綜合物探在廣東地熱勘查中的應用探討

胡　飛

（廣東省核工業地質局二九三大隊，廣東廣州510800）

綜合物探在廣東地熱勘查中的應用探討

胡飛*

（廣東省核工業地質局二九三大隊，廣東廣州510800）

地熱資源是一種新型清潔資源，其開發利用越來越廣泛。我國地熱資源以中低溫地熱田為主，成因類型多為傳導型和對流型，其中以沉積盆地隆起傳導型地熱田最多，這類地熱田面積大，資源儲量豐富，緊鄰城市周圍，利用率高，經濟效益潛力巨大。地熱田勘查方法較多，但因地制宜的選擇方法組合非常重要，其中電阻率異常是指示地熱田的重要參數。闡述了綜合物探方法在地熱資源勘查中的作用，分析其優勢，并著重介紹了可控源音頻大地電磁、高密度電法等方法的應用效果。

綜合物探；地熱資源勘查；地熱田系統

隨著社會經濟的快速發展及生活水平的日益提高，人們對能源的需求日益增加。作為綠色能源，地熱資源的開發利用越來越受到人們的重視。地熱廣泛應用于發電、采暖、醫療、旅游、洗浴、養殖等許多領域。科學勘查和評價地熱資源是合理規劃和開發地熱資源的基礎，物探方法又是地熱資源勘查中的重要組成部分，其對圈定地下熱儲位置、評價熱儲特征以及研究相關地質構造有明顯效果。因此，綜合物探在地熱勘查中就顯得尤為重要。

1　地熱田系統成因及類型

1.1地熱田系統成因

地熱是指“來自地球內部的熱”。地球內部的熱源主要來源于地殼內放射性物質的蛻變、重力、潮汐、摩擦及其它方式產生的熱量［1］。放射性物質主要賦含于酸性巖中，地殼淺部有近20km厚的酸性花崗巖層，地球內部大部分熱量的是由放射性物質蛻變產生的。地球釋放熱量主要是以熱傳導、熱對流等方式完成，釋放出來的熱量就是地熱資源的能量來源。

1.2地熱田系統類型

地熱田主要為對流型和傳導型2類［2-3］。對流型：由于大陸板塊的移動碰撞，使地殼發生斷裂破碎，沿板塊邊緣生成深大斷裂帶，地下深部的熱熔巖漿沿斷裂侵入到地殼淺部，斷裂帶內的地下水被熱熔巖漿加熱上升到地殼淺部并和地表冷水混合形成對流溫泉。傳導型：深部熱能通過巖石的熱傳導作用將熱量傳遞到地層淺部并將地下水加熱形成地熱田。

2　地熱資源勘查方法選擇

地熱田形成受多種因素制約，而地熱田的形成又對地下原始地質環境造成了破壞。因此，開展綜合物探方法以尋找探索地熱資源的有利地質條件是地熱勘查的基本方法。主要方法有：測溫法、化探方法、重磁法及電阻率法等。最終研究探索相關熱儲構造（斷裂構造破碎帶），評估地熱資源開發利用價值。

綜合物探方法廣泛應用于地熱資源開發各個階段。圈定地下深部熱儲位置，確定與地下熱水有關的地質構造，火成巖體的分布、規模和性質，查明各種斷裂的空間分布形態及地熱特征，劃分覆蓋層厚度判斷地下熱水的分布與埋藏狀況等。實際工作中要根據需要把各種方法有機地結合起來，才能夠較準確地推斷出地下地質情況。

重磁勘探方法為重力勘探與磁法勘探的結合。重磁勘探在地熱資源勘查中主要作用是對地熱開發遠景區段做出評價。地熱的形成過程與基底斷裂、巖漿活動有密切的關系，而區域重磁勘查可以獲得區域性斷裂、巖漿活動的基礎資料，為地熱普查奠定基礎。

