磁法论文勘探[优秀]_磁法论文勘探

2020-02-28 其他范文下载本文

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地热井前期勘探中应重视磁法勘探的应用

高宝忠１

卢义媛２

冉伟彦３

（北京市地质勘察技术院

102218）

摘要简要介绍磁法勘探原理、发展史及北京地区岩石磁性特征。阐述北京几个高磁性地区的地层特性。分析钻探地热井失败的原因并总结教训。强调在地热井前期勘探设计中磁法勘探的重要性。

关键词

磁法勘探高磁地层特性地热井失败经验与教训

Abstract

Briefed magnetic exploration theory，the history of the development and rock magnetic characteristics of beijing．Expounded formation characteristics of a few high magnetic areas of beijing．Analysis the reasons of drilling geothermal wells for failure and sum up the leons．Emphasized magnetic exploration importance in geothermal exploration wells early design．

Keywords

magnetic exploration，formation of high magnetic properties，geothermal wells unsucceful experiences and leons

0 引言

磁法勘探是通过观测和分析由岩石、矿石（或其它勘测对象）的磁性所引起的磁异常，进而研究地质构造和矿产资源（或其它探测对象）的分布规律的地球物理勘探方法[1]。

早在两千年前，我国就知道并利用了天然磁石的吸铁性和指极性。国外，到1600年英国人威廉·吉尔伯特（William·Gilbert）开始研究地磁现象的起因，通过实验提出，地球类似一个大磁铁。1936年苏联人阿·阿·罗加乔夫（A·A·Логачев）试制成功感应式航空磁力仪，大大提高了磁测速度和磁测范围，使磁法勘探工作进入一个新的阶段。随着现代科学技术的发展，磁法勘探仪器的精度越来越高。电子计算机的发展，使磁场观测方式，数据整理，观测结果的处理和解释精度得到很大提高，磁法勘探应用更广泛。[1][1]

现代地磁场强度的比值，即磁化率，表示其受磁化的难易程度。在岩石形成过程中，岩石、矿石受到当时地磁场的磁化而获得磁性，称为剩余磁化强度。岩石、矿石磁性的差异是磁法勘探藉以解决地质找矿问题的基础[1]。

磁测工作按照观测磁异常的空间地域不同，分为地面磁测、航空磁测、海洋磁测和井中磁测

。磁异常的观测数据需做适当的处理和改正，主要有正常场改正、日变改正、仪器的温度系数和零点漂移改正。作大面积磁测时，正常场的改正中，还应包括纬度改正。由此获得准确的异常值，常用等值线平面图和剖面图来表示。常用的磁法勘探仪器有磁秤、磁通门磁力仪和质子旋进磁力仪。北京地区岩石磁性特征

2.1 侵入岩的磁场特征

北京地区的燕山期侵入岩体不论埋深大小，均能引起规模较大，形态规则，峰值在500nT以上的磁异常。他们的平面形态一般为圆形或椭1 磁法勘探方法

岩石磁性主要取决于铁磁性矿物的包裹体，最常见的铁磁性矿物有磁铁矿、钛磁铁矿、磁黄铁矿和磁赤铁矿。岩石、矿石的磁性由感应磁化强度和剩余磁化强度两部分组成[1]。岩石、矿石受现代地磁场的磁化而产生感应磁化强度与[1]

圆形，有些呈方向性很强的条带形。一般在外围不存在伴生负异常，有些仅在北侧有很小规模的负值出现[2]。

2.2 火山岩沉积地层的磁场特征由于火山岩多以似层状迭加产出，且具一定埋深（百米至上千米），一般可在地表引起几十至400nT左右的跳跃异常场，异常平面形态不甚规则。有些地质体由于受北东向构造的影响，异常也显示出北东轴向或线状较好的条带状。由于多层磁性体互相干扰和本身磁性不均匀造成曲线形态复杂，大部分边界形态复杂，一般在正异常一侧或四周出现伴生负异常。2.3 变质岩的磁性

变质岩的磁化率和天然剩余磁化强度变化范围很大。按磁性变质岩可分为铁磁—顺磁性和铁磁性两类。由沉积岩变质生成的岩石称为水成变质岩，其磁性特性一般具有铁磁—顺磁性。由岩浆岩变质生成的岩石称火成变质岩，其磁性有铁磁—顺磁性与铁磁性两种。磁性差异和原岩的矿物成分以及变质作用的外来性或原生性有关。2.4 沉积岩的磁性

