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受长春市XXX(甲方)委托，郑州迪翔科技有限公司对长春国际影都酒店集团所在区域开发地热资源进行了可行性研究。根据我公司地热井预可行性研究方法，对甲方区域地热地质条件进行分析，提出开发该区域地热资源的可行性研究结果及勘探设计如下。

1.可行性研究和论证的目的和任务

开发利用地热资源的前提是待开发区域内有宝贵的地热资源，可开采地热资源存在与否的关键取决于是否存在形成地热水资源的断裂构造等地质条件。因此，项目勘探区开发地热资源的可行性研究及勘探设计如下：

1.在勘探区及周边地区水文地质调查的基础上，详细分析了勘探区的地层结构和地热条件。

2.利用卫星图标定低高程，寻找勘探区隐伏断层的位置和走向，设定初步勘探范围，设计初步勘探路线。

3.进入野外勘探阶段，首先利用MT-VCT大地电磁成像深部构造探测仪，按照预先设计好的路线进行初步的地球物理勘探工作，通过深部地质体和含水层吸收特征形成的实测值成像，判断勘探区内是否存在大规模断裂构造，并确定断裂带走向、含水裂缝V型聚集中心段和详细勘探目标区。

4.通过距离5m的多条线详细勘探形成的高分辨率成像剖面图，找出断裂构造的中心位置和走向，在裂缝发育、深水丰富、可通过多个V型聚水层中心的构造中选择相对最优的位置，确定地热井孔位置。

2.勘探区地质调查

2.1区域地质背景

中国东部自白垩纪以来，经过一个新的构造-岩浆发展阶段，形成了盆山(脊)系统。长春自西北向东南形成了松嫩盆地——、大黑山障壁带、沂沭地堑、将军山褶皱带四个构造单元。勘探区所在的长春市南关区地质构造属于新华夏系第二隆起带沉降带与松辽盆地东南缘的过渡带，沂沭地堑在东南向东北方向穿过。地质时代分为泥盆纪、二叠纪、侏罗纪、白垩纪、第三纪和第四纪。勘探区位于沂沭地堑与长春市之间，沂沭地堑与松辽盆地的交界处。勘探区内及周边有几条重要的构造带，如南北向的伊通河断裂、西北方向的镜月-东大桥断裂、东北方向的镜月-新立城断裂等。这些较大的构造和一些较小的次级断层为在勘探区寻找具有拉张性含水断层的地热构造提供了依据。

图1勘探区地质图

2.2勘探区水文地质条件

长春市南关区气候处于东部湿润山区和西部平原半干旱地区的过渡地带，属于温带大陆性半湿润季风气候类型。东部和南部虽然距离海洋不远，但由于长白山的阻挡，夏季风的作用减弱；西部和北部是平坦的

勘查区距南部新立城水库大坝约5公里，距西侧南北向伊通河中游河道约1公里。浅层白垩系下统泉头组地层内砂岩、含砾砂岩中较为发育的孔隙裂隙，形成了大气降水或上覆潜水补给的良好赋存空间，故浅层地下水较为丰富，成为深部断裂构造内裂隙水的补给源。

图2 勘查区域水文地质图

2.3 勘查区地层岩性

勘查区在地质结构上属第四系堆积物，除有部分基岩裸露外，大部地区均被第四系地层所覆盖，与基岩呈不整合接触。因缺乏勘查区内地质勘探钻孔资料，只能根据国家地质图库资料从东部丘陵山区出露地层自上而下来推测勘查区地层岩性。

地四系下伏地层为下白垩系。地质图显示，勘查区东约2公里处开始为白垩系下统泉头组K1q，岩性以紫色砂岩、泥岩为主，夹灰白色含砾砂岩、细砂岩。在勘查区北东5公里外有白垩系下统营城组K1y出现，岩性为安山岩、流纹岩、流纹质凝灰岩夹煤，但在勘查区内这一地层很有可能不会出现。

在勘查区正东4.4--5.9公里段为白垩系下统沙河子组K1s地层，岩性为灰白色砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩夹薄煤。再向东即为大面积的燕山期花岗岩地层，虽然地热井深度达不到侵入岩地层，但其却成为地热井的深部热源，对提升勘查区地温梯度起到了重要作用。

