云南省迪庆香格里拉盆地地热资源勘查物探方法的应用0前言香格里拉县是云南省迪庆藏族自治州州府所在地,地处滇藏地热带,属近纬向的地中海—喜马拉雅地热带的一部分。
研究区为世界自然遗产“三江并流”、长江上游天然林保护区,是滇、藏、川三省共同规划建设的“大香格里拉”旅游经济区的核心,海拔3276m,为高寒山区。
为了发展香格里拉旅游业,保护生态环境,减少木材消耗,急需寻找新的绿色能源。
云南省地质调查院2002年在工作区范围内开展了超长电磁波探测、大地电磁测深、高精度磁测物探工作,初步查明了工作区的地层岩性分层、岩体及构造展布情况,圈定了地热勘查靶区,推断了热储层埋深,为地热资源钻探试验孔的确定提供了深部地质依据。
1水文地质特征香格里拉盆地处于松潘—甘孜褶皱系的南部,二级构造单元属中甸褶皱带。
本次工作区内地层除西部出露少量晚古生界外[1],以三叠系广泛分布为特征(图1)。
以阿热—格咱河断裂(F3)为界可划分为二个地层区,西部为中甸地层小区,东部为属都海地层小区。
中甸地层小区从石炭系至晚三叠系,地层出露齐全。
中甸断裂(F1)以西有石炭系下统大羊组(C1d)灰岩夹角砾状灰岩和上统顶坡组(C2dp)灰岩夹红色泥灰岩、角砾状灰岩;二叠系下统冰峰组(P1b)灰岩、白云岩;三叠系下统布伦组(T1b)砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩夹灰岩。
三叠系中统洁地组(T2jd)分布范围广,F1断裂两侧均有出露,主要岩性有灰岩、白云岩夹泥岩、粉砂岩。
三叠系上统是中甸地层小区出露面积最广的地层,西以F1断裂、东以F3断裂为界,呈近南北向贯穿于调查区中部。
主要有王吃卡组(T3w),仅在县城北西有少量分布,主要岩性为灰岩、泥灰岩、泥岩、粉砂岩;哈工组(T3ha),分布最广,岩性为砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩夹灰岩、硅质岩。
第四系主要分布于测区中西部,为更新统冰期-间冰期沉积—冰水堆积和全新统洪冲积,岩性为砾、砂、粘土等。
属都海地层小区,位于阿热—格咱河断裂(F3)以东,仅出露中、上三叠统。
区内岩石仅部分具较轻微的变质,主要分布于F3断裂以东的上三叠统,原岩结构构造保存完好。
图1香格里拉地区地质构造图Fig.1MapshowingthegeologicalstructureinXianggelilaarea1.第四系;2.始新统;3.上三叠统图姆沟组;4.上三叠统哈工组;5.上三叠统王吃卡组;6.中三叠统洁地组;7.下三叠统布伦组;8.二叠系-三叠系;9.下二叠统冰峰组;10.上石炭统顶坡组;11.下石炭统大羊场组;12.印支期石英闪长玢岩;13.印支期石英二长斑岩;14.喜马拉雅期正长岩;15.实测断层及产状;16.推测断层;17.推测隐伏断层;18.卫片解译隐伏断层;19.角度不整合界线;20.灰岩(透镜)体;21.沉积混杂岩块;22.上升泉(热泉)及编号;23.下降泉及编号;24.自流钻孔;25.落水洞;26.地下水流向;27.磁测剖面;28.大地电磁测深剖面及测点;29.超长电磁波探测点;30.预测靶区区内火山岩和侵入岩均有出露,主要分布于F3断裂以东。
火山活动主要发生于早三叠世和晚三叠世,前者以基性火山岩喷发为主,后者以中酸性火山岩喷发为特征。
侵入活动以印支期的石英闪长玢岩(Tδoμ)、石英二长斑岩(Tηoπ)为代表,少量石英二长岩和喜马拉雅期的正长岩(ξ6),总体岩浆活动较频繁。
断裂构造十分发育,以北西向中甸断裂(F1)、北北西向阿热—格咱河断裂(F3)为主干,另外,尚发育一些形成时间稍晚但活动强烈的北东、东西向断裂。
