观音峡背斜热储构造音频大地电磁法电性结构特征

1、观音峡背斜热储构造音频大地电磁法电性结构特征摘要：为提高大地电磁法在观音峡背斜地热勘查中的应用水平，通过观音峡背斜15个深地热井钻孔与音频大地电磁测深剖面对比分析，总结了观音峡背斜地层电阻率范围特征，分析认为观音峡背斜中段嘉陵江组地层岩溶发育程度及含水量高于南段和北段，从地热远景开发角度来看，观音峡背斜中段为最有利区域。常见的储水构造大地电磁法电阻率异常形态有3个类型，即圈闭低阻、“V”形低阻以及条带低阻。研究了电性异常形态类型、钻孔位置与出水量的关系，认为圈闭低阻和“V”形低阻的核心区域是钻孔最有利靶区。关键词：观音峡背斜；地热勘查；音频大地电磁法；电性特征；低阻异常V、八、亠1前言观音峡背

2、斜横跨重庆渝北、北碚、沙坪坝、九龙坡、大渡口、巴南、江津等七区（图1），全长110km，宽45km，面积大于500km2，为重庆主城区地热水资源主要赋的5大高隆起背斜（温塘峡、观音峡、铜锣峡、南温泉、桃子荡）之一。地热水资源主要赋存于背斜的三叠系嘉陵江组灰岩，热储层埋深较大,一般为20002500m】i,地热主要由地热增温所致,即热储的温度主要受埋深控制，以深孔开发为主，地热勘查中常规电法无能为力，电磁法以其测深大，设备相对轻便和横向分辨率高等特点，越来越多地应用于地热勘查2，并且取得了较好的实际应用效果3。据不完全统计，截止2016年，重庆地区已有十余口井在前期勘查中采用了大地电磁法，也取得

3、了一定的应用效果。但就重庆地区而言，地热勘探工作应用大地电磁法起步较晚，可参考的经验不多。本文通过对观音峡背斜区域已施工的15个地热井（见图1）和相应大地电磁法电阻率剖面对比分析、归纳总结，对观音峡背斜热储构造的大地电磁法电性特征进行了研究，旨在尝试提高大地电磁法应用水平和定井成功率，为今后类似地区开展大地电磁法地热勘查提供参考。2地质概况地质构造观音峡背斜在区域构造上属于扬子陆块-四川中生代盆地-华蓥山隆褶带，位于华蓥山深大断裂带的东侧，属川东弧形构造带之华蓥山帚状褶皱束的一个分支。向西依次为北碚向斜、温塘峡背斜、璧山向斜、沥鼻峡背斜、大庙向斜和西山背斜；向东为悦来向斜、龙王洞背斜、铜锣峡背

4、斜和南温泉背斜等（见图1）。该褶皱束主要特点是背斜褶皱狭长紧密，两侧向斜宽缓，两翼不对称（东陡西缓或东缓西陡），形成典型的“隔挡式”构造形迹，背斜轴线多扭摆弯曲呈“S”型，轴面倾斜多变，构造分支多、断层多、背斜轴部高点多。观音峡背斜轴线呈NNE-近NS向展布，背斜岩层倾角东缓西陡，具典型的川东高陡背斜特征4-7。AMHEJ8图例=:Mt.图1观音峡及邻近地区地热地质图断裂构造观音峡背斜从地形上被嘉陵江和长江分割为三段。北段发育辣子园断层（区内长约30km，走向N2030E、倾角8090、倾向以南东为主）和白庙子断层一部分。中段发育白庙子断层（长22km,走向355、倾角6080倾向南东）和中梁

5、山断层（又称凉风垭断层，西支长9km，走向N10E、倾角5565、倾向南东；东支长4.5km,走向N10E、倾角4555、倾向南东）。南段发育王帽山断层（分东西两条，间距48km,南北走向，倾角分别为50和70，呈对冲挤压逆冲性质）。地层观音峡背斜及周边地带，除白垩系、第三系地层缺失以外，从第四系到二叠系地层均有出露，地层总厚3400m。背斜核部由二叠系组成，翼部由三叠系、侏罗系地层组成，宽缓向斜由侏罗系地层组成。侏罗系主要为砂泥岩地层，总厚度大于1000m。三叠系须家河组厚度约400m，主要为长石石英砂岩（夹页岩和煤层）。三叠系雷口坡和嘉陵江组共厚达400600m，主要为灰岩和白云岩。三叠系

