山东省济宁市兖州区滋阳山国际农业文产业园地热背景与地热井物探成果报告

济宁市兖州区滋阳山国际农业文化产业园 地热背景与地热井物探成果报告 山东省鲁南地质工程勘察院 二 O 一四年三月 2 济宁市兖州区滋阳山国际农业文化产业园 地热井物探成果报告 编写单位：山东省鲁南地质工程勘察院 编 写：常和平 万晓磊 陈国营 审 核：卜 华 总 工：李公岩 院 长：赵书泉 提交单位：山东省鲁南地质工程勘察院 提交时间：二 O 一四年三月 目 录 第 1 章 序 言 1 1.1 目的任务 .1 1.2 自然地理概况 .1 1.3 工作概况及完成主要实物工作量 .2 第 2 章 地质与地球物理特征 3 2.1 地质特征 .3 2.2 地球物理特征 .6 第 3 章 工作方法技术 6 3.1 工作布置 .6 3.2 仪器设备及技术指标 .8 3.3 可控源音频大地电磁法（CSAMT ）工作方法 10 第 4 章 资料推断解释 12 4.1 CSAMT 勘探推断解释原理 .12 4.2 断裂构造的推断解释原则 .12 4.3 异常的推断解释 .13 4.4 断层推断 .16 第 5 章 结论与建议 17 5.1 结论 .17 5.2 建议 .17 1 第 1 章 序 言 1.1 目的任务 地热资源，作为一种新型的绿色能源，具有供暖、洗浴、疗养保 健、种植养殖等多方面用途，有着广阔的开发前景和巨大经济潜力。 受山东滋阳山生态农业有限公司委托，山东省鲁南地质工程勘察院在 兖州滋阳山西部一带进行了“滋阳山国际农业文化产业园”地热井的 物探勘查工作。目的是：查明园区一带地质构造分布及地层岩性的垂 向结构特征，为拟定地热井的位置提供科学依据。 1.2 自然地理概况 勘查区位于济宁市东北约 18km，隶属兖州区颜店镇。地理坐标： 东经 11639 25 11639 40 ， 北纬 3532 30 3532 50 。 津浦铁路和兖（州）新（乡）铁路位于工区东部，菏泽日照高速公 路从工区南部通过，105 国道和 327 国道分别从工区西侧和东南侧通过， 乡镇间有柏油公路相通，交通方便（见图 1-1） 。 该区处于鲁中泰蒙山区南部的山前倾斜平原，泗河冲洪积扇的中 部至前缘地带。洸府河从工区东部经过，注入微山湖。工区地面标高 4550m，最高点滋阳山海拔 72.5m。工区属于暖温带半温润季风气候， 一年四季分明；多年平均降水量 620.8mm，平均气温 13.314。 2 插图 1-1 交通位置图 工区所在区域物产丰富，工业较发达。自然资源以煤为主，有兖 州煤田，济宁北煤田。农业以粮食作物为主，盛产小麦、玉米、谷子、 红薯。地方电力供应充沛，有济宁电厂、运河电厂。 1.3 工作概况及完成主要实物工作量 1.3.1 工作概况 本项工作利用 V8 工作站，采用可控源音频大地电磁测深方法完成， 2014 年 3 月 1014 日进行野外数据采集，1518 日进行室内数据处 理与资料整理工作。 1.3.2 完成主要实物工作量 本次完成物探勘探线 3 条，总长度 2.4km，测点总数 64 个。其中 3 L2 剖面长度 0.6km，12 个测点,3 个检查点；L3 剖面长度 0.9km，27 个 测点；L4 剖面长度 0.9km，22 个测点。 第 2 章 地质与地球物理特征 2.1 地质特征 2.1.1 地层 区内基岩岩层出露较少，仅在滋阳山有不到 1.0km2的出露，出 露岩层为奥陶纪马家沟组，其它地段均被第四系所覆盖。 1.古元古代济宁群（Ar 3Jn） 据以往钻探成果资料，济宁群埋藏深度大于 1000m。主要岩性为绿 泥绢云千枚岩、绢云千枚岩、含碳质绿泥绢云千枚岩、方解绢云千枚 岩、变安山岩夹磁铁绿泥绢云千枚岩、磁铁绢云千枚岩、磁铁石英岩 等。