綜合物探在膠東地區地熱田勘查中的應用

荊永渠，遲義賓

山東省地質礦產勘查開發局第六地質大隊，山東 招遠 265400

隨著我國經濟技術的發展和國民環保意識的提高，作為廉價綠色能源的地熱資源開發，越來越受到人們的重視。物探作為地熱資源勘查的重要手段，在方法和技術上也有了長足的發展。

在地熱資源勘查中使用的傳統物探方法，諸如重力勘探、磁法勘探、地震勘探、電法勘探等，是根據深大斷裂上重力場、磁場、地震反射波，人工電場等的異常變化，發現和圈定深大斷裂的位置及產狀，進而圈定熱儲空間和導熱通道。這些成熟的地球物理勘探方法，在地熱勘探中曾發揮了巨大的作用。但隨著城市建設的迅猛發展，上述方法在城區開展受到了限制，狹窄的施工區間和強大的人文干擾使物探勘查工作幾乎無法進行。于是用于城區地熱勘探的新方法技術應運而生，其中最為成熟和有效的地球物理方法應為α放射性測量和地溫測量。在地熱勘查工作中，往往根據勘查區的實際情況，沿勘探線布置兩種或兩種以上的物探測量方法，即綜合物探測量。其目的是通過各方法測量成果的比較，有效的壓制干擾、更好地突出異常、避免單一方法的局限性和多解性。

近年來，我們在膠東地區利用電阻率測量，配合α放射性測量和地溫測量，先后在威海寶泉湯、威海溫泉湯、招遠溫泉湯等已知地熱田上進行了實驗研究工作。取得了較好的實驗效果，證明了這些物探方法在地熱勘查中的有效性，也為膠東地區地熱資源開發積累了一定的經驗。

1 膠東地熱分布區地質簡況

膠東地區地熱形成與分布受區域構造、斷裂構造、新構造運動和巖漿巖活動的控制。該地區經歷了多期構造運動，特別是中生代以來，構造運動強烈，不同時期、不同方式構造形跡構成了復雜的構造復合與聯合關系[1]。

自元古代以后，該地區因受太平洋板塊的俯沖作用整體上升，中生代燕山運動階段重新活動，形成的斷裂構造規模大、延伸遠，顯示長期活動的特點，對巖漿巖、地層、地貌及礦產起控制作用。這些斷裂具先擠后壓張性的特點，為地下水的賦集、運移提供了良好的空間。該區所處的膠北隆起是接受太平洋板塊俯沖的前緣地帶，直接接受高值地熱流，為地熱的形成提供了熱源。

地下熱水通常是由地表水滲入地下后，在深循環的過程中受到加熱作用而形成的。地下熱水的分布，一般與斷裂構造和巖漿巖的侵入情況有關，這是因為斷裂構造能為地下熱水的循環提供通道，而巖漿巖的侵入又帶來充足的熱能補充。因此，查明這些斷裂構造的位置及巖漿巖侵入情況，是地熱勘查的重要任務之一。

2 工作方法

2.1 視電阻率聯合剖面法

目前開發的地熱資源多與構造有關，確定構造帶的位置及產狀是地熱勘查的基本任務。一般地，與地熱相關的構造帶顯低阻特征者居多。視電阻率聯合剖面法對發現和確定構造位置及產狀具有良好的效果，尤其對于低阻含水構造帶更有其獨特的分辨力。

測量剖面的布設力求與構造帶走向垂直，以獲得最佳的參數信息。一般先布設一條長剖面（控制剖面），根據異常情況，在其兩側布置短剖面進行追索。由于膠東地區地熱資源具有埋藏淺、溫度高的特點，因此電阻率聯合剖面測量，一般選用較小的供電極距，常用的工作裝置為：供電極距AO=110m、測量極距MN=20m、無窮遠極OC=800m。當需要確定構造帶產狀時，可變換AO=150m進行重復測量，以便根據低阻交點的位移方向和距離，確定控礦構造的傾斜方向和傾角大小，測量點距一般視構造規模的大小選擇5m～10m。

2.2 α射線測量

大量資料表明，在溫泉等地下熱水中，常伴有大量的氡氣。氡是一種氣態放射性元素，具有天然放射性，能產生α射線，且有明顯的向上垂直運移能力，能從地下深處沿著裂隙通道運移到地表，在裂隙、構造發育地區，巖石破碎為氡的釋放和運移提供了良好的條件，易于形成放射性異常。但因氡的遷移既有擴散作用，又有對流作用、地下水作用、地熱作用、潮汐作用，以及氡本身從巖石中釋放出來的復雜過程等影響，使測量結果的重現性較差。實踐表明，測點上的測量數據雖會改變，但曲線的變化趨勢、異常形狀是大致不變的，有時候異常也會完全消失，說明這些測點的氡濃度隨時間發生變化。裂隙通道良好時，氡運移暢通，地表α射線異常明顯，表明這些測點附近有斷裂構造存在。α射線測量，是常用的測氡技術，測量成本較低，方法較成熟，測量成果也較為可靠[2]。

