牤牛营子CSAMT报告.docx
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牤牛营子CSAMT报告
第一章地质任务
第一节地质任务:
根据GB11615-89《地热资源地质勘查规范》对普查阶段工作的原则要求,结合项目区内的实际地质条件,拟定如下地质任务:
1、初步查明牤牛营子地区地层结构、地质构造及岩浆活动情况,导水、控热构造发育情况;
2、初步查明热储层位、热储类型及埋藏条件,建立热储概念模型,估算地热资源储量;
3、评价牤牛营子地区地热资源勘查开发潜力,为进一步勘查工作提供依据。
第二章地质概况及地球物理特征析
第一节地质概况(略)
第二节地球物理特征
将CSAMT法勘探应用于地热勘探所依据的地球物理前提,是利用组成地下介质层间的电性差异。
本区地下热水资源类型应为断陷盘地型地热类型,其地热勘探主要是了解上元古界蓟县系雾迷山组的埋藏深度及上覆地层和构造分布情况。
区内第四系电阻率较低,约10-50Ω·m。
侏罗系地层在本区发育良好,电阻率约在约10-500Ω·m。
古生界寒武系地层,电阻率约在约400-800Ω·m。
上元古界青白口系、蓟县系地层电阻率大于800Ω·m。
各时代地层岩性之间存在明显的电阻率差异,为CSAMT法勘探提供了充要的地球物理前提。
第三章工作方法及技术要求
第一节CSAMT方法原理
可控源音频大地电磁法(简称CSAMT)是利用接地水平电偶源为信号源的一种频率域电磁测深法,它基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程导出了水平电偶极源在地面上的电场及磁场公式:
⑴
⑵
⑶
⑷
⑸
⑹
式中,I供电电流强度;dAB供电偶极长度;R为场源到接收点之间的距离,即收发距;µ0为自由空间磁导率。
将⑴式沿x方向的电场(Ex)与⑸式沿y方向的磁场(Hy)相比,并经过一些简单的运算,就可以得到地下的视电阻率(
)的公式:
⑺
式中f为频率,
为电阻率,又称为卡尼亚电阻,又根据电磁波的传播理论,导出了趋肤深度公式δ=503
(m)。
虽然趋肤深度在某种意义上说与电磁波在介质中穿透的深度有关,但它并不代表电磁勘探中实际的有效勘探深度。
如果将电磁波能量衰减到50%时的深度称为“勘探深度”,则D≈0.6932δ≈δ/
=356
(m)。
式中,D代表探测深度;
代表电阻率;f为频率。
可见,当地表电阻率固定时,电磁波的传播深度(或探测深度)与频率成反比,高频时探测深度浅,低频时探测深度深。
通过调整供电频率的高低,得到不同深度的地电信息,从而达到垂向频率测深的目的,根据所测视电阻率特征,了解地下地质体的产状和特征,分析推断构造带空间分布形态及地层岩体之间接触关系。
第二节CSAMT法数据采集
一、使用仪器
工作使用加拿大凤凰公司生产的V8—6R、Rxu—3ER多功能接收机和Txu—30发射机,发电机组为MG—40发电机组。
二、标量(TM)观测系统
CSAMT法观测方式可分为:
标量观测、矢量观测及张量观测。
目前CSAMT法常用标量(TM)观测方式(Ex和Hy)。
标量TM规定利用一个场源测量两个分量(Ex和Hy或者Ey和Hx),图000是一个典型的标量CSAMT观测示意图。
当偶极方向恰好垂直于断层(TM方式)时,用标量数据可以很容易地确定线性的陡倾斜断层。
图3-1标量(TM)观测系统
三、野外测量装置
本次勘探采用赤道偶极测量装置,其观测装置见示意图000
接收区域布置在以发射偶极中心点形成的50°角的一个三角形面积内,三角形的顶点为AB发射偶极的中心位置,接收测线到AB的距离大于三倍的趋肤深度,接收测线的长度保持在发射偶极50°射线控制的面积之内,AB极布线方向按要求与接收测线方向平行布设,本次勘探收发距≥9km。