重力勘查主要研究地下地質體密度不均引起的重力異常，地層分界面以及構造強烈變動區因密度變化大而往往具有較明顯的重力異常，因此，通過反演能圈定熱儲體的分布范圍，搞清測區基底的深淺起伏變化并查明基底斷裂等內部構造變動，效果較好。

磁法勘探在圈定火山巖及隱伏巖體分布范圍效果明顯，因為巖漿巖磁性較強，有較明顯的磁異常。同時，磁法勘探能勘查規模較大的斷層或有巖漿巖充填的斷裂帶，重磁配合推斷斷裂構造能起到相互認證和補充的作用。

電阻率法是地熱田勘查的重要方法。由于溫度升高，地下水密度和粘滯性減小，溶解能力增強，隨之水礦化度增高，離子活性增加，電阻率降低，與周邊地層形成顯著的低電阻異常特征。常用的電阻率方法有直流電阻率法、可控源音頻大地電磁法等。

CSAMT法作為電法勘探的一種［4］，配合其他方法常可以解決如下地熱地質問題：①圈定地熱異常范圍和熱儲體的空間分布；②確定地熱田的基底起伏及隱伏斷裂的空間展布；③圈定隱伏火成巖體和巖漿房位置；④圈定地熱蝕變帶。CSAMT工作效率高，勘探深度大，抗干擾能力強。CSAMT可以圈定賦水區域以及查清熱源或導熱通道。它對低阻異常體有很強的敏感性，通過分析CSAMT斷面圖、擬斷面等資料能夠精確劃定地下水賦存部位、規模及其連通性。它探測深度較大（通常可達2km），橫、縱向分辨率高，能夠較為精確地勘查深度大、復雜區域的地熱資源，是一種良好的深部物探方法。近年來，該法已在全國多個地區成功圈定了地下熱水，效果比較理想。

本文結合實例，著重闡述高密度電法和CSAMT在廣東地熱勘查中的應用效果。

3　地熱資源勘查實例

3.1工區地質概況

勘查區在地質結構上位于我國東南沿海新華夏系恩平—新豐斷裂帶中段的廣州—從化斷裂帶上，燕山三期花崗巖佛崗巖體之中，區內經受多期次構造運動，且地處新華夏構造帶內，區內構造以北東向為主，東西向和北西向亦較顯著。廣從斷裂總體走向北東40°，傾向北西，傾角50°～60°，為區內重要地質界面。北東向構造具壓扭性，北西向構造具張扭性，同時切割北東向廣從斷裂。二組構造帶具有良好的導熱、導水性能，為本區主要熱儲。熱水沿裂隙帶呈“脈狀”分布，其圍巖主要由佛崗巖體及變質巖組成。

3.2工區物性特征

工作區內主要巖性為花崗巖及砂巖，構造以北東向深大斷裂帶造為主要的異常構造帶。花崗巖電阻率值變化較大，而深大斷裂電阻率值表現為較低值，主要是巖石破碎或含水導致構造破碎帶電阻率大幅度降低。總之，花崗巖相對于斷裂構造帶處于相對高阻的特征。因此可以用電阻率來區分識別斷裂構造，尋找隱伏的構造帶，劃分巖性分界線，查明其空間分布形態。

通過以上分析可知工作區內的巖性存在電阻率差異。構造與圍巖之間，破碎巖石與未破碎巖石間，蝕變巖石與未蝕變巖石間，也存在較大的電性差異，而且脆性斷裂、韌性剪切帶、蝕變破碎帶的出現，蝕變破碎帶的出現，均可導致構造帶與周圍巖層（體）間出現明顯的電性差異，所以使用電法勘探切實可行。

3.3數據處理

3.3.1高密度電阻率法

運用BTRC2004軟件對原始數據進行數據轉換，再對畸變的數據刪除或修正。利用瑞典二維反演軟件結合地質資料建立初始二維地電模型、選擇反演參數（阻尼系數、迭代次數、收斂極限）等，模型帶地形反演，網格全部采用細化、擴展模型，并且反演采用模型圓滑約束、每次迭代均重新計算雅克比矩陣（Jacobian）。

