李 廣，李春偉，王國(guó)鈞，楊富強(qiáng)

( 1.湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三一一大隊(duì)，湖南 長(zhǎng)沙 410100；2.新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局地球物理探礦隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830011；3.福建省核工業(yè)二九四大隊(duì)，福建 福州 350000；4.廣西壯族自治區(qū)地球物理勘察院，廣西 柳州 545005 )

0 引言

地球物理勘查是地?zé)豳Y源勘查的重要手段之一，國(guó)內(nèi)外同行在斷裂破碎帶對(duì)流型和斷陷盆地傳導(dǎo)型[1]的地?zé)豳Y源勘探中，已經(jīng)成功運(yùn)用激電電阻率測(cè)深和CSAMT等多種綜合物探方法，并取得了顯著的勘探成果[1-10]。由于地下熱水能夠使巖層電阻率降低[2，9]，以往地?zé)豳Y源調(diào)查中激電電阻率法一直是應(yīng)用廣泛且快速有效的方法[5，8]，在美國(guó)、墨西哥、日本、新西蘭、澳大利亞、意大利、冰島等許多國(guó)家地?zé)崽锟辈闀r(shí)，均應(yīng)用了電阻率法并都取得了良好的地質(zhì)效果[4，9，11]。雖然激電測(cè)深中淺部極距密，連續(xù)采集的豐富信息對(duì)中淺部的地質(zhì)體在水平方向具有很強(qiáng)的分辨率，但隨著地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用，勘探深度也越來(lái)越大(大于2000 m)[1]，加之諸多干擾因素的存在，地表觀測(cè)到由地?zé)岙惓Ｒ鸬碾娮杪什町愒絹?lái)越小或異常無(wú)法辨認(rèn)，激電測(cè)深對(duì)中深部地質(zhì)體的分辨率和有效性明顯降低[9]，由于儀器及方法自身原因，常規(guī)電法已經(jīng)難以滿足深部地?zé)峥碧降男枨蟆６鳦SAMT法利用人工源，具有場(chǎng)源信號(hào)強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、勘探深度大、勘探環(huán)境適應(yīng)范圍寬及工作效率高的特點(diǎn)[3，12-14]，既不受高阻層的屏蔽，又對(duì)中深部良導(dǎo)體有較高的分辨力的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外大多數(shù)開(kāi)發(fā)地?zé)岬膰?guó)家取得了十分滿意的勘探成果[1，3-4，8-9，12-15]。雖然CSAMT法對(duì)深度達(dá)2000 m以上的隱伏構(gòu)造和巖體有較高的分辨率和較大的勘探深度[1，12，15-16]，但CSAMT法高頻點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)稀少，對(duì)中淺部的地質(zhì)體分辨率偏低。另外由于方法固有的局限性及熱儲(chǔ)的復(fù)雜地質(zhì)特征，高阻圍巖與低阻目標(biāo)體規(guī)模差異大，受體積效應(yīng)影響，致使反演結(jié)果對(duì)地下分層的界限、厚度及阻值大小的確定存在一定程度上的困難[9，12，16]。因此，在地?zé)峥辈橹羞x用具有不同勘探深度和抗干擾能力的測(cè)深方法，由淺入深地探測(cè)不同成因的地?zé)豳Y源也顯得愈發(fā)重要[8，10，16]。

本文以兩種成熟應(yīng)用的測(cè)深方法在平江縣南江鎮(zhèn)龍泉灣地區(qū)探測(cè)與地下熱水有成因關(guān)系的隱伏斷裂、花崗巖構(gòu)造破碎帶及熱儲(chǔ)體的空間分布為實(shí)例，利用激電測(cè)深資料對(duì)CSAMT中淺部數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充修正解釋并做綜合反演，充分利用了兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，探討兩種測(cè)深法在探測(cè)不同深度地質(zhì)體的應(yīng)用效果，較好地解決了不同深度的熱儲(chǔ)構(gòu)造特征及基巖起伏形態(tài)，分析了兩種方法聯(lián)合應(yīng)用的利弊，為今后在地?zé)峥辈榉椒ㄟx用提供了依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地層、構(gòu)造、巖漿巖

工作區(qū)為花崗巖出露區(qū)(圖1)，地層只有少量第四系(Q)，主要為黏土、砂、礫松散沖積物。

圖1 工作區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

1.2 水文地質(zhì)