根据电磁场强度的理论计算,在梯形的边部场的强度明显变弱,因此,在野外工作时,把AB偶极的中点布置在接收测线的中垂线上,能够极大的提高场源强度并保证观测的精度。
图3-2野外测量装置示意图
四、发射场源的选择
发射场源的选择要求供电电极距A、B选择低于测区的平均高度,供电极板的埋设符合安全、大电流的要求,A、B极距为1.8km。
每天工作前为A、B极浇注饱和盐水,测试A、B电极的平均电阻RAB,保证该值≤60欧姆。
发射电流根据工作中的信号强弱自行调节,以保证接收机有足以反映相应地质情况的信号值。
五、工作频率
工作频率选者为9600(HZ)--0.125(HZ),共37个频点,并均匀分布在对数坐标纸上。
牤牛营子地区地热普查工作频率点分布表表1
序号
频率(HZ)
序号
频率(HZ)
序号
频率(HZ)
序号
频率(HZ)
1
9600
11
1024
21
32
31
1
2
7680
12
768
22
23.7037
32
0.740741
3
6400
13
512
23
16
33
0.5
4
5120
14
355.5556
24
11.85185
34
0.37037
5
3840
15
256
25
8
35
0.25
6
3200
16
177.7778
26
5.925926
36
0.185185
7
2560
17
128
27
4
37
0.125
8
1920
18
88.8889
28
2.962963
9
1600
19
64
29
2
10
1280
20
47.40741
30
1.481481
。
牤牛营子地区地热普查工作频率点分布图
图3-3频率点分布图
六、CSAMT法观测参数
CSAMT法有四种基本野外观测参量:
即电场振幅、电场相位、磁场振幅及磁场相位。
视电阻率和相位差可以直接从上述参量中计算出来。
视电阻率是CSAMT工作中最常用的参数。
目前有几种方法可以计算,但最简单最常用的是卡尼亚公式
。
但卡尼亚公式只适用于远区,在过渡带或近区是无效的,它得到的不是真实的电阻率值。
电场和磁场在过渡带已改变它们的特征。
在近区,磁场不再是频率的函数。
使得在过渡带卡尼亚电阻率呈凹形,在近区呈45°上升的直线。
在此情况下,按远区场计算的卡尼亚电阻率将产生畸变,不能直观地反映地下介质的电性分布,不利于实际资料的定性解释。
为在一定程度上克服上述弊病,需对CSAMT实测资料作相应的校正,
将近区或过渡区的观测资料校正为远区的相应结果,即近场校正。
图3-4实测CSAMT道振幅、道相位曲线
第三节测地工作
测地工作的目的是为野外施工布设观测点位,在完成GPSE级网控制测量的基础上进行测地工作。
项目基准采用1954年北京坐标系,1956年黄海高程系,高斯6度带投影,中央子午线为117度。
测地工作采用手持eTrexVistaGps60定位导航仪完成,开工前在收集到的测区内及附近的三个以知三角点,对手持eTrexVistaGps60定位导航仪进行联测,经平差计算确定各项改正参数。
用以野外施工布设观测点位,每观测点位均设明显桩号标记。
已知三角点成果表表2
三角点名称
X
Y
Z
备注
大洞
4519982.01
20729722.18
772.90
勘探区内
腰井沟
4521426.62
20733490.14
530.10
勘探区内
孤山
4532650.50
20725677.70
412.5
勘探区外
各项改正参数如下;
1、坐标格式为:
中央子午线:
117度(6度带)比例系数:
1
东西偏差假定值:
500000南北偏差假定值:
0
2、坐标系统为:
DX:
-3DY:
-126DZ:
-45
半长:
-108扁率0.0000005
上述手持eTrexVistaGps60定位导航仪精度误差小于5m。
完全满足现阶段施工要求。
