徐彥鑫 李勃 宋曉軍 陳麗

摘 要：利用高密度電法、重力、可控源音頻大地電磁測深等方法綜合解釋奧陶系頂部巖層厚度、推斷了隱伏斷裂構(gòu)造、經(jīng)鉆探驗證發(fā)現(xiàn)了地下熱水、取得了很好的地質(zhì)效果。

關(guān)鍵詞：綜合物探；地熱勘查；隱伏構(gòu)造

1 前言

我國地熱資源開發(fā)利用正處于快速發(fā)展的時期，地熱資源作為綠色的清潔能源和可再生能源已普遍受到關(guān)注。地熱資源的分布與各類礦產(chǎn)資源分布一樣，主要受地質(zhì)構(gòu)造的制約。綜合物探方法是探測地質(zhì)構(gòu)造的有效方法，在地熱勘探中，我們?nèi)〉昧撕芎玫牡刭|(zhì)效果（圖1）。

圖1 物探工作綜合推斷成果圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

普查區(qū)屬于構(gòu)造侵蝕地形-低山丘陵。構(gòu)造地貌明顯，基巖裸露。區(qū)域構(gòu)造為寒嶺斷裂的分支，北東、北西走向，斷裂發(fā)育較多，呈平行狀。

2.1 地層

區(qū)內(nèi)出露的各時代地層較全，太古宇、元古宇、古生界、中生界及新生界均有分布。

新元古代地層為青白口紀地層，巖性為石英砂巖、鈣質(zhì)頁巖、粉砂巖。古生代地層最為發(fā)育，廣泛分布，出露有寒武紀、奧陶紀、石炭紀和二疊紀地層，巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、粉砂巖、鮞粒灰?guī)r。寒武紀、奧陶紀地層自下而上劃分為：堿廠組、饅頭組、張夏組、崮山組、炒米店組、冶里組、亮甲山組和馬家溝組。二疊紀地層出露為山西組地層和石盒子組。新生代地層僅出露第四紀全新世地層。

2.2 構(gòu)造

斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要為北東向的區(qū)域性壓性-壓扭性構(gòu)造、近東西向的區(qū)域性壓性-壓扭性構(gòu)造。

2.3 水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)總地勢北高南低，東西高中間低。地表水和地下水由丘間溝谷匯入河流。區(qū)域地下水類型可劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙層間水、基巖裂隙水和碳酸巖裂隙溶洞水。

大氣降水是區(qū)內(nèi)地下水的主要補給來源，河水也是溝谷洼地和河谷平原地下水的又一主要補給水源。

2.4 地熱地質(zhì)條件

普查區(qū)區(qū)域地熱類型為傳導型。古生代奧陶系馬家溝組厚層狀灰?guī)r，在盆地向斜中心部位及北東、北西斷裂發(fā)育部位，具有較好的含水性，為主要控水斷裂。根據(jù)以往資料，該區(qū)地溫增溫梯度約為3.58℃/100m。

3 地球物理特征

電性參數(shù)測定結(jié)果表明：砂巖、頁巖、泥巖電阻率值最低，在幾百Ω.M左右，灰?guī)r為中阻，電阻率值在1000Ω.M左右，白云巖、片麻巖電阻率值都較高，一般在5000-10000Ω.M。區(qū)內(nèi)巖層電性差異較大（表1）。

砂巖、頁巖密度在2.2克/cm3左右，與其他巖性之間密度相差0.3-0.6克/cm3，這為重力方法劃分巖性分界帶及構(gòu)造斷裂提供了可行性，而斷裂帶由于含水和空隙較大，可以產(chǎn)生較為明顯的重力異常（表2）。該區(qū)具備良好的地球物理前提。

4 工作方法

4.1 高密度電法

野外工作采用WGMD-6分布式三維高密度電阻率成像系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，采用α排列的溫納四極裝置（AMNB）觀測，工作電極極距5m。

數(shù)據(jù)處理過程是把探測現(xiàn)場實地探測記錄存儲的原始數(shù)據(jù)文件*·dat，調(diào)入CRT數(shù)據(jù)處理軟件，首先經(jīng)過壞點切除和滑動平均等圓滑處理后生成預(yù)處理數(shù)據(jù)*·tmp文件，對*·tmp文件進行地形校正生成地改結(jié)果文件*·top，對*·top文件進行反演；反演計算生成反演結(jié)果文件*·inv，通過對*·inv文件網(wǎng)格化、等值線劃分，生成位圖文件*·bmp，即視電阻率ρs CT剖面圖像。

4.2 重力勘探

野外數(shù)據(jù)采集使用加拿大Scintrex公司生產(chǎn)的CG-5自動讀數(shù)重力儀，觀測參數(shù)為相對重力值（gal）。

野外使用手持GPS定點；在每個測量點上進行重力測量，每次讀數(shù)時間33秒，讀3次數(shù)，連續(xù)讀數(shù)差不超過0.020×10-5m/s2作為重力測點觀測值，最后閉合于起始基點。重力儀在一段時間之后動態(tài)掉格比較大后儀器將做靜態(tài)試驗，設(shè)置漂移值，確保每天閉合差不大于0.150×10-5m/s2。

