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綜合物探方法在嘉興地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用

  嘉興地處浙江省東北部, 位于長江三角洲南端,臨江近海, 北接江蘇, 東鄰上海, 南瀕錢塘江河口和杭州灣, 總面積約4 000 km2 。地表98%區(qū)域為第四系覆蓋, 對該區(qū)基巖地質(zhì)構(gòu)造的認(rèn)識, 大多是根據(jù)物探成果和前人零星的鉆孔資料。嘉興地區(qū)地?zé)峥辈?/a>工作始于20世紀(jì)90年代初, 區(qū)內(nèi)水溫異常點有7處, 突發(fā)性地?zé)?/a>異常點2處, 冒熱水期間, 水溫最高達(dá)95 ℃。但該區(qū)地?zé)峥辈?/a>工作一直沒有突破。
  2001年以來, 在杭嘉湖地區(qū)新一輪地?zé)?/a>勘查中, 浙江省地質(zhì)調(diào)查院通過分析深部地球物理勘查和地?zé)岬刭|(zhì)條件, 終于在嘉善縣大云鎮(zhèn)曹家村嘉熱2號井,打出井口水溫40 ℃, 涌水量255 m3 /d的地?zé)崴?/a>。
 
  研究區(qū)地處揚子板塊的東南緣, 在漫長的地質(zhì)時期中, 經(jīng)歷了多期的構(gòu)造作用和復(fù)雜的地史演化過程。早古生代早期, 地處揚子臺地東南邊緣的斜坡及半島狀的臺地區(qū), 沉積了近千米厚的泥巖—碳酸鹽巖蓋層。早古生代晚期形成了巨厚類復(fù)理石沉積, 晚古生代記錄了穩(wěn)定的陸表海沉積, 印支運動使上述沉積巖系遭受構(gòu)造變形, 發(fā)生以北東向為主的褶皺、斷裂構(gòu)造。第四紀(jì)以來該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造總體呈差異性沉降, 沉積物厚度變化大, 平原區(qū)一般在數(shù)十米至300 m左右。區(qū)內(nèi)除海寧、胥山有古生界地層零星出露, 其余均為第四系覆蓋。根據(jù)以往基巖鉆孔資料, 第四系覆蓋下, 揭露有震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、侏羅系、白堊系、古近系地層。
 
  2 地球物理條件及綜合物探方法的布置
 
  2.1 地球物理條件
 
  勘查區(qū)為第四系厚覆蓋區(qū), 第四系地層密度數(shù)據(jù)為實測資料, 其余巖石物性資料引用前人浙北山區(qū)物探工作成果。
 
  密度特征:第四系黏土、粉砂、砂礫等的平均密度為2 ×103 kg/m3 。古近系、新近系砂巖、泥巖、角礫巖等的平均密度為2.2 ×103 kg/m3 。白堊系安山質(zhì)凝灰角礫巖等的平均密度為2.5 ×103 kg/m3 。侏羅系上統(tǒng)凝灰熔巖、安山巖類熔巖、火山巖等的平均密度為2.5 ×103 kg/m3 。古生界石英砂巖、灰?guī)r、泥巖、頁巖等的平均密度為2.7 ×103 kg/m3 。根據(jù)巖石密度數(shù)據(jù)分析, 區(qū)內(nèi)主要存在三個密度界面:①新生界與中生界地層間密度差為(0.3 ～ 0.4)×103kg/m3 左右;②新生界與古生界地層之間其密度差為(0.4 ～ 0.5)×103 kg/m3 左右, 是研究區(qū)內(nèi)最大密度層界面;③中生界上侏羅統(tǒng)火山巖與古生界之間密度差約為0.15 ×103 kg/m3 。另外, 在古生界內(nèi)部及古生界地層與元古界地層之間, 其密度差約為0.1 ×103 kg/m3 。
 
