CSAMT在黔東南州北西部地熱資源勘查中的應用

羅發科 張虎 徐鴻

摘要：黔東南州北西部熱儲主要沿區域大斷裂形成的帶狀熱儲，受構造斷裂控制，采用可控源音頻大地電磁法（CSAMT）可快速準確探測隱伏深大斷裂的產狀、延深情況及地層電性結構分布情況，反映熱儲埋深和厚度，對地熱井的設計、施工具有較好的指導作用，經鉆探驗證，找熱效果好。

關鍵詞：CSAMT；黔東南州；地熱；資源勘查

地熱是蘊藏于地球內部的自然資源，地熱流體作為地熱資源開發的最主要載體具有水資源和礦產資源雙重屬性，其功能多、用途廣，是寶貴的潔凈資源。由于全球各地區地熱源、導熱通道、地層的熱導性能和滲透性能有所不同，從而造成地熱資源分布格局極不均勻，地熱資源的分布嚴格受構造控制[1]。勘查研究認為，黔東南州北西部熱儲主要沿區域大斷裂形成的帶狀熱儲，受構造斷裂控制，因而探測深大斷裂帶是地熱勘探的首要任務。

地熱水常富含鋰、硫、氟、氡、偏硼酸、偏硅酸、鋅等多種礦物質，具有一定的醫療、保健、養生作用，隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高，各地都在打造全域旅游、溫泉休閑旅游，地熱水的勘探開發也隨之興起。

可控源音頻大地電磁法，簡稱CSAMT，是一種人工源的音頻大地電磁測深技術，采用大功率（>20kW）接地電偶極發射大電流，在0.1kHz～10kHz頻率范圍內進行測量，其探測深度從幾十米到1500m以上，通過反演解釋獲得地下二維電阻率斷面，能快速準確查清深大斷裂的產狀、延深情況及地層電性結構分布情況，反映熱儲埋深和厚度，是當前地熱勘探普遍采用的物探手段。

1.勘查區地熱地質及地球物理特征

1.1地質構造

勘查區大地構造位置分屬華南褶皺帶及揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱的貴陽復雜構造變形區。區內施洞口斷層、革東正斷層、鎮遠樞紐斷層為挽近期活動斷裂，在一些地區切割中新生代地層，表現為張性或張扭性，沿斷裂帶有溫泉或低溫礦泉產出。說明溫泉的形成大都與區內斷裂構造有關，是區內主要的儲熱構造。

勘查區東南部雷山、臺江、劍河、三穗等地區的大地構造上屬華南褶皺帶。其構造主要以北東向—北北東向為主，主要褶皺有：崇梭溪背斜、白枝山背斜、雷公坪向斜、三穗向斜等；主要斷裂有：臺江斷層、施洞口斷層、革東斷層等。施洞口斷層：經玉屏、例洞、施洞口和臺盤等地斜貫測區，并向兩端延至圖外，區內長120km。走向40°～50°，傾向東南，傾角50°～70°，為逆斷層；局部（舖田附近）為正斷層。從東南側與之斜列的褶皺和斷裂來看，還具左向平推性質。上盤以上板溪群為主，下盤以寒武系為主。地層斷距一般在1000m以上。臺盤附近最大達3000m，地貌上沿斷層線常形成谷地和山鞍。斷層兩側震旦系厚度變化較大，并控制了中下寒武系的相變和加里東期褶皺的發育。從其切割加里東期與燕山期褶皺和下第三系，說明該斷裂在加里東期、燕山期和喜馬拉雅期均有活動。革東正斷層：由北東向南西經涼傘、矮子計、革東等地斜貫測區，走向50°～60°，傾向北西，傾角50°以上，區內長87km。特征與施洞口斷裂類似。上盤為清水江組第一段至下寒武統杷榔組地層；下盤為上板溪群烏葉組至清水江組第三段，地層斷距在1000m以上；西南端臺江附近烏葉組與震旦系接觸，斷距最大達6000m。東南側局部見地層倒轉、拖拉褶曲和千枚巖化現象。革東斷裂控制了震旦系及中下寒武統地層的相變，破壞了加里東期的褶皺，切斷第三系地層等，說明它形成于雪峰期，而在加里東期、燕山期和喜馬拉雅期曾有活動，沿其斷裂有基性、超基性巖體出露，表明其深切地殼深部，具有深大斷裂特征。革東附近見有溫泉出露（水溫48℃），有可能與此斷裂有關。

