程正璞,連晟,魏強(qiáng),胡文廣,雷鳴,李戍

(1. 中國地質(zhì)調(diào)查局 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心,河北 保定 071000; 2. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 地球和空間科學(xué)學(xué)院,安徽 合肥 230026)

0 引言

雄安新區(qū)位于華北平原冀中坳陷中部,水熱型地?zé)豳Y源豐富,也是我國中東部地區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)利用條件最好的地區(qū)之一,包括牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽?、容城地?zé)崽锖透哧柕責(zé)崽铩?/p>

依托多個(gè)地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查項(xiàng)目,專家學(xué)者在雄安新區(qū)及周邊開展了一系列的水文地質(zhì)調(diào)查、地球物理探測、水化學(xué)分析、鉆井工程和鉆孔測溫工作,在區(qū)域構(gòu)造、巖石圈熱結(jié)構(gòu)、熱源機(jī)制、熱儲(chǔ)特征、儲(chǔ)集空間類型、地?zé)豳Y源儲(chǔ)量、水源補(bǔ)給等方面形成了一定的認(rèn)識(shí)和成果[1-11]。

薊縣系熱儲(chǔ)是雄安新區(qū)的主力熱儲(chǔ)層,分為霧迷山組和高于莊組,全區(qū)均有分布,巖性主要為白云巖、燧石條帶白云巖、泥質(zhì)白云巖等,巖溶裂隙發(fā)育、連通性好。其中霧迷山組是雄安新區(qū)目前地?zé)衢_發(fā)的主要地?zé)醿?chǔ)層,其頂面構(gòu)造埋深為600～4 000 m,區(qū)內(nèi)被牛東斷層、容城斷層和牛南斷層分割為雄縣斷塊、容城斷塊和安新斷塊3個(gè)主要的熱儲(chǔ)斷塊。薊縣系霧迷山組,經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(薊縣、加里東、燕山、喜馬拉雅等),其地層經(jīng)歷過多期隆升剝蝕作用,霧迷山組殘余厚度為600～1 400 m,南部殘余厚度大,北部殘余厚度薄[12-17]。

近年來,在雄安新區(qū)開展了一系列地球物理勘探工作,包括不同比例尺重力、航磁、地面磁測、電法及二維地震工作。李弘等[18]通過對牛駝鎮(zhèn)凸起區(qū)的布格重力異常與化極航磁異常進(jìn)行反演,獲得了牛駝鎮(zhèn)凸起區(qū)的斷裂、潛山構(gòu)造以及磁性地質(zhì)體的半定量分布特征;于長春等[19]通過對航磁資料的處理,分析了雄安新區(qū)基底構(gòu)造及巖性特征;何登發(fā)等[20]利用地震資料對徐水凹陷、容城凸起及牛駝鎮(zhèn)凸起等周邊進(jìn)行精細(xì)解釋,識(shí)別了研究區(qū)域的不整合面,并劃分了構(gòu)造—地層層序和斷裂系統(tǒng);商世杰等[21]利用可控源音頻大地電磁法探測了雄安新區(qū)附近1.5 km以淺的地層結(jié)構(gòu)及隱伏斷裂;張龍飛等[22]通過分析重力資料,得出牛駝鎮(zhèn)凸起和容城凸起表現(xiàn)重力高,高陽低凸起則表現(xiàn)為較低緩的重力高,且凸起與凹陷交界處可見明顯的重力異常梯度帶,代表著斷裂構(gòu)造位置及走向;2020年中國自然資源航空物探遙感中心利用航空物探綜合站(磁、電、放)測量和時(shí)間域航空電磁測量數(shù)據(jù),得到了白洋淀淀區(qū)下第一套砂層三維空間分布特征,劃分了全區(qū)地下咸淡水分界線,查清了全區(qū)航空伽馬能譜低背景特征;王凱等[23]利用深反射地震探測、長周期大地電磁等深部地球物理探測方法對新區(qū)內(nèi)深部地?zé)釞C(jī)制進(jìn)行了解釋,提出了“二元生熱”模型,認(rèn)為放射性元素衰變生熱占地表熱流的接近 30%,而幔源熱流在地表熱流中的占比可達(dá)約70%;龍慧等[24]利用二維地震和高密度電阻率測深揭示了雄安新區(qū)200 m以淺的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征,并總結(jié)了城鎮(zhèn)化高干擾環(huán)境下地球物理方法的探測深度、橫縱向分辨率、目標(biāo)體響應(yīng)特征和適用性等;岳航羽等[25]通過對深反射地震數(shù)據(jù)的精細(xì)處理,提高了深反射地震資料的信噪比、分辨率及保真,有效探測了雄安新區(qū)淺中深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造。