并以此作为电法勘探编制报告的测绘依据。
见测量成果表及实际材料图。
第四节测网布设及工程量
可控源音频大地电磁法的测网布设以MT/T898-2000《煤炭电法勘探规范》为依据,根据勘探区工作性质及任务要求,垂直构造走向线平行布测线,共布置五条测线,线距1000m,点距50m。
完成工作量如下表;
线号
设计点数/剖面长
完成点数/剖面长
备注
1
141/7000
141/7000
2
141/7000
141/7000
3
191/9500
191/9500
4
141/7000
141/7000
5
141/7000
141/7000
检测点
15
24
合计
770/37500
779/37500
秏牛营子地区地热电法完成工作量统计表表3
第五节主要生产技术措施及质量评价
一、主要生产技术措施
施工中严格执行《煤炭电法勘探规范》,严格尊循三级检查验收制度。
为了保证野外数据采集质量,采取了一系列生产技术措施。
1、接收不极化电极采取深挖坑并浇饱和盐水后埋置,接收磁棒按接收测线方向垂直并水平挖坑埋置,以最大限度地消除噪声干扰。
2、发射端A、B电极采用铝极板埋置,每日补充浇饱和盐水,以保证接地电阻≤60欧姆,发射大电流稳定输出,以提高接收信号强度。
3、外业施工操作人员认真观察电、磁场曲线变化,发现问题当场纠正,收工后由内业人员将原始数据转入微机中,逐点检查,发现问题及时反馈给外业操作人员,进行改正。
在保证质量的前提下提高生产效率。
4、为保证精度,所有工作都有计算机完成。
计算的原始数据都要进行100%复查。
全部图件均为计算机成图。
野外工作阶段及室内整理工作的内容和要求(执行DZ/T0078─93和DZ/T0079─93)。
5、数据的采集、资料的处理及图件绘制,严格按照规范执行,所得数据和图件的绘制按该方法的相应数据处理软件进行数据处理和图件的编制。
二、质量评价
本次电法勘探共完成生产物理点755个。
质量检测点24个。
质量检测点占生产物理点的3.178%,比值电阻率均方误差均在10%以内,其施工质量完全达到规程要求,经分队、项目负责、大队三级检查验收,全区物理点的质量为优级。
由于受地形及林木丛影响,个别测点位置有不大于5m的偏移。
第四章资料解释
第一节资料处理
资料处理可分为预处理和解释处理
一、预处理
将采集的原始数据进行转存,使用仪器所配专用软件CMTPRO对野外采集数据进行预处理转换,仔细查看原始采集数据各道的记录是否完整,频点记录不全的测站,要查明原因及时补做。
利用所有测得的电场(E)分量和磁场(H)分量的振幅和相位,计算视电阻率和相位差。
对于CSAMT数据预处理要求检查数据的误差即噪声以及数据分散情况,要利用标准偏差参数,选择剔除那些明显的误差和噪声。
CSAMT法中由于静态效应的存在,会引起局部电性特征的畸变,在作深度反演解释时将引起大的误差。
因此必须对其作必要的识别和压制,静态校正对于消除静态效应影响的电阻率数据不规则现象起到改正作用。
有效的滤波使噪声和复杂的数据易于分辨,有助于评价数据组的总体趋向。
当数据通过预处理达到可以接受的条件时,可以得到可供解释用的原始Bostick视电阻率和相位差参数,就可以进行解释处理。
二、解释处理:
解释处理包括把自由坐标以大地三维坐标替换,将特定的数据组绘制常规图件及通过必要的归一化、静态校正、滤波和导数计算来增强某种影响,如通过相减、相除或对等频率、等深度的平均值进行重合叠加,从一组数据中消除其层状效应,重合叠加法能消除区域影响,增强复杂层状介质中微弱的横向影响,如果滤波得当可以使细微异常特征突出出来。
反演解释处理使用的是中国地质大学(武汉)的CSAMT-SW反演软件。
该软件功能强大,可对原始采集数据进行编辑处理,诸如归一化、静态位移校正、滤波、近场改正等。
