綜合物探方法在黎平縣德鳳鎮地熱勘查中的應用

熊英舉

摘要：地熱水資源受褶皺、斷裂構造影響較大。地表覆蓋層較為發育、局部小構造復雜以及地熱水資源埋深較大等因素。為此，通過可控源音頻大地電磁法（CSAMT）、再配套米地溫及阿爾法卡測量，形成綜合物探，圈定構造和地熱水資源靶區，為礦區的深部找礦提供有效的參考依據。

關鍵詞：可控源音頻大地電磁法；地熱；測井

1.引言

現在開發的地熱資源埋藏較深，有的深達數千米，開采風險相對較大，為了減少投資的風險，提高地熱資源開采的效率，降低前期投入的成本。在地熱資源的探采之前就要先進行可行性的論證，其中物探工作方法作為地質勘查的一種有效、科學的手段，也是地熱勘探中最重要的手段。由于電阻率異常是識別地下熱水構造及水力系統的重要標志，這使得普通電法在過去的地熱資源勘探占據著主導的地位。然而，目前地熱資源的勘探深度很多都要達到上千米的深度，以地面供電偶極距長度換取探測深度的直流電法顯然是困難重重，特別是在貴州這樣的山區，復雜地形條件給直流電法造成的影響程度是無法預知的，深部的微弱異常往往被地形影響所掩沒，異常難以分辨。電磁測深法是利用電磁波的趨膚效應而發展起來的另一種電阻率測深方法，這種方法克服了直流電法受地形影響大、深部分辨率較低及布極困難的各種缺點，對深部探測有巨大優勢。在地熱勘探工作過程中，我們通常可控源音頻大地電磁法，再配套能反映地溫異常及含水性的米地溫測量及阿爾法卡測量，形成綜合地熱物探，在地熱資源勘查中取得較好的應用效果。在地熱勘查中，綜合物探方法主要解決以下問題，達到前期地熱勘查可行性論證的目的：

①查清楚勘查區內斷層斷裂的分布、性質、產狀及斷裂帶破碎情況；

②查明勘查區地層、蓋層與熱儲層的厚度及空間結構；

③圈定勘查區地熱水的有利區域；

④指導勘查區地熱井的鉆孔設計。

2.地質概況

勘查區大地構造上位于羌塘-揚子-華南板塊→揚子陸塊→江南復合造山帶→榕江加里東褶皺區→黎平緊閉復式褶皺變形區。為一個多期次構造活動造成的晚古生代以來褶皺隆起或整體上升的隆起區，長期遭剝蝕，許多地層缺失，屬江南早古生代褶皺帶（江南復合造山帶的西南段）的重要組成部分。

勘查區內地質構造主要呈北北東向、北東向展布，區內斷層及次級褶皺非常發育。勘查區塊內主要發育的褶皺有新化向斜、包仰背斜、洛寨向斜，主要的斷層有三什江斷層、黎平斷層、花橋斷層等。

勘查區出露青白口系下江群地層，巖性為淺灰、灰綠色薄層至塊狀絹云母板巖，色變余砂巖、變余含長石砂巖、變余石英砂巖夾砂質板巖、粉砂質板巖。

3.勘查方法技術與測線布置

3.1勘查方法技術

3.1.1可控源音頻大地電磁法

由此可見，當地表電阻率固定時，電磁波的傳播深度（或探測深度）與頻率成反比，高頻時探測深度淺，低頻時探測深度深。我們可以通過調整供電頻率的高低，得到不同深度的地電信息，從而達到垂向頻率測深的目的，根據所測視電阻率特征，了解地下地質體的產狀和特征，分析推斷構造帶空間分布形態及地層巖體之間接觸關系。

3.1.2米地溫測量

米地溫測量的原理是指從地表至1m深處的溫度。從地表打1m深的小孔，測量底部溫度所得的數值。一日中1m深處的地溫很少變化，加以標高、緯度、季節的訂正，可求出標準地溫。將標準地溫與所測地溫進行比較，可知地溫異常的程度。若能設立許多測點，并通過研究高溫部分的形狀、異常程度，可以看出高溫流體在地下的分布狀況。

3.1.3阿爾法卡測量

阿爾法卡測量是指一切固體表面都具有吸附周圍介質中的原子、分子、離子的能力，當將α卡（由鍍鋁聚酯薄膜制成的卡片）放入含氡的容器中后，便會吸附容器中的氡及其子體，然后再用儀器測量卡上的α射線的變化來達到找礦的目的。

3.2工作參數及測線布置

CSAMT方法工作選取50m的點距，頻率選?。?600～ 1Hz）采集，采樣時間選取研究地質橫向構造默認的30min，發射極距均在10km，發射極距AB約2km，采用鋁板作為發射端接地電極，并用鹽水澆灌，以減小發射端的接地電阻。米地溫測量工作點距50m，采用洛陽鏟進行打孔，測量孔深不小于1.5m，示值穩定時不少于3min，且示值變化不大于±0.1℃時取值。阿爾法卡測量工作選取50m為測量點距，每個測量點均按3min及5min兩次計取讀數。具體測線布置圖詳見圖1。