地球物理方法各有特點(diǎn),在一定程度上解決了某些地質(zhì)任務(wù),但也存在不足之處。如表1所示,大地電磁法(MT)雖探測深度大,但一般測點(diǎn)距較大、抗干擾能力差,淺部勘探盲區(qū)大,多用于熱源機(jī)制的研究;可控源音頻大地電磁法(CSAMT)勘探深度1～2 km,雖能在一定程度上揭示地層結(jié)構(gòu)和斷裂構(gòu)造,但不能探查到更深部熱儲(chǔ)層的形態(tài),且靠近城鎮(zhèn)周邊抗干擾能力弱,導(dǎo)致原始資料品質(zhì)下降,分辨率下降;人工地震勘查雖能較精細(xì)查明地下深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)造特征,但存在能量不均衡、深層信號(hào)弱、干擾波復(fù)雜多變等問題,且勘探成本高;航空物探和高密度電磁法施工效率高,但勘探深度有限,一般僅能查明200 m以淺的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

表1 多種地球物理勘探方法對比Table 1 List of comparison of various geophysical exploration methods

為解決常規(guī)電磁法抗干擾能力差、淺部勘探盲區(qū)大、勘探深度不足、分辨率不足及人工地震深部反射信號(hào)弱、潛山內(nèi)幕反射雜亂、勘探成本較高的問題,本文利用中石油東方地球物理勘探有限責(zé)公司研發(fā)的TFEM-T3型大功率(200 kW)恒流時(shí)頻電磁儀和WL2C-B型組網(wǎng)式采集站在雄安新區(qū)開展時(shí)頻電磁法地?zé)峥辈楣ぷ?在前人研究基礎(chǔ)上,查明研究區(qū)隆凹構(gòu)造和6 km以淺的地層分布特征,重點(diǎn)查明霧迷山組、高于莊組深部熱儲(chǔ)層空間分布及形態(tài)結(jié)構(gòu)特征,探明隱伏斷裂及其次級(jí)斷裂的位置、走向、規(guī)模及性質(zhì),建立研究區(qū)三維地質(zhì)模型,圈定地?zé)嵊欣麉^(qū),為深部地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)、鉆探提供地質(zhì)依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

雄安新區(qū)位于渤海灣盆地冀中坳陷的中部[26],構(gòu)造單元上包括牛駝鎮(zhèn)凸起南部、牛北斜坡南部、容城凸起、高陽低凸起北部、霸縣凹陷、保定凹陷和白洋淀洼陷;其西北部為徐水凹陷,東南部為文安斜坡,北部為廊固凹陷,南部為饒陽凹陷(圖1)。

圖1 雄安新區(qū)前中生界頂面主要構(gòu)造分布(據(jù)文獻(xiàn)[13]修編)Fig.1 Main structural distribution on the top surface of the pre Mesozoic in Xiong′an New Area(revised by reference[13])

冀中坳陷在中生代燕山運(yùn)動(dòng)擠壓和新生代太平洋板塊俯沖弧后拉張伸展的構(gòu)造作用下形成的一系列正斷層,研究區(qū)內(nèi)規(guī)模較大、對區(qū)域構(gòu)造起控制作用的隱伏基巖斷裂主要為保定—石家莊斷裂、容西斷裂、容城斷裂、牛東斷裂和徐水?dāng)嗔裑27-29]。新生代斷裂活動(dòng)主要集中在古近系沙河街組四段(Es4)和新近系館陶組(N2g)、明化鎮(zhèn)組(N2m)沉積時(shí)期,地表未見構(gòu)造活動(dòng)跡象。

