高分辨率地震勘探在地热资源勘查中的应用孙党生＊ 雷 炜 李洪涛＊ 杨立春(中国地质调查局水文方法研究所 河北·保定 071051)提要 该文以山东博兴某工程为例,简介在地热勘查中,高分辨率地震勘探的激发方式,野外观测系统,数据采集、处理参数设置及资料分析解释等方面的方法技术,勘查结果表明,应用该技术进行地热资源勘查不仅可能而且效果良好。
关键词 地震勘探 反射波 标准层 地热资源勘查APPLICATION OF HIGH RESOLUTION SEISMIC EXPLORATION METHODTO THE PR OSPECTING OF GEOTHERMAL R ESOURC ESSun Dangshen Lei Wei et al(Institute of Hydrogeology and Engineering Geology ,CGS )Abstract Taking the project in B oxin ,Shandong province as an example ,the method and technique of the excitation types ,field observation s ystem ,data acquisition ,the setting of processing parameters and data in -terpretation ,etc of high resolution seismic exploration in geothermal prospecting are briefly introduced .The result shows that not only to prospect the geothermal resources by high resolution seismic exploration is poss i -ble ,but als o the effectiveness is satisfactory .Keywords seismic exploration ;reflected wave ;standard layer ;geothermal resource prospecting第一作者简介:孙党生,男,38岁,高级工程师,从事工程物探研究与开发工作。
＊现在职攻读中国地质大学(武汉)地质工程专业硕士学位。
1 前言地震方法是目前用于水文、工程、环境、地质调查的主要物探方法,它通过研究人工激发的地震波的运动学和动力学特征来解决地质问题。
工作时采用人工爆破产生地震波,震波入射到地下弹性介质中遇到地层的界面时,便产生波的反射和折射返回到地面,被不同位置的检波器所接收,通过仪器将地震波记录存储,经室内资料处理来完成勘探地下目标地质体的任务。
过去十年中,高分辨率地震勘探已逐渐成为地质勘探的重要工具,在探测第四系厚度和基岩起伏、含水层和古河道,断层、裂隙带等地下构造,滑坡及落水洞,以及地表沉降等方面已经取得了丰富的经验。
由于地热资源一般蕴藏在地下数千米,以往常规浅层地震勘探很难达到这一深度,而利用传统的石油地震勘探不仅设备庞大,而且工作周期长,人力、物力和财力都耗费巨大,使地热勘探成为一种高投入、高成本、高风险的活动,投资者往往望而却步。
近年来我们应用高分辨率地震勘探技术进行了深层地热资源勘查的尝试,先后在山东的德州、博兴、庆云、平阴、武城、茌平及云南宣威、广东南海等地开展了该项工作,取得了良好的效果。
本文结合作者在山东博兴某工程的实例说明应用浅层地震进行地热资源勘查的实际效果。
2 工程概况山东有丰富的地下地热资源,博兴县地处山东西北部,为华北坳陷区三级次级构造单元济阳坳陷的东北部。
该区新生代沉积厚度超过3000m,第四系与晚第三系地层累计厚度达2000m,地下热水赋存于新生界第三系碎屑沉积岩中。
主要含水岩性为砂岩与砂砾岩,其中热储盖层为明化镇组,馆陶组为热储层,底层为东营组沉积岩。
根据博兴县开发地热资源的需要,我们采用地震反射波法在选定的位置进行剖面勘探,剖面长度3000m,探测深度2000m左右,达到主要目的层界面之下。
目的是查明工作区内第三系地层的分布规律及其埋深,主要目的层的厚度,查明工作区内的地质构造情况,为地热资源的调查提供可靠的地震勘探数据资料。
3 方法与技术传统的浅层地震勘探探测对象规模小,勘探深度浅,多采用小药量炸药或机械震源,观测系统设计简单。
一般采用小道距、小偏移距,单个检波器接收,即可完成数据采集过程。
而地热勘查所调查的地质体规模较大,地下沉积类型为一种所谓“周期型”沉积(为许多反射系数较大的明显分界面组成的互层),正是由于地热勘查对象的特殊性,决定了高分辨率地震勘探在这一领域的应用必须采取与常规地震勘探不同的技术方法。
首先观测系统设计必须采用多次覆盖技术,道距的选择不同于浅层地震(3～5m),也不同于石油地震勘探(50～70m),我们认为,高分辨率地震勘探的接收道距选20m 比较适宜,对于勘探目的层的接收较为有利。
其次是如何克服干扰波,在目标探区内广泛发育的干扰波为次生低速干扰和次生高速干扰。
它们在频率域中与有效波是不能分离的,其视速度和视波长又和有效反射波难分难解,它们是地面附近各种地物、障碍物以及近表层岩性不均一所造成。
