(chǔ)上帕米爾地區(qū)開始快速隆升，并伴隨強烈褶皺變形和斷裂構(gòu)造繼承性活動以及新生斷裂的發(fā)育。塔什庫爾干斷裂是喀喇昆侖構(gòu)造帶北部的一條重要斷裂，總體走向北西向，全長190多公里。該斷裂帶是由多條運動性質(zhì)不同的次級斷層斜列組合而成，這些次級斷層的長度多在20km以上，各段活動非常強烈，錯斷了全新世以來的各級地貌面。

2.3 地球物理特征

電阻率的高低與地下熱水有著密切的關(guān)系，通常地下熱水隨溫度升高，電阻率會明顯降低，這是因為溫度增加，溶液粘滯性減少，離子活動性增加。巖性差異及其特征是地球物理勘查及資料解釋的基礎(chǔ)，為了掌握勘查區(qū)的電性特征，采用了以下3種方法獲得地層電阻率電性參數(shù)：（1）孔旁測深；（2）測井電阻率；（3）分析不同測線上、不同位置的具有代表性視電阻率等值線剖面（詳見表1）。

表1 勘查區(qū)地層電性參數(shù)統(tǒng)計表

3 資料處理與解釋

3.1 資料處理

3.1.1 二維反演

數(shù)據(jù)處理使用勞雷公司的EMAGE-2D，采用快速松弛二維反演。主要方式對曲線的TE、TM數(shù)據(jù)進行編輯后，再進行聯(lián)合反演。程序處理如下：

（1）編輯平滑：是整個資料預(yù)處理過程的基礎(chǔ)性工作，其重點是通過對曲線形態(tài)的具體分析，最終達到對EH-4曲線進行合理編輯處理的目的。

（2）極化模式識別：TE與TM模式數(shù)據(jù)互換，平移曲線做單點靜校正。主要根據(jù)曲線形態(tài)在測線方向上的連續(xù)分布情況進行判斷，一般而言，相鄰測點同一極化模式的曲線，它們的形態(tài)亦應(yīng)相近，由此可以確定是否對當前測點的觀測數(shù)據(jù)做模式互換操作。

（3）測點處理：①刪除觀測數(shù)據(jù)不合格的測點；②通過數(shù)據(jù)插值的方式來補充新測點。

（4）靜態(tài)校正：在單點靜校正工作的基礎(chǔ)上，對整條測線觀測數(shù)據(jù)的剩余靜位移量再做統(tǒng)一處理。

3.1.2 綜合成圖

（1）對比分析。標準裝置與低頻裝置采集的數(shù)據(jù)是2個單獨分開的數(shù)據(jù)文件，實際資料處理過程中需進行分別反演，在成圖前需將2組數(shù)據(jù)進行整合。首先，將2種裝置反演數(shù)據(jù)進行成圖對比，如果2種裝置電阻率斷面圖在趨勢、形態(tài)上一致，證明原始資料可靠、反演處理正確；如果兩種裝置電阻率斷面圖在趨勢、形態(tài)上偏差較大，需對原始數(shù)據(jù)曲線進行分析，對不可靠測點合理編輯或者刪除，再進行反復(fù)成圖對比，確定地質(zhì)模型。

（2）數(shù)據(jù)整合。在確定了合理的地質(zhì)模型后，需對標準、低頻裝置數(shù)據(jù)進行整合綜合成圖，取標準裝置200m深度以內(nèi)、低頻裝置200～1000m深度的數(shù)據(jù)，最后，用專業(yè)的Surfer繪圖軟件成圖。

3.2 典型剖面解釋

（1）L12線剖面。該測線自北西方向至南東方向，點距50m，EH-4測點6～41號。6～18號點，淺部海拔3000m以上電阻率值在30～60Ω·m變化，以第四系的沖洪堆積砂礫石為主。29～41號點，淺部海拔2950m以上視電阻率值在40～320Ω·m變化，以第四系的洪堆積卵礫為主。深部高阻地層主要為元古界變質(zhì)巖或燕山—喜山期侵入巖，巖性相對完整。剖面上視電阻率在5～30Ω·m之間變化的低阻區(qū)域推測為風化破碎區(qū)域或構(gòu)造斷裂帶，經(jīng)23～24號點SK01(鉆孔深度大于200m)鉆孔驗證其下部主要為青灰—深灰色角閃巖，巖性質(zhì)軟、破碎,該孔測得地熱最高溫度大于70℃。鉆孔SK01在 200m左右?guī)r性開始變得完整堅硬，這與L12線物探剖面成果在這一區(qū)域視電阻率值變大結(jié)果驗證非常吻合。

在剖面推斷F2、F3兩條斷裂，如圖1所示。斷裂構(gòu)造異常明顯，斷裂帶視電阻率值明顯低于兩邊完整基巖。斷裂從地表基巖出露情況分析，表現(xiàn)出正斷裂特征，傾角約80°，傾向南東方向。

圖1 L12線地質(zhì)剖面圖

（2）L22線剖面。該測線自北西方向至南東方向，點距50m，EH-4測點1至14號點，淺部第四系主要以漂卵礫石為主，EH-4解譯第四系深度約60m，后經(jīng)鉆探驗證實際厚度約65m，吻合性相對較好。在該剖面6號測點上布置鉆孔SK02，該鉆孔孔深近800m，在該剖面上推斷了一條斷裂，后經(jīng)SK02鉆孔驗證在孔深600m左右為斷裂破碎帶，地溫最高大于130℃，這與EH-4剖面上顯示推斷成果完全吻合（詳見圖2）。

圖2 L22線地質(zhì)剖面圖

3.3 測區(qū)構(gòu)造推斷

經(jīng)測區(qū)多條物探測線資料處理解釋，推斷F1、F2、F3三條大致平行的斷層，呈北東—南西向展布貫穿整個勘查區(qū)，斷裂低阻異常特征明顯，如圖3所示。這些斷裂大部分地段隱伏于第四系下，只在部分地段出露，均表現(xiàn)出明顯的正斷層特征。F1斷裂展布于勘查區(qū)北部，斷錯了山前冰水堆積體，為傾向南東的正斷層；F2、F3斷錯了元古界和新近系—下更新統(tǒng),斷錯距離為50～60m，地表部分地段基巖出露，可明顯看出斷裂特征。

4 結(jié)論

通過EH-4在新疆塔什庫爾干縣地熱資源勘查中的應(yīng)用研究，我們?nèi)〉昧艘韵轮匾J識：

（1）EH-4勘查方法能夠較好地承擔斷裂破碎帶對流型地熱田的勘查工作,電阻率異常可以較好地反映地熱存儲條件和熱儲空間的分布情況；

（2）根據(jù)EH-4資料推斷的斷層異常明顯，通過鉆探驗證與物探剖面成果能夠較好地吻合，表明EH-4在本次勘查中的作用和效果明顯；

（3）通過EH-4標準、低頻裝置相結(jié)合的勘查方法，既能解決淺部地質(zhì)問題，又能有效地探測地下深部地質(zhì)信息。

圖3 推斷構(gòu)造分布圖

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1004-5716(2015)02-0160-04

2014-04-02

2014-04-04

呂陽（1986-），男（漢族），新疆木壘人，助理工程師，現(xiàn)從事地球物理勘查工作。