该软件主要特点是对整条剖面的ρa断面进行一维联合反演,反演过程采用曲线圆滑法,最终提供反演后的电阻率剖面图,供推断解释使用。
第二节资料解释
一、电法剖面资料分析
CSAMT法反演后的电阻率剖面图反映了剖面线下纵向和横向上的电性变化特点,地电变化的对比是划分地质构造的主要依据。
经对反演后的电阻率剖面图研究、分析,从各线电阻率反演断面图上可以看出,其电阻率变化趋势总体相同,地电结构总体上电阻率呈高—低—高—高变化趋势,即随勘探深度的增加,电阻率值逐渐增高,底部一般为数千欧姆米,而且向深部有继续升高的趋势,推测认为深部由时代较老的高阻地层组成。
从各线反演剖面图中电阻率等值线的突变、转折的相互关系及变化趋势中,可以看出各电性层之间的差异变化。
下面重点对j-3线进行分析(其它测线类似)。
从3线视电阻率剖面图上可以看出,在垂向上大体可分为3个电性层分区,即ρ1、ρ2、ρ3区,电阻率呈高—低—高—高变化趋势。
在剖面水平方向上依据电阻率变化特征推测出两条断裂构造带,即F1、F4。
ρ1电性分区为新生界第四系及中生界侏罗系地层,侏罗系地层相对较厚,其中有低阻层出现,在1000米左右,因深度较浅,故不作评价,总之中生界侏罗系地层做为本区低阻热盖层存在。
ρ2电性分区为古生界寒武系地层,其下ρ3电性分区为上元古界青白口系及蓟县系地层,其中蓟县系雾迷山组地层为高阻显示。
j-3线电阻率剖面图上可以看出剖面内由浅到深部电阻率逐渐升高,在7200m—9200m附近出现横向突变带,电阻率等值线下降幅度明显,异常幅度值大,推测为断层,且断距较大。
图4-1j-3线电性—地质剖面图
j-4线东部亦有电阻率变低的低谷状异常带出现,沿剖面在5900m附近,出现清晰的电阻率横向变化带,电阻率等值线下降幅度明显,异常幅度值大,推测为断层,且断距较大。
图4-2电阻率剖面图连续对比示意图
其他各线电阻率剖面图的电性分区,与j-3线基本相似,均显示出中生界侏罗系地层有较大的厚度,根据电性分区中电阻率分布的特征,可以分出第四系、侏罗系地层、古生界寒武系地层和蓟县系地层的界线。
在各线电阻率剖面图的连续对比中,亦可看出电性分区的变化特点,总体上有从测线起点向端点方向电阻率逐渐降低趋势,符合地层呈背斜构造的特征。
二、等视电阻率平面图的分析
等视电阻率平面图反映了全区各地层构造变化规律。
为进一步分析、对比、高低阻电性层的分布情况,提供直观信息。
图4-3。
不同深度等视电阻率平面图反映了地层形态的变化特点,表明了电性层相对高低的变化特征,视电阻率等值线的延展方向代表电性层的走向方向,等值线的稀和密表明电性层的倾角变小和加大。
上图为勘查区内不同视深度的等视电阻率平面示意图,图中用不同颜色的色标表示不同的电阻率阻值。
从不同深度平面图连续对比中看出,由浅到深部电阻率逐渐升高,且总体呈由东北向西南逐渐变高趋势,推测勘查区底部西南有隆起的高阻背斜构造存在。
随深度增加,-2000m以后,高阻体变化平缓,推测低部地层岩性较为单一。
在勘查区东部地段底部有南北状条带低阻出现,推测为断层构造所致。
三、二维地震勘探资料解释
依据辽河油田公司《2008年辽河外围建昌地区二维地震采集工程》所采集的二维地震勘探资料,选取270、与电法测线的j1、j2线及j3小角度相交,剖面长7400m;选取700线与电法测线的j1、j2线及j3的延长线相交;剖面长4550m。
据韩1井钻孔资料参考控制深度可达到2700m。
如下图,二维地震测线270线、700线与电法测线位置关系及二维地震解释断点位置图。
地震解释断点
地震解释断点
图4-4二维地震测线与电法测线位置关系及二维地震解释断点位置图
本次选定T(J3y)、T(Zjw)二组波作为本区的标准反射波。
T(J3y):
代表本区地层中义县组的反射波,发育好,有已知钻孔控制,不整合于土城子地层之上,全区发育较好,对区内地质构造推断有指导意义,定为本区地震解释标志波层位。