勘查區北部施秉至鎮遠一線次級構造單元上屬黔北臺隆遵義斷拱的貴陽復雜構造變形區，勘查區位于該次級構造東段，本段主要以北北東向構造為主，平行于揚子準地臺與華南褶皺帶分界線北段發育，主要褶皺為龍田背斜、重安江向斜、黃絲背斜等，區內鎮遠-施秉一帶，有兩條平行延伸的東西向斷層，北面為蕉溪斷層，南面為鎮遠斷層，兩側伴有若干次級同向斷層。鎮遠樞紐斷層：由西向東經施秉、鎮遠、河口、玉屏等地，橫貫測區并向西端延至圖外，境內長106km。河口以西走向約90°，河口以東走向60°；斷層面傾向南或南東，局地傾向北或北西，傾角多在60°以上。鎮遠樞紐斷層不僅切斷早期形成的施洞口斷層，還切斷了加里東期及燕山期北東向褶皺和斷裂。由于和其他斷層形成之斷塊差異運動結果，性質和斷距的變化大；總的來說正的地段較少，逆的地段較多，正向地層斷距400m～700m，逆向地層斷距達1000m以上。沿線常形成直谷和陡崖，破壞帶較發育，常有角礫巖和擦痕面，據巖脈傾入時代推斷該斷層形成于加里東期，但主要活動于燕山期，因其破壞了燕山期褶皺并于該期若干斷層構成斷塊差異運動。施秉附近，它切斷了下第三系，故說明在喜馬拉雅期有復活。斷層南盤有溫泉出露，有可能與此斷裂有關。

勘查區西南部位于華南褶皺帶及揚子準地臺的接觸帶上。區內主要構造為北東向施洞口斷裂。

1.2熱儲結構及類型

區內發育北東向的革東-臺江斷裂、施洞口大斷裂、東西向鎮遠斷裂及其次生斷裂構造規模和深度較大，為挽近期活動斷裂，且鎮遠大斷裂與革東-臺江斷裂、施洞口大斷裂相交，不僅具有溝通地下熱源的作用，也是本區地下熱水儲水構造，沿斷裂帶多有熱異常（溫泉、鉆孔）顯示。因而勘查區以施洞口大斷裂、革東-臺江斷裂及鎮遠斷裂構成主要控熱構造，熱儲主要沿區域大斷裂其發育的縱張節理裂隙呈帶狀發育構成帶狀熱儲層，受構造斷裂控制，熱儲溫度和深度受區域地熱增溫率的影響較小，地熱流體的流量受構造發育規模影響變化大。

熱儲構造單元劃分為臺江大斷裂熱儲構造單元、施洞口大斷裂熱儲構造單元及鎮遠大斷裂熱儲構造單元。

1.3地熱水形成條件

大氣降水在區域上沿斷裂帶、裂隙、洼地等通道向地下運移，在斷裂的控制下做深部循環、加熱，形成地熱流體，熱流體體積膨脹產生浮力向上運動；同時上部的低溫流體因密度大在重力作用下向下運動，構成地下熱水循環。勘查區的革東-臺江斷裂、鎮遠斷層、施洞口斷裂及其次生斷裂成為載流體對流的良好通道。

1.4地球物理特征

勘查區內巖性較多，地質構造較復雜，主要巖性有白云巖、灰巖、砂巖、板巖、粘土巖及頁巖，各巖性層電阻率具有如下特征：完整的白云巖、灰巖、砂巖、板巖電阻率在n×10³～n×10⁴Ω·m之間，含水白云巖、含水灰巖、含水砂巖、含水板巖、斷層破碎帶電阻率在n×10～n×10³Ω·m之間，粘土巖、頁巖、地下水電阻率在n～n×10²Ω·m之間。

完整的基巖導電性差，電阻率較高；斷裂構造兩側巖體一般較破碎，在垂向上由淺表至深部表現為大深度、大厚度的低阻帶，電阻率通常比完整巖體低1～2個級次；當基巖比較破碎或節理裂隙發育時，通常含有地下水，呈現出較好的導電性。這些物性差異為在勘查區采用可控源音頻大地電磁法勘探提供了良好的地球物理前提，從而我們可以依據低阻特征和其發育深度有效地獲取斷層的空間分布特征，劃分地層巖性，判定熱儲結構的分布情況，從而達到工作的目的。

2. CSAMT野外工作布置及工作參數

黔東南州北西部地熱資源勘查為2013年度貴州省地質勘查基金第三批整裝勘查項目，也屬貴州省“5個100”工程的建設項目，勘查區含雷山縣、凱里市、黃平縣、施秉縣、鎮遠縣、岑鞏縣、三穗縣、劍河縣、臺江縣所轄區域，調查面積為6711.225km2。

依據整裝勘查區內地熱資源的主要控熱構造單元，將整裝勘查區劃分為“革東-臺江大斷裂”“施洞口大斷裂”及“鎮遠大斷裂”三個大的普查區塊。將鎮遠大斷裂普查區塊進一步劃分為黃平預查區、施秉普查區、鎮遠普查區和岑鞏普查區；將施洞口大斷裂普查區塊進一步劃分為凱里普查區和施洞口普查區；將革東-臺江大斷裂普查區進一步劃分為雷山普查區、臺江普查區、劍河普查區、臺烈普查區和三穗普查區。其中鎮遠普查區東西向大斷裂和北東向斷裂相交，中上寒武系地層大面積岀露，局部存在第三系沉積盆地，該區現狀研究程度低，為勘查工作重點區。