研究區(qū)位于雄安新區(qū)的起步區(qū)內(nèi),其沉積地層序列由下而上依次為太古宇變質(zhì)巖、元古宇青白口系(Qb)、薊縣系(Jx)和長城系(Ch)、新生界古近系(E)、新近系(N)和第四系(Q)地層,而古生界和中生界地層缺失[30-32]。

通過對前人研究資料的收集與分析[18-19],結(jié)合研究區(qū)內(nèi)電測井資料,整理得到區(qū)內(nèi)各地層巖性、電阻率、平均密度、平均磁化率(表2),由表2可知,研究區(qū)地層電阻率總體上隨地層時(shí)代由新到老表現(xiàn)為:新生界第四系次高阻層、新生界新近系低阻層、元古界次高阻層、太古界高阻層,為電磁法勘探提供了物理基礎(chǔ)。

表2 研究區(qū)地層物性統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of physical properties of strata in the study area

2 工作方法

時(shí)頻電磁法(TFEM)是在可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)和長偏移距瞬變電磁法(LOTEM)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的電磁勘探法,實(shí)現(xiàn)了時(shí)間域電磁法和頻率域電磁法的統(tǒng)一[33-35]。

圖2是 TFEM 勘探野外施工示意,施工時(shí)由發(fā)射和接收兩個(gè)部分組成。圖中A、B是發(fā)射源接地電極,與主測線基本平行,其長度在 5～10 km 之間,布置地點(diǎn)一般選擇在潮濕且遠(yuǎn)離強(qiáng)電力干擾的地方,通過多根電纜并聯(lián)到TFEM-T3型大功率(200 kW)恒流時(shí)頻電磁儀向地下供電;接收端多臺(tái)WL2C-B型組網(wǎng)式采集站[36]排列接收,布設(shè)在離發(fā)射源5～15 km的地方,通過接地電極M、N測量橫向電場分量Ex和垂向磁場分量Hz,信號(hào)接收系統(tǒng)通過GPS與發(fā)射同步接收每個(gè)頻率重復(fù)激發(fā)的所有信號(hào),探測深度與激發(fā)的最大周期有關(guān),激發(fā)周期越長探測深度越大。

圖2 時(shí)頻電磁法野外施工示意Fig.2 Schematic of TFEM exploration field construction

研究區(qū)臨近雄縣縣城,區(qū)內(nèi)人文干擾眾多,如公路、光伏電場、高壓線、村莊、工廠等,考慮到地?zé)峥辈橛袆e于油氣勘查,時(shí)間域極化率在油氣勘探中對油水界面更加敏感[37],但對碳酸巖界面的反映不如頻率域電阻率敏感,故本文僅研究時(shí)頻電磁法抗干擾能力更強(qiáng)的橫向電場分量Ex,利用求取的頻率域振幅和相位數(shù)據(jù),開展電阻率反演工作。

3 數(shù)據(jù)采集與處理

3.1 數(shù)據(jù)采集

筆者依托中國地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目在雄安新區(qū)布設(shè)了3條時(shí)頻電磁法剖面,總長度67.4 km,點(diǎn)距200 m,測線部署圖見圖1。

為確保采集到高品質(zhì)的原始數(shù)據(jù),施工過程中除嚴(yán)格執(zhí)行《陸上可控源電磁法勘探采集技術(shù)規(guī)程》(SY/T 6589—2016)外,結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況,科學(xué)設(shè)計(jì)施工參數(shù)、強(qiáng)化施工質(zhì)量控制,重點(diǎn)如下:

1)開工前,對所有參與施工的接收儀器和測量儀器進(jìn)行一致性試驗(yàn),均方誤差均小于2%;對發(fā)射設(shè)備開展內(nèi)噪聲測試(<0.5 μV)、諧波測試(<0.007%)、正弦波測試(波形完好),確保設(shè)備性能正常;