4.3 可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）

測量系統(tǒng)采用美國進口的GDP-32Ⅱ多功能接收機，由4個通道分別測量4個觀測點的電場和磁場值，最后轉(zhuǎn)換為卡尼亞電阻率貯存。供電電源采用美國進口的ZMG30發(fā)電機、GGT30大功率發(fā)射機和XMT-32同步控制器對其控制輸出，頻率從0.125Hz到8192Hz。由人工進行調(diào)節(jié)，控制供電電流的大小。A、B兩端大極點分別采用0.8m長20根銅電極打直徑2m圈，選用直徑0.5cm的聚乙烯32股銅絲供電線作為供電導線。

在開工前，首先檢查接收機工作電壓是否達到12.4V以上，并在開機1小時后對接收機和發(fā)射機控制器XMT-32的同步檢查，看兩者是否完全同步，如不同步進行調(diào)節(jié)，待完全同步時方可投入野外生產(chǎn)。

5 成果解釋

5.1 高密度電法

高密度電阻率剖面一般采用擬斷面等值線彩色圖或灰度圖來表示，由于它表征了地電斷面每一測點的視電阻率的相對變化，因此該圖在反映地電結(jié)構(gòu)特征方面具有更為直觀和形象的特點。

圖2 剖面1溫納排列的反演結(jié)果

從反演結(jié)果看， 1號剖面淺部在地面750米處出現(xiàn)高低阻電性結(jié)構(gòu)變化，向大號方向電阻率高，小號方向電阻率低，形成一條傾向南西，傾角在60°～70°之間的接觸帶，結(jié)合地質(zhì)條件及多條剖面，推斷為斷裂引起的電性結(jié)構(gòu)變化，斷裂編號為F1（見圖2）。

5.2 重力勘探

從重力異常推斷成果圖看，重力異常水平梯度變化明顯，表現(xiàn)為三個高值梯度帶，這些高值梯度帶為布格重力異常的接觸帶，是斷裂構(gòu)造的反映。據(jù)此推斷斷裂構(gòu)造三條，分別編號為F1、F2、F3。F1斷裂走向北西，F(xiàn)2斷裂走向北東，F(xiàn)3斷裂走向北西（見圖3）。

5.3 可控源音頻大地電磁測深

CSAMT探測為減小耦合采用一磁四電的觀測方式，經(jīng)二維反演消除了地形影響和靜態(tài)效應(yīng)，形成CSAMT視電阻率二維反演斷面圖（見圖4）。圖中基本反映了區(qū)內(nèi)巖性特征。其電性特征總體反映為：電性表現(xiàn)為兩側(cè)視電阻率高中間低，小號點高阻值在5000Ω.M以上，大號點阻值在1200Ω.M以上；小號點處地表出露巖性為太古界片麻巖，為明顯高阻，與探測結(jié)果對應(yīng)，其上部為奧陶系地層；中部低阻下凹反映了地層的向斜特征，小號點處深部中阻為奧陶系地層。根據(jù)區(qū)內(nèi)巖石參數(shù)測定及已知區(qū)內(nèi)地層分布特征，虛線為推斷奧陶系地層頂部位置。

5.4 綜合推斷解釋

根據(jù)探測區(qū)地質(zhì)特征及巖石參數(shù)測定結(jié)果，結(jié)合重力推斷結(jié)果、高密度電阻率探測結(jié)果及CSAMT視電阻率推斷結(jié)果，與已知地層巖性對比可見：奧陶系灰?guī)r及巖溶強烈發(fā)育提供了儲水空間，重力測量推斷了F1、F2斷裂為區(qū)內(nèi)地熱資源提供了控水構(gòu)造，高密度電阻率反映了F1斷裂的位置及產(chǎn)狀，為地熱水的補給提供了來源；CSAMT探測反映了奧陶系地層深度及地層向斜構(gòu)造核部位置，為尋找最好的地下水深度增溫及位置提供了依據(jù)。綜合分析認為，向斜的核部即F1、F2斷裂交匯處為地熱水賦存最有利部位。

6 工程驗證結(jié)果

綜合物探提供鉆孔位置ZK1位于CSAMT16線的3200號點處，F(xiàn)1、F2斷裂交匯部位，向斜構(gòu)造核部，孔深1500米。該孔0～16m為第四系粘土、砂礫石，至1389m為馬家溝組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，巖溶強烈發(fā)育，溶蝕形態(tài)以溶蝕面為主，并伴有針狀溶蝕及串珠狀溶蝕，見熱水，井口測試的溫度達52℃，出水量大于500T/d，該層灰?guī)r為熱儲層。

7 結(jié)束語

綜合物探方法是研究地熱田及其外圍地區(qū)地球物理場特征以及尋找地熱資源的一種行之有效的勘查手段。本區(qū)利用綜合物探方法，發(fā)現(xiàn)了熱儲層及導水構(gòu)造，經(jīng)工程驗證，尋找到了地熱資源。該方法在本區(qū)取得了良好的找地熱效果。

隨著電子技術(shù)的不斷進步及勘查技術(shù)的研究，國內(nèi)外物探儀器研制與生產(chǎn)也取得了較大進展，勘探深度已達2000～3000米以上，可以預(yù)料，綜合物探方法在地熱普查中的應(yīng)用會越來越廣泛。

作者簡介：徐彥鑫（1960-），男，遼寧撫順市人，1981年畢業(yè)于遼寧冶金地質(zhì)學校，工程師，長期從事工程物探、地質(zhì)物探找礦工作。