文家村一帶地熱勘查中綜合物探方法的應用

韓埃洋

摘要：甘肅省天水市麥積區文家村一帶地熱地質條件好，構造裂隙發育，地熱主要有幾條熱控斷層控制。通過對文家村一帶地球物理特征研究得知，已知斷裂構造帶處都有明顯的重力異常和氡氣子體RaA濃度異常，由此從其他地段推測出幾條隱伏斷層，之后通過可控源音頻大地電磁法驗證推測結果和確定斷裂構造帶的空間展布。事實證明綜合物探方法在地熱勘查中效果顯著，為地熱開采井提供精準的井位。

關鍵詞：地熱；物探；CSAMT；熱儲構造

1.引言

地熱是世界上最古老的資源之一，地熱勘查的常規手段有水文地質調查、遙感、地球物理、地球化學、鉆探等。常規的遙感、水文地質、化探等方法很難確定地熱田的深部特征和熱控斷裂構造帶的深部空間展布，所以為提高地熱開采成井率，對地熱田的地球物理特征的研究勢在必行。物探方法在解決基巖埋深和斷裂構造帶空間展布方面具有成本低、對環境很少或沒有破壞、勘探深度大、成果直觀等特點。通過甘肅省天水市麥積區文家村一帶的地球物理特征的研究證明，地球物理勘探在確定地熱田的深部特征和熱控斷裂構造帶的深部空間展布方面成果顯著。

2.研究區地質、地球物理特征

2.1研究區熱能來源

麥積山白堊系斷陷盆地長軸呈西南—東北走向，東南側有石門山三疊紀時期侵入的花崗巖體，西南側有柴家莊三疊紀花崗巖體，兩者由麥積山白堊紀斷陷盆地斷裂帶相連，深部的巖漿巖余熱是區域內地熱資源的主要熱能來源。

2.2研究區主要熱控斷層與儲熱構造

東北—西南走向的麥積山白堊紀斷陷盆地與李子園—柴家莊一帶的東北—西南走的斷裂帶相連，且走向一致，斷裂規模大，三疊紀時期侵入的花崗巖發育，從而構成區域內主要的熱控斷裂。該斷裂帶與較高海拔的山地相鄰或斜切，具有較好的深循環地下水的補給條件。

研究區主要熱儲地層為秦嶺群深變質巖系，其形成時代古老，經歷的構造運動繁多，斷裂裂隙發育，層—帶成生，在潁川河—東柯河白堊紀—新近紀沉積盆地中，上覆地層覆蓋程度和隔水性能較好，與盆地構造、較新的巖漿巖深部余熱熱源結合，構成了較好的承壓—自流基巖裂隙地下熱水盆地構造（圖1）。

2.3研究區巖石的密度、電性特征

研究區收集到常見巖石密度資料見表1，由巖石密度可知，花崗巖、和礫巖密度最大，大理巖、片麻巖次之，其次為砂礫巖，粘土和地表土密度最小。重力測量主要目的是尋找斷層，由于斷層一般較破碎，其密度相對較低，且研究區第四系覆蓋相對較薄，故斷層在重力測量中表現為重力相對低。綜上所述，研究區具備開展重力測量的地球物理前提。

研究區大面積為第四系覆蓋，統計電性資料顯示（見表1），區內各時代地層巖性及含水破碎帶之間存在較大的電性差異，具有電法勘探的地球物理前提。

為查明研究區地質、構造、水文地質條件，分析研究區地熱形成機理，在研究區共開展了重力、氡氣、CSAMT等多種物探方法，對物探結果進行了綜合研究。優先在地熱靶區（圖2中紅色框內）開展高精度重力面積測量和氡氣子體RaA濃度面積測量；綜合分析面積測量成果與地質資料，布設了4條CSAMT剖面（分別為1線、2線、3線和4線）測量。

3.異常特征研究及深部地熱資源預測

3.1布格重力異常

通過本次重力面積測量，對測量數據整理并進行各項改正后得到布格重力異常等值線圖（見圖3）。研究區的布格重力場整體上呈現東南低西北高，局部異常的強度較大，梯度較陡，整個研究區除北部一處近東西向的低值異常外，其他地區異常走向呈北北東向展布的特點。區內共圈出兩處異常，分別命名為G1和G2。

G1異常位于研究區中部，異常為狹長帶狀低值異常，異常走向北北東向，以8.5×10-5m·s-2異常等值線作異常上限，則異常面積90m×170m，異常極小值3×10-5m·s-2。

G2異常位于研究區北部，異常為長軸狀，異常走向近東西向異常面積120m×370m，異常極大值8×10-5m·s-2，極小值6×10-5m·s-2。

G1異常位于古元古界秦嶺群地層內，位于已查明斷層F5和F6之間，該區地層密度差異不足以引起該異常。結合地質資料及巖石密度物性資料分析，推測G1異常由F5、F6斷層之間巖石破碎帶引起；G2異常所在區域被第四系覆蓋，初步推測G2異常為隱伏斷裂的反應。

3.2氡氣子體RaA濃度異常

氡是放射性惰性氣體，常稱射氣，易溶于水，屬于天然鈾放射系列由于氡為氣態，易于在巖石、土壤通過，氡的子體又多為固態，在儲存氡氣或氡氣經過的路徑上就有固態氡子體沉淀物存在。通常在構造破碎帶附近RaA濃度較高。

