陳海波，李立亮，劉九龍

（天津地熱勘查開發(fā)設計院，天津 300250）

西寧盆地是印支末期構造運動形成的斷陷盆地。工區(qū)位于西寧承壓自流水盆地的南部，中、新生代碎屑巖沉積顆粒具有由粗到細的韻律性質變化規(guī)律，開采層位主要埋藏在地下850m以下的下白堊—上侏羅統(tǒng)碎屑巖孔隙裂隙中，為承壓水。因此判斷本區(qū)有地熱存在的可能性，可進行進一步勘查論證。通過可控源音頻大地電磁測深對地質條件，特別是對構造條件進行解譯，推斷地質構造，判斷是否具有地熱資源形成的條件[1]。

1 區(qū)域地質構造及地球物理特征

1.1 構造

工區(qū)位于西寧盆地南側的拉脊山北麓河谷平原地帶，區(qū)域構造行跡主要為北西向、北西西向褶皺、壓性斷裂，其次為南北向（近南北向）、北東向褶皺和張性斷裂。西寧盆地是印支末期構造運動的斷陷盆地。南北邊界受拉脊山北麓和達板山南麓北西向和北西西方向展布的深大斷裂的控制[1]。東西邊界受紅崖子溝、坡家營至千戶營南北向斷裂及坡家營至五十鄉(xiāng)西北緣斷裂的控制。盆地基底由元古界及下古生界地層組成。盆地中沉積著厚達千米至三千余米的中、新生界碎屑巖地層，組成了盆地的蓋層。區(qū)內大部分地區(qū)被第四系和第三系地層復蓋，盆地中的斷層多為隱伏斷層，僅在盆地周邊山區(qū)有所出露。

1.2 地層

工區(qū)內出露的主要地層自老至新主要有震旦系、寒武系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系等。本區(qū)的熱儲層巖性為白堊系、侏羅系砂巖、砂礫巖、泥質砂巖、砂質泥巖及泥巖等。

1.3 水文地質

本次主要是尋找碎屑巖類裂隙孔隙承壓水，西寧盆地內沉積著千米至三千余米厚的中生界侏羅系、白堊系、新生界上、下第三系泥巖、砂巖、砂礫巖等碎屑巖地層。地層巖相的水平變化由盆地邊緣到盆地中心巖性顆粒由粗變細，在垂向上有粗細的相變和迭置，這些粗顆粒的砂巖、砂礫巖以及它們的褶皺斷裂構造裂隙為裂隙孔隙水的儲存提供了空間條件，構成了承壓自流盆地。

1.4 地球物理條件

地層、巖石物性是物探解釋的依據(jù)和基礎，根據(jù)以往西寧盆地大量物探資料統(tǒng)計結果對盆地物性層劃分如下：

（1）第四系表層風化黃土、砂礫卵石、礫卵石層，電性變化很大，且電阻率較高，在75～412Ω·m之間，其含水時，電阻率較低。

（2）新近系巖性較單一，以泥巖、粉砂巖為主，電阻率最低，是區(qū)內良好的熱儲蓋層。

（3）古近系、白堊系及侏羅系均表現(xiàn)為具類似的兩個電性層結構。其中，泥巖、泥質粉砂巖電阻率較低，在10～15Ω·m之間；另一個次低阻電性層，由泥灰?guī)r、砂巖、砂礫巖、礫巖組成，電阻率在45～55Ω·m之間，與泥巖互層組成大套低阻層，當含高礦化度熱水時，電阻率更低，在0到幾Ω·m間，是劃分熱儲層的標志。

（4）三疊系及其以下地層，包括變質巖及巖體，為區(qū)內基底高阻電性層，電阻率 110～600 Ω·m[3]。

由巖石電性統(tǒng)計結果可見，區(qū)內老基底埋深及地下熱儲層的分布具有較好的物性條件，不同時期巖石間存在一定的電阻率差異，為在本區(qū)采用電磁法勘探提供了一定的地球物理前提。