  磁性特征:區(qū)內(nèi)新生界中基性火山巖及廣泛分布的中生代火山巖類和中酸性、中基性侵入巖是引起區(qū)內(nèi)磁異常的主要因素。火山巖普遍具有磁性, 而且磁性變化較大, 一般有較強的剩磁。中基性火山巖要比酸性火山巖有較強的磁性, 能引起較強磁異常。中基性火山巖及次火山巖能引起強度大、范圍小的尖峰異常。中酸性侵入巖磁性有強有弱, 一般會引起幾百納特的航磁異常, 呈規(guī)則形狀。新近系地層除其中的玄武巖外均為無磁性, 中生界白堊系、侏羅系地層中有火山巖分布, 磁性變化大, 航磁異常雜亂。古生界地層一般不具磁性。
 
  電性特征:①第四系表土平均電阻率為10 ～ 35Ψ· m左右, 其下部淤泥層電阻率較低, 一般為小于10 Ψ· m, 部分地區(qū)海積淤泥層電性更低, 電阻率甚至僅為3 Ψ· m左右, 常組成H型曲線的低阻層。
 
  ②新近系平均電阻率較高, 約在30 ～ 50 Ψ· m之間, 古近系電阻率亦與它相近。③白堊系地層平均電阻率約30 ～ 50 Ψ· m左右。在凹陷中由于巖層較厚, 形成HKH型曲線。在凹陷邊緣或隆起邊部缺失古近系, 白堊系地層直接覆蓋在上侏羅統(tǒng)碎屑巖之上, 且厚度較小, 則常與后者組成同一電性層,電阻率為25 ～ 40 Ψ· m, 組成HA和HKH型曲線。
 
  ④上侏羅系黃尖組火山熔巖, 電阻率為n×103 Ψ·m, 由于具有相當(dāng)大的厚度, 可作為高阻標(biāo)準(zhǔn)層。勞村組電性變化較大, 西部露頭測深結(jié)果為90 ～ 150Ψ· m。在測深曲線上電阻率反映為30 ～ 50 Ψ· m。
 
  ⑤二疊系龍?zhí)睹合?P2l)地層平均電阻率約為60 ～90 Ψ· m左右, 當(dāng)?shù)谒南蹈采w或古近系地層較薄時, 呈接近90 Ψ· m的兩層曲線或大于60 Ψ· m的HA型曲線。
 
  下侏羅統(tǒng)及奧陶、志留系砂頁巖地層與二疊系龍?zhí)睹合档貙与娦韵嗨? 均具中等電阻率。除此之外, 古生界地層平均電阻在n×102 ～ n×103 Ψ· m范圍內(nèi), 為本區(qū)高阻標(biāo)準(zhǔn)層。
 
  2.2 綜合物探方法的布置
 
  嘉熱2號井布孔前, 開展了高精度重力測量、高精度磁法測量、大地電場巖性探測、可控源音頻大地電磁測深工作。物探剖面布置見圖1。
 
  高精度重力測量主要是提取與基底、斷裂、局部構(gòu)造等相關(guān)的地質(zhì)信息, 反映區(qū)域構(gòu)造, 對勘查區(qū)進(jìn)行定位。布置1∶1 萬高精度重力剖面4條, 長度40 km, 點距40m。野外工作采用美國產(chǎn)Lacoste-D型重力儀, 實測精度為±0.04 ×10-5 m/s2 。
 
  高精度磁法測量用于探測火成巖和侵入巖體的存在和分布特征。布置1∶1萬高精度磁法剖面4條, 長度20 km, 點距40 m。野外觀測采用捷克產(chǎn)PMG高精度磁力儀, 進(jìn)行總場和梯度觀測, 探頭間距0.5 m, 實測精度為±1.28 nT。
 
  可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)能有效探測與地下熱水有成因關(guān)系的斷裂構(gòu)造位置, 確定隱伏斷裂位置, 為地?zé)徙@探布孔提供依據(jù)。布置1∶1萬CSAMT剖面4條, 長度22 km, 點距50 m野外工作使用美國Zonge公司生產(chǎn)的GDP-32多功能電法儀, 實測精度為7.83%。
 