沉积岩包括碎屑岩和碳酸盐岩，它们不具有磁性或仅具微弱磁性。

图1

磁测△Z异常等值线平面图 2003年根据兴热-1井和安定地热井的资料做了岩性探测等物探工作后，在兴热-1井南测1200m处设计了兴热-7地热井。兴热-7推测地层结构为第四系层底350m、第三系层底1000m、长城系内2200m终孔，长城系高于庄组白云岩为热储层。当时认为磁异常由西北向东南略有增加，数值相对较高，在600—650nT之间，深部发育有规模较大的岩体，岩体的厚度有从西北向东南变厚的趋势。但是，由于受两眼井之间的礼贤——夏垫断裂带的影响，推测兴热-7井见岩体比兴热—1井深。而实际兴热—7井揭露第四3 磁法勘探在地热井中的应用

3.1大兴榆垡地热井分析

从榆垡地区磁测△Z异常等值线平面图（图1）看，磁测等值线总体走向北东，异常中心在榆垡——东董各庄一带，分布范围较大，磁异常最大值为800nT，榆垡镇的兴热-1地热井处磁异常数值为550nT，区内没有负异常。兴热-1钻探揭露第四系层底354m、第三系层底874 m、长城系层底1728m，以下为变质岩，终孔于2074m。长城系高于庄组为热储层，出水温度38℃，出水量1080m/d，降深达到200m。另外，在榆垡东北18km的安定地热井在1925m也见到变质岩，其地面磁场值为400nT。由于本区第四系、第三系和长城系地层均无磁性，故推测引起磁化率的地层为变质岩。3[3]

系层底340 m、第三系层底1478m、长城系层底1810m、以下为变质岩，终孔1940 m无水成为废井。这是因为第三系变厚而又提前见到了岩体，使得含水层长城系高于庄组变薄，只有332m厚，且不破碎，所以没水。

推测失误的原因是因为未对磁性体埋深进行定量计算，磁测数值变大说明岩体的埋藏深度变小，而礼贤——夏垫断裂更使得第三系变厚，断裂的通过并没有影响变质岩的存在，长城系高于庄组白云岩含水层变薄，裂隙也不太发育故而无水。3.2 延庆小鲁庄地热井磁测分析[4] 从（图2）可以看出，图上红色区域为磁场值较高的区域，解释为磁异常区。它是由延庆西北侧山区出露的大海坨花岗岩体延续到平原区的广积屯——中羊坊——郎庄一带在地下2000米左右深度侵入引起的。图上蓝色区域为低值磁异常区，属于延庆盆地，地层顺序为第四系、第三系、侏罗系和蓟县系雾迷山组，它们都是无磁性地层。

延庆小鲁庄地热井没有进行前期地热勘探可行性论证，盲目施工结果造成了大的风险。小鲁庄井终孔于2238m，其中第四系层底620m、侏罗系层底1000m、蓟县系雾迷山组层底2202m，下伏为花岗岩侵入体。其出水温度只有38℃，水量80m3/h，主要是蓟县系雾迷山组上部出水，下部的地层被岩体侵入，有温度无水。如果当时做了前期勘探，认真分析磁法勘探的资料，孔位的设计应该向南移500m即可避开花岗岩侵入体，则同样的钻探深度，出水温度可达到60℃以上。如延庆县城内圣世苑两眼2500米地热井出水温度均为68℃；延庆监狱一眼2000m、一眼2300m的地热井出水温度都达到70℃。这些井都处于地磁场低值区（或负异常区），结果孔内未钻遇岩体。

形，分布范围较大，异常中心在海淀区苏家坨东，六里屯西北，极大值为3000nT。异常范围内的山区出露阳坊花岗岩体。平原部分多个钻孔打到黑云母闪长岩、辉石闪长岩等偏基性的岩浆岩，最浅钻孔在100米左右见到。