磁铁绿泥绢云千枚岩、磁铁绢云千枚岩为铁矿的含矿岩石。原岩 为滨海相碎屑沉积夹钙质硅铁沉积及中酸性火山岩建造，变质程度为 低绿片相。岩石千枚理发育，总体走向 333-347，倾向南西，倾角 57-64。 2.古生代地层 1)朱砂洞组丁家庄段（ Zd）C 其主要岩性为白云岩及砾屑、砂屑灰岩为主，夹页岩。 （1）寒武系长清群（ ）厚度为 36.10-66.17m。与济宁群角度 c 不整合接触。 2)馒头组（ m） c 发育下页岩段、洪河段，与下覆朱砂洞组丁家庄段整合接触。 4 下页岩段：岩性以暗紫、暗紫红色页岩、细砂岩为主，夹生物碎 屑灰岩、鲕粒灰岩、泥晶灰岩、砂屑灰岩等。厚 150.3-194.82m。 洪河段：岩性为：以砂灰岩、暗紫色薄层细砂岩为主，夹钙质页 岩。厚 10.32-15.76m。 （2）寒武系九龙群（j） 1)张夏组（j ）z 上部岩性以鲕粒灰岩为主夹条带状泥晶灰岩为主。中部岩性为鲕 粒灰岩、藻灰岩、条带状泥晶灰岩为主。下部岩性以厚层鲕状灰岩和 藻灰岩互层。厚度 184.61-222.99m。与下覆馒头组整合接触。 2)崮山组（j ）g 该组顶部以薄层页岩与炒 m 店组为界。主要岩性为：上部为中薄 层条带状灰岩夹少量页岩；中部为钙质页岩夹疙瘩状灰岩；下部为疙 瘩状灰岩夹钙质页岩。厚度 27.33-32.5m。与张夏组整合接触。 3）炒米店组（j ）C 该组上部以厚层泥晶灰岩、厚层白云质灰岩为主夹中厚层竹叶状 灰岩；中部为含生物碎屑亮晶灰岩；下部中厚层灰岩夹鲕粒灰岩。厚 度为 45.20-55.27m。与崮山组结合接触。 4）三山子组（jS c-OjSa） 该组自下而上分为三个岩性段。与炒米店组整合接触关系。 岩性为中厚层细晶白云岩、白云质灰岩、泥晶灰岩，普遍含泥质 条带，灰黄色中薄层竹叶状白云岩夹灰岩或白云岩和中厚层含燧石结 核白云岩、细晶白云岩。厚度 186.97-242.23m。 （3）奥陶系马家沟组（Om） 区内马家沟组自下而上分为东黄山段、北庵庄段、土峪段、五阳 山段、阁庄段、八陡段，总百厚度 361.87630.99m。各段间呈整合接 5 触，与下覆山三子组呈平行不整合接触。其中东黄山段、土峪段和阁 庄段以角砾状细晶白云岩、角砾状石膏岩为主，北庵庄段、五阳山段 和八陡段以中厚层灰岩、云斑灰岩为主。 3.新生代地层 主要岩性为黄灰、土黄色、褐色、灰褐色粘土、含砂粘土，灰褐、 灰红色粘质砂土夹条带状高岭土，黄褐、土黄色粘土、粘质砂土夹砾 砂。底部见灰黄、桔黄色细砂、粘质细砂及砾石。厚度 23.90- 166.22m，以嵫阳山为中心向四周辐射，其厚度逐渐增大。 21.2 构造 区域构造以断裂为主。主要分布有北北西向的孙氏店断裂和北东 向的长沟断裂。 本次物探勘查范围较小，区内地质构造主要发育一条北东走向的 滋阳山断层。该断层西起孙庄，经滋阳山、翟村北往北东方向延伸， 总体走向 5565，倾向南东，倾角 70左右；其南盘下降，北盘上 升，性质为正断层。该断裂在滋阳山有明显的出露，山体两侧隐伏于 第四系之下。 通过对以往钻孔资料和本次物探勘测资料进行分析，发现滋阳山 断裂两侧基岩隐伏深度和济宁岩群的顶界面标高均相差较大，说明该 断裂断距较大，并且切割深度已经进入济宁岩群。初步推断其垂直断 距在 400800m 之间。 2.1.3 岩浆岩 本次物探勘测和以往钻孔资料均未发现有明显的岩浆岩分布，说 明区内岩浆岩不发育。 6 2.2 地球物理特征 岩石电阻率受多种因素影响，如岩石孔隙度、含水量、温度、深 度、压力及矿物成分等。