  大地電場巖性探測, 太陽輻射到空間的等離子體流主要成分為質(zhì)子和電子, 稱作太陽風(fēng)。它連續(xù)不斷以8 ～ 14個脈沖/s的速率與地球電離層上部磁場相碰撞, 產(chǎn)生0 ～ 2萬Hz的電磁脈沖到達(dá)地球表面垂直向下穿透地層, 而后又從各地層反射回地面。由于趨膚效應(yīng)作用, 不同頻率的電磁波具有不同的穿透深度, 因此當(dāng)它反射回地面時將帶來不同深度巖石的巖性信息, 巖性探測儀在地面上分別接收來自地下不同深度的巖石巖性信息及儲層流體信息, 以此判斷地層深部的巖性變化, 推斷地下巖性界面、斷層、地下熱儲等。野外按點測量, 布置16個測點, 野外工作采用國產(chǎn)CYT-Ⅳ型大地電場巖性探測儀。
 
  2.3 布孔依據(jù)
 
  根據(jù)物探勘查成果, 綜合地?zé)岬刭|(zhì)條件分析, 嘉熱2井布孔依據(jù)有:①應(yīng)用高精度重力測量成果, 確定古生界地層范圍(高密度、重力高)。②根據(jù)CSAMT成果及鉆孔資料, 確定儲蓋組合。該區(qū)已知ZK311, 孔深660 m, 0 ～ 250 m為第四系散沉積物,250 ～ 660 m是上奧陶統(tǒng)長塢組, 以灰黑色粉砂質(zhì)泥巖為主的碎屑巖, 具有隔熱保溫作用。浙江省地層表示出杭州—嘉興地層小區(qū)長塢組地層厚度為800多米, 由此判斷, 長塢組是理想的蓋層, 其下為寒武系及下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖, 是嘉熱2號井鉆探的目的層———碳酸鹽巖熱儲層。③綜合物探成果分析熱儲通道, 區(qū)內(nèi)F1 斷裂, 即大云斷裂, 呈北東向展布, 為區(qū)域性斷裂, 構(gòu)成桐鄉(xiāng)—平湖凹陷的盆緣斷裂, 傾向南東, 傾角75°以上。斷裂北西側(cè)為嘉興隆起, 南東側(cè)為平湖凹陷, 斷裂深度(>3 km)。F52屬次級斷裂, 是奧陶系地層內(nèi)部斷裂, 呈北東—南西向展布,傾向南東, 傾角為60°～ 80°, 斷裂寬200 m左右。④據(jù)高精度磁法測量成果, 推測區(qū)內(nèi)無火山巖和侵入巖體的分布。
 
  3 綜合物探成果分析與鉆探驗證
 
  3.1 綜合物探成果分析
 
  嘉善惠民靶區(qū)構(gòu)造上屬胥山隆起, 胥山隆起位于嘉善南面胥山—卓家匯一帶, 顯示重力高, 重力異常等值線呈橢圓形, 長軸呈北東—南西向展布(圖2、圖3), 區(qū)內(nèi)航磁異常總體為正異常, 惠民地區(qū)為寬緩正異常區(qū), 胥山西側(cè)為局部高異常區(qū), 七星鄉(xiāng)及鐘埭鎮(zhèn)東為負(fù)異常(圖4)。據(jù)鉆孔資料分析隆起區(qū)為古生界地層引起。
 
  嘉善—湖州東西向斷裂從靶區(qū)北側(cè)通過, 作為熱儲巖性的震旦系燈影組白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r處于斷裂的上盤, 張性裂隙和巖溶發(fā)育。該靶區(qū)封閉性較好, 熱儲蓋層除第四系覆蓋層外, 還有奧陶系長塢組大套泥巖, 高阻層埋深達(dá)700 ～ 800 m, 具有一定的地?zé)豳Y源潛力。
 