2)提前踏勘了解區(qū)內(nèi)干擾源位置及類型,利用高清衛(wèi)星軟件對測點(diǎn)進(jìn)行展繪,盡量避開干擾源,選擇地勢平坦開闊位置放樣;測點(diǎn)要均勻分布,不得出現(xiàn)突拐現(xiàn)象,做好測量標(biāo)識(shí)且嚴(yán)禁挪動(dòng);

3)根據(jù)室內(nèi)模擬結(jié)果及開工前收發(fā)距試驗(yàn)結(jié)果,確定本研究區(qū)收發(fā)距范圍為7～11 km;選擇構(gòu)造簡單且較潮濕的地點(diǎn)作為A、B供電電極,確保接地電阻不大于15 Ω,實(shí)發(fā)電流不小于80 A;

4)Ex方向?yàn)闇y線方向,MN距和方位采用RTK實(shí)測,兩極的定位誤差小于1%,方位誤差小于1°;

5)接收端采用不極化電極,定期進(jìn)行配對,確保電極差小于2 mV;實(shí)測時(shí),電極要與泥漿接觸良好,確保接地電阻不大于2 000 Ω、自然電位不大于20 mV,埋設(shè)且靜置20 min后,方可采集數(shù)據(jù);

6)當(dāng)日及時(shí)處理、評(píng)價(jià),對異常點(diǎn)或不合格點(diǎn)要結(jié)合測點(diǎn)周圍環(huán)境進(jìn)行復(fù)核并制定質(zhì)量改進(jìn)措施,及時(shí)返工。

3.2 數(shù)據(jù)處理與解釋

時(shí)頻資料處理與解釋有一套比較完善的流程[38-39](圖3),結(jié)合勘查目標(biāo),主要包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、求取電性參數(shù)、電阻率約束反演、層位標(biāo)定、綜合地質(zhì)解釋等方面。

圖3 時(shí)頻電磁數(shù)據(jù)綜合處理解釋流程Fig.3 Flow chart of comprehensive processing and interpretation of time-frequency electromagnetic data

1)數(shù)據(jù)預(yù)處理:包括原始時(shí)序信號(hào)核查、數(shù)據(jù)品質(zhì)和噪聲水平評(píng)價(jià)、50 Hz工業(yè)噪聲估計(jì)和刪除干擾大的某一個(gè)周期信號(hào)、同步疊加等;同時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換,建立測區(qū)數(shù)據(jù)庫;

2)求取電性參數(shù):在數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上,利用激發(fā)電流文件對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,去除干擾頻點(diǎn)和畸變點(diǎn),求取各點(diǎn)振幅和相位數(shù)據(jù);

3)利用研究區(qū)已知物性、電測井等資料進(jìn)行電阻率約束反演,并對電阻率反演剖面進(jìn)行地層標(biāo)定,建立電性異常層與地質(zhì)層位之間的對應(yīng)關(guān)系;

4)結(jié)合以往的地質(zhì)、鉆井和其他地球物理資料進(jìn)行綜合地質(zhì)解釋,分析研究區(qū)6 km以淺的熱儲(chǔ)層空間分布、斷裂特征;并結(jié)合地?zé)針?gòu)造演化和蓋層厚度等,預(yù)測地?zé)嵊欣麉^(qū)。

4 綜合解釋

4.1 典型單線地層劃分

利用研究區(qū)已知物性、電測井等資料進(jìn)行電阻率約束反演后,得到電阻率反演剖面,如圖4a所示,元古界及太古界地層整體顯示為高阻特征,電性差異較小,分層信息不明顯,針對此特點(diǎn),文中采用電阻率數(shù)據(jù)擬地震成像技術(shù)增強(qiáng)層間電性差異信息,結(jié)合區(qū)內(nèi)鉆井資料,對太古宇與元古宇之間、元古宇內(nèi)部層位進(jìn)行精細(xì)劃分(圖4b)。