一般环境下，第四纪和第三纪陆相碎屑沉积 岩，电阻率一般在 1550m，喷出岩一般为 10200m；中生 代陆相碎屑沉积岩电阻率值一般 25500m，晚古生代地层电阻率 一般 501000m，电性稳定，其值较上覆盖层第四系及下伏灰岩、 火成岩电阻率低；凿古生代灰岩及火成岩，电阻率最高，一般在 200020000m，系本地段电阻率无穷大标志层，但当有断层存在 情况下，岩石破碎且充水，其电阻率明显降低，电阻率值小于 500m，特别是在温泉附近，构造充水且被加热，其电阻率降低更 为明显。 可控源音频大地电磁法（CSAMT）是采用可以控制的人工场源，以 电磁场的理论为基础，利用岩（矿）石的介电常数、磁导率和电导率 的差异特性，达到解决不同地质问题的目的。因此，在区内利用 CSAMT 方法勘探，具备良好的地球物理前提。 第 3 章 工作方法技术 3.1 工作布置 本次物探工作测线起始点采用 GPS 定点钢尺量距，GPS 参数校正利 用滋阳山军控点坐标。本次工作共布设剖面线 3 条，各测点的地理坐 7 标见下表。 L2 线 CSAMT 点坐标 点号 X Y 备注 点号 备注 0 468626 3934625 350 468636 3934957 50 468624 3934670 400 468635 3935012 100 468628 3934722 450 468633 3935062 150 468621 3934746 500 468635 3935107 200 468632 3934823 550 468634 3935152 250 468633 3934880 600 468639 3935208 300 468634 3934920 查 L3 线 CSAMT 点坐标 点号 X Y 备注 点号 X Y 备注 0 468734 3934636 350 468728 3934996 50 468738 3934694 375 468727 3935008 100 468740 3934736 400 468735 3935031 125 468742 3934759 425 468730 3935057 150 468747 3934783 450 468733 3935081 175 468750 3934810 500 468733 3935133 200 468751 3934844 550 468735 3935177 225 468747 3934865 600 468740 3935227 250 468747 3934891 650 468738 3935275 275 468723 3934915 700 468738 3935323 275 468749 3934911 750 468731 3935375 300 468721 3934940 800 468735 3935435 300 468739 3934936 850 468736 3935488 325 468722 3934960 900 468742 3935544 8 L4 线 CSAMT 点坐标 点号 X Y 备注 点号 X Y 备注 0 468855 3934647 450 468843 3935090 50 468855 3934695 475 468841 3935115 100 468852 3934748 500 468837 3935140 150 468851 3934796 550 468837 3935188 200 468855 3934846 600 468838 3935233 250 468850 3934896 650 468826 3935287 300 468847 3934945 700 468821 3935338 325 468841 