α射線測量直接測量土樣的α射線，采樣深度大于40cm，將土樣放入儀器的暗盒內開始測量，測量時間5min。

2.3 地溫測量

與其它場源一樣，溫泉作為一種熱源在其周圍也必然存在著溫度場，其場的基本特征是：越靠近熱源溫度越高、增溫率越大，遠離熱源，溫度迅速下降，直至達到正常溫度。熱源溫度越高、規模越大，其溫度場的數值則越高，范圍也越大。另外，熱源越深，溫度場的幅值越低，影響范圍越大。1m地溫測量為淺層地溫測量，比較適合出露地表或近地表熱源溫泉邊界的圈定，同時也比較容易受地表其它干擾熱源的影響，如暖氣管道、浴池飯店的廢水排放等。地溫的高低還與測點及其附近土壤狀況和所處的環境有關，同樣條件下干燥疏松的腐植土比潮濕堅硬的風化巖地溫要高，陽面比陰面地溫要高。因為有上述影響因素的存在，所以實際測量時盡量避開或減少干擾，一旦出現地溫異常，及時調查周圍環境情況，確定異常性質。

測溫成孔深度為1m，成孔后立即下塑料套管，以防塌孔，一般下午打孔，次日上午進行溫度測量，以使孔內溫度達到平衡。

3 應用實例

3.1 威海寶泉湯

威海寶泉湯是國內外罕見的海水溫泉，熱水的溫度高、礦化度高、醫療價值高、水量大。寶泉湯位于威海市區寶泉路，控礦構造有3條：神道口斷裂，張性局部呈壓扭性，走向310°、傾向40°、傾角65°～70°，該斷裂至今仍在活動，與之交會的還有近東西向城南河斷裂和北東向斷裂。該溫泉出露于濱海堆積物中，標高2.6m，海積砂與淤泥質互層，厚度20m～40m，基底為晚元古代侵入巖。地熱田面積0.14km2，水溫60℃～75℃，礦化度14.749g/L，總硬度3953.29mg/L，水化學類型Cl-Na·Ca，最大可開采流體量為1707.88m3/d。

地熱田地處鬧市區，測量區間狹小，電、磁場等人文干擾嚴重，電法及各類傳統方法難以開展。為此，僅在跨神道口斷裂的南北向剖面上，布置了α射線測量、地溫測量與地質剖面測量，目的是確定神道口斷裂帶的具體位置。由于工作區間所限，測量剖面未與構造走向垂直，而是沿地熱田西側的新威路南北向布置測線，二者交角約50°，測量點距5m，剖面總長度100m。圖1為測量成果綜合剖面圖。由剖面圖可以看出，α射線測量計數值在斷裂帶頭部位置呈高值反映，且傾向一側曲線下降緩慢；地溫測量斷裂帶上方呈高值反映，但異常比較微弱，因為此處已遠離溫泉中心位置，同時也說明寶泉湯未向北西方向延伸。

圖1 威海市寶泉湯地熱勘查α射線、地溫測量及地質綜合剖面圖

3.2 威海溫泉湯

位于威海市環翠區溫泉鎮溫泉湯村西河中，控礦構造為北東向張性斷裂，走向46°，傾向北西，傾角50°，富水性較好；另一條為北西向斷裂，傾向南西，傾角約85°。溫泉出露于五渚河河漫灘上，標高25m，第四系厚度2m～5m，上部巖性為粗礫砂－中細砂互層，下部為淤泥質粘土，基底為晚元古代侵入巖。地熱田面積0.1km2，水溫52℃，礦化度0.826g/L，總硬度157.57mg/L，水化學類型Cl-Na ，最大可開采流體量為2223.62 m3/d。

該區開展了電阻率聯合剖面測量、地溫測量及地質剖面測量工作。剖面布置在溫泉河北岸，測線方向70°、測量點距5m，測線總長度100m，工作目的是對北西向熱儲構造進行控制。圖2為實測綜合剖面圖。