圖4 A2-A2′測線電阻率反演剖面(a)、擬地震成像(b)、地質(zhì)解釋剖面(c)Fig.4 Resistivity inversion profile(a), pseudo-seismic imaging map(b) and geological interpretation profile(c) of A2-A2′ survey line

擬地震成像是在綜合研究區(qū)內(nèi)密度、速度和電阻率等巖石地球物理屬性的基礎(chǔ)上,對速度和密度進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后的屬性一定程度上包含了巖石內(nèi)部固有地層界面或巖性巖相、斷層等物性體的差異特征,將這些差異性以類似地震波同相軸的形式表示出來。

由圖4b、4c可見,第四系(Q)地層在電阻率剖面上顯示為表層連續(xù)次高阻層,在擬地震剖面上顯示為強(qiáng)振幅特征,整條剖面均有分布,厚度相對平穩(wěn),厚度200～300 m。

新近系(N)地層在電阻率剖面上顯示為淺層連續(xù)低阻層,在擬地震剖面上顯示為弱振幅特征,整條剖面均有分布,F4斷層上盤方向厚度有所增大,厚度范圍700～1 200 m。

古近系(E)地層在電阻率剖面上顯示為低阻層,剖面西段(1～6 km)地層分布相對局限,在擬地震剖面上顯示較強(qiáng)振幅特征,具有一定的層狀特征,F2與F3斷層之間厚度較大,約1 000 m,F2斷層下盤方向厚度約為300 m,F3斷層下盤方向厚度由西向東減薄,厚度范圍0～400 m之間;剖面東段(16～25 km)在擬地震剖面上顯示為連續(xù)的弱振幅特征,與上覆新近系(N)地層由空白振幅區(qū)相隔;F4斷層上盤方向古近系厚度急劇增大,185～210號(hào)測點(diǎn)范圍厚度約為2 500 m,F8斷層以東厚度再次增加,最大可達(dá)約4 000 m。

薊縣系霧迷山組—楊莊組(Jxw-y)地層電阻率顯示為低阻向高阻過渡的特征,由淺到深電阻率逐漸升高,擬地震顯示為強(qiáng)振幅特征,底界處振幅減弱或消失。容城凸起區(qū)地層頂界面埋深約1 600 m,厚度約1 200 m;中間次凹區(qū)地層頂界面埋深約2 000～2 200 m,厚度由西向東逐漸減薄,范圍約600～1 100 m;牛駝鎮(zhèn)凸起區(qū)地層頂界面埋深約900～1 600 m,厚度相對平穩(wěn),約500～600 m。

薊縣系高于莊組(Jxg)地層整體顯示為高阻層,由連續(xù)分布的高阻異常團(tuán)塊組合而成,擬地震剖面中0～8 km范圍顯示為弱振幅特征,8～16 km范圍內(nèi)振幅極弱,為空白反射區(qū)。

容城凸起區(qū)地層頂界面埋深約2 800 m,厚度約1 000 m;中間次凹區(qū)地層頂界面西深東淺,約3 300～2 600 m,厚度西厚東薄,約1 000～1 200 m;牛駝鎮(zhèn)凸起區(qū)地層頂界面埋深兩側(cè)深中間薄,約2 200～1 400 m,厚度相對平穩(wěn),約800～1 000 m。長城系(Ch)地層電阻率顯示為高于莊組高電阻率向下逐漸降低的過渡帶特征,擬地震資料顯示為弱—中等振幅特征;因其與太古界上部次高阻特征較難區(qū)分,由區(qū)內(nèi)高深1井預(yù)測本套地層厚度約為400 m,其頂界面埋深規(guī)律與高于莊組一致。

太古界地層(Ar)整體顯示為高阻異常特征,尤其是剖面中段8～16 km范圍,高阻相對穩(wěn)定,擬地震資料顯示為穩(wěn)定的弱振幅異常帶,深部低阻發(fā)育推測與太古界內(nèi)部巖性變化及局部斷裂作用相關(guān),也可能與深部地幔物質(zhì)上涌有關(guān),推測對深部熱源具有一定的導(dǎo)通作用。