6、飞仙关组厚度约500m，主要为泥岩、泥质灰岩及微晶灰岩。热储构造与地热水循环根据区域地热资料，嘉陵江组第二、四段为本区内的主要热储层，嘉陵江组一段及雷口坡组为次要热储层，而须家河组侏罗系地层为本区内的热储盖层，飞仙关组是本区内的下部热储隔水层。区内由嘉陵江和雷口坡组碳酸盐岩构成的热储层，在背斜两翼及其倾没端分别呈带状和环带状连续延展。在横向上则呈倾角不等，形态相近的单斜展示，其上覆盖层和下伏隔水层也与之平行延展，形成两翼相对封闭、互不干扰、要素齐全的单斜储热构造（除倾没端外）。如图2所示，观音峡背斜热储构造从横截面上分为两种形态，即单槽型（对应“一山一槽两岭”）和双槽型（对应“一山二槽三岭”）

7、，单槽型仅分布在长江以南。地热水运移方向主要是由北向南，剖面形态与地热水循环。3热储构造电性特征截止目前，该背斜两翼已先后施工了19口地热井，其中东翼13口、西翼6口，成功16口，平均出水量达到2071m3/d。本研究选取其中15个温泉钻孔为研究对象，收集相关井孔柱状图及测井、大地电磁法资料，并补充实施了部分温泉井的大地电磁法工作，数据采集使用加拿大Phoenix公司生产的V8多功能电法仪，反演使用成都理工大学地球探测与信息技术重点实验室研发的MTsoft2D软件。为了便于对比分析，大地电磁剖面统一采用TETM联合快速松弛法反演成图。图2热储构造与地热水循环示意图3.1热储构造层电阻率分布特征

8、对所选取15个温泉井的大地电磁法电阻率剖面进行对比分析，针对区内主要热储层嘉陵江组以及主要盖层须家河组的电阻率分布进行统计，得到观音峡背斜主要热储层、盖层电阻率特征（表1）。1）根据观音峡背斜主要电性层电阻率统计结果结合区域地质资料可知，观音峡背斜电性特征总体上电阻率呈低-中-高分布，与地质构造存在很好的对应关系。侏罗系地层主要岩性以砂泥岩为主，其完整电阻率值范围为96316Q.m，表现为低阻；须家河组地层主要岩性以厚层砂岩为主，其完整电阻率值范围为5301350Q.m,表现为中阻，地层厚度284782m；嘉陵江组地层主要岩性以灰岩、白云岩为主，其完整电阻率值范围为180012000Q.m,表

9、现为高阻，地层厚度395731m。2）从表1中可以看出，区内主要热储层嘉陵江组在观音峡背斜北段、中段和南段的电阻率范围存在明显差异。位于观音峡背斜北段的3个温泉孔的嘉陵江组地层的平均电阻率范围在20003500Q.m以内，对应北段3个已知温泉孔产水量来看，静观ZK1、钻孔1-1产水量较小，静观ZK3温泉孔产水量也在1000m3/d，产水量均偏小。位于观音峡背斜中段的11个温泉孔，除去西永童家桥温泉井嘉陵江组地层的平均电阻率在3900Q.m左右，其余温泉孔的嘉陵江组地层平均电阻率主要范围在8001600Q.m以内，对应中段的已知温泉孔产水量来看，除去步云山庄因为深度较浅水量在795m3/d外，已

10、经出水的温泉井水量均在1300m3/d以上，其中水量超过2300m3/d的温泉孔均位于观音峡背斜中段，且除去西永温泉井外，超过2300m3/d的温泉井嘉陵江组地层平均电阻率均在800Q.m左右。位于观音峡背斜中段偏北的2个温泉孔，嘉陵江组地层的平均电阻率范围在31004000Q.m以内，对应中段偏北2个已知温泉孔产水量分别为1243m3/d、1310m3/d.较观音峡背斜中段水量略小南段1个温泉孔嘉陵江组地层的电阻率均值在3100，出水量也较观音峡中段略小。表1：观音峡背斜主要热储层、盖层电阻率统计表地热井名称地理位置水量须家河组电阻率范围须家河组电阻率均值嘉陵江组电阻率范围嘉陵江组电阻率均值