沿F3断裂有天生桥温泉、阿热热泉出露。
本区多组断裂相交切,新构造活动强烈,又有一定规模的热泉,除天生桥、阿热热泉出露外,研究区北48km有尼西上桥头温泉群,南25km有小中甸温泉。
可见研究区及其附近具有形成热储、地热的基本条件,值得进一步深入开展工作。
香格里拉盆地为一高山区断陷溶蚀盆地,水文地质单元处在金沙江河谷左岸斜坡区域径流带上。
地下水类型主要有松散层孔隙水、碎屑岩裂隙水、碳酸盐岩岩溶裂隙水三类。
就浅循环地下冷水而言,以岩溶水为主,循环强烈,掩盖了地表热显示,仅靠地质分析难于确定地热异常区(带)。
盆地周围海拔3000～3300m以上的各级剥夷面、分水岭部位,不同程度发育溶蚀洼地、漏斗、落水洞,构成岩溶水的补给—径流区。
由于岩溶垂向发育速度落后于区域地壳抬升和河流下切速度,以及受含水层下伏隔水层的阻隔,在盆地底部周边、谷地、台地后缘等地形、地貌有利的部位出露了数量众多的岩溶泉点,泉点高程多为3270～4040m,泉水基本向香格里拉盆地排泄,并汇入盆地地表水体中。
因此,盆地成为周边浅循环地下水排泄基准。
浅循环水存在三个层次的地下水排泄带,第一带海拔3400～2240m;第二带海拔4000～3800m,泉流量小;第三带海拔2750～2240m,以香格里拉县城西侧20km的吉仁及北西17km处金沙江边的汤满巨泉为代表。
区内岩溶水补给来源有大气降水渗入补给和裂隙水渗入补给两种方式,并以沿岩溶管道快速径流为主,次为沿深大断裂的破碎带向深部径流,参与循环。
岩溶水排泄方式以泉为主,其次通过透水边界或以越流方式补给孔隙含水层。
由于有大量的地表、地下水通过岩溶管道、断裂补给、径流、排泄或参与地下水深循环,地下水补给来源丰富,水交替循环极为强烈。
2地球物理勘查成果由于研究区以往仅开展过中小比例尺的区域地质、物化探和局部水文地质工作,工作程度低。
在综合分析研究了以往区域地质、物化探成果及新补充的1:5万区域地质、地热水文地质调查后,选择了地热、地质条件较好的盆地东北部为重点工作区,部署了超长电磁波探测、大地电磁测深、高精度磁测剖面(图1)。
目的是探查工作区地层结构、隐伏岩体及构造分布情况,推断含水层组富水性。
2.1超长电磁波探测该技术是一种低投入、高效益的新型便携式的资源探测技术,利用高灵敏度高精度的传感器接收来自地下天然场源的超长电磁波,经过信号放大器,进入数据采集系统,根据频率—深度转换公式,立即可得到初步探测结果,即超长电磁波频谱曲线。
不同岩性地层,具有不同的物理性质(密度、速度、电导率和导磁率等),从而形成不同的波阻抗界面。
接收并研究不同波阻抗界面的反射电磁波,可以得到地层导电、导磁率随深度变化的信息。
研究表明[2],岩石物性特征变化是引起曲线特征变化的主要因素。
岩石的致密与疏松、富水性的强弱,都会引起曲线特征一系列的相应变化。
通常岩石越致密、完整,成岩及胶结程度越高,富水性越差,相应超长波曲线的幅值、变化幅度、基值越小,均匀度和平稳度越好;相反,岩石越松散、柔软、破碎,成岩和胶结程度越低,富水性越强,超长波曲线的幅值、变化幅度、基值越大,均匀度和平稳度越差。
研究区共部署了超长电磁波探测点31点(参见图1),最长控制剖面19km(东西向)。
由于区内研究程度低,首次开展超长电磁波探测,又无深井资料进行标定,对电磁波能量曲线解释带来了较大难度,因此在岩体及灰岩出露区布置了2个探测点作为标定试验点。
分析研究各测点曲线特征,结合区内地层、岩性,总结归纳出了6种频谱曲线分层(图2):A层:总体表现为较低振幅间夹中、高幅异常特征,基值低。