4.2 斷層展布特征

本文搜集了研究區(qū)及周邊1∶5萬重力資料,采用歸一化標(biāo)準(zhǔn)偏差法(NSTD)提取與斷裂構(gòu)造相關(guān)的異常信息,等值線極大值處推斷為斷裂位置[40],結(jié)合3條時(shí)頻電磁法剖面電阻率反演結(jié)果,共解釋8條斷層,主體為NNE走向的正斷層,控制了研究區(qū)隆凹格局和地層分布(圖5)。其中F1為徐水—安新—文安轉(zhuǎn)換斷層的西段,傾向由S向轉(zhuǎn)為SW向的Ⅰ級(jí)斷層,具有正斷兼左行走滑性質(zhì),是區(qū)域上冀中坳陷北段與中段的分界;F1斷層以北,由西向東分別為近SN向容城凸起、近NNE向中間次凹(亦稱牛北斜坡)、近NNE向牛駝鎮(zhèn)凸起及霸縣凹陷;F1斷層以南為保定凹陷范圍。F2為容城東斷裂,控制了容城凸起的東部邊界和中間次凹(又稱牛北斜坡)的西側(cè)邊界,是走向近NNE向、傾向SEE的Ⅱ級(jí)正斷層;F3為牛駝鎮(zhèn)凸起西部邊界斷層,同時(shí)控制了中間次凹的東側(cè)邊界,是走向近NNE向、傾向SEE的Ⅱ級(jí)正斷層;F4為牛東斷裂,控制了牛駝鎮(zhèn)凸起東部邊界,其上盤方向?yàn)榘钥h凹陷,是走向近NNE向、傾向SEE的Ⅱ級(jí)正斷裂;F2、F3、F4斷層均穿過A2-A2′與B-B′兩條測線,南端交于斷裂F1;F5、F6、F7為容城凸起內(nèi)部斷裂,F8為霸縣凹陷內(nèi)部斷裂,走向均近NNE向。

圖5 研究區(qū)斷裂與重力歸一化標(biāo)準(zhǔn)偏差疊合Fig.5 Overlapping map of faults and gravity normalized standard deviation in the study area

4.3 薊縣系霧迷山組熱儲(chǔ)層頂界面構(gòu)造特征

由于研究區(qū)整體為新生界覆蓋層,因此本文的重點(diǎn)研究目標(biāo)地層為元古界薊縣系霧迷山組,也是目前雄安新區(qū)開發(fā)利用的主力熱儲(chǔ)層位。

利用已知鉆孔資料,結(jié)合3條時(shí)頻電磁電阻率反演剖面,本文推斷并繪制了研究區(qū)薊縣系霧迷山組頂界面構(gòu)造,如圖6所示,斷裂F2以西為容城凸起,以F7、F6為邊界,分為3個(gè)構(gòu)造條帶。其中斷層F2、F7之間頂界面埋深北淺南深,范圍約1 000～1 800 m,北部發(fā)育有2處構(gòu)造高點(diǎn),一處位于B-B′的125～129號(hào)點(diǎn)南側(cè),另一處位于113～126號(hào)點(diǎn)北側(cè);斷層F6、F7之間頂界面埋深北淺南深,范圍約1 400～2 600 m,南部發(fā)育有1處構(gòu)造低點(diǎn),位于A1-A1′東段140～153號(hào)點(diǎn),推測為局部次一級(jí)凹陷;斷層F6以西頂界面埋深西深東淺,范圍約1 000～1 700 m,在F5、F6之間發(fā)育有1處構(gòu)造高點(diǎn),位于A1-A1′的122～127號(hào)點(diǎn)的北側(cè)。

圖6 薊縣系霧迷山組頂界面構(gòu)造Fig.6 Structural of top boundary of Wumishan Formation of Jixian System

中間次凹發(fā)育在斷層F2～F3之間,為次一級(jí)的箕狀斷陷,霧迷山組頂界面埋深西深東淺,頂界面埋深范圍約1 400～2 400 m,發(fā)育一近NNE向的構(gòu)造低條帶,穿越B-B′線141～145號(hào)點(diǎn)和A1-A1′線110～112號(hào)點(diǎn)。