如圖4，研究區RaA濃度基本在20 bq/m3～55 bq/m3之間，局部達到150bq/m3，研究區中部有一狹長條帶狀高值異常，異常走向北北東向，異常范圍100m×630m。異常極大值150bq/m3。結合已知地質資料分析，氡氣測量條帶狀氡氣異常與布格重力異常G1對應關系較好，為構造破碎的反映。

3.3 CSAMT剖面異常

研究區施工可控源音頻大地電磁測深法剖面4條，測線編號為1-4線。為保證采集數據質量，盡可能加大收發距布設場源，剔除近區及過渡區數據，利用遠區數據做2D反演。在1400m的勘探范圍內，各地電斷面均反映出垂向分層、橫向分塊的共同特點，電性結構基本上可以劃分為兩層，第一層為地表及以下30m之間中低阻電性層，其下為第二層高阻夾有低電阻率帶的電性層。

在地電斷面中，從地表向下有一層電阻率變化不大的中低阻電性層，電阻率變化在50Ω·M～500Ω·M之間，厚度小于30m，為第一電性層，為第四系（Q）蓋層的反映，與下部帶狀、塊狀電性層以密集電阻率等值線分隔。地電斷面中表層點狀分布的高阻或低阻異常由地表電性不均勻體引起。

其下第二電性層，該電性層主體為高阻，淺部表現為低阻，地電斷面中電阻率值普遍較高，變化在1000Ω·M～ 10000Ω·M之間，電阻率等值線呈傾斜或近水平狀分布，部分高阻中間夾有低阻帶，低阻帶電阻率變化在200Ω·M～ 2000Ω·M之間，厚度變化不等，一般在50m～100m之間。結合地質資料，該電性層為元古界秦嶺巖群第一巖性段（Pt1Q1）地層的反映，淺部的低阻層為基巖分化引起。

下面對各剖面作詳細分析。

1線、2線、3線剖面平行布設，從地電斷面圖（圖5）中可以看出，三條斷面圖中電性結構相似，表層中低電阻率帶為第四系的反映。其下第二電性層主體為高阻，部分高阻體之間穿插有低阻帶為元古界秦嶺巖群第一巖性段（Pt1Q1）地層的反映，局部的低阻帶為斷裂破碎帶的反應；結合已知地質資料分析，相對低阻帶異常位置、電阻率特征、延深等解譯成果見表2。

4線剖面與3線剖面斜交，從4線（圖6）中可以看出，剖面表層為第四系河谷沖積物及砂礫卵石層的反應。其下第二電性層主體高阻為元古界秦嶺巖群第一巖性段（Pt1Q1）地層的反映，部分高阻體之間穿插有低阻帶為斷裂破碎帶的反應。結合已知地質資料分析，相對低阻帶異常解譯成果見表3。

3.4推斷解譯成果

綜合以上物探成果研究區內主要斷層走向及傾向如圖7所示，其中F0和F7為本次物探工作新發現的隱伏斷裂破碎帶。3線CSAMT剖面17號點到31號點之間測量結果出現一處明顯寬緩低阻異常帶，該低阻帶向下延伸700m。推測F5、F0和F6在3線17號點到31號點之間交匯，推測3線17號點到31號點之間的低阻層由F5、F0和F61F6之間的構造破碎帶引起。CSAMT測量結果顯示3線剖面地表下部500m到700m之間有一明顯低阻層，推測此處為熱水流存在的有利區域。

4.結論

（1）研究區布格重力異常分布特征為：東南低，西北高，重力場分布特征呈北北東向展布。

（2）研究區共圈定重力異常2處，氡異常1處。其中重力異常G1與氡氣異常由F5、F6斷層之間破碎帶引起；推測G2異常可能由隱伏斷層引起。

（3）優選布格重力異常與氡氣異常對應關系較好的地段開展的CSAMT剖面測量，有效劃分了地層界限，圈定了多處呈低阻特征的構造破碎帶。其中F4、F5位置與產狀跟已知地質資料較吻合，而推斷F6構造破碎帶傾向南東，需進一步研究。推測F0、F7為隱伏構造破碎帶，其規模較大，具有一定的地熱勘探前景。

（4）3線CSAMT剖面異常明顯，推測F5、F0和F6在3線17號點到29號點之間交匯，3線地表以下500m到700m之間有為熱水流賦存有利區域。

參考文獻：

[1]薛建球，甘斌，李百祥，王志林，等；青海共和—貴德盆地增強型地熱系統（干熱巖）地質—地球物理特征[J].物探與化探， 2013， 37（1）： 35-41.

[2]孔維臻.地熱資源開發利用經濟評價研究[D].武漢：中國地質大學（武漢）. 2013.

[3]武斌.松潘甘孜地區地熱資源的地球物理勘探研究[D].成都：成都理工大學， 2013.

[4]張守訓，李百祥，等；天水及其南北地區溫泉分布的地質—地球物理特征[J].西北地震學報， 2006， 28（3）： 252-257.

[5]崔恒哲.綜合物探在地熱資源勘查中的應用[D].北京：中國地質大學（北京）， 2016.

[6]張建民.金川銅鎳礦區地球物理特征及深部成礦預測[D].吉林：吉林大學， 2019.

[7]李俊.內蒙古呼倫貝爾甘河地區土壤地球化學特征及成礦預測[D].北京：中國地質大學（北京）， 2016.

[8]岳想平，何萌，彭小珂，等； CSAMT在探測隱伏斷裂構造與巖層劃分中的應用[J].甘肅地質， 2018， 27（2）： 93-97.

[9]何繼善.可控源音頻大地電磁測深[M].北京：地質出版社， 1990.

[10]李金銘.可控源音頻大地電磁測深[M].北京：地質出版社， 2005.