温热—1井位于岩体中心的西南侧白家疃村北，磁异常值为800nT。经过前期直流电阻率测深、微动测深、磁法勘探、水文地质和地热地质调查等工作之后，设计地热井第四系层底200m、奥陶系层底360m、寒武系层底840m、青白口系层底1700m、蓟县系铁岭组层底2000m、洪水庄组层底2100m下伏雾迷山组，终孔2600m，出水量500m3/d，出水温度40℃以上。而实钻时揭露第四系180m、下伏为奥陶系灰岩和闪长岩、花岗岩互层，上面（1600m以上）以灰岩为主，裂隙比较发育，水层比较好但温度低；下面（1600m以下）灰岩裂隙被闪长岩花岗岩侵入体为主填充，地层有温度无水，终孔深度2773.6m。除第四系与奥陶系的分界明显外，由于火成岩侵入、蚀变强烈没有发现标志层，下部地层时代难以确定。该井上部地层出水，出水温度30℃，出水量1000m3/d，没有达到设计指标。该井失误的原因是没充分考虑到岩体外接触带的复杂性和后期处理措施的不得当。

图2

磁测△Z异常等值线平面图 3.3 温泉镇温热-1井分析[5]

从图3看，该磁异常等值线平面形态近似圆

图3

磁测△Z异常等值线平面图 3.4 来广营西的来热-2地热井分析

从图4看磁异常呈北东向条带状分布，不是 3 很规则，来广营东南北东向密集带为顺义断裂带通过的位置。顺义断裂东南侧磁异常为零，第四系下伏白垩系、侏罗系、蓟县系雾迷山组，地层不含有磁性，地热井成井深度较浅，一般为2500m左右。而顺义断裂西北侧，磁异常数值较高，最大值为350nT，第四系下伏为侏罗系，厚度在3000m左右，且天竺西侧几个地热井在3000m左右的深度都没有穿透该地层，这几个地热井的取水层为侏罗系裂隙水，只有朝来农艺园来热—2井穿透侏罗系。

据钻孔岩样鉴定认为该地区磁异常是由侏罗系安山岩引起。朝来农艺园来热—2地热井第四系层底245m、侏罗系层底3450m、石炭-二叠系层底3620m、下伏为奥陶系，4051m终孔，出水温度为78℃，出水量1400m3/d。侏罗系上部岩性以安山质火山角砾岩、凝灰质砂岩、复成分灰质、砾岩为主；下部2442—3414m为凝灰质砂岩、安山质角砾岩、安山岩，它们组成了三个爆发相——溢流相喷发韵律互层。该井侏罗系地层厚度为3265m，引起地面磁异常的地层为安山岩。虽然该井的最终成果比较不错，但由于其钻探和后期洗井处理事故的时间总共将近三年，给施工方造成了巨大的资金损失，说明钻探的风险极大。

通过对在几个高磁异常区钻探不成功的地热井的分析，认为地面磁异常数值的大小直接反映磁性地层埋藏深浅。特别是有花岗岩侵入体的地区，岩浆在运移过程中很容易侵入到碳酸岩盐地层中，充填碳酸岩盐地层的裂缝，使该处地层不含水，结果地热井的热储层有温度而没有水，从而造成投资几百万元的地热井成为废井。

因此，在北京个别地区，如延庆盆地北部、海淀温泉至阳坊北侧、大兴南固安北等，其高磁异常都是由花岗岩磁性地层引起的，在该类地区钻探地热井风险性极大，已经钻探的几个地热井都不太成功。

由侏罗系火山岩（如安山岩）引起的地面高磁异常区，侏罗系地层较厚，见热储层比较深，成井深度较深，钻井风险较大。如朝来农艺园地热井深度达到4051m，顺义天竺地区地热井在3000m一般都没有穿透侏罗系，因此，在地热井前期可行性论证时要充分收集磁法勘探资料，在花岗岩侵入体地区应适当补充磁法勘探，进行高精度磁测工作，将岩体的界线确定准确，避免将地热井布置在花岗岩侵入体上，造成不必要的损失。

参考文献：

[1] 应用地球物理教程—重力、磁法

地质出版社

1991年

罗孝宽

郭绍雍主编。

[2] 北京平原区1/5万磁法区域调查工作总结报告北京

市地质矿产局物化探队

1986年12月

冉伟彦等。[3] 北京市大兴区榆垡地区地热资源勘查钻井前期论

证报告

北京市地质勘察技术院