利用低高程连线找出隐伏断裂构造选定勘探靶区的方法

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利用低高程连线找出隐伏断裂构造选定勘探靶区的方法

                            郑州地象科技有限公司     寇伟

    地壳岩体受构造应力作用发生变形，一旦超过其可承受强度就会使岩体的连续性和完整性遭到破坏，近而产生各种大大小小的裂缝，形成断裂构造。无论是高山深谷还是丘陵平原，地表显露的无论是新生界还是早至太古界地层，都会有断裂构造的存在，它们无处不有、规模不等、形态各异。地壳板块裂缝、裂谷、地堑等都是地壳运动后形成的超大型断裂，另外在地壳浅层还有由大大小小裂缝形成的张性断裂构造，它们纵横交错、迭加和交互共存，江河、溪流、沟壑等连续性低高程点都有可能是大大小小裂缝被填埋后遗留下来的痕迹，其下都有可能隐伏着一条断裂带。

    在地质勘查结果在地质图上标出的断裂带，多属于通过观察地面岩石露头查到的大中型的裂缝，在地下还有很多在地面上勘查不到的大大小小的隐伏型断裂构造，经过长达几万年、几亿年岁月地壳的运动变迁，这些断裂构造大多都隐埋于地下看不出明显痕迹，但一些稍大的断裂构造还是会在地表留下一些蛛丝马迹。即使是位于平原、丘陵、戈壁的区域，虽然没有山川河流、大的沟壑，但也会存在一定规模的隐伏断裂构造，只是在实地勘查时不一定能够发现隐伏断裂的痕迹，需要在地球卫星地图上按照不同的倍数放大缩小进行仔细观察高程数值的变化看，才有可能查到蛛丝马迹，找到隐伏断裂带。

    无论我们是在浅中层找水定井、还是做深部地热资源勘探定井项目时，都需要事先了解项目勘查区水文地质、地层地貌情况。实践中很难搜集到较细的地质资料，即使是五万分之一的地质图上，也只是用红线标出在地面勘查中可以看到的断裂带，很多地方显示的都是第四系覆盖层，更多大大小小的断裂带都隐伏在覆盖层之下很难发现。目前可用以查找隐伏断裂构造的技术方法主要为勘探地球物理方法（如重力、重磁、电磁、地震等）、勘探地球化学方法、遥感技术、生物学方法等，这些技术方法通常都需要在陆地施行大面积、大工作量勘探，先确定隐伏断裂构造的大致位置和走向、确定详细勘探靶区范围，再逐步缩小范围、识别断裂构造分布形态并确定构造中心位置。若是能够通过其它分析方法先初步判断在勘查区域内是否存在断裂构造、观察到断裂的大致走向、确定详细勘探断裂构造的靶区范围，就可以省却大范围查找隐伏断裂构造的勘探工作，直接应用相应的勘探方法在圈定的勘探靶区范围内开展勘探工作，按照初步判定的隐伏断裂带位置及走向设计勘探线路，使勘探工作收到事半功倍的效果。

    早在2016年开始，我们就通过在卫星地图上查找相对低高程点连线的方法，在卫星地图上的勘查区附近找出那些相对最低高程点，将这些相对低高程点相连，就可以发现可能存在的隐伏断裂带。从此以后，我们在地热勘探定井和中深层找水定井项目中，都会事先在卫星地图上通过低高程点连线法找出可能存在隐伏断裂位置，在项目区内圈定勘探靶区范围、确定初步勘探线路，进入项目区后结合实际地形地貌可能进行一定调整，便直接按规划开展勘探定井工作。根据最后定井和钻井结果，都印证了勘探剖面图上显示的断裂构造确实与事先找出的隐伏断裂带的走向和位置基本吻合。通过这一方法确定勘探靶区，大大降低了勘探工作的盲目性、减少了许多无谓的勘探工作量，同时也增大了勘探分析成果的可信度和实际凿井施工的成功率。在这几年勘探定井实践中，在卫星地图上事先通过查找相对低高程点连线的方法确定隐伏断裂构造位置圈定靶区的做法屡试不爽，效果很好。郑州地象科技有限公司已在年初向国家专利局申报了发明专利并已经初审通过，现将此方法推荐给大家，希望更多人由此获益。

    一种基于低高程点连线图查找隐伏断裂方法的实施步骤：

    步骤1，选用带有显示高程数据、影像级别可达18的高清地球卫星地图，在地图上圈出勘查区域范围，从缩小的低级别影像开始逐渐放大到高级版影像。先在较大区域内全面观察地质地貌形态、山川河流走向，勘查区所处的地理位置；再详细观察勘查区内的地形地貌、河流和沟壑的位置及其走向、地形的高低变化等情况。

    步骤2，在图层管理建立一个低高程点图层，一边观察地图显示的高程数值，一边滑动鼠标在勘查区范围内上下左右过一遍，先找到勘查区内相对最低的高程点，点击后将名称填写为该点的高程值。若是勘查区位于山川之中或有河流，就在山谷内或沿河查找勘查区内的相对最低的高程点；若是在平原地区就用鼠标在勘查区自上而下、从左向右滑动扫描找出相对最低的高程点。

    步骤3，滑动鼠标围绕已标注低高程点附近再查找相对低高程点并标注高程值，先循迹沿一个方向查找标注低高程点，再沿相反方向查找标注低高程点，以此类推。当从断裂带上的高程较高位置向低处移动时，有时会出现分叉为几条断裂带向低处移动，有时也会汇入到一个较大隐伏断裂带中，尤其是勘查区在两条河流之间或交叉附近，这种分岔为多条隐伏断裂的情况经常出现。