圖2 威海市溫泉湯地熱勘查聯合剖面、地溫測量及地質綜合剖面圖

由于構造低阻部位相對埋深不大（測區內潛水面埋深不足10m，第四系厚度僅有2m～5m），電阻率聯合剖面裝置采用AO=110m、MN=20m、點距5m、無窮遠極OC=800m。由實測電阻率聯剖曲線可以看出，ρaA、ρaB在155號點出現低阻“正交點”異常，交點南西側兩支曲線分離幅度增大，且ρaB出現極小值，說明控礦構造向南西側傾斜，構造頂部大約在160號點附近。地溫測量曲線也在155號點及附近顯示出寬緩的高值異常，說明此處應為地熱控礦構造。沿此構造可作為進一步尋找地熱資源的遠景區。

3.3 招遠溫泉湯

招遠溫泉湯位于招遠市城東區的城東河東岸，地貌上位于河谷和剝蝕丘陵的交界處，地形標高60m～70m。地熱田內主要開采地段溫度在80℃～87℃，最大開采量4100m3/d，屬低溫中型地熱田。地質構造上位于區域斷裂構造招（遠）-平（度）斷裂的轉彎內側，距招-平斷裂帶的南段（近南北走向）和北段（近東西走向）均在2km左右，地熱田的東南側有玲瓏斷裂通過。受它們的影響地熱田內斷裂構造發育，主要發育有北北東向，北北西向和近東西向三組次級斷裂構造。

物探工作的主要任務是對東西向斷裂帶進行控制。該斷裂分布于地熱田內文（登）-朱（橋）公路的南側，東起九洲酒店東側，向西延伸至西山公園以西，田內被第四系覆蓋。測線沿河東路南北向布置，電阻率聯合剖面裝置AO=110m、MN=20m、無窮遠極OC=800m，剖面測量段長度100m。從實測綜合剖面圖3可以看出，視電阻率聯剖曲線在155號點（溫泉路大橋）反映為低阻“正交點”異常。在此異常點附近，α射線測量也有明顯的放射性異常，說明這條通過地熱田的東西向構造帶確實存在。

圖3 招遠市溫泉湯地熱勘查聯合剖面、α射線測量及地質綜合剖面圖

4 結論

1）在地熱資源勘查中，物探是最為方便快捷、經濟有效的方法之一。但重要的是要根據勘查區的具體情況選用合適的方法開展工作，才能收到良好的效果。比如在開闊的未知區開展地熱普查，可根據深大斷裂內外物性差異的性質、大小及各類人文干擾的特點，選擇磁法或重力掃面[3]，在圈出的斷裂異常附近布置地震精測剖面或電阻率聯合剖面測量，以確定斷裂走向、傾向、傾角等物理參數。為確認圈出的斷裂是否為儲熱構造，還應沿斷裂走向開展大比例尺地溫測量工作，最后在推斷的地熱田上實施鉆探驗證。

2）在已知地熱田上開展以擴泉為目的的勘查工作，可在已知泉附近布置地震、電法等十字測量長剖面，以確認導熱構造的走向及產狀特征。在城區及人文干擾嚴重的地區，可用α放射性剖面測量和地熱剖面測量。為增加物探測量的可靠性，減少多解性，盡量采用沿剖面多種方法同時測量，即綜合物探測量方法。當然，在選用物探方法進行地熱勘查時，既要考慮方法的科學合理性，又要兼顧經濟適用性。任何一種物探方法都不是萬能的，都有其使用的地球物理前提。因此，綜合物探工作的開展不是各種方法的簡單重復，而是根據地熱勘查的階段性、目的性，根據勘查區的地質情況、物性差異情況、人文干擾情況等因素，科學合理的選擇工作方法、測網密度、測線方向、裝置大小及各種方法的相互配合等。

3）在地熱勘查中，高精度磁測適合在空曠無干擾地區開展面積性測量工作，主要用于圈定具有磁性差異的構造破碎帶，該法輕便高效、經濟實用。視電阻率聯合剖面法對于確定低阻含水構造帶的位置及產狀最為有效。在電、磁干擾嚴重，測量空間狹窄的居民區、廠礦區利用α放射性測量較為方便。地溫測量是判斷地下熱儲存在的重要手段，該方法成本低、效率高，受場地影響小、抗干擾能力強。地溫測量對圈定溫泉邊界范圍具有良好的效果[4]。

[1]山東省區域地質志[M].地質出版社，1991.

[2]程業勛，王南萍，侯勝利.核輻射場與放射性勘查[M].地質出版社，2005，8.

[3]許德樹，馮創業.綜合物探技術在石家莊凹陷地熱勘查中的應用[J].物探與化探，2007，31(5).

[4]強建科，李大心.伽瑪能譜測量和米溫測量在地熱調查中的應用[J].物探與化探，2007,31(4).