11、静观ZK3井北段东翼约1000m3/d2201250Q.m850Q.m3507900Q.m2000Q.m静观ZK1井北段东翼474.47m3/d70800Q.m180Q.m1206300Q.m2500Q.m静观ZK1-1井北段东翼水量小4002000Q.m1350Q.m40012000Q.m3200Q.m中安翡翠城温泉中段东翼2313.79m3/d70500Q.m150Q.m102510Q.m800Q.m步云山庄温泉中段东翼795m3/d501200Q.m650Q.m2503900Q.m1585Q.m梨树湾温泉中段东翼5405.92m3/d1002500Q.m350Q.m102000Q.m80

12、0Q.m华岩温泉中段东翼1440m3/d2802000Q.m800Q.m6005000Q.m1580Q.m童善桥温泉中段西翼2617.488m3/d2503100Q.m800Q.m6807900Q.m3900Q.m天赐温泉中段西翼1320m3/d333160Q.m400Q.m1507930Q.m650Q.m贝迪温泉中段西翼6034.95m3/d501000Q.m220Q.m806300Q.m1500Q.m马家沟1号孔中段西翼2707.74m3/d30900Q.m250Q.m302200Q.m800Q.m马家沟2号孔中段西翼未出水3002500Q.m700Q.m2505000Q.m1000Q.m

13、磨刀溪温泉中段西翼2427m3/d701500Q.m250Q.m906300Q.m2500Q.m干子岩温泉中段西翼1243m3/d9902500Q.m1250Q.m5006310Q.m4000Q.m珞璜温泉南段东翼1310m3/d7003162Q.m1250Q.m70012000Q.m3100Q.m从以上分析可以得出：观音峡背斜中段在嘉陵江组的平均电阻率明显低于南段和北段，这与统计的温泉井出水量形成一定的对应关系。推测观音峡背斜中段嘉陵江组地层岩溶发育程度以及岩溶地区可能含水量高于南段和北段，从地热开发远景角度来看，在观音峡背斜中段中安翡翠城与磨刀溪温泉之间的地热开发潜力高于观音峡背斜南段和北

14、段。3.2储水构造电性异常特征对各温泉井主要产水层段和大地电磁测深剖面进行统计分析（表2），观音峡背斜储水构造为低电阻率异常，电阻率值范围大多在502000Q.m之间，背景电阻率范围在200012000Q.m之间。依据统计结果，观音峡背斜含水构造常见的电性异常形态有3个类型，分别为圈闭低阻、“V”形低阻以及条带低阻。1）圈闭低阻该类型主要特征为地热储水构造为低阻区域，且被周围高阻部分圈闭，所代表的地热井主要有3个，分别为西永童善桥温泉、磨刀溪温泉、跳蹬干子岩温泉，均为出水孔，且水量较大。以西永童善桥温泉孔为例（图2），该温泉孔最大出水量在2130.1922617.488m3/d，井口温度56C

15、，主要钻孔落位于被高阻圈闭低阻异常与周边高阻的结合部位。从电阻率剖面来看，若钻孔位置往测线后端移动100m,产水层在位于低阻异常区域的核心位置，可能水量会更大。从3个已知孔的大地电磁法剖面和钻孔分析情况来看，当地热储水异常为圈闭低阻时，钻孔出水量大，地热水温度较高，且当钻孔位于圈闭低阻核心位置时，水量大于钻孔位于圈闭低阻边缘区域。建议当地热储水类型为圈闭低阻时，钻孔应设计在低阻核心区域。2）“V”形低阻该类型的主要特征为地热储水构造是被两侧及下部高阻包夹的“V”形低阻异常区域。所代表的温泉孔有7个，分别为静观ZK3、静观ZK1、中安翡翠湖、华岩、贝迪、马家沟一号孔以及珞璜温泉井。7个钻孔均出水