每個普查區垂直斷裂構造布置3條CSAMT剖面，線距地質條件而定，測點距50m，剖面總長9km。本次野外工作使用中國地質科學院研制（重慶地質儀器廠生產）的CLEMV5大功率多功能電磁法系統，采用TM標量測量方式，場源為電性源，在平行于場源中垂線兩邊張角各30°的扇形區域內的遠區逐點觀測電場分量EX和與之正交的水平磁場分量HY振幅和相位，進而計算卡尼亞視電阻率和阻抗相位。工作技術參數：工作頻率0.25Hz～8192Hz，收發距大于10km，供電電流大于12A，勘探深度大于1500m。視電阻率均方相對誤差Mρs小于±3.89%，相位均方誤差εφ小于±16mrad。

3.數據處理及異常推斷解釋

對野外采集到的每個排列的各個測點的視電阻率和相位數據，進行曲線對比編輯、飛點除剔、曲線圓滑、校正（靜態效應校正、近場校正、地形校正）、一維bostick反演、擬二維反演、二維反演，繪制成反演電阻率斷面圖（見圖1），結合地質資料進行解釋推斷。

在3-3剖面上共發現3個明顯的低阻異常帶。第1個低阻帶出現在106～113號點，推測該低阻帶主要由寒武系婁山關群含水巖體引起，兩側有高阻體分布，無明顯的氡氣和米地溫異常顯示，推測為溜沙關斷層（F3）帶通過。根據低阻帶形態推測F3斷層向南東傾斜，傾角80°左右，下延深度880m。第2個低阻帶出現在135～165號點，推測該低阻帶主要為寒武系和震旦系含水巖體引起，且兩側有高阻體分布，伴有明顯的氡氣異常和米地溫異常顯示，推測為鎮遠斷裂（F1、F1+1）帶，有熱源分布。根據低阻帶形態推測F1向北傾斜，傾角85°，下延深度2700m；F1+1向南向斜，傾角80°，下延深度2200m。第3個低阻帶出現在177～199號點，推測該低阻帶主要由寒武系及震旦系含水巖體引起，且兩側有高阻體分布，有較明顯的氡氣和米地溫異常顯示，推測為蕉溪斷裂（F2）帶，有熱源分布。根據低阻帶形態推測F2向北傾斜，傾角87°，下延深度2500m。

4.探采結合孔設計與施工驗證結果

區域性的鎮遠斷裂帶上地溫異常明顯，寒武系地層分布廣泛，有明顯的低阻異常分布，是地下熱水富集的有利部位，是較好的導熱導水構造。結合地形地質和交通條件，最終在3-3剖面的141～153號點之間設計了探采結合地熱勘探孔，直孔，孔深2500m，如圖2示：

鉆孔施工驗證結果：終孔深度2500m，日產水量810m3，井口水溫48℃，井底水溫76.6℃。開發前景好，助推了地方旅游業及相關產業的發展。

5.結語

CSAMT采用大電流供電，極大地提高信噪比，增強分辨率，增大勘探深度，是當前地熱勘探首選的物探方法，可快速準確查明斷裂構造的產狀、延深情況及地層電性結構分布情況，反映熱儲埋深和厚度，為地熱資源的開發起到較好的指導作用，帶動區內旅游業及相關產業等發展，同時為地熱資源的礦政管理提供科學依據。

參考文獻：

[1]徐世光，郭遠生.地熱學基礎[M].北京：科學出版社， 2009.

[2]湯井田，何繼善.可控源音頻大地電磁法及其應用[M].長沙：中南大學出版社， 2005.

[3]石昆法.可控源音頻大地電磁法理論與應用[M].北京：科學出版社， 1999.

[4]孫鴻雁，雷達，湯井田，等.可控源音頻大地電磁法技術規程[M].北京：地質出版社， 2015.

[5]吳璐萍，石昆法.可控源音頻大地電磁法在地下水勘查中的應用研究[J].地球物理學進展， 1996， 11（02）：137-147.

[6]黃力軍，陸桂福，劉瑞德，等.電磁測深方法在深部地熱調查中的應用[J].物探與化探， 2005， 29（06）：523-526.

[7]時斌. CSAMT在深部礦產勘查中的應用與研究[D].長春：吉林大學， 2012.

[8]王振亮，林天亮，蔡永文，等. CSAMT在東崗銅、鐵礦勘查中的應用[J].物探與化探， 2015， 39（02）：268-272.