4.資料處理與解釋

4.1資料處理

室內資料處理及解釋使用的是加拿大鳳凰公司開發的CMT.PRO軟件和MT-Soft2D軟件，利用suffer成圖。

由圖2地溫剖面圖上看：地溫值主要在7℃～9℃之間變化，在測線1800m～2200m段和2700m～3200m段熱異常相對測線其他地方較好，在1線F1斷層附近，地溫呈高極值點（11.4℃）。

從圖2α卡剖面圖上看：3min與5min的α脈沖曲線的起伏形態基本一致，脈沖背景值分別在50個/5分鐘及25個/3分鐘左右。在測線1900m～2200m、2800m～3200m共兩處有兩處明顯的高值異常區，異常幅值最高可達70～85個/5分鐘，結合已知地質資料可以得知，兩處高值異常區均為斷裂構造帶上的巖體破碎帶發育。

由圖2視電阻率斷面圖上看，ρ值多在50Ω·m～ 10000Ω·m區段內，在橫向上連續性較差，這與此地區構造活動造成的巖層破碎有關，反映出了地層巖性裂隙發育，巖石破碎的特征。從標高0m～600m左右，ρ值等值線呈現低阻電性特征，等值線較平緩，其ρ值普遍小于1000Ω·m，根據其電性特征并結合已知地質資料，推斷該近地表電性層為元古界南華系和清白口地層，巖性以板巖、粉砂巖為主；從標高0m至標高-600m，ρ值多在1000Ω·m～10000Ω·m之間變化，隨著深度加深，中軟質類巖體逐漸向中硬質類巖體過渡，巖性種類較多，主要以灰巖、白云巖等中硬質類巖體為主，具備一定含水性，同時，具有一定的保溫性；在標高-600m～-1500m之間，視電阻率等值線呈現高阻電性特征，其視電阻率值均大于5000Ω·m，根據其電性特征并結合已知地質資料分析，該段為清白口地層，富含灰巖、變質砂巖等中硬質類巖體，具備一定導水導熱性，且具有一定的含水性。在測線39-43號點之間，標高500m至標高-1500m左右，出現了等值線橫向上不連續且一致向下彎曲的現象，而形成明顯的低阻“V”字形形態，低阻異常帶主要往大號方向傾斜，結合已知地質資料推斷為F1斷層簇，傾向南東，在0m～1500m深，視傾角附近為80°左右，物探揭露位置與地質圖標注位置相吻合；在測線57-73號點之間，ρ值在橫向上形成高低阻分界面，結合已知地質資料分析，界面左側高阻區主要為灰巖、變質砂巖等硬質巖石，界面右側低阻區主要為板巖、粉砂巖等中軟質巖石，推斷該界面為F2斷裂，傾向南東，視傾角在深0m～1500m左右為60°左右，往深部逐漸變緩。

圖3與圖2形態基本相似，在此不多做敘述。

4.2解譯結果

通過本次地球物理勘探工作，形成如下結論：

（1）本次物探推斷了2條斷層，Y1-1及Y2-1異常點對應斷裂F1，Y1-2與Y2-2異常點對應斷裂F2。根據F1、F2斷裂的電性異常特征及空間分布狀態分析：F1為一條發育較寬的斷層簇，發育寬度在50m～300m不等，發育深度達2000m以下，傾向南東，視傾角在80°左右，往深部有變緩的趨勢，該斷裂破碎帶較大，存在較好的含水導水性較好；F2斷裂發育寬度在50m～100m不等，發育深度達2000m以下，傾向南東，視傾角在深0m～1500m左右為60°左右，往深部逐漸變緩。

（2）通過音頻大地電磁法、米地溫、阿爾法卡法3種方法的對比印證，準確確定F1、F2斷層的位置及空間展布。

（3）結合以上資料分析，物探建議孔位選在F1斷層上盤2線43號點處，為保證水溫及水量，建議取水鉆孔應能在2000m以下揭穿斷層，并進入物探低阻異常區內為宜。

5.鉆探驗證

在對各類資料系統整理、綜合分析研究的基礎上，通過探采結合的方式布置勘探孔黎平縣德鳳地熱勘查區塊勘探孔ZK1號井，該孔在2200m深度揭穿三什江斷層，涌水量340m3/d，井口溫度48℃，根據測井資料及編錄資料其各地層的厚度與該測區物探的電性分層基本一致，揭穿三什江斷層的深度與物探資料判斷一致，說明物探推斷的斷層的分布、性質、產狀及斷裂帶破碎情況是正確的。

6.結論

（1）綜合物探方法能查明勘查區內斷層斷裂的分布、性質、產狀及斷裂帶破碎情況。

（2）能定性的判斷勘查區地層情況、蓋層及熱儲層的厚度。

（3）能圈定地熱水資源靶區以及指導勘查區地熱井的鉆孔設計。

參考文獻：

[1]何繼善，等.可控源音頻大地電磁法[M].長沙：中南工業大學出版社， 1989.

[2]地礦部水文地質工程地質研究所.地下熱水普查勘探方法[M].北京：地質出版社， 1973.

[3]薛忍霞.靜電α杯法及其在地熱勘探中的應用[J].勘察科學技術， 1997， （05）：56-58.

[4]陳萍，張寶明，金波.貴州省黃果樹郎宮風景區熱儲構造研究及其意義[J].貴州地質， 2014， 14（04）：318-322.

[5]劉海桐，劉同慶，徐克全.可控源音頻大地電磁測深法在貴州地熱勘探中的應用[J].山東煤炭科技， 2015，12（06）：149-151.