T(Zjw)波:
代表上元古蓟县系雾迷山组(Zjw),全区发育较好。
根据各标志波的波形、相位、波组特征,并结合反射波的间距时差规律,在时间剖面追踪对比,并在时间剖面上画出相应断层和地层的位置,通过速度运算转化为深度成果,直观的反映出地层的起伏形态及构造变化。
如下图为T(J3y)及T(Zjw)波标准剖面、270线及700线地震时间剖面图。
T(J3y)
T(Zjw)
图4-5T(J3y)及T(Zjw)波标准剖面图
T(Zjw)
图4-6270线地震时间剖面
T(J3y)
T(Zjw)
图4-7700线地震时间剖面
勘探区附近解释2条地震剖面,每条线各1个断点,共解释2个断点。
四、地震电法综合解释
义县组地层厚26-650米,深度为1550m。
雾迷山组(Zjw)地层厚26-650米,深度为2320-2650m,为地下热水源的主要储水层位。
据270线地震剖面资料,在测区西部及测区西外部,地层局部隆起,为一背斜构造。
在电法j-3线上距韩1井东4000m位置,地震解释断点1个,见图4-8。
五、主要物性参数
根据项目区热储状态,地层划分为2个部分,其主要物性参数见下表。
视电阻率及波数统计表表-7
地层
视电阻率(欧姆/米)
层速度(米/秒)
义县组地层
400—800
2900—3200
雾迷山组地层
>800
3200—3600
地震解释断点
图4-8j-3线与270线断点对比图
第五章水文地质测绘
第一节工作方法、工作量及质量评述
一、工作方法
严格按照《水文地质、工程地质、环境地质野外填图工作细则》及《水文地质测绘规范》标准,制定工作具体细则。
1、地形图数字化:
采用建昌县1:
50000勘探区域28km2地形图进行数字化,并将其放大成1:
10000地形图,形成电子文档。
2、收集全区气象、水电、水利及水文、煤炭、地矿等部门历年所做的各种水文及地质资料,进行分析整理。
3、进行勘探区28km2野外地质、水文地质、地形地物调查与观测,采用手持式GPS和罗盘对观测点进行测量定位。
4、编绘勘探区地质、水文地质图件,并将其数字化成电子文档。
二、工作安排
1、时间安排:
2011年10月11日~2011年11月11日。
(1)2011年10月20日~10月23日为资料收集阶段,共4天。
先后到建昌气象站、建昌测绘局、建昌县地矿局、建昌县水利局、建昌县宫山咀水库管理站、建昌县宫山咀水库水电站等相关单位收集资料,为进一步开展工作打好基础。
(2)2011年10月24日~10月31日为地形图数字化阶段,共8天。
完成1幅(面积约100km2,其中勘探区面积约28km2)的勘探区1﹕10000地形图数字化,共动用3人。
(3)2011年11月1日~11月11日为野外作业阶段,共11天。
出动8人,分二组进行野外作业。
其中一组进行勘探区地质、水文地质调查与测绘,另一组进行区域水文地质调查、及地形地物。
野外收队后进行室内资料整理。
2、人员安排
由本队总工程师辛思华和本项目经理卢君实担当技术负责,1名硕士、1名高级工程师和6名工程师参加了本项目的工作。
3、设备安排
共动用下列设备:
野外用车2辆
台式计算机2台
笔记本电脑2台
大型绘图机1台
大型数字化仪1台
扫描仪1台
打印机1台
手持式GPS2台
其它附属设备一批
三、完成的工作量
为圆满完成本项目,按设计要求进行了室内工作和野外作业,历时1个月左右,共采集点484个,采用分组作业、交叉进行。
完成主要工作量见下表:
完成工作量表
序号
项目
耗用时间
工作量
动用人力
1
1:
10000万地形图数字化
8天
100km2
3人
2
地质、水文地质调查、
8天
202个
4人
4
地形地物调查
8天
194个
4人
5
民井、机井、泉
