简评常用物探方法在山区勘探定地热井的难题

简评常用物探方法在山区勘探定地热井的难题郑州地象科技有限公司寇区丘陵地区打地热井与平原地区截然不同，即使是易形成裂隙水的砂岩、灰岩地层，也必须找到断裂构造、且在赋水性好的构造中心位置定井才能成井。目前地勘单位常用于地热勘探定井的物探设备，主要为基于卡尼亚视电阻率大地电磁法的AMT、CSAMT设备，因其在原理和实现方法上存在的技术性缺陷，很难在山区正常施工勘探、准确定地热井。一、对地热勘探定井的基本要求应用物探方法在板块内区域寻找地下热水的关键就是要找到地下深部赋存有热水的张性断裂构造，即查找在地壳运动作用下开裂拉动两侧地层向中间倾斜填充形成的断裂构造。其基本特征：原有沉积岩不同地层分界在拉伸作用下错动破碎形成裂隙，裂缝两侧裂隙向中心倾斜形成V形含水构造；构造内V形含水裂隙形成含水层的数量取决于断裂的规模，含水裂隙的赋水性与地层岩性、破碎程度等密切相关；断裂构造由浅至深宽度逐渐缩小、赋水性逐渐变差，规模越大可达深度越深、深层蓄水相对越多。物探找水定地热井的目标，就是要找出有一定规模、深部赋水性较好的断裂构造，在深层具有多个V形聚水层的断裂构造中心定井。由此，应用物探设备勘探定地热井要满足如下要求：一是要垂直于断裂带走向勘探以真实显现断裂构造宽度及赋水情况，若是沿断裂带勘探就看不出断裂构造，斜切断裂带会夸大构造规模及含水层宽度；二是勘探长度要超出断裂构造以完整反映出构造形态，若只在构造内勘探可能会错过深部断裂构造中心、仅能看出浅中层小构造；三是勘探剖面点间距不能超过10米，否则会因探测点间距过大看不到深部构造结构及含水层，就不能保证在构造中心定井、抽取到深部储层热水。二、山区地热勘探环境的特点1）在平原赋水性好的第三系地层定地热井，多数地勘物探人员会认为不存在断裂构造、只要物探显示深部存在低阻含水层即可定井。而在山区很少有千米之下还是第三系赋水性好的岩层，若是属于白垩系及之前沉积岩层的砂岩、白云岩、灰岩等赋水性较好的岩层，假若找不到断裂构造且在构造中心定地热井的话，基本上很难成井；更别说是存在泥岩、泥质砂岩、页岩、火山岩等岩层的区域勘探定地热井了。2）山区的隐伏断裂都是在沟谷内、而不可能在山坡上，一般较大山谷的宽度也只有几公里，较为狭窄的沟谷一般只有几百米。在山区勘探定地热井，若要观察到完整的断裂构造，就必须垂直于沟谷走向布线勘探；而要勘探剖面涵盖整个断裂构造，就必须向两侧山坡适当延伸；另外山区勘探地表土层较少、多为岩石，山坡杂草丛林无路，勘探施工条件很差。3）山区中只要有人居住的沟谷沿途都会有10千伏以上的高压线，在居住区及附近也都有380伏和220伏的电源线，由其产生的50HZ及其谐波电磁干扰信号较强，而必须横穿沟谷布设测点的勘探剖面难以避开不经过电力线，若要隔过电力线电磁干扰范围，间隔过大的话就可能错过断裂构造中心。三、常用地热物探法在山区勘探定地热井存在的问题1）目前常用于勘探地热水资源的物探设备，主要是基于卡尼亚视电阻率原理的大地电磁法（MT）或音频大地电磁法（AMT），也有一些使用可控源音频大地电磁法（CSAMT）及其衍生的可控源法，这些方法都需要用2个横置于地面的磁探头采集大地电磁波的磁场分量值、用4个对角距离100米以上插入地下的不极化电极采集大地电磁波的电场分量值。按照规程要求，2个磁探头应平置浅埋于地下30厘米，4个电极要从测点对称外拉线50—300米长度、再插埋入地下20—30厘米。在山区狭窄沟谷内单点布线测深已属不易，若要向两侧山坡外延、在裸露岩石上布设探头和电极更难。2）在山区若要沿沟谷勘探，相当于平行于断裂带剖切，不可能观察到断裂构造的真实形态。若是垂直于沟谷勘探，因卡尼亚大地电磁法需对称4角布设电极，所测信号因存在体积效应就包含了至少100X100米至深岩层的信息，为避免测值信息重叠覆盖造成失真，点间距至少为50米，这样实际在沟谷内测点较少，而在两侧山坡上测点多了也没有必要，勘探剖面实际测点数量有限，导致获取地下有效信息量少、勘探效果不佳。3）大地电磁法技术规程要求所选测点应远离电磁干扰源，要求离开高压电力线500米以上，离开繁忙的公路200米以上。由于一般山区有人居住的地方都有沿沟谷修建的高压电力线路和公路，居民区和田间灌溉井间的380伏和220伏电力线密集，50HZ及其谐波电磁干扰较强，若是按照规范要求避开电磁干扰布设测点的话，沟谷内实际测点会更少。另外在地面上及地表浅层充满了各种频率、强度不等的电磁波，平行地面放置的磁探头两端穿过磁力线、敷设于地面几百米长度的电极连线很容易受到外部电磁场信号的干扰，会导致接收仪实际收到信号中的干扰噪声过大而失真。4）虽然MT法探测深度大，但由于观测采样时间过长一般不会采用；而采用AMT法一个测点布线采样时间约一个小时，在地热勘探中经常使用，但缺点是探测深度约只有2000米。CSAMT法是人工发射主动场源，比天然场源信号要强，勘探深度可达3000米左右。由于人工场源发射的并非是平面电磁波，传播至探测深度的3—5倍距