圖1　CL01號測線視電阻率相位等值線圖

3.3.2CSAMT

對數據進行時頻轉換、校正不合理的數據、對數據進行圓滑編輯，繪制視電阻率、相位曲線。進行空間域濾波校正。一維反演中采用舍棄淺層異常信息的方法來進行靜態校正。對剖面的數據曲線進行分析處理，濾除不相關的虛假異常信號，如圖1所示。

圖2　GL01號線高密度電阻率法反演斷面圖

3.4異常解釋及推斷

為了加強電磁法在該區域尋找斷裂破碎帶及地質體應用效果，首先對測區的地質單元與高密度電阻率法及CSAMT反演結果進行對比分析，確定地表地質構造對應的電阻率異常特征及規律，再對深部異常部位進行分析推測。

圖2：GL01號線測線方位55°，溫納裝置130號點50m標高及以下位置存在中低阻異常區域，經過鉆孔ZK01證實此異常對應的位置存在斷裂構造。210～250號點50m標高以下存在中低電阻率異常區域，且圍巖電阻率呈現高阻異常，即兩者之間形成明顯的電阻率差異，但210～250號點通過實地考察發現，其為填土且底下埋藏有大直徑的水管，故此處異常并不能作為異常位置來判斷。

圖3　CL01號線CSAMT反演斷面圖

圖3：CL01號線方位170°，我們可以根據電阻率異常規模及形態推測263號測點處的D2號構造帶、289號測點處的D3號構造帶與淺部的高密度電阻率法對應較好，且構造帶往深部延伸較深。153～231號測點之間的高阻異常與花崗巖體對應較好。101號測點、233號測點、241號測點及303號測點處中低阻構造帶，結合地表地質信息及巖性物性資料推測這些中低阻異常與構造破碎、蝕變有關。在101～233號點-900～-700m標高、241～317號點-300m標高出現平緩狀低阻異常帶，推測此異常與多期花崗巖及蝕變有關。

根據測量結果設計鉆孔ZK13，鉆孔深度200m發現隱伏斷裂破碎帶D2。鉆探在孔深350m處發現熱儲構造D3，熱水由鉆孔涌出，屬自流溫泉，出水溫度43℃，出水量300t/d，勘查成果達到預期目的。

4　結論

本次物探方法在該區探測地熱資源的成功應用，對以后在該區和其它可類比地區的地熱勘查工作具有重要參考意義。電磁測深能夠較好地承擔斷裂破碎帶地熱田的勘查工作，電阻率異常可以較好地反映地熱存儲條件和熱儲空間的分布情況。利用物探方法勘查地熱田，需要結合已知地質及其它相關資料進行綜合研究，合理地進行方法優化組合、地質解釋，指導設計工程驗證，降低投資風險，達到勘查效果。

［1］O卡普邁耶，R海涅爾.地熱學及其應用［M］.北京：科學出版社，1981.

［2］汪集旸，熊亮萍，龐忠和.中低溫對流型地熱系統［M］.北京：科學出版社，1993.

［3］L Rybach，L J P Muffkr.Geothermal Systems Principlesand Case Histories［M］.John Willey&Sons Ltd，1981：4-5.

［4］何繼善.可控源音頻大地電磁法［M］.長沙：中南工業大學出版社，1990.

［5］王若，王妙月.可控源音頻大地電磁數據的反演方法［J］.地球物理學進展，2003（6）.

［6］林威.CSAMT法過渡區電磁場的特征［J］.物探與化探，2009，33（2）.

［7］黃力軍，徐光輝，陸桂福.可控源音頻大地電磁測深在北京城市地質調查中的作用［J］.工程地球物理學報，2006，3（3）：177-182.

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1004-5716（2016）09-0168-04

2016-04-25

2016-04-27

胡飛（1985-），男（漢族），四川西昌人，工程師，現從事固體礦產地球物理勘查工作。