地下水經(jīng)過深部循環(huán),吸收地球深部巖漿熔融和放射性物質(zhì)衰變產(chǎn)生的熱量后,沿一定的路徑產(chǎn)出地表,形成地?zé)豳Y源。地?zé)崮?/a>作為一種清潔低碳、可循環(huán)利用的穩(wěn)定能源,其開發(fā)利用對于推動溫室氣體減排,實(shí)現(xiàn)“碳中和”“碳達(dá)峰”目標(biāo)具有重要意義。

禮泉縣北部的北屯鎮(zhèn)地處陜西關(guān)中地區(qū)西部, 距咸陽28 km,距西安57 km,東臨西安咸陽國際機(jī)場,地勢北高南低,呈階梯型跌落,分山、塬、川三種地貌,其所在的渭河盆地地?zé)豳Y源豐富。多年來,前人對渭河盆地的地?zé)?/a>資源賦存規(guī)律、成因機(jī)理、開發(fā)利用等進(jìn)行了大量研究,而對于禮泉縣北部一帶研究程度較低,物探勘查方面主要是激電測深工作,勘探深度一般小于400 m,基本沒有深部勘探工作。本文通過禮泉縣北部一帶3 000 m以深的大深度探測,分析地?zé)岬刭|(zhì)條件和地?zé)?/a>資源潛力, 為該地區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)利用提供依據(jù)。

1勘查方法及基本原理

工作區(qū)處于城鎮(zhèn)周邊,電磁干擾嚴(yán)重,常規(guī)的人工場電磁法CSAMT(Controlled-Sourse Audio-fre quency Magnetotelluric,可控源音頻大地電磁法)、天然場電磁法AMT(Audio Magnetotelluric,音頻大地電磁法)和MT(Magnetotelluric,大地電磁測深法)多不能達(dá)到壓制噪聲的目的。廣域電磁法是何繼善院士在可控源的基礎(chǔ)上,采用適合全域的公式計(jì)算視電阻率,通過發(fā)送偽隨機(jī)信號,對地下介質(zhì)進(jìn)行勘探, 具有勘探深部大、抗干擾能力強(qiáng)、精度高、對電性結(jié)構(gòu)反映較為客觀等優(yōu)勢?；诖?本次工作選擇廣域電磁法作為勘探方法,探測深度3 000 m。選用的廣域電磁法發(fā)送機(jī)和廣域電磁接收儀均為繼善高科生產(chǎn)。采用E-Ex工作模式,即采集和發(fā)射源同方向的電場信號,布置的測線在發(fā)射源60° 扇形張角內(nèi)。采集頻率范圍為0.011 7~8 192 Hz,頻點(diǎn)數(shù)共計(jì)40個(gè)。

2研究區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件

2.1構(gòu)造分區(qū)及斷裂

工作區(qū)在地質(zhì)構(gòu)造上屬渭河斷陷盆地咸禮斷階的東北部,見圖1。咸禮斷階位于盆地西北部,西部以隴縣—岐山—啞柏?cái)嗔褳榻缗c寶雞凸起相隔, 東部以涇河斷裂為界與固市凹陷相連,南部以渭河斷裂與西安凹陷相鄰。基底以碳酸鹽巖為特征,主要構(gòu)造形跡以近東西向斷裂、產(chǎn)狀南傾的正斷層為主。新近系全區(qū)分布,古近系分布于禮泉—雙泉斷裂以南,各地層厚度分布具有從北向南逐漸增厚的特點(diǎn),新生界厚度小于3 000 m,最北端厚度僅 100~200 m。區(qū)內(nèi)渭河斷裂以北及乾縣—富平斷裂延伸方向有較好的地?zé)?/a>顯示,多以溫泉出露,溫泉溫度20~30℃不等。

圖1渭河盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D工作區(qū)范圍處于乾縣—富平斷裂和涇河斷裂的交會部位。據(jù)收集的相關(guān)地?zé)岬刭|(zhì)資料,乾縣— 富平大斷裂為區(qū)域性復(fù)合斷裂組,是北山丘陵與渭河斷陷盆地的分界線,斷層破碎帶寬20~30 m, 影響帶寬可達(dá)數(shù)百米,壓性轉(zhuǎn)張扭性,總體走向北東50°~70°,斷面傾向SE,傾角64°~85°,斷距大于1 000 m不等。該斷裂以北為碳酸鹽,與南側(cè)新生界松散巖接觸,對巖溶裂隙水有一定阻隔作用。 斷裂帶灰?guī)r裂隙發(fā)育,為區(qū)域充水導(dǎo)水?dāng)嗔选?o:p>