据了解勘查区附近地热井凿井情况得知，基本上都是在1000米之上就遇到花岗岩地层了，深部岩层赋水情况很差。因地质资料缺乏各段地层厚度，只能推测勘查区800--1000米之上基本上都是白垩系地层，其间的砂岩、含砾砂岩、细砂岩地层赋水性较好，至于各组岩层深度位置、厚度及其赋水性等情况，需要勘探之后才能判定；白垩系之下就是侵入岩地层，赋水性很差。

图3 勘查区地质图

3. 勘查区地热勘探工作方法及仪器

3.1 勘探工作方法

目前能够有效进行深部地质构造勘查工作的物探仪器，一是通过人工形成地震波测取反射地震波的地震法，二是利用天然的大地电磁场作为工作场源的大地电磁物探法。地震法的物探施工成本较高，一般多应用于石油勘探。而大地电磁法测取的是天然的大地电磁场信号，物探施工成本较低，被广泛应用于深部地热资源勘探工作中。

属于天然场源的大地电磁法具有明显的优势：天然场源信号相对稳定，不存在人工场源受电源强弱、电极置放环境和条件影响效果差别较大的问题；电磁波辐射信号穿透能力强，不存在人工场源发电受地下高阻层或低阻层屏蔽不能穿透的问题；由于不需要对地发射电磁信号、只要接收天然电磁场信息，探测仪器体积小，探测施工对于场地和环境条件要求不高。

本次在勘查区用于勘探工作的是由郑州地象科技有限公司创新研发的地球物理勘探设备MT-VCT大地电磁成像深层构造探测仪，其与国外V8、GDP32等MT方法同属于天然场源的大地电磁法仪，但是在理论、架构及勘探方法上存在一定的差异，其分辨率及应用效果明显优于其它大地电磁法仪器。

3.2 MT-VCT大地电磁成像方法简介

1、MT-VCT的有效场源是来自于地球内部的动态电磁场，MT-VCT把地表之上所有电磁场信号都视为干扰信号而将其屏蔽掉，抗干扰能力很强，在离220千伏高压线50米处能够正常探测。

2、由于地下动态电磁场源相对稳定，与地表之上的气候、时间、地域无关，MT-VCT采集信号结果与雷雨天或四季、白天或黑夜、亚洲或非洲无关。

3、MT-VCT在地表采集的是电磁波穿过地壳介质层作用后相对稳定的剩余能量值，反映的是地下各介质层的电磁反应特性，与介质层电阻率无关，不存在不能穿透的高阻层或低阻带。

4、MT-VCT仅需要一个高效电磁感应探头垂直放置在地面上，即可采集到大地电磁波经过地壳各介质层辐射到地表的剩余能量值，在水泥地面、岩石、山林、田野、冻土上都可以探测。

5、大地电磁场源电磁波穿过地壳传播过程中携带有各地层介质的电磁反应特性信息，MT-VCT采集到的电磁波能量序列值，完全可以表征地壳自下而上各介质层的电磁反应物性参数值。

6、MT-VCT利用电磁波能量包传播的包络递进特征，在很短的数据采集周期内就可以采集到所需频率对应的最大电磁波能量值，深度达4000米的MT-VCT大地电磁深层构造探测仪在一个探测点上的采样时间仅需要1分钟。

7、电磁波穿过地壳介质层到达地表的剩余能量值符合镜像法的唯一性定理要求，在地表上每个频率的测值与地下相应波长深度层的电磁反映特性值互为镜像关系，即每一个频率点都对应着一个固定不变的深度层（波长），MT-VCT据此实现了间隔5米显示一层的分辨率。

3.3 MT-VCT深层构造探测仪性能指标及特点

目前常用于地热资源勘探的是MT-VCT-4000M深层构造探测仪，其性能指标：单点探测时间只有56秒钟，若设定点间距5米时，4个小时就可以探测形成200点、1000米长的剖面线，探测速度非常快。每个探测点的探测深度为4000米，显示地层介质信息的层间隔：0—2000米深度内隔5米/层，2000—3000米深度内隔10米/层，3000—4000米深度内隔15米/层，纵向分辨率远高于其它MT类仪器。