2 勘探方法

2.1 方法原理及儀器設備

本次野外工作使用美國Zonge公司生產(chǎn)的GDP-32II多功能電法儀。該儀器系統(tǒng)在國內已有幾十家單位使用，其性能已得到普遍認可。在本項目中使用這種儀器系統(tǒng)采集野外數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)質量提供了保障。該儀器有八個接收通道，能夠完成時域激發(fā)極化（TDIP）、頻域激發(fā)極化（RPIP）、復電阻率法（CR）、瞬變電磁法（TEM）、可控源音頻大地電磁測深法（CSAMT）測量，其性能指標為工作頻率0.125 Hz～8192 Hz，工作溫度-20℃～60℃，工作濕度 5%～100%，時鐘穩(wěn)定度＜5×10～10/24 h，輸入阻抗10MΩ/DC，動態(tài)范圍190 dB，最小檢測信號電0.03μv、相位±0.1 mard（毫弧度），最大輸入信號電壓±32V，自動補償電壓±2.25V（自動），增益增益 1/8-65536（自動）[2]。

圖1 CSAMT測量野外裝置示意圖

2.2 野外測線布設及實物工作量

工區(qū)范圍內地處第四系覆蓋，根據(jù)西寧盆地構造特征本次工作的可控源測量測線以北西向為軸線，L1、L2、L3、L4測線在北大超低頻電磁方法測線的基礎進行適當偏移，達到兩種方法的相互驗證。L5、L6測線為了確定地熱異常區(qū)邊界和盆地邊緣分布情況。實測點位見圖2。

結合盆地地質發(fā)育情況選擇可控源音頻大地電磁測深作為本次主要勘探方法，可控源音頻大地電磁測深是上世紀90年代以來延續(xù)至今的先進方法，利用人工場源探測地下3000m以內地熱地質構造的電磁法，其工作頻率為0.125 Hz～8192 Hz。物探的布線原則是測線近似垂直構造走向，本次物探工作采用剖面測量方式，結合現(xiàn)場實際情況，共布設7條剖面。測量點距為40m，測點數(shù)255個，測線長度10.2 km。野外測量全部使用高精度GPS定位。本次發(fā)射機的最低工作頻率為0.125 Hz。鑒于避免產(chǎn)生靜態(tài)效應，影響數(shù)據(jù)質量，因而收發(fā)距R至少應不小于5000m。本次的L1、L2線采用一個發(fā)射點，L1收發(fā)距為8700m、L2收發(fā)距為 7100m；L3為 7870m；L4-1、L4-2為一個發(fā)射點收發(fā)距為8100m，L5為7630m，L6為6550m。

2.3 結果分析

（1）L1線電性特征

圖2 CSAMT測點分布基巖圖

電性解釋：如圖3，從縱向上看二維反演圖，可將剖面分為三個電性層，且電阻率等值線整體呈左低右高的態(tài)勢。從地表至約200 m深度為第一電性層，電阻率高低分布不均，局部存在小的高阻或低阻圈閉；從200m深向下至600～1200m深可分為第二電性層，等值線呈兩邊高中間低的形式，電阻率值整體相對較低，范圍大致在200Ω·m以下，中部存在一個較大的低阻圈閉；再向下為第三電性層，整體電阻率值較高，范圍大致在200～1000Ω·m。

（2）L2線電性特征

電性解釋：如圖3，從縱向上看二維反演圖，可將剖面分為三個電性層，且電阻率等值線整體呈左低右高的態(tài)勢。從地表至約200 m深度為第一電性層，電阻率高低分布不均，局部存在小的高阻或低阻圈閉；從200m深向下至1200m深為第二電性層，電阻率值整體相對較低，范圍大致在500～1000Ω·m，而左側存在一個高阻異常，可能與電性干擾有關；1200m深向下為第三電性層，整體電阻率值較高，范圍大于1000Ω·m，且等值線橫向連續(xù)性較好。