3934970 750 468816 3935388 350 468838 3935000 800 468815 3935436 375 468842 3935018 850 468815 3935487 400 468846 3935048 900 468810 3935531 425 468843 3935066 3.2 仪器设备及技术指标 本次工作使用仪器为 V8 电法工作站，V8 是加拿大凤凰公司自 1975 年以来研制开发的第八代多功能电法系统，采用 GPS 同步系统。 V8 有 3 个磁道和 7 个电道。磁道既可以连接标准的磁棒也可以和 1 到 3 个轴向的 TDEM 探头连接。V8 还可以单机工作（通常用来做 AMT 和 MT） 。另外，它可以作为辅助的 2 个电道数据采集的局域网络中心， 其通讯方式既可以无线也可以有线。所有的记录单元均通过 GPS 时间 （0.2 微妙）保持同步，发射机也是通过 GPS 时间保持同步。无论是 网络化的记录单元之间，还是接收机和发射机之间均可通过无线方式 9 保持通讯。 3.2.1 仪器的主要功能 具有时间域的常规电剖面、电测深、高密度、激电、瞬变电磁测 量功能。具备频率域的大地电磁测深（MT） 、音频大地电磁测深 （AMT） 、可控源音频大地电磁测深（CSAMT）及频谱激电（SIP）电 法勘探测量功能。 3.2.2 仪器的主要技术指标 MG30 发电机 额定功率：30KVA 发射频率：400Hz T30 发射机 最大输出功率：25KVA 最大输出电压：1000V 最大输出电流：60A 频率输出范围：0.1569600Hz 接收机 频率范围：10000Hz20,000S 存 储：512MB 可移动闪存硬盘（可扩展升级） 处理器：586 和辅助处理器 输入电压：12V 直流 10 功 耗：15W 模数转换器（ADC）：每道一个，24 位，96000 个样点/秒（主道） 16 位到 24 位，可达 5MHz（TDEM） 3.3 可控源音频大地电磁法（CSAMT ）工作方法 3.3.1 方法原理 可控源音频大地电磁法简称（CSAMT） ，是利用接地水平电偶源为 信号源的频率域电磁测深法，它基于电磁波理论和麦克斯韦方程，导 出了水平电偶极源在地面上的电场及磁场公式： )23(21conRdAB 231si4ABy conRdizAB012)( si4)(013iHxAB )2(2)1(013conRdiyAB si401HABZ 式中，I 供电电流强度；d AB供电偶极长度；R 为场源到接收点之 间的距离，即收发距； 0为自由空间磁导率。 将式沿 x 方向的电场(E x)与式沿 y 方向的磁场（H y）相比，并 11 经过一些简单的运算，就可以得到视电阻率（ ）的公式： 251yxHEf 式中 f 为频率， 为电阻率，又称为卡尼亚电阻，是由法国物理学家 卡尼亚推导提出的。 又根据电磁波的传播理论，导出了传播深度公式 d503.8 。式中，d 代表探测深度； 代表电阻率；f 为频率。f 可见，当地表电阻率固定时，电磁波的传播深度（或探测深度）与频 率成反比，高频时探测深度浅，低频时探测深度深。我们可以通过调 整供电频率的高低，得到不同深度的地电信息，从而达到垂向频率测 深的目的，根据所测视电阻率特征，了解地下地质体的产状和特征， 分析推断构造带的空间分布与接触关系。近几年的应用领域也扩展到 了石油、天然气、地热、金属矿产勘探及水文、环境等各个方面，从 而成为受地质学家重视的一种地球物理勘探方法。 3.3.2 野外工作方法 野外观测区域选择及测线布置 在 CSAMT 野外工作中，目前多采用的是赤道偶极测量装置，其观 AB发 射 机接 收 机测 量 网 格 2 4km 8CSMT工 作 示 意 图 图 3-160O 12 测装置见工作示意图。 