MT-VCT深层构造探测仪应用于地热勘探的优势及特点：

1、硬件技术领先。拥有独创的大地电磁物探理论及装置、高灵敏度磁感应探头、高品质低噪声抗干扰性强的数据采集电路板，确保采集数据真实可靠。

2、不受地形限制。地热勘探定井多在可能存在较大断裂构造的山区丘陵地带，MT-VCT只需一人肩挎仪器手提磁感应探头，不用布线和插埋探针，可在水泥地、岩石、山林中随意探测。

3、抗干扰性能强。MT-VCT不受季节、时间、地域限制，在冰雪上、泥水中、5万伏高压线下仍旧可以正常探测，在22万伏高压线外30米也可以正常工作。

4、利于大范围勘探。MT-VCT具有任意放置探头、单点测时少、移动方便等优点，可在大范围内沿设定线路进行初探，快速查找断裂构造位置，框定靶区后开展细探定井工作。

5、自动出图CT成像。选择“点纵深分析”、“深度层分析”、“线剖面分析”功能键后一键自动出图，可以显示出所有的探测点纵深柱状图、各深度层柱状图和线剖面图。

6、大数据清晰展现地下构造。可将定井区块按网状切割成图详细勘察分析，凭借大数据清楚掌握地下断裂构造和含水裂隙位置和走向、含水层分布等情况，确定最佳位置定井。

3.4 MT-VCT深层构造探测仪成像分析方法

MT-VCT大地电磁成像深层构造探测仪是通过各探测点下面代表不同深度层的频点，由各个探测点相同频点（深度层）组成一行行显示实际电位值和涂有相应色彩的彩色剖面图，频点越多就越接近于实际地质构成状况。就像彩色电视机的扫描精度一样，扫描的行数越多越密显示的图像就越接近于真实。由于每个探测点的拾取信息量大、分层细，加上在地面上隔5米探测一个点进行密集探测，一条线探测几十上百个点，就能够形成一个精密度很高的清晰反映地下深部构造的CT剖面图。

探测数据表示介质岩性特征及对色块颜色的定义：

1、MT-VCT大地电磁场成像探测仪是将采集到的每个探测点大地电磁场的测值直接作为分析数据、无人为干预剔除的全部展现出来，供全面、客观地进行分析使用。探测数据电位值在0—30微伏范围内，在不同分析模式中都会将数值显示出来供比较分析。

2、不同深度介质的测值大小与介质对大地电磁波的波阻系数成正比，因水对于电磁波的折射率很大、波阻系数高，电磁波经过水层时能量多被吸收掉了，在地面上测得的电磁波剩余能量值就很小，测值在0—1微伏范围内说明介质湿度大，可能会含水，测值在0—0.6微伏内说明透水性较好；电位值在1—2微伏范围内时岩层多属于三四系地层或硬度较低岩层；2—4微伏范围内属于较硬岩石层，4微伏以上为更硬岩石或压性断层。测值越高说明地层介质对于大地电磁波通过阻力越小、岩石硬度越大，通过岩层到达地表的剩余电磁波能量值越大。

3、色块显示底色标识功能也是MT-VCT成像物探法的精髓所在。蓝、绿、黄、红四色分别代表四段电位值区段，每种颜色均有10种色差来区分同色电位值的相对高低。0—2微伏显示为蓝色，2—4微伏显示为绿色，4—6微伏显示为黄色，6—30微伏显示为红色，这种色块颜色分布是根据介质特征与探水的特点设置的。

4、色块的作用就是在观看线剖面图时只需要先查看关注色块颜色的分布情况，即可了解该线路地下剖面各层的岩性构成，尤其是在找水时只看深蓝色块的分布和连通情况就能知道含水裂隙和含水层的基本分布情况。

