超長電磁波地下遙感技術在豫東地熱資源勘探中的應用

超長電磁波地下遙感技術在豫東地熱資源勘探中的應用

熱資源是集熱、礦區(qū)和水于一體的清潔而寶貴的資源。被稱為21世紀最具潛力的綠色環(huán)保能源之一。目前,地熱資源的勘探、開發(fā)還剛起步,還沒有切實有效的勘探方法。由于地熱資源一般埋藏較深,地質調查分析僅能在地表及以往所做地質工作的基礎上做一定的宏觀分析推斷,鉆孔勘探雖直觀,但費用高,且僅能局限到點。超長電磁波地下遙感技術是一項新的地球物理勘探技術,可做大面積的勘查,可探測地下10000m以內的地層界面,其低廉的勘探費用和快捷的測試方法受到了重視。北京大學依此技術研究開發(fā)的YC-3型超長波探測儀在隱伏地質巖體調查中得到了顯著的成果。我們將超長電磁波地下遙感技術及YC-3型超長波探測儀應用于河南省鄢陵陳化店地區(qū)熱資源勘探,取得了可喜的效果。1地下長距離微波技術1.1地下超高壓信號檢測超長電磁波地下遙感技術因其使用的電磁波的波長可穿透深部地層。來自太陽的能量和電離層反射全球雷電能量注入地下,與地下不同深度的地質巖體相互作用可產生不同頻率的超長電磁波,并傳到地面上來。利用超長電磁波探測儀接收記錄來自地下的超長電磁波。超長電磁波頻譜曲線振幅強弱,主要與巖石密度、膠結程度、破壞程度以及磁性和介電常數有關系,頻譜曲線能反映出有巖性差別的“巖性界面”、“風化面”、“斷層面”及“含水部位”。1.2稀疏程度的描述超長電磁波頻譜曲線形態(tài)特征可用幅值、均勻度、平穩(wěn)度、稀疏程度來描述。頻譜曲線解釋主要是分析曲線的幅值變化,通過不同深度頻譜曲線的變化及不同測點頻譜曲線對比,即可劃分不同的地質界面、斷裂構造及含水部位等。1.3地層、巖性、地質條件研究頻譜曲線解譯是一個綜合分析研究過程,既要對頻譜曲線特征作深入細致的分析對比,又要對測區(qū)地層、巖性、構造、水文地質等有較詳細的了解。頻譜曲線解譯要遵循由已知到未知,先易后難的原則,解譯時,首先考慮哪些屬于電干擾、外來脈沖干擾,哪些屬于有用的地質信息,排除干擾信息,提取有用地質信息。2內熱水型地熱資源地熱資源有蒸汽型、熱水型、干熱巖型、地壓型和巖漿型五大類,不同類型的地熱資源由不同的地質條件決定。鄢陵地區(qū)目前所能利用的地熱資源為沉積層內或基巖風化帶內熱水型地熱資源。一般來說,深度每增加100m,地球的溫度就增加3℃左右。這就意味著地下1000m的地層,就有45℃的熱水,然而,由于地質構造的作用,某些區(qū)域的地段內,會形成地熱異常,其形成的地質條件是:(1)要有足夠厚的沉積層,才有好的保溫條件;(2)基底大的斷裂構造附近常常是地熱異常區(qū);(3)沉積層內或基巖風化帶要有含水層。因此,探明沉積層厚度,確定基底斷裂具體位置及沉積層及基巖風化帶含水層部位是地熱勘探的主要任務。3在地質勘探中，長波地震技術的應用和影響分析3.1深斷裂調查剖面位置及測點布設勘查區(qū)位于鄢陵陳化店鎮(zhèn)西側,南北長2000m,東西寬1000m,區(qū)域橫跨鄢陵許昌深斷裂,為查明鄢—許深斷裂位置、產狀、性質及勘查區(qū)新生界沉積厚度,在本區(qū)內垂直深斷裂布置2條勘查剖面,每條剖面布設20個測點,在對資源初步分析后,在斷裂附近布設2個測點,詳見圖1。