牛駝鎮(zhèn)凸起區(qū)發(fā)育在斷層F3～F4之間,基底頂面構(gòu)造整體NNE向,霧迷山組頂界面埋深北淺南深,范圍約600～1 400 m,整體發(fā)育南、北兩處構(gòu)造高點(diǎn),分別位于A2-A2′測線的146～172號(hào)點(diǎn)與B-B′測線的178～190號(hào)點(diǎn)處,鉆孔D2揭示頂界面埋深最淺約600 m;斷層F4以東霸縣凹陷區(qū)域古近系地層厚度大,未揭示霧迷山組頂界面。

綜上,研究區(qū)薊縣系霧迷山組頂界面埋深范圍約600～2 600 m,牛駝鎮(zhèn)凸起區(qū)頂界埋深最淺。

4.4 預(yù)測地?zé)嵊欣麉^(qū)

雄安新區(qū)屬于中低溫地?zé)嵯到y(tǒng),熱源、通道、儲(chǔ)層、蓋層、流體等是中低溫對流型地?zé)豳Y源聚集的要素[41],本文通過對研究區(qū)地層結(jié)構(gòu)、斷裂構(gòu)造的分析,構(gòu)建了研究區(qū)三維地質(zhì)模型(圖7),直觀反映了研究區(qū)內(nèi)隆凹格局和斷層發(fā)育情況;同時(shí)結(jié)合前人研究成果,從熱源、通道、儲(chǔ)層、蓋層、流體等方面分析預(yù)測了研究區(qū)地?zé)嵊欣麉^(qū)。

圖7 研究區(qū)三維地質(zhì)模型Fig.7 3D geological model of the study area

王凱等[23]利用深反射地震和長周期大地電磁探測資料構(gòu)建了雄安新區(qū)深部 “二元”生熱模型,認(rèn)為放射性元素衰變生熱占地表熱流的接近30%,而幔源熱流在地表熱流中的占比可達(dá)約70%;同時(shí)認(rèn)為牛駝鎮(zhèn)地?zé)崽锖腿莩堑責(zé)崽锎嬖谏畈繜嵩?以區(qū)域斷裂為熱通道,大地?zé)崃饔缮畈肯蛏蟼鲗?dǎo)、擴(kuò)散到牛駝鎮(zhèn)凸起和容城凸起頂部(圖7),對碳酸鹽巖儲(chǔ)水層進(jìn)行加熱,形成地?zé)醿?chǔ)層;上覆新近系沉積地層是良好的熱蓋層。

運(yùn)移通道是指連接水源和儲(chǔ)層的通道,其中張性正斷裂是地?zé)豳Y源運(yùn)移重要的通道條件。雄安新區(qū)內(nèi)的地?zé)崽锒继幱诙鄺l斷裂交匯部位(圖6),這些斷裂與地?zé)崽锏男纬捎胁煌潭鹊穆?lián)系。牛東斷裂(F4)處于牛駝鎮(zhèn)凸起與霸縣凹陷兩個(gè)構(gòu)造單元之間,是一條延伸長、落差大、活動(dòng)強(qiáng)的高角度張性正斷層;在牛東斷層下盤發(fā)育了底辟構(gòu)造,可能是由深部地幔物質(zhì)上涌引起淺層抬升所致[41],另外在斷裂附近有新近系的玄武巖呈串珠狀展布[18],說明牛東斷裂(F4)既是研究區(qū)的導(dǎo)熱斷裂,也是導(dǎo)水?dāng)嗔?。容城東斷裂(F2)位于容城凸起東側(cè),走向近NNE向,剖面上表現(xiàn)為典型的犁式正斷裂的特征,該斷裂控制了容城凸起內(nèi)新近紀(jì)地層的發(fā)育,并且容城東斷裂斷面發(fā)育了大量的裂縫帶、溶蝕帶,說明該斷裂是牛駝鎮(zhèn)凸起基巖熱水的上涌出口[41]。

