平山縣溫塘地熱田區域高精度航磁異常特征

韓亞彬 張崇山

(河北省地質調查院 石家莊 0050051)

平山縣溫塘地熱田探明熱儲面積為0.26km2,以該地熱田為中心,1∶2.5萬高精度航磁異常呈正負交替的北東向、北西向條帶狀,組成了近圓形的區域航磁異常,直經在15～18km。該航磁數據經垂向一階導數處理和水平梯度模處理后,形成的二種磁異常圓形特征更加明顯(文內將此圓形磁異常稱之為溫塘地熱田區域高精度航磁異常)。以溫塘地熱田的特征和1∶5萬區域地質資料為基礎,論述該圓形區域航磁異常特征并作推斷解釋,結合1∶20萬區域重力異常探討溫塘地熱田的形成模式,尋找地熱的標志,圈定進一步尋找地熱的靶區。

1 地熱田概況

地熱田位于平山縣溫塘鎮一帶,北臨西柏坡,東距縣城20km,東南距離石家莊市區52km。區內交通便利,朔黃鐵路通過本區,公路四通八達。

溫塘地熱田自1958年建立工人療養院以來,目前療養院已發展到11家,現有地熱井15眼,開發利用8眼,年開采量約165萬m3。開采深度一般為82～90m,北北東向長條狀分布,與北北東向斷層位置和方向大致吻合。熱水水溫45 ℃～73 ℃,單井涌水量30～60m3/h(圖1)。

熱水化學特征： 礦化度1015.6～1656.4mg/L,水化學類型為Cl·SO4型,pH 值7.7～8.4,為弱堿性水,氟及偏硅酸質量濃度已達理療熱礦水命名標準,為氟水或硅水,還含有氡、鍶、硼酸等具有醫療和有益健康的多種微量元素。

區內斷裂構造復雜,巖溶裂隙發育,匯水面積大,有利于降水入滲,成為地下熱水的良好補給區,大氣降水通過北東向斷裂入滲參與深循環。由于開采規模不斷擴大,1971年5月實測溫塘2眼熱泉的流量分別為27.6 m3/d、12.1 m3/d,由于大量抽取地下熱水引起了水位下降,導致溫泉不能自流,出露的熱泉及熱坑均已干枯。目前,已有療養稠密、開采集中,致使地熱流體水位、水量、水溫、水質都出現不同程度的變化,地下熱水水位下降了6～9m。對熱水井(熱7)多年監測數據分析,水溫年際變化呈下降趨勢,由1972年66.8 ℃降至2001年的62 ℃。表征熱水的特征元素K+、Na+、Cl-、SO2-4等離子質量濃度逐年下降,冷水特征元素HCO-3、NO-3等離子質量濃度逐年升高,主要原因為區域熱水水位下降引起上覆冷水回灌,造成熱水水質發生了變化。

經地熱田地熱熱資源量計算,溫塘地熱田熱儲面積0.26km2,地熱水可開采量73.00×104m3/a,地熱水可采地熱資源量15.2×103J/a。

該地熱區經地熱資源開發利用前景分析,地熱資源開發利用潛力不足。

2 地質特征

2.1 地層

地熱田處于南崗片麻巖與城子溝巖組接觸部位,北東的閻常峪村一帶為坊里片麻巖,東部主要為更新統馬蘭組,北西和南東為麻河清巖組,南部為長城系、寒武系、奧陶系的碳酸巖蓋層(圖2),地層從老到新分述如下。

中太古界城子溝巖組(Ar2ch.)： 由黑云二長變粒巖、斜長變粒巖、鉀長淺粒巖、大理巖組成。巖石顏色灰—淺灰色,粒狀變晶結構。地層走向北東,傾向東南,傾角40°。

中太古界坊里片麻巖(Ar2gnγδο)： 巖性為條帶狀黑云斜長片麻巖。

中太古界坊里片麻巖(Ar2gnγο)： 巖性為淺灰白色,含黑云斜長片麻巖,片麻狀、條帶狀構造發育。

中太古界麻河清巖組(Ar2m)： 巖性為灰白、淺灰色,細粒角閃黑云斜長變粒巖夾斜長角閃巖、淺粒巖及磁鐵石英巖。

新太古界南崗片麻巖(Ar13gnξγ)： 巖性為淺粉色含磁鐵角閃正長(二長)片麻巖,普遍含磁鐵礦和角閃石,發育花崗偉晶質條帶,地層走向北東,傾向東南,傾角35°。