工作區(qū)地下水類型劃分為兩種：①第四系孔隙潛水，中等富水性，區(qū)內(nèi)分布較廣，以大氣降水補(bǔ)給為主，區(qū)內(nèi)河流、溪溝是地下水的主要排泄通道。②花崗巖基巖裂隙水，水量弱至中等，由于花崗巖風(fēng)化程度不一，導(dǎo)致其含水性有差異。以大氣降水補(bǔ)給為主，地下水以裂隙含水為主，地下水一般沿構(gòu)造裂隙運(yùn)移，地下水循環(huán)深度不大，流向?yàn)榇怪被蛐苯桓浇鼪_溝，以泉的形式排泄。兩種類型地下水動(dòng)態(tài)隨降水量變化明顯，雨季流量大，枯季流量小。

1.3 地下熱水

本區(qū)熱儲(chǔ)為花崗巖構(gòu)造破碎帶熱儲(chǔ)(圖1)。區(qū)內(nèi)大面積出露燕山期花崗巖，巖漿余熱為地下水提供熱源，深部循環(huán)水將熱量帶到地表。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，擠壓破碎強(qiáng)烈，具有良好的空隙性，是導(dǎo)水、導(dǎo)熱的構(gòu)造，為良好的水熱交換通道。地下熱水的補(bǔ)給源主要是大氣降水，其通過(guò)地表構(gòu)造、裂隙向下滲入，沿裂隙、構(gòu)造進(jìn)行深部循環(huán)，在有利部位以泉的形式排泄于地表。區(qū)內(nèi)F1斷層上盤已出露3處溫泉，有熱水涌出，水溫為28℃。

1.4 地球物理特征

巖石和水的電阻率均與溫度有密切的關(guān)系，由于巖漿侵入，地層溫度升高，當(dāng)水的溫度高或巖石孔隙、裂隙中充填有熱水時(shí)，電阻率會(huì)明顯降低。溫度越高，溶解能力增強(qiáng)，隨之水礦化度增高，離子活性增加，電阻率降低；隨著礦化度增高，極化率升高，地下熱水的礦化度往往比普通水要高，這就造成了普通水和地下熱水不同的電阻率差異(表1)。

表1 工作區(qū)巖石電性參數(shù)

工作區(qū)大部分為第四系松散沖積物所覆蓋，電阻率最低，但厚度較??；斷裂構(gòu)造、破碎帶等含水構(gòu)造顯示為低電阻率特征，視含水構(gòu)造帶規(guī)模、深度大小及含水性影響，電阻率變化較大；花崗巖為本區(qū)電阻率最高的巖石。含熱水?dāng)鄬悠扑閹c覆蓋層、花崗巖的電阻率差異達(dá)5倍以上，為激電測(cè)深和電磁法工作提供了地球物理前提。

2 工作方法

先施工激電測(cè)深，采用SQ-3C輕便型雙頻道數(shù)字激電儀，高頻為4 Hz，低頻為4/13 Hz，觀測(cè)幅頻率Fs和電祖率ρs。采用對(duì)稱四極裝置，供電極距AB最小20 m，最大1200 m，按20 m等間隔遞增；接收極距最小為10 m，最大為40 m。

CSAMT測(cè)深使用GDP-32多功能電法儀，采用赤道偶極裝置進(jìn)行標(biāo)量測(cè)量，供電極距AB=1000 m，收發(fā)距r=7500 m，頻率范圍為0.125～9600 Hz，測(cè)量極距MN=20 m或40 m，測(cè)點(diǎn)距為20 m或40 m。資料處理采用二維圓滑模型反演軟件(SCS 2D)進(jìn)行，利用激電測(cè)深成果為CSAMT資料中淺部校正提供地電模型，將反演電阻率斷面進(jìn)行地質(zhì)解釋。激電測(cè)深和CSAMT剖面同點(diǎn)位布設(shè)在圈閉的地溫場(chǎng)高異常區(qū)。