观测区域布置在以发射偶极形成的 60o角的一个梯形面积内，梯形 的上底为 AB 发射偶极所在的位置，测线到 AB 的距离 R 应大于三倍的 趋肤深度，测线的长度应保持在发射偶极 60o射线控制的梯形面积之内。 根据电磁场强度的理论计算，在梯形的边部场的强度明显变弱， 为此，本次野外工作采取把测线布置在以 AB 为边的矩形面积内，最大 限度的提高发射场信号强度。AB 发射偶极的长度为 1500m，收发距受 各剖面的地理环境影响采用 8.5km。满足勘探深度的技术要求。 第 4 章 资料推断解释 4.1 CSAMT 勘探推断解释原理 CSAMT 方法所观测的参数是感应电场和磁场，感应场与地下岩 （矿）石的电磁性分布有关，通过数据转换处理获得视电阻率参数。 通过观测地层岩石电磁场数据，获得纵向地电断面资料。当在探测区 存在断裂构造带时，岩石破碎充水表现为低电性特征。通过分析视电 阻率特征划分地层、推断断裂破碎带的空间分布位置。 4.2 断裂构造的推断解释原则 由于应力作用使原岩的连续性遭受破坏，岩石破碎裂隙发育，多 13 被水或泥质等物质充填，破坏了电磁场的连续性，使电位场发生畸变， 通常反应为明显的低阻异常。断裂带富水性越好水温越高时，电阻率 值越低。断层推断的主要标志为：电阻率断面等值线图上电阻率等值 线表现为明显低阻“U”字型；电阻率等值线呈定向延伸的梯级带。 4.3 异常的推断解释 通过对 CSAMT 野外原始数据进行处理后，剔除了各种干扰频点， 经过 Bostick 数据反演转换绘制了各剖面的电阻率断面等值线图，解 释如下： 4.3.1 L2 线剖面资料解释 该剖面位于西寺堡村西济汶路东侧，南北方向。剖面长度 600m。 如插图 4-1，剖面自上而下电阻率呈由低到高变化趋势,大致可划分为 3 个电性层。其中第一层的视电阻率值在 100200m 之间，表现低 阻特征，底板埋藏深度小于 100m。结合物性资料推断为第四系；第二 层的视电阻率值在 200800m 之间，自上而下视电阻率逐步增大， 等值线变化均匀平缓，底板埋藏深度约在 900m 左右，结合地质、物性 资料推断为寒武、奥陶系灰岩、页岩，其中低阻区推断为岩石破碎含 水所致；第三电性层为高阻基底层，其视电阻率值为 8004000m，电性特征为电阻率值高且局部变化不均匀，依地质、 物性资料推断为济宁群变质岩。 横向上电阻率等值线，在剖面的 400500 号点附近存在一明显的 电阻率梯级带，两侧电性差异明显，呈现断层异常特征。断层倾向南， 14 倾角约 80。 图 4-1 4.3.2 L3 线剖面资料解释 该剖面位于西寺堡村西 L2 线东侧，南北方向。剖面线长度 900m。 如图 4-2，剖面自上而下电阻率由低到高变化,大致可划分为 3 个电性 层。其中第一层的视电阻率值在 100200m 之间，表现低阻特征， 底板埋藏深度 50100m。结合物性资料推断为第四系；第二层的视电 阻率值在 200800m 之间，自上而下视电阻率逐步增大，等值线 变化均匀平缓，底板埋藏深度约在 900m 左右，结合地质、物性资料推 断为寒武、奥陶系灰岩、页岩，其中低阻区推断为岩石破碎含水所致； 第三电性层为高阻基底层，其视电阻率值为 8004000m，电性特 204501234-1765398-76值LN值H/m 15 征为电阻率值高且局部变化不均匀，依地质、物性资料推断为济宁群 变质岩。 20425134-17653-98706-值LN值H/m 图 4-2 横向上电阻率等值线，在剖面的 400500 号点附近存在一