霧迷山組熱儲(chǔ)層是目前雄安新區(qū)開發(fā)利用的主力層位,是典型的碳酸鹽巖型熱儲(chǔ),主要分布在研究區(qū)牛駝鎮(zhèn)凸起、容城凸起及中間次凹,巖性為灰白色、灰褐色泥質(zhì)白云巖。新生界蓋層直接覆蓋于薊縣系霧迷山組白云巖之上,霧迷山組儲(chǔ)層埋深淺、厚度大,頂深多分布在700～2 400 m,由于經(jīng)歷長期的淋濾作用,具有高孔高滲的特點(diǎn)。牛駝鎮(zhèn)凸起和容城凸起熱儲(chǔ)層頂面溫度為40～90 ℃,地表熱流通量為70～106.5 mW/m2,為高異常區(qū)[41];中間次凹熱儲(chǔ)埋深大,在1 900～2 300 m,地表熱流分布在48.9～66.6 mW/m2,因此要想達(dá)到相同的地溫,凹陷區(qū)的深度要遠(yuǎn)大于凸起區(qū),說明凸起區(qū)具有良好的地?zé)岬刭|(zhì)條件、更易聚集高溫的地下水。

由上述內(nèi)容可知,牛駝鎮(zhèn)凸起和容城凸起都具有良好的地?zé)崆熬?牛駝鎮(zhèn)凸起區(qū)霧迷山組頂界面埋深較容城凸起區(qū)淺,厚度也較為穩(wěn)定,且牛東斷裂(F4)作為導(dǎo)熱導(dǎo)水?dāng)嗔?更有利于深部熱流向淺部匯集。因此本文認(rèn)為牛駝鎮(zhèn)凸起區(qū)為最優(yōu)的地?zé)嵊欣麉^(qū),特別是靠近F4下盤附近。

5 結(jié)論

通過對時(shí)頻電磁測線的電阻率約束反演,并結(jié)合研究區(qū)重、磁和鉆井資料進(jìn)行了綜合地質(zhì)解釋,得到以下結(jié)論:

1)研究區(qū)元古界霧迷山組、高于莊組、太古界地層均顯示為高電阻率,地層之間電性差異較小,筆者采用擬地震成像處理手段增強(qiáng)了界面差異信息,并結(jié)合鉆井資料,對地層層位進(jìn)行標(biāo)定,有效提高了解釋結(jié)果的可靠性。

2)結(jié)合重力資料,本文解釋了8條隱伏斷層,主體為NNE走向的正斷層,控制了研究區(qū)隆凹格局和地層分布,由西向東依次發(fā)育了容城凸起、牛駝鎮(zhèn)凸起和霸縣凹陷3個(gè)主體構(gòu)造單元,容城凸起與牛駝鎮(zhèn)凸起之間發(fā)育中間次凹;牛駝鎮(zhèn)凸起整體方向以NNE向?yàn)橹?分為南、北兩處構(gòu)造高點(diǎn);容城凸起分為3個(gè)構(gòu)造條帶,東、西部規(guī)模較大,為凸起區(qū);中間規(guī)模小,為次一級(jí)的局部凹陷。

3)基本查明了研究區(qū)地層分布情況。第四系和新近系地層全區(qū)發(fā)育,厚度相對穩(wěn)定;古近系地層主要分布于中間次凹和霸縣凹陷內(nèi);薊縣系地層在容城凸起、中間次凹、牛駝鎮(zhèn)凸起區(qū)均有分布,頂界面埋深范圍約600～2 600 m。

4)構(gòu)建研究區(qū)三維地質(zhì)模型,直觀反映了研究區(qū)內(nèi)隆凹格局和斷層發(fā)育情況;從熱源、通道、儲(chǔ)層、蓋層、流體等方面分析認(rèn)為牛駝鎮(zhèn)凸起區(qū)為最優(yōu)的地?zé)嵊欣麉^(qū),特別是靠近F4下盤附近。