3 資料解釋及測(cè)深效果對(duì)比

3.1 已知熱泉的電阻率模型

圖2 0線CSAMT測(cè)深及地質(zhì)解釋綜合斷面

反演電阻率橫向變化較大，中西部表層低阻層較厚，東南側(cè)逐漸變薄，乃至基巖出露，特別是在400點(diǎn)出現(xiàn)電阻率橫向間斷現(xiàn)象，與花崗巖體中的斷裂破碎帶界限一致，電阻率特征明顯表現(xiàn)出花崗巖構(gòu)造破碎帶熱儲(chǔ)的電性特征。沿?cái)嗝娣謩e在150點(diǎn)、360點(diǎn)附近出現(xiàn)清晰的電阻率橫向變化帶，推斷為地下熱水上涌充填巖石空隙而造成的低阻區(qū)，分別由斷層F2、F1引起，其中F1斷距較大。F2略傾向NW，延深約450 m；F1近乎直立，延深大于1000 m，320～360點(diǎn)間700 m深處的相對(duì)低阻區(qū)為斷裂破碎帶充滿熱水后形成的熱儲(chǔ)反映。較寬的低阻異常在縱向上連續(xù)性好，說(shuō)明F1斷層附近存在一定規(guī)模的斷裂破碎帶，是地?zé)嵘嫌康耐ǖ篮蛢?chǔ)熱場(chǎng)所。溫泉Q03出露點(diǎn)位于低阻異常中心的西側(cè)，有熱水涌出，說(shuō)明了斷面內(nèi)低阻異常能夠直接反映熱儲(chǔ)位置。

由于斷面內(nèi)電阻率縱向分層特征也非常明顯，根據(jù)電阻率特征很容易就可區(qū)分出第四系蓋層、不同風(fēng)化程度的二(黑)云母二長(zhǎng)花崗巖界線。圖2斷面圖中400點(diǎn)以東出現(xiàn)淺覆蓋的高阻區(qū)，反映了其深部存在基底隆起構(gòu)造。經(jīng)ZK01鉆孔驗(yàn)證顯示孔深502 m處水溫達(dá)44.5℃，涌水量為1200 m3/d，CSAMT測(cè)深資料的地質(zhì)推斷結(jié)果與實(shí)際情況基本一致。

3.2 利用電測(cè)深曲線確定花崗巖和斷裂構(gòu)造的特征

2線100點(diǎn)花崗巖電測(cè)深曲線特征為A型(圖3)，局部因巖石裂隙發(fā)育，電阻率略有降低，使曲線局部呈H型。依據(jù)電測(cè)深曲線得出強(qiáng)風(fēng)化花崗巖巖體頂板埋深為13～20 m，視電阻率一般大于600 Ω·m。淺表覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化層的幅頻率稍高，達(dá)到2%，隨深度增大幅頻率略有降低，變化較??；當(dāng)AB極距繼續(xù)加大時(shí)，曲線尾支沿45°角上升，預(yù)示著240 m以下的花崗巖較為完整。

2線160點(diǎn)斷裂構(gòu)造電測(cè)深曲線類型為K型(圖3)，電性上可分為三層，分別對(duì)應(yīng)低阻覆蓋層、中低阻裂隙發(fā)育帶、破碎帶富熱水低阻層，至深部電阻率持續(xù)減小，視電阻率大部分小于200 Ω·m，兩條曲線反映的視電阻率差值近3倍，形成了鮮明的對(duì)比。通過(guò)電測(cè)深曲線反算出該區(qū)第四系厚度為50～100 m。中淺部裂隙發(fā)育帶的幅頻率Fs>2%，中深部幅頻率Fs減小后略有增長(zhǎng)，穩(wěn)定在2%±，說(shuō)明破碎帶的中深部礦化度偏高，低電阻率、中低幅頻率預(yù)示著深部熱水溫度增高。

圖3 花崗巖與斷裂構(gòu)造測(cè)深曲線圖

3.3 兩種測(cè)深方法解決地質(zhì)問(wèn)題效果對(duì)比

2線為第四系所覆蓋(圖4)，兩種測(cè)深斷面電阻率異常宏觀上基本相似，可分為三層。電阻率小于300 Ω·m的低阻層較穩(wěn)定，厚12～30 m，東南部低阻層較厚，與第四系覆蓋層吻合較好；其下層在縱向上電阻率逐漸增大，與風(fēng)化程度不同的二(黑)云母二長(zhǎng)花崗巖有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；阻值300～800 Ω·m的中高電阻率層厚約240 m，為花崗巖巖體頂界面。整體看基巖頂界面平緩，中部基底略有隆起的趨勢(shì)。