4. 勘查区初步勘探靶区设定

4.1 地热勘探定井的关键是找到张性断裂构造

地热资源勘探的目的就是寻找深部地下含水构造、在最佳位置凿井深层取水。根据地温增热梯度原理和地热水增温机理，只要断裂足够大、含水层就足够深，围岩地温足够热、地热水温就会高出同深度地温值。所以，能否抽取出足够热度的水，关键是要找到深层含水的张性断裂构造、在构造中心多层V形聚水区位置凿井取到地下深层热水。因此，地热资源勘探工作目标，就是要通过物探方法对开启性断裂构造和含水裂隙的明显反映，寻找含水性和导通性较好的基岩裂隙、构造裂隙、断裂破碎带,探明构造带的宽度、延深、走向及水源补给和赋水条件,从而实现获取赋存于断裂构造深层带状裂隙水的目的。

4.2 资料显示勘查区内断裂带

勘查区地处伊舒地堑和松辽盆地两大构造单元的交接部位，虽然在国家地质资料库中查到的地质图中没有显示，但在检索到孙搏所著“CSAMT在新立城地区地热勘查中的应用”一文中用到的“长春新立城北地热探测场地位置图”，显示区内存在南北向的伊通河断裂构造带（不能确定出处）。

图4 勘查区断裂构造图

4.3 利用低高程方法查找隐伏断裂带

通过在谷歌地球上查找相对低高程点的方法，在勘查区附近找出标定高程的相对最低点、并将这些低高程点相连，就可以发现可能存在的隐伏断裂带。由图5可以看出，在勘查区沿伊通河存在明显的南北向隐伏断裂带。由低高程连线标出了两条隐伏断裂，西侧低高程连线与现有河道基本一致，东侧低高程连线则基本上是在南北直线方向连通，估计是古河道遗留下痕迹所致，推测应该与南北向伊通河断裂带较为吻合。另外，通过详细搜索没有发现北东向明显低高程连线岔出的次级隐伏断裂，说明在勘查区应以南北向断裂为主确定勘探靶区、设计勘探线路。

图5 勘查区低高程标示隐伏断裂走向图

5.实施勘探工作内容及成果

5.1 初步勘探线路及实施

初步勘探线路1线、2线为沿酒店区两侧东西向街道勘探，1、2线的勘探长度均约2公里，点间距10米，计约400个探测点。目的是通过垂直于南北向伊通河断裂带勘探，初步确定断裂带V形构造中心位置及构造内赋水情况。3线沿北南向路边探测，目的是观察勘查区范围南北方向地下赋水性的差异情况，另外看看是否存在东西向或北东向次级断裂。

通过利用MT-VCT大地电磁成像深层构造探测仪在勘查区进行3条线路、约500多个探测点的大面积初步勘探工作，基本上就可以找出断裂构造、确定其中心位置及走向，框定详细勘查探测靶区范围。

图6 勘查区MT-VCT初步勘探线路

5.2 详细勘探及综合分析定井

根据初步勘探成果设定详细勘探靶区范围，设计详细探测线路，按照5米/点的点间距进行更高分辨率的详细探测工作。

经过详细探测后，对于探测结果进行综合分析、详实论证，明确地热井孔位，提出凿井建议。具体内容包括：

（1）通过MT-VCT成像分析软件对探测数据进行计算后，形成每条探测线路的MT-VCT彩色成像地质结构剖面图，综合分析掌握勘查区内地质构造的特点，对地热构造做出基本的描述。

（2）确定勘探靶区内地热构造存在形式、宽度、延深、产状及水源补给和赋水条件，选择适合定地热井的最佳探测线路，列出等距压缩线剖面图并做出标示。

（3）明确提出最佳钻孔施工的探测点（孔位）坐标、终孔深度，列出钻孔点位附近区段的MT-VCT彩色成像剖面图，在图上标出孔位穿过各含水裂隙层的走向、连通、聚集等情况，列出孔位穿过各个含水裂隙层的深度范围、相对赋水分级。

（4）根据孔位含水层情况和甲方意见，设定开始取水深度层和终孔深度，预测主要出水层的数量、所在深度及厚度，预报成井后大致的出水量和地热水的温度范围。

（5）根据构造内地质情况对钻井施工提出应注意的事项和参考意见；对于开发地热资源的风险进行评估。

郑州地象科技有限公司 寇伟