為提高解譯精度,每個測點分別采集北東向和北西向(天線方向)各一次數據,多數測點數據采集深度為2000m,采樣密度為2m,共獲得超長波探測曲線84條。3.2上伏法層厚度測區(qū)內自上而下分布著第四系松散巖類、第三系碎屑巖類、寒武奧陶系碳酸鹽巖類等。第四系沉積厚度180～250m,超長波曲線特征為變化幅度小,稀疏,與下伏第三系界面較清晰,第三系沉積厚度500～1000m,超長波曲線特征為變化幅度小,較密,與下伏寒武奧陶系界面清晰。在Y3與Y13號測點以南,該層厚度在600m左右,Y4與Y14號點以北該層厚度均大1000m。寒武奧陶系碳酸鹽巖類超長波曲線特征為幅值高,所有曲線均未探測到底板界面。3.3地層解譯結果斷裂構造解譯是在地層結構解譯的基礎上進行的。根據各測點及剖面上各巖性段的厚度變化、埋深變化進行綜合分析解譯。通過對兩剖面的地層解譯結果可以看出,Y6與Y7、X7與X8,兩點平面距離相差100m,而寒武奧陶系碳酸鹽巖頂板埋深相差400m,說明在Y6與Y7,X7與X8之間有斷層通過。Y21點寒武奧陶系碳酸鹽巖頂板埋為1200m,在斷層以北。3.4斷裂北緣第三系熱儲沉積特征在斷裂以南,第三系頂板埋深200m,底板埋深700～800m,沉積厚度500～600m,由于上覆第四系沉積厚度較小,埋藏淺,保溫條件差,斷裂以南第三系熱儲較差。在斷裂以北,僅第三系沉積厚度就達1000m,保溫條件較好。從超長波曲線分析,第三系底部及寒武奧陶系碳酸鹽巖風化帶內有多段含水層,因此,斷裂以北斷裂附近熱儲較好,預估1000～1200m熱儲溫度可達50℃。3.5地層巖性和地溫增加量在根據超長電磁波解譯成果確定的鉆孔位置(Y21測點)處開鉆鑿井。鉆進至1100m時,巖性變硬,鉆進困難。鑿井方認為已到基巖,要求終孔。在對超長波曲線進一步分析后認為,1100～1200m應為風化破碎帶,且有熱儲存在,應繼續(xù)鉆進。鉆進至1160m時,判定已到基巖(寒武奧陶系碳酸鹽巖),終孔。測井顯示,1000～1160m有多段含水層,1000～1160m段地溫增幅高達12℃。成井后,出水量為50t/h,出水溫度為63℃。3.6磁波地下遙感技術特點在鄢陵陳化店的地熱資源勘探與開發(fā)中,超長電磁波地下遙感技術發(fā)揮了重要作用,概括起來超長電磁波地下遙感具有以下特點:(1)可解釋程度高。超長電磁波地下遙感能夠較為準確劃分出地層界面,解譯出新生界覆蓋層厚度,推斷出基底構造位置,能夠反映出含水層的部位;(2)工作效率高。測試儀器輕便,攜帶方便,野外工作受地形、地貌、交通條件影響小。每天2～3人可測試10～20個測點;(3)提高了經濟效益。在地熱資源勘探中,目前還沒有經濟有效的勘探方法,一般的物探方法成本高,勘探周期長,且受地形、地貌、交通情況影響較大。超長電磁波地下遙感的應用,縮短了勘探周期,提高了經濟效益。4應用效果分析黃淮海地區(qū),大多與鄢陵陳化店有相似之處,沉積層厚度較大,基底斷裂構造錯綜復雜,熱儲分散。在陳化店地熱井開發(fā)成功后,距該井不足10km處有一賓館,未經勘探,依此井為依據也開鑿了一眼深1100m的水井,結果出水溫度僅為39℃。因此,在地