8天
40个
4人
6
岩石标本
8天
43个
4人
7
水样采集
1天
5个
4人
8
室内编图
20天
1:
10000
6人
本次工作充分收集了前人资料,并进行了分析整理。
在此基础上进行了重点踏勘,编制了详细的实施计划,在统一认识基础上进行分组作业,各项目交叉进行,统一表格和记录方式,并对重点观测点进行了照像。
测量定点的GPS和罗盘进行了统一校正,并坚持每天召开碰头会,发现问题及时解决。
因此本项目完成的工作质量可靠、可信度较高。
第二节水文地质
一、区域地质特征
在大地构造区划上,本区位于辽宁省西部,处于华北地块东北部燕山造山带辽西坳陷。
区域内以晚期地层出露居多,侏罗系地层全区发育良好,中统土城子组(J2t)、上统义县组(J3y)、吐呼噜组(J3t)、九佛堂组(J3jf)均大面积出露于地表;新生界第四系(Q4)分布于工作区的沟谷阶地,这黄褐公松散砂质粘土及棕黄色和冲积砂砾石层。
总体构造正处于喀左平缓褶区和建昌鼻状隆起区的交接复合部位,属大的构造单元中的一个残留形构造盆地,区域内多期岩浆活动比较显著,构造十分复杂。
二、区域水文地质特征
区域上该区属大凌河水域水文地质单元,具有较完善的补给、迳流和排泄条件。
区内地下水的补给以降水入渗和地表水渗漏为主,各种类型地下水之间存在互补关系,地下水流域与地表水流域基本一致。
地下水的迳流和排泄受区域侵蚀基准面和主要构造的控制,总的迳流方向由西向东、由西南向东北运移,宫山咀水库和大凌河谷地为本区域地下水的存储和最终排泄廊道。
大凌河是辽宁省西部最大的河流,发源于建昌县的水泉沟(南支),海拔高程1150m,流经朝阳、北票、义县于凌海注入渤海,流域面积为23263km2,河长435km。
全流域97%的面积处于辽西低山丘陵区,荒山秃岭,水土流失严重,河流含沙量大,气候干旱,是资源性缺水地区,且暴雨集中,洪水来时陡涨陡落,最大年降雨量为946.2mm,最小年降雨量为315.0mm;最大年迳流量为35621万m3,最小迳流量为2870万m3。
宫山咀水库位于大凌河上游的建昌县宫山咀乡,建昌县城在坝下9km的大凌河左岸。
该水库系大(Ⅱ)型水库,控制面积656km2,河长54.4km,河道平均比降3.7‰,流域内山地占95%、平地占5%。
年内降雨极不均匀,有50%以上降雨集中在7、8月份,年平均降雨量为582.5mm,年最大降雨量为846.2mm,年最小降雨量为406.1mm。
坝址处多年平均蒸发量为1856.26mm;多年平均迳流量为10669.0万m3。
三、勘探区地下水特征
1、勘探区地下水类型
(1)第四系松散岩类孔隙水
勘探区总的趋势是西南高、东北低地形。
表层岩性为冲洪积砂砾石、花岗岩、灰岩、石英岩、沟谷阶地地段覆盖于基岩之上的第四系松散黄褐色砂质粘土、棕黄色冲积砂砾石层,厚度为0-10m,构成本区地下水类型是松散岩孔隙水,。
沿沟谷村落有许多民井分布,为山区及丘陵区人蓄用水的主要水源,水量不大。
沿下层基岩面有泉水出露,流量也较小。
本区孔隙水主要靠大气降水入渗补给,为半干旱区,故孔隙水的水文地质意义不大。
(2)碎屑岩孔隙、裂隙水
含水层为侏罗系安山岩、安山集块岩、安山质砾岩、砂岩及粉砂岩,孔隙发育。
在山谷坡地有下降泉泉水出露,泉水流量一般为0.02~0.073L/s,为中富水性岩组,水质类型HCO3—Ca·Mg型、HCO3—Ca·Na和HCO3·SO4—Ca·Mg型为主,矿化度小于0.5g/L。
(3)碳酸盐类岩溶裂隙水
该类型水分布在赋存于寒武系灰岩和上元古蓟县系雾迷山组灰质白云岩地层中,充水构造类型为褶皱型、断裂型、断裂褶皱型、接触带型及断裂接触带型。
泉涌水量为5-20L/s,最大者达1
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