圖3 西寧盆地CSAMT測線綜合圖（L1、L2線）

（3）L1和L2地質解釋

從反演圖上曲線形態(tài)可以看出，L1曲線形態(tài)0-34號測點呈現(xiàn)出盆地形態(tài)，盆地內電阻率等值線出現(xiàn)梯度變化，推測可能是斷裂F1所致，傾角在60°左右，斷距100 m左右，Q+E+K埋深在850～1100m左右，下伏J地層電阻率等值線呈現(xiàn)層狀，等值線向大號點呈現(xiàn)上升狀態(tài)，地層埋深隨的大號點逐漸變淺，J下伏T，電阻率較上覆地層大，T沉積較穩(wěn)定。L2曲線形態(tài)呈現(xiàn)從小號點向大號點上升，大號點較小號點地層埋深淺，淺部1000m以內電阻率等值線出現(xiàn)右半圓形，推測斷裂所致，傾角在55°左右，斷距50m左右，Q+E+K埋深在800～1050m左右，隨深度加深，下伏J地層大號點較小號點地層埋深差別不大，充分體驗盆地地質構造特征。

3 地熱地質條件綜合分析

3.1 測區(qū)地熱地質概況

工區(qū)位于總寨—大堡子凹陷區(qū)（Ⅲ），該區(qū)位于西寧地熱區(qū)的西南一帶，從整個亞區(qū)看，凹陷中心為總寨西一帶，沉積厚度約3200m，熱儲頂板埋深700～1000m，熱儲厚度2200～2500m，巖性為白堊系、侏羅系砂巖、砂礫巖、泥質砂巖、砂質泥巖及泥巖等，平均砂巖厚約600 m左右，砂厚比值為24.52%，按地熱梯度4.43℃/100m推算熱儲溫度區(qū)間值31~142℃[4]。

3.2 綜合解釋及勘探孔位置的確定

通過本次野外調查和物探工作，結合區(qū)域地質資料。物探CSAMT勘查3條斷裂均為新發(fā)現(xiàn)斷裂，本次發(fā)現(xiàn)斷裂位于祁呂賀蘭山字型構造體系的一系列次級斷裂。建議勘探井布置在斷裂較脆的一盤，以增加水量，從該區(qū)所處地貌部位看，熱儲的補給條件較好，富水性應屬中等，水質亦相對較好，因此在該區(qū)的河谷地段打2000m左右的深井，可能會取到理想的水量，較好水質的中低溫地下熱水[1]。

圖4 西寧盆地地熱物探勘查綜合解釋平面成果圖

考慮到工區(qū)位置是盆地中的總寨凹陷，打井深度可能有所加深，建議勘探井位于凹陷中隆起位置，以降低勘探深度，降低施工成本。綜合分析確定勘探孔位于L1測線13號點WGS84：36°32′31.90″；101°40′3.84″，孔深 2000m，遇到斷裂破碎帶終孔。

4 結論

賦存熱水破碎帶的電性表現(xiàn)為低阻，圍巖則表現(xiàn)為相對高阻，根據(jù)地下高阻介質中低阻層的存在可有效推斷斷裂及熱儲層的位置[4]。

CSAMT法對于尋找低阻體賦存部位、劃分深部地質構造具有明顯的優(yōu)勢,充分發(fā)揮這些優(yōu)勢以勘查地下水資源狀態(tài)及生儲地熱的有利部位,不失為勘查地下水資源乃至地熱資源的一種理想手段[5]。

根據(jù)CSAMT法成果資料部署了地熱鉆井，地熱井正在鉆進中，據(jù)最新鉆孔資料顯示，鉆孔所揭露層位與CSAMT法解釋資料相符，目前已鉆探至古近系湖泊相的細砂巖、泥質砂巖、砂質泥巖、泥巖、石膏巖細粒沉積物。通過CSAMT法勘探,基本查清了盆地構造和地層分布特征，為鉆探工程的部署提供了第一手資料[5]。

[1]天津地熱勘查開發(fā)設計院，青海省西寧盆地拉脊山前地熱資源調查評價可控源音頻大地電磁測深成果報告[R].2013.

[2]陳樂壽.王光鍔.大地電磁測深法[M].北京：地質出版社，1990：10-41.

[3]湯井田，何繼善.可控源音頻大地電磁法及其應用[M].長沙：中南工業(yè)大學出版社，2005．

[4]丁雷.地熱資源勘探方法技術的應用與展望[J].吉林地質，2005，（3）

[5]王遂政.我國深層地熱資源勘探的基本現(xiàn)狀及對策[J].河北建筑科技學院學報，2002，（3）.