16、，其中静观ZK1钻孔出水量较小。以静观ZK3温泉为例（图3），该温泉位于观音峡背斜北段，其“V”形低阻异常核心电阻率高于位于观音峡背斜中段同类型电阻率，静观ZK3温泉“V”形低阻异常规模较大，且钻孔落位于该类型的低阻核心区域。从7个已知孔的大地电磁法剖面和钻孔分析情况来看，当地热储水构造为“V”形低阻时，其规模、电阻率值的高低对于出水量有地热井简称水量储水构造电阻率范围电性异常形态类型及钻孔落位静观ZK3约1000m3/d350800Q.m“V”形低阻，核心位置静观ZK1474.47m3/d3001200Q.m“V”形低阻，边缘位置静观ZK1-1水量小4001000Q.m条带低阻，边缘位置中安

17、翡翠城2313.79m3/d120300Q.m“V”形低阻，核心位置步云山庄795m3/d250700Q.m条带低阻，边缘位置梨树湾温泉5405.92m3/d7001500Q.m条带低阻，核心位置华岩温泉1440m3/d400800Q.m“V”形低阻，核心位置童善桥温泉2617.488m3/d6301000Q.m圈闭低阻，核心位置天赐温泉1320m3/d150500Q.m条带低阻，偏高阻区贝迪温泉6034.95m3/d401200Q.m“V”形低阻，核心位置马家沟1号孔2707.74m3/d40300Q.m“V”形低阻，边缘位置马家沟2号孔未出水12501500Q.m条带低阻，偏至高阻区磨刀溪

18、温泉2427m3/d79500Q.m圈闭低阻，核心位置干子岩温泉1243m3/d4502500Q.m圈闭低阻，边缘位置珞璜温泉1310ms/d7002512Q.m“V”形低阻，核心位置表2观音峡背斜地热井储水构造电性异常特征统计表b程()W3）条带低阻该类型出水段的在剖面上电性特征主要为地热储水构造是被两侧高阻包夹的条带状低阻异常区域。所代表的温泉孔有5个，分别为静观ZK1-1、步云山庄、梨树湾、天赐温泉以及马家沟二号孔。这类型出水量差异较大，梨树湾温泉井出水量5405.92m3/d,天赐温泉出水量均1320m3/d。以马家沟2号孔为例（图4），此处嘉陵江组的高阻部分主要电阻值在1200250

19、0Q.m之间，低阻核心区域电阻值范围在400800Q.m之间。钻孔终孔位置在嘉陵江组地层附近的电阻值范围在12001500Q.m之间，基本处于核心高阻区域，该区域溶蚀不发育，导致其出水量较小。若钻孔往西平移，以低阻区域为目标层位，推测能够增加出水的概率。3.3电阻率异常特征类型与水量的关系1）当出水段位于圈闭低阻异常时，钻孔出水量大，建议当地热储水类型为圈闭低阻时，钻孔应设计在低阻核心区域。2）当出水段位于“V”形低阻异常时，异常规模、异常核心区域电阻值高低对于出水量有一定影-ipo10U_:Mt-II4L-TOD-900-1000-HOO-.S1300MOO1800-1900-:-21002

20、30G-TO图2：圈闭低阻（童善桥温泉）一定影响，异常规模越大、核心区域电阻值越低，钻孔位置越靠近低阻核心位置，钻孔出水量通常较大。该类型核心区域出水概率较高。ojWCXfj11cP25/*2N*1J()EU-uJ-216001700-1X(0=19002000-LJ.zs.-13图4：条带低阻(马家沟2号井)讪(一4结论大地电磁法以探测深度大，效率高，对低阻异常敏感等特点，成为深部地热勘查的首选物探方法。对热储构造电性特征的认识和总结是提高物探解释可靠度的基础，是应用好大地电磁法的关键，也是提升其应用水平的必经之路。通过观音峡背斜15个温泉井的大地电磁法成果分析，得出如下结论：1)观音峡背斜电性特征总体上从热储盖层到热储层电阻率呈低-中-高分布，与地质构造存在很好的对应关系。主要热储层嘉陵江组在观音峡背斜北段、中段和南段的电阻率范围存在明显差异，中段偏低，推测为地热开远景发有利区。2)观音峡背斜储水构造电性异常形态特征分为3个类，即圈闭低阻、“V”形低阻及条带低阻。圈闭低阻和“V”形低阻的核心区域是钻孔最有利靶