频谱曲线的均匀性和平稳性差。
分布于全区各测点中。
B层:表现为中—高振幅特征,波形较活跃,基值中等。
频谱曲线的均匀性中等,平稳性较差,幅值变化较大。
分布于全区各测点中。
C层:表现为高—极高的振幅特征,波形活跃,基值高。
频谱曲线的均匀性和平稳性好。
分布于全区各测点中。
D层:表现为较低的振幅特征,基值低。
频谱曲线的均匀性中等,平稳性较差。
分布于全区各测点中。
981图2香格里拉地区超长电磁波探测电磁频谱曲线响应特征Fig.2Electromagneticfrequencyresponsecurveofultra-longwaveinXiangge lilaarea E层:以较高的振幅递变为较低振幅特征,波形较活跃,基值较高。
频谱曲线的均匀性和平稳性较差。
主要分布于县城东部22、14、15、8、8j、5j、b2号点,西侧只有11号点出现。
F层:表现为弱振幅或无反射的波形特征,基值低。
没有明显界面。
分布于全区各测点中。
根据研究区试验点及以往的解译经验,总结归纳了以下5种岩性及含水层电磁频谱曲线响应特征:(1)第四系砂泥岩、砾石堆积及基岩风化壳。
砂、砾岩电阻率较高,粘土及局部富水段电阻率较低。
电磁频谱曲线表现为A层特征,即基值低,变化幅度不大,间夹有中、高振幅的响应特征。
(2)富含水碳酸盐岩。
完整碳酸盐岩电阻率较高,但于构造活动区,溶孔发育,富含水性,电阻率较低。
电磁频谱曲线表现为C、E层特征,基值高、变化幅度大、波形十分活跃的高振幅响应特征。
(3)泥(页)岩和粉砂质泥岩。
泥质岩类电阻率较低,但其胶结程度较高,富水性差,电磁频谱曲线表现为B层特征,即基值中等、变化幅度不大的中高振幅响应特征。
(4)砂岩和泥质砂岩。
电阻率较高,含水性差。
电磁频谱曲线表现为D层特征,即基值低,变化幅度小,低振幅或弱反射的响应特征。
(5)石英二长斑岩。
电阻率较高,从露头标定点实测曲线得出,浅部370m以内,电磁频谱曲线表现为A—B层特征,即基值较低,变化幅度较小,为低—中振幅的响应特征。
通过对香格里拉盆地的全面调查,在盆地中没有发现可直接供县城区开发利用的温(热)泉出露。
而由于深覆盖和埋藏的断裂带型热储钻探到其热流管隙的成功率极低,因此,为满足县城供热的需求,在盆地内寻找地热钻探靶区的工作主要针对适宜于钻井开采的深埋藏层控型热储。
所以探测目的层为深部断裂带影响的破碎碳酸盐岩岩溶裂隙富含水段,其电磁频谱曲线表现为基值高、变化幅度大、波形十分活跃的高振幅响应特征,即E层段。
超长电磁波的探测结果,全区超长电磁波曲线特征可分为二类。
一类频谱曲线为5层结构缺失E层,主要分布于虎皮山F5号断裂以西及赤卡以东地区,二类频谱曲线为6层结构,主要分布于虎皮山至赤卡之间,于1900m深度存在厚度不等的E层曲线。
赤卡一带,埋深1000～1800m为一套含水碳酸盐岩层组,由于埋深浅,东西连通,封闭性差,不是寻找地下热水的有利地段,而虎皮山至赤卡之间,深度1900～2600m 范围内存在第二层含水碳酸盐岩层组,周边地层封闭性好,有断裂构造存在,应是理想的热储位置,因此推测虎皮山—央谷—是达地区可能是存在富含热水的碳酸盐岩层段(图3)。
图3香格里拉地区超长电磁波探测E2线地质解译推断剖面图Fig.3GeologicexplanationinferE2sectionofultra-longelectromagneticwave soundinginXianggelilaarea1.松散层孔隙含水层组;2.碎屑岩相对隔水层组;3.碳酸盐岩岩溶裂隙含水层组;4.石英二长斑岩;5.超长电磁波探测点;6.断裂及编号。