为了克服这些干扰,采取了以下对策:第一保证较小干扰背景的主要条件是掌握在潜水面下合理激发深度,目标区的潜水面一般在3m左右,实践证明,在潜水面下7m,5～7kg炸药激发的效果最好:第二保证炮孔中有充足的水,只要充水则激发纵波速度就总是高于1600m/ s(水的速度是1400～1500m/s),所以总能激发出良好的地震波;另外接收检波器采用线性组合技术,组合基距40m,对压制低速面波及侧面来的高速干扰波是行之有效的。
地震数据采集由瑞典ABE M公司MARK -6型瞬时浮点放大24道数字地震仪及美国L40数字检波器组成高分辨地震数据采集系统,采样间隔为1ms,记录长度2048ms。
应用硝铵岩石炸药作为激发地震波的震源,在地表用钻机凿一直径13cm,深10m的炮孔,将5kg炸药用防水塑料袋包扎好,用爆炸杆将其下沉到孔底,用瞬发电雷管起爆,激发地震波。
经野外现场试验确定采用单边放炮3次覆盖观测系统进行工作,野外数据采集中对每炮的原始记录均进行了严格的质量检查,确保了所采集数据的质量。
检波器点距20m,最小炮检距200m,采用宽频带滤波,滤波器低截频15Hz。
检波器接收采用沿测线6道线性组合技术,组合基距40米,这样做大大提高了深层反射波的信号与信噪比,也是地热地震勘探的关键所在。
图1为在博兴某工程接收的典型地震波记录,可以看出地震反射波组信息丰富,形态清晰。
数据处理采用CSP5.0浅层地震勘探处理软件,在Windows98环境下完成,图2为山东博兴某工程地热地震勘探成果图。
4 勘探效果与地解释4.1 工作区地层概况根据石油地质资料,该区地层概况如表1。
图1 博兴某工程的典型地震波记录(001-004号)表1 工作区地层概况地质年代 地层底板埋深m地层厚度m第四系(平原组)Q350350上第三系(明化镇组)N m900400～450上第三系(馆陶组)N g1330～1350300～500下第三系(东营组)E d1560210 地下热水赋存于新生界第三系碎屑沉积岩中,主要含水岩性为砂岩与砂砾岩,馆陶组为热储层,底层为东营组沉积岩。
该区新生界主要为滨海相、湖相、河流相沉积。
沉积岩相条件较稳定,有利于标准反射波的识别和追踪,也是我们在此开展地震勘探的有利条件。
根据地震学的概念,结合本区的区域地质资料,对地震反射界面的埋深与第三系各组地层厚度及其分布的对应关系进行地层划分;同时利用反射波的波组、相位特征、反射波是否被错断和振幅特性进行构造断裂解释。
4.2 地震反射标准层与地质层的关系按照如上所设计的地震工作技术条件,按接收到的最深的反射层考虑,最大探测深度已达到2000m,其中反射波组(层)可划分为七组,T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7。
研究分析该七组反射层是高分辨率地震勘探技术提取地下信息的主要依据,反射层与地质层位之间关系可归纳于表2。
表2 地震反射层与地质层关系地震反射标准层深度 m 北南相应地质层地层厚度m T 7360356Q 第四系360T 6495477495T 5694646N m 上第三系明化镇组495T 4855836T 312201190N g 上第三系馆陶组365T 214801440E m 下第三系东营组260T 118901806E S 下第三系沙河街组410 可以看出,T 4、T 5、T 6、T 7共四组反射波均是上第三系明化镇组地层中的反射,反射层与上第三系上新统的地层相应,其中T 7反射层为第四系与第三系的界面,即第四系下更新统(Q )的底界面,或称为第三系的顶界面。
T 4反射层为一重要的标志层,为上第三系明化镇组的底界面。
T 3反射层为上第三系馆陶组的底界面,T 2反射层为下第三系东营组的底界面,T 1反射层为下第三系沙河街组的底界面,各地层的界面埋深见表2。
4.3 地震剖面的地质解释如图2所示,地震时间剖面上地层反射波组较多,结合工区有关地质资料,全区图2 山东博兴某工程地热地震勘探成果在2000m深度以上至少有T1至T7七个反射层可连续追踪形成标准反射层。
各反射层埋深系由本次地震勘探所取得的数据资料经计算机速度分析程序求得各地层的平均速度,然后由各地层反射波的实际旅行时间,进而求得各反射层所对应的埋深。
根据常速扫描速度分析结果与各反射层相联系的平均速度是:T7层: 1800m sT6层: 1800m sT5层: 1900m sT4层: 1950m sT3层: 2100m sT2层: 2100m sT1层: 2150m s由图2可见主要勘探目的层T2、T3、T4均连续分布。
埋深变化由南向北逐渐加深,深度变化幅度T4层约为18m,T3层约30m,T2层约40m,地层产状北倾。
地震剖面显示的上第三系馆陶组地层及下第三系东营组地层界面连续性较好,标志层特征明显,馆陶组地层厚约365mm,为主要热储层,在C DP点号120处T1反射层发生错断,为一正断层定为F1,断层面北倾,该断层错断了下第三系沙河街组地层,上断点于1540m处终止,断层向上未延伸至T2标准层,F1断层的断距约为31m,倾角80°左右,为一高角度正断层。
5 结论与认识地震勘探结果表明,应用浅层地震勘探技术进行深层地热资源勘查不仅可能而且可行,但是由于地热勘查对象的特殊性,决定了高分辨率地震勘探,在这一领域的应用必须采取与常规地震勘探不同的技术方法。