  高精度重力測量, G15線剖面北起花園濱, 橫切惠民隆起, 南到曹家墳, 全長15.8 km。布置該剖面的目的是為了進(jìn)一步了解惠民隆起的構(gòu)造背景以及F1 、F4 、F50 、F51 、F52斷裂構(gòu)造的位置及產(chǎn)狀。該剖面的布格異常特征是:在該剖面上重力值中間高, 兩頭低, 北緩南陡, 全剖面呈現(xiàn)中間重力高、兩端重力低的構(gòu)造隆起重力異常特征。重力高異常極大值位于139測點, 最高值達(dá)30.302 ×10-5 m /s2 , 淺源異常和垂向?qū)?shù)異常更為明顯, 推測由淺層高密度古生界地層引起。測線南端重力值最低, 為13.069 ×10-5 m /s2 。水平導(dǎo)數(shù)最大值位于118號測點附近,據(jù)此確定F4斷裂帶在此通過。其北面的水平導(dǎo)數(shù)極值點對應(yīng)38號測點, 為F50斷裂的反映。160號、188號、228號測點附近, 水平導(dǎo)數(shù)極值點分別對應(yīng)F51 、F52 、F1 斷裂。重力高處為古生界隆起, 兩側(cè)以F4 、F1 斷層為界, 形成典型的斷塊重力異常特征。
 
  高精度磁法測量, 從磁測成果來看, 磁測總場和梯度值變化平緩, 說明該區(qū)無磁性地質(zhì)體。結(jié)合已知鉆孔資料(ZK311、ZK309、ZK310)分析, 第四系覆蓋層下為下古生界地層。嘉熱2井鉆探過程中, 未鉆遇磁性地層。
 
  大地電場巖性探測在嘉興地區(qū)應(yīng)用, 實測數(shù)據(jù)重現(xiàn)性不好, 無法推測深部熱儲層。
 
  圖6是CS19線CSAMT反演電阻率斷面。斷面內(nèi)66和100號點附近出現(xiàn)明顯的階梯狀電阻率橫向變化梯度帶, 這兩處梯度帶推測為斷層F52和F1 。
 
  F1 是主干斷裂, 以它為界, 可以將剖面劃分成隆起和凹陷兩個區(qū)塊, 從24號點到F1 處于隆起區(qū), 從F1到150點為凹陷區(qū)。從剖面起點到F1 , 電阻率測深曲線為AA型, 即隨著深度加大, 電阻率上升。從F1到150號點, 電阻率測深曲線為AKH型。已知的ZK311位于79號點附近。
 
  重力測量及電磁測深證實, F4 、F50 、F51 、F52及F1深度超過3 000 m。這些斷裂既是地下熱水的通道,又與碳酸鹽巖共同形成裂隙巖溶熱礎(chǔ)。地?zé)?/a>2號井就布置在F52號斷裂, 大大增大了出熱水的可能性。
 
  嘉善縣地?zé)?/a>2號探采結(jié)合井設(shè)計井深2 200 m,終孔深度2161.81 m。終孔后開展物探綜合測井,測量井溫、井經(jīng)、井斜、三側(cè)向電阻率、自然電位、自然伽馬、密度參數(shù)。井深2 155 m處, 井溫達(dá)63.5℃ 。綜合測井資料分析, 在孔深1 210 ～ 1 220 m、1 430 ～ 1 460 m、1 505 ～ 1 570 m、1 700 ～ 1 750 m, 有破碎現(xiàn)象, 推測為含水層。
 
  通過洗井、抽水試驗, 獲得井口水溫40 ℃、涌水量255 m3 /d的地下熱水。經(jīng)國土資源部杭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心檢測, 水質(zhì)偏硅酸(30.7 mg/L),富含鍶(1.2 mg/L)、鋰(0.62 mg/L)、硒(0.07 mg/L)等有益于健康的微量元素及化學(xué)組分, 屬氯化物· 重碳酸—鈉型溫泉。
  4 結(jié)論
 
  通過鉆探驗證, 可控源音頻大地電磁測深、高精度重力測量、高精度磁法測量、綜合物探測井等物探方法在嘉興地區(qū)地?zé)峥辈橹邪l(fā)揮了作用, 大地電場巖性探測應(yīng)用效果欠佳。在嘉興第四系厚覆蓋區(qū),應(yīng)用高精度重力測量可有效圈定古生代地層分布范圍。高精度磁法測量能判定火山巖地層及侵入巖體的分布。可控源音頻大地電磁測深可有效確定斷裂位置, 了解深部熱儲構(gòu)造的空間展布, 為地?zé)徙@探孔位布置提供依據(jù)。