古元古界官都巖群下部巖組(Pt1G1.)： 巖性為變質砂礫巖、石英巖及云母片巖,角閃片巖。

長城系、寒武系、奧陶系的碳酸巖蓋層。

更新統馬蘭組黃土(Qpm)。

2.2 構造

斷裂構造分布于區內南部,以北東向和北西向為主。

2.3 地貌

區域上西部、南部為山區,其它多為丘陵。

地熱田位于溫塘河河漫灘及階地上,溫塘河兩側丘陵最高標高210m,溫塘河河床標高約180m。地熱田呈北北東向展布,與北北東向斷層總體走向大致相同,斷層造成巖石強烈破碎,從而為熱水循環、匯集和排泄創造了良好的條件。斷裂構造的發育不僅控制著地熱田地溫場形態特征,而且還為溫塘地熱田提供了良好的熱水運移通道(圖2)。

圖2 溫塘地熱田地質圖

3 航磁異常特征

航磁ΔT等值線異常、航磁ΔT 垂向一階導數異常、航磁ΔT化極水平梯度模等值線異常的特征如下。

3.1 航磁△T異常

區域上航磁ΔT 異常主體是以負異常為背景,北東向串珠狀正異常為主,異常的梯度帶也以北東向為主,其次是北西向異常和梯度帶,串珠狀異常和條帶狀梯度異常多由斷裂構造引起。400nT 左右的高值航磁異常,多由磁鐵石英巖、含磁鐵角閃正長(二長)片麻巖等引起(圖3)。

圖3 溫塘地熱田航磁△T等值線平面圖

通過溫塘地熱田的M7～M11異常,呈北東向條帶狀,異常主體走向北東34°,穿越全區,區內長度約為20km,異常南正北負,一般在-280～+400 nT 之間,推斷由北東向斷裂構造引起,斷裂帶寬度較大,被后期北西向斷裂錯成多段,M7、M8、M9異常由含磁鐵角閃正長(二長)片麻巖引起。

M2～M5 是串珠狀正異常,走向北東,異常帶一般在負幾十到正幾十納特之間,組成的梯度帶通過本區,區內長度約為12km,與M7～M11異常平行,距該異常帶約5km。各個珠狀正異常被多組北西向條帶狀負異常隔開,北西向負異常帶推斷為北西向斷裂構造。

M15～M17 是串珠狀正異常,走向北東,異常帶一般在負幾十到正幾十納特之間,組成的梯度帶穿越全區,區內長度為15km,與M7～M11異常平行,距該異常帶約8km。

M19、M20為北西向負異常帶,一般在-80～-40nT 之間,異常長度近約9km,推斷為北西向斷裂構造。

M12為北西向異常帶,中間為正異常,ΔTmax=+113.2nT,兩側為負異常,ΔTmin=-90nT,北側負值較多、梯度較大。推斷由基性巖脈引起,與北西向斷裂有關。

M1、M13、M14多為正異常,由中太古界麻河清巖組(Ar2m)引起,高值異常由角閃黑云斜長變粒巖夾斜長角閃巖、淺粒巖及磁鐵石英巖引起。

通過航磁異常特征分析,三條北西向平行的異常帶,由三條斷裂構造引起,中間為主斷裂,斷距寬、深度大,時間早于北西向斷裂,異常被北西向斷裂錯成多個臺階。北西向斷裂帶由多條斷裂組成,與北東向斷裂垂直,斷裂規模相對較小。

3.2 航磁△T化極垂向一階導數

為了更好地研究局部異常、劃分次級斷裂、較準確的圈定巖體范圍,在化極基礎上對航磁ΔT 場進行了垂向一階導數處理。垂向一階導數的物理意義相當于地下磁性體向地表移動一小段距離產生的異常與原異常之差。垂向一階導數處理對磁場高頻成分有突出和放大作用,它側重于淺層近地表地質體的磁效應而壓制深層區域背景場的影響,從而突出淺部地質體引起的局部異常。

該區垂向一階導數處理是在化極的基礎上進行的,經化極垂向一階導處理后,突出了淺部的磁異常,壓制的深層區域場的影響,消除或減弱了局部異常之間的疊加和干擾現象,在提取負背景場中的升高異常、圈定局部異常、劃分構造邊界等方面具有重要作用。

進行化極垂向一階導數處理前與處理后的效果對比分析,經過垂向一階導數處理后,溫塘鎮附近地區北東走向升高正磁異常區的邊界特征更加明顯,負背景場中北西、北東向異常帶清晰可見,為局部異常的圈定提供的重要依據(圖4)。