2.2地層及熱儲特征

渭河盆地?zé)醿?/a>主要包括三種:第一種是新生界熱儲層,主要分布在盆地中部及東南部,地層厚度大,多為河流相或河湖相沉積,巖性主要為砂巖、砂礫巖與泥巖互層,孔隙裂隙發(fā)育,為地?zé)崴?/a>提供了良好的儲存空間;第二種是秦嶺山前斷裂帶裂隙熱儲層,分布在盆地南部與秦嶺構(gòu)造帶之間,儲存在斷裂帶內(nèi)部裂隙空間工作區(qū)范圍處于乾縣—富平斷裂和涇河斷裂的交會部位。據(jù)收集的相關(guān)地?zé)岬刭|(zhì)資料,乾縣— 富平大斷裂為區(qū)域性復(fù)合斷裂組,是北山丘陵與渭河斷陷盆地的分界線,斷層破碎帶寬20~30 m, 影響帶寬可達(dá)數(shù)百米,壓性轉(zhuǎn)張扭性,總體走向北東50°~70°,斷面傾向SE,傾角64°~85°,斷距大于1 000 m不等。該斷裂以北為碳酸鹽,與南側(cè)新生界松散巖接觸,對巖溶裂隙水有一定阻隔作用。 斷裂帶灰?guī)r裂隙發(fā)育,為區(qū)域充水導(dǎo)水?dāng)嗔选?/p>

研究區(qū)為第三種熱儲層,即下古生界碳酸鹽巖熱儲層。根據(jù)地質(zhì)資料,咸禮斷階下古生界碳酸巖沿山前斷裂有較好的出露,熱儲層自下而上是中元古薊縣組、寒武系中統(tǒng)張夏組、奧陶系下統(tǒng)冶里—亮甲山組、奧陶系中統(tǒng)馬家溝組及奧陶系上統(tǒng)唐王嶺組, 巖性為泥巖、灰?guī)r、白云巖,其間存在白云巖和灰?guī)r互層,物性差異由后期改造及斷裂等因素控制。

根據(jù)地質(zhì)、鉆探資料,工作區(qū)地層由老至新依次為元古界(Pt)、寒武系(∈)、奧陶系(O)、第三系 (N)和第四系。

元古界(Pt):巖性為含碎石條帶白云巖。 2)寒武系(∈):巖性以灰?guī)r、白云巖為主,中、 下部夾有頁巖和千枚巖;出露于方山—涇河口等地。據(jù)所含化石地層層序和巖性特征,將寒武系分為下、中、上三個(gè)統(tǒng):下統(tǒng)辛集組(∈1x)出露于方山—涇河口一帶,巖性為灰色白云巖,夾薄層黃綠色頁巖,厚260 m;中統(tǒng)饅頭組(∈2m)出露于方山— 龍?zhí)稖弦粠?巖性為紫紅、灰綠色頁巖,夾兩層厚 25~50 m的白云巖,厚390 m;中統(tǒng)張夏組(∈2z)出露于上韓窯北和龍?zhí)兑粠?巖性為灰色灰?guī)r夾白云巖,厚250 m;上統(tǒng)崗山組(∈3g)出露于方山一帶, 巖性為淺灰色白云巖,含硅燧石結(jié)核,厚230 m。

3)奧陶系:巖性以灰?guī)r、白云巖為主。其中:奧陶系下統(tǒng)水泉溝組(O1s)出露于東莊地段上游,巖性為灰色白云巖,含燧石條帶,局部含生物碎屑灰?guī)r,出露厚度為1 183 m;奧陶系中統(tǒng)三道溝組 (O2s)在五峰山—東莊、頂天寺、面西堂、莊河溝等地均有出露,巖性以灰?guī)r為主,夾薄層的白云巖、頁巖等,厚度1 400~1 900 m,平?jīng)鼋M(O2p)出露于涼馬、峪北坡、東莊河口、莊河溝口等地,巖性以頁巖為主,夾薄層砂質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r、白云巖等,區(qū)域最大,厚度達(dá)1 662 m;奧陶系上統(tǒng)出露于朝陽山及以西各溝中,巖性為泥頁巖、硅質(zhì)白云質(zhì)角礫巖、含礫泥巖,總厚度1 200 m。工作區(qū)周邊已成井揭露地層見表1。

2.3物性特征

不同巖層具有不同的導(dǎo)電性,一般細(xì)粉砂巖、 砂礫層、砂土、白云巖、石灰?guī)r其電阻率值依次增高。地層有層狀分布特點(diǎn),在橫向上導(dǎo)電性相對均一,縱向上視電阻率的變化規(guī)律基本一致。在致密完整的情況下,巖層電阻率相對均一,如果巖層中有充水裂隙或巖溶等構(gòu)造存在,或受斷層切割,使該巖層與圍巖產(chǎn)生明顯的電性差異,這是應(yīng)用電法進(jìn)行水文地質(zhì)探測的地球物理前提。根據(jù)本次廣域電磁勘探成果結(jié)合地質(zhì)資料,總結(jié)出本區(qū)各地層電性情況,見表2。