    步骤4，在地图上标注低高程点基本涵盖勘查区并向外延伸一定范围后，按照标注的低高程点显现的趋势走向，把与勘查区内与先期观察结果较一致、连贯性较好、延伸较长的低高程点连接在一起，显示出勘查区内主要的隐伏断裂带位置及其走向，并在其连线内间隔较大处查找补充标注低高程点，使低高程连线更加符合实际地形地貌特征。

    步骤5，观察剩余的低高程点，是否存在从主隐伏断裂带岔分向两侧延伸的次级隐伏断裂，对于判定可能存在的次级隐伏断裂，可按照断裂走向通过两侧滑动鼠标找出相对低高程点沿断裂继续延伸，直到显示断裂出勘查区或高程明显增高断裂特征已不明显为止。尤其是在山区，沿山谷存在隐伏的主断裂，而在两侧的山沟则可能为隐伏的次级断裂。

    步骤6，将已标出可能形成低高程连线的点连接成线之后，删除剩余已标注的低高程点，即可得反映勘查区隐伏断裂的低高程点连线图。

    下面简单列出几个地热勘探定井的实例予以说明：

    实例一：武夷山市武夷水庄地热井项目

    2016年4月15日我公司受甲方委托到武夷山市的武夷水庄，使用MT-VCT大地电磁成像深部构造探测仪对其拥有产权的范围内进行地热资源勘察定地热井。从卫星地图看到甲方房产南靠梅溪河北临一山谷，利用低高程点法标注后连接形成可能的隐伏断裂带，沿山谷北端向南经过甲方勘查区东侧垂直融入近东西向的梅溪河。在甲方项目区初步查勘情况与卫星地图观察到的很一致，在紧邻甲方房产东侧有一条南北向连通梅溪河的深沟，虽然向北大约一百米到新修大路沟已被填平，但从其所在位置和方向来看，与通过低高程方法描绘出的隐伏断裂带基本一致。该井钻孔至1708米终孔。终孔提钻后每小时自涌出水量近2方、水温约29度。固井后连续抽水的出水量达30多方/小时、出水温度39度。对照实际钻孔施工记录，所遇到出水层的深度位置与探测分析后标出的结果基本吻合。

    实例二：哈尔滨市先锋路百强地热井项目例证

    2017年7月，黑龙江省区域地质调查所水工环院和郑州地象科技有限公司受哈尔滨百强水上乐园有限公司委托，在其位于哈尔滨市先锋路东段、阿什河西约600米的场区进行地热资源勘探定井及打井施工工作。从区域地质资料和卫星地图上来看，勘查场区距阿什河西侧约600米，处于阿什河断裂西侧下盘；东南方向的阿什河呈龙形盘踞，说明此处地质构造交错复杂；勘查区位于松辽盆地的近东北边缘，整个哈尔滨市环线以内地表层均为第四系全新统Qh，向下至2000米深度均为白垩系地层，白垩系地层中以泥岩为主、夹薄层粉砂岩和细砂岩，裂隙发育较差，多属于贫水地区。能够在贫水的白垩系泥岩地层找到断裂构造实属不易，之前在哈尔滨市外环内打的地热井无一成功、基本为干孔。

    勘探施工前我们利用低高程点连线法查找到勘查区内存在有近西东向隐伏断裂带；勘探后根据对6条探测线路剖面图进行的综合分析与对比，推断在勘查区内的南部确实存在明显的西东偏南向张性断裂构造，与阿什河断裂基本上垂直。最后确定井孔位置基本上在低高程点连线附近，该井凿井深度2133米，预报出水层与测井结果吻合度较高。经过一个多月的洗井、连续抽水，出水量由每5方逐步增加到10方、井口水温53ｏC。对于以白垩系泥岩为主贫水地层的哈尔滨地区而言，甲方对于该井的成井结果十分满意，也可以说是前期地质勘查与MT-VCT探测仪准确勘探定井结合的完美范例。

    实例三：西藏昌都地区八宿县白马镇地热勘探项目实例

    2021年12月底完成的西藏昌都地区八宿县白马镇地热勘探项目区位于宽度有限的高海拔峡谷内，除了在勘查区北侧的沿峡谷内怒江支流冷曲河是一条隐伏主断裂之外，通过在卫星地图上做出的低高程点连线图，还可以清晰显现冷曲河两岸岔分出的隐伏次级断裂的位置及走向，找出隐伏的次级断裂与主断裂的交汇区域确定为勘探靶区。

    由图五、六可以看出，在勘查区冷曲河北岸有3条北西向低高程连线，到冷曲河南岸后，西侧的低高程连线继续向东南延伸，中间的低高程连线过河后转向西南、进入南面坡地后与西侧低高程连线汇聚为一条，直至与南面的北东向渠水卡曲汇合。由此可以推测，在冷曲河主断裂带以南、西侧和中间低高程连线显示的隐伏断裂带所夹成的三角区域，是三条断裂带的汇聚区，应该为项目区内的定井靶区，该区块断裂构造内的裂隙发育、破碎程度会明显好于其它区块的断裂构造。

    而实际根据勘探剖面图分析后定井的位置恰恰就在图中两条次级断裂与主断裂围成的三角区内，充分印证了前期利用本发明做出低高程点连线图找出勘查区域内隐伏断裂、圈定勘探靶区的重要性。根据断裂构造分析结果综合考虑，建议该地热井凿井深度为1800—2100米，凿井施工过程中可阶段性测温并估计出水量，若深层实际温度高于80oC、出水量较大时，可凿井至1800米终孔。

    目前该地热井已经开始钻井施工，钻井深度仅几百米井底水温已达40 oC以上。估计到1800米即可完井，成井后出水温度肯定能够达到70oC以上。我们期望在西藏八宿县地热井项目出水温度有一个新的突破。

                                        2022年7月25日