圖4 2線激電測(cè)深斷面及CSAMT反演電阻率綜合圖

沿?cái)嗝嬖?0點(diǎn)均出現(xiàn)明顯的電阻率橫向梯度變化帶，在180點(diǎn)出現(xiàn)較寬大的間斷現(xiàn)象，縱向延伸大，異常連續(xù)，認(rèn)為低阻區(qū)與地下熱水上涌充填巖石空隙密切相關(guān)，故均推測(cè)低阻異常為斷層F2、F1的反映，與遙感推測(cè)的斷層特征吻合。其中，F(xiàn)2斷層近乎直立，延深大于300 m，低阻異常較窄，預(yù)示著斷距較小，為壓性斷層；且幅頻率Fs均小于2%，礦化度偏低，不利于地下熱水的富集、運(yùn)移；180點(diǎn)處的F1斷層出現(xiàn)較寬的低阻異常(均小于400 Ω·m)，斷距約50 m，推測(cè)其為張性斷層；對(duì)應(yīng)幅頻率Fs值較高，一般大于2%，最高達(dá)4.3%；低阻異常體略微傾向NW(傾角80°～90°)；淺部寬度達(dá)50 m，至中深部200 m以下寬度仍有35 m，低電阻率、高幅頻率Fs異常在縱向上連續(xù)性好，延深大于900 m，深部未見(jiàn)封閉，且位于地溫場(chǎng)高異常區(qū)，說(shuō)明F1礦化度較高，裂隙較發(fā)育，充填物少，存在含熱水的連續(xù)性較好的深斷裂破碎帶。因此，該斷面140點(diǎn)～180點(diǎn)之間小于400 Ω·m的范圍是地下熱水的中心和上涌通道，此處即為本區(qū)地?zé)峥碧降闹攸c(diǎn)異常區(qū)。

兩種測(cè)深結(jié)果顯示(圖4)，雖然異常形態(tài)整體上相似，均發(fā)現(xiàn)了兩處縱向延深較大的低阻異常，與溫泉Q01出露28.8℃熱水的特征吻合，證明反演的電阻率剖面是真實(shí)的；但自地表至300 m深度激電測(cè)深電阻率和CSAMT測(cè)深反演電阻率斷面在地質(zhì)體橫向和縱向分辨能力上有著較大的差異。在本次工作參數(shù)前提下，以激電測(cè)深最大有效勘探深度作為分界線，認(rèn)為兩種測(cè)深的臨界點(diǎn)深度為300 m。依據(jù)花崗巖、斷裂構(gòu)造的物性特征和電阻率斷面建立了兩種測(cè)深方法的推斷模型(圖5)，并在剖面上低阻異常中心西側(cè)布置ZK201驗(yàn)證分析，在孔內(nèi)發(fā)現(xiàn)了比較連續(xù)的破碎帶，在210～250 m深度發(fā)現(xiàn)了低溫?zé)崴?，說(shuō)明低阻異常與地下熱儲(chǔ)有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用低阻異常能夠指明熱儲(chǔ)位置及空間特征。

圖5 兩種測(cè)深地質(zhì)推斷圖

通過(guò)成果對(duì)比發(fā)現(xiàn)激電測(cè)深在中淺部分辨率高，反映不同地質(zhì)體的界線清晰，異常細(xì)節(jié)豐富。在0號(hào)點(diǎn)和220號(hào)點(diǎn)存在兩處明顯的低阻異常，推測(cè)為隱伏次級(jí)小斷層，而在CSAMT斷面中這兩條斷層的異常沒(méi)有顯示。經(jīng)過(guò)激電測(cè)深校正過(guò)的CSAMT反演電阻率對(duì)深部電性結(jié)構(gòu)的變化反映明顯，不僅能準(zhǔn)確反映儲(chǔ)熱斷層產(chǎn)狀和熱儲(chǔ)體的空間分布，也可以基本看清花崗巖基底的起伏形態(tài)，還能劃分出風(fēng)化程度不同的巖體界線，兩種方法在龍泉灣地?zé)峥辈橹邢嗷ポo助，均得到了較好的應(yīng)用效果。