圖4 溫塘地熱田航磁△T化極垂向一階導數等值線平面圖

3.3 航磁△T化極水平梯度模處理

水平梯度法利用了磁力水平梯度異常在垂直物性邊界的正上方取極大值的特點來確定邊界位置,磁力水平梯度公式為：

其中： ΔT 為某點的磁力異常值,i、j為x(東西向)、y(南北向)方向上的單位矢量。

某點異常值ΔT(i,j)的梯度模為：

由于位場異常的水平梯度在垂直物性邊界上取最大值,因而可以突出不同物性區的垂直邊界,而這種邊界又與不同地質構造單元的邊界位置有關,利用水平梯度處理的結果,可以更好地從航磁異常中識別出斷裂、巖性邊界及其他線性構造。突出了北東向主斷裂的位置和規模,北西向斷裂構造的準確位置(圖5)。

圖5 溫塘地熱田航磁△T水平梯度模等值線平面圖

4 重磁異常解釋

4.1 區域重力異常

本區1： 20萬區域布格重力異常為北北東向重力梯度帶,東部近北東向、梯度較大,西部梯度較小,近南北(圖6)。

1： 20萬剩余重力異常在溫塘鎮為一重力低異常,與圓形航磁異常范圍套合較好,推斷重力異常由深部中酸性隱伏巖體引起(圖7)。

4.2 異常推斷解釋

根據本區域航磁異常特征,推斷解釋了斷裂構造,自由定義了斷裂級別,分三個級別。F1為一級斷裂,走向北東,斷距寬,深度大,為較好的儲水斷裂；F2、F3為北東向二級斷裂；F4為北西向二級斷裂；其它斷裂為三級斷裂。本區地形是西部、南部高,東部低,北東向斷裂為儲水斷裂,北西向斷裂為運水斷裂。在地下熱源作用下,在北東向斷裂和北西向斷裂的交匯地段形成了地熱田(圖8)。

圖6 溫塘地熱田布格重力異常等值線平面圖

圖7 溫塘地熱田剩余重力異常等值線平面圖

以斷裂F4為剖面線,繪制溫塘地熱地質模型示意圖。地下熱源體為隱伏的中酸性巖體(γ),地下水由西向東沿北西向斷裂流入,經中酸性巖體預熱,在F1、F2、F3斷裂儲水、上涌,形成地熱田(圖9)。

4.3 地熱靶區圈定

依據溫塘地熱田的地熱特征、區域地質特征、區域航磁特征,對航磁異常和重力異常進行了推斷解釋,研究了該區地熱的形成模式,建立了溫塘尋找地熱的下列標志。

圖8 溫塘地熱田重磁異常推斷解譯圖

圖9 溫塘地熱地質模型示意圖

已知溫塘地熱田特征；

航磁異常梯度帶,解釋推斷的北東向斷裂與北西斷裂交匯部位；

剩余重力低異常區,推斷的隱伏巖體和隱伏斷裂構造；

北東向斷裂為儲水斷裂,斷距寬,深度大的斷裂熱量大,北西向斷裂為運水斷裂；

區域地質上,具有北東向和北西向斷裂特征。

按照尋找地熱的標志,圈定了溫塘地熱田預測地熱的靶區。根據預測靶區的可信程度,從高到低分為Ⅰ～Ⅲ級。Ⅰ級靶區包括Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3；Ⅱ靶區包括Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3、Ⅱ3、Ⅱ4；Ⅲ級靶區包括Ⅲ1、Ⅲ2(圖10)。

圖10 溫塘地區尋找地熱靶區圖

5 結語

地熱資源是具有巨大開發利用的可再生的礦產資源,前景無限。作為清潔能源,可減少對煤炭、化石的依賴,實現節能減排目標,改善環境質量,常用于供暖、養殖、種植、洗浴等；地熱水有很好的理療醫用價值,含有對人體有益的多種微量元素和礦物質,對皮膚病及其它多種疾病有較好的治療作用。隨著時代的發展和環保意識的加強,對地熱能源的研究越來越受到國內外的高度重視。

平山縣是紅色革命圣地,擁有山川旅游資源優勢,應緊緊圍繞地熱產業,加快進行與當地自然風光游有效整合,形成紅色教育、會展、觀景、培訓、療養為一體的旅游產業鏈條,形成精品旅游路線,打造獨具特色的知名旅游品牌,以創造更好的社會效益和經濟效益。

新1∶2.5萬高精度航空航磁測量采用了創新的工作方法,提高了大地測量精度和磁場測量精度,制作了航磁數據處理的多種成果圖件,很好地反映了磁場異常特征,有利于低緩異常區及負異常相對高異常區的異常特征研究。

利用高精度航磁異常特征推斷解釋斷裂構造,重磁異常配合推斷隱伏巖體和隱伏構造,建立重磁異常特征與地熱田的關系,研究形成地熱模式,確定尋找地熱的標志,圈定地熱預測靶區,指導地熱田的尋找。