3數(shù)據(jù)采集

本次布設(shè)1條廣域電磁剖面,為北西—南東向,剖面中部點(diǎn)距100 m,外圍放稀至200~300 m, 剖面長度5 km。原則上實(shí)測點(diǎn)位與設(shè)計(jì)點(diǎn)位應(yīng)盡可能一致,客觀上由于測區(qū)內(nèi)村鎮(zhèn)、高壓輸電線、 光伏發(fā)電、河流、河渠等的存在,受物探技術(shù)及施工條件的限制,為采集到可靠的物探數(shù)據(jù),對某些測點(diǎn)進(jìn)行了適當(dāng)偏離,野外實(shí)測點(diǎn)位偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)位不超過點(diǎn)距的20%。

4推斷解釋

4.1地層劃分

根據(jù)區(qū)域資料和周邊鉆井揭露地層,結(jié)合本次廣域電磁勘查資料,推測工作區(qū)由老至新依次沉積有中元古界、寒武系、奧陶系、新近系、第四系,見圖2。

中元古界(Pt2):埋深1 000 m以下,巖性為含碎石條帶白云巖。本次廣域電磁視電阻率值33~ 1 000Ω·m,為次高阻異常區(qū)。受斷裂影響,裂隙較發(fā)育。

寒武系(∈):受斷裂影響,埋深變化范圍為 630~2 200 m,西北淺,東南深,厚度為200~1 400 m; 巖性以灰?guī)r、白云巖為主,中、下部夾有頁巖和千枚巖。本次廣域電磁視電阻率值為35~2 500Ω·m, 變化范圍比較大,整體呈高阻特征。推測高值區(qū)可能裂隙不發(fā)育,富水差,中低值區(qū)可能為斷層影響或裂隙發(fā)育。因此,推測該地層電阻率中低值區(qū)尤其是靠近斷裂帶位置,裂隙較為發(fā)育,富水情況良好。

奧陶系地層(O):推測奧陶系地層僅發(fā)育在剖面西北端,埋深50~250 m,厚0~500 m;巖性以灰?guī)r、白云巖為主。本次廣域電磁視電阻率值為 100~300Ω·m,為中阻異常區(qū)。受斷層影響,裂隙較發(fā)育,地層埋深較淺。

新近系地層(N):埋深400~600 m,厚570~ 1 600 m;上部為棕紅、褐紅色泥巖夾有砂層及礫石, 局部有層狀鈣質(zhì)結(jié)核,下部為含泥砂礫卵石和亞黏土。本次廣域電磁勘查視電阻率值為4~90Ω·m, 整體為低阻異常區(qū),個(gè)別位置電阻率值略高可能與干燥的砂卵石有關(guān)。

第四系:厚度為50~600 m;上部為風(fēng)積黃土夾古土壤層,底部為沖洪積砂礫石與黏土互層。本次廣域電磁視電阻率值為10~80Ω·m,為中低阻異常區(qū)。

4.2斷裂推斷

綜合研究本次工作剖面電性特征,推斷F1-1、 F1-2、F1-3為一組臺階狀分布的隱伏斷裂帶,構(gòu)成山前斷裂帶,均為張性斷層,北東向展布,傾向南,為南盤下降、北盤上升的正斷層。根據(jù)本次廣域電磁測量結(jié)果推斷,F1-1、F1-2、F1-3分別隱伏于10800-11000、12100-13100和13500-14300點(diǎn)號附近,斷裂傾角約65°,斷距由北往南逐漸增大, F1-1斷距約170 m,F1-2斷距約1 000 m,F1-3斷距約1 100 m。

4.3熱儲分析根據(jù)反演斷面,結(jié)合巖性特征和斷裂構(gòu)造,綜合認(rèn)為F1-2和F1-3間的斜坡是工作區(qū)勘查地?zé)?/a>的有利區(qū)域,該區(qū)域寒武系灰?guī)r熱儲埋深1 000~ 1 300 m,上覆的新近系、第四系地層具有良好的保溫作用。斷裂構(gòu)造切穿寒武系地層,起導(dǎo)熱、控水作用,斷裂帶附近巖石較為破碎、孔隙率高,地?zé)崴?/a>具有儲存空間,建議在該區(qū)域布設(shè)孔位。

5結(jié)論

1)在城鎮(zhèn)周邊強(qiáng)干擾地區(qū),廣域電磁法能夠采集到有用信號,探測深度超過3 000 m。

2)本次在渭北地區(qū)開展廣域電磁法,基本查明了禮泉縣北部一帶山前地層和構(gòu)造特征,推斷

山前斷裂帶呈臺階狀分布,北東向展布,傾向南, 為南盤下降、北盤上升的正斷層,斷距由北往南逐漸增大,最深超過1 000 m。斷裂帶附近巖石較為破碎、孔隙率高,地?zé)崴?/a>具有儲存空間。