另外，區(qū)內(nèi)多條平行布設(shè)的測(cè)深斷面圖中均出現(xiàn)橫向上突變、縱向上延深較大的低阻異常區(qū)(圖1)，把這些異常中心連接起來(lái)，即可勾畫出隱伏斷層F2、F1的走向。區(qū)內(nèi)多處溫泉出露點(diǎn)均沿F1展布，說(shuō)明在地下熱水等溫線與視電阻率低阻區(qū)一致性時(shí)，F(xiàn)1具有尋找斷裂破碎帶對(duì)流型地?zé)豳Y源的潛力。

4 結(jié)論

在地?zé)峥辈橹羞x擇適應(yīng)勘查目標(biāo)要求的方法才能達(dá)到設(shè)計(jì)的工作目的。本文依據(jù)激電測(cè)深和CSAMT測(cè)深兩種方法的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，相互驗(yàn)證，既節(jié)約了成本，又提高了勘查手段的觀測(cè)、解釋精度，減少了單一方法多解性的不足。本實(shí)例著重從抗干擾能力、電阻率分辨率、探測(cè)深度及解決地質(zhì)問(wèn)題效果方面對(duì)兩種方法作了對(duì)比。

1)在人文干擾較強(qiáng)的區(qū)域開(kāi)展激電測(cè)深將會(huì)受到較大的影響，造成測(cè)深曲線扭曲變形，有用異常被掩蓋甚至無(wú)法識(shí)別；而CSAMT法采用大功率發(fā)射源，采樣頻率中濾去了各種工業(yè)電干擾，抗干擾能力強(qiáng)于激電電法。

2)激電測(cè)深斷面對(duì)中淺部陡立低阻體反映特別明顯，橫向電阻率變化梯度帶界線更加清晰，反映的斷層位置更準(zhǔn)確；但縱向分辨率較差，對(duì)于地層分層、劃分巖體界線較困難。同時(shí)，幅頻率參數(shù)的大小與地下水礦化度呈正相關(guān)關(guān)系，可以間接判斷含熱水的斷層破碎帶溫度的變化情況，從多參數(shù)分析熱儲(chǔ)構(gòu)造特征。而CSAMT測(cè)深由于高頻采樣點(diǎn)稀疏，反映中淺部地質(zhì)體的信息量比較匱乏，反演電阻率中淺部低阻異常、中深部反映基巖的高阻區(qū)會(huì)有較為明顯的放大現(xiàn)象，不同性質(zhì)的地質(zhì)體橫向變化界線不是很清晰，給斷層位置和巖體邊界判斷帶來(lái)一定誤差。但CSAMT法縱向分辨率好，反演電阻率能較為準(zhǔn)確地反映基巖起伏形態(tài)、劃分地層和巖體界線，且勘探深度大，中深部采集到的豐富信息能夠解決深部構(gòu)造特征的問(wèn)題。

3)激電測(cè)深中淺部勘探深度基本與最大供電極距的1/4對(duì)應(yīng)，能夠有效解決淺層300 m以內(nèi)的地質(zhì)問(wèn)題，兩種方法的臨界深度為300 m。激電測(cè)深在低阻區(qū)施工具有一定的困難，隨著供電極距的增大，勘探深度不會(huì)隨之增大。低阻覆蓋層雖然對(duì)電磁波的吸收也會(huì)造成CSAMT法勘探深度降低，但仍能在深部地?zé)峥碧街蝎@得較好的地質(zhì)效果。

4)由于兩種方法具有不同的分辨能力、抗干擾能力和勘探深度，所獲取的數(shù)據(jù)從不同角度均對(duì)地下隱伏巖體和斷裂構(gòu)造有較好的認(rèn)識(shí)。在本文實(shí)例中優(yōu)先使用方法成熟、價(jià)格低廉的激電測(cè)深查明淺部?jī)?chǔ)熱構(gòu)造特征，為下部深層勘探提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，其成果也能為CSAMT資料中淺部校正提供地電模型，提高反演的精度；反過(guò)來(lái)，利用CSAMT反演電阻率的特征對(duì)激電測(cè)深斷面深度進(jìn)行校正，達(dá)到了取長(zhǎng)補(bǔ)短的效果。通過(guò)激電測(cè)深斷面可以驗(yàn)證CSAMT反演電阻率是否可靠，為中深部地質(zhì)解釋提供了依據(jù)。實(shí)例中兩種測(cè)深解譯成果都與實(shí)際地質(zhì)情況吻合，說(shuō)明兩種方法對(duì)地?zé)峥辈槭怯行У摹?/p>