韓埃洋，柴培琪，張文斌

(甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅天水 741020)

0 引言

天水市地?zé)豳Y源受斷裂構(gòu)造控制，具有形成帶狀中低溫地?zé)崽锏幕A(chǔ)地質(zhì)條件。由斷裂兩側(cè)水溫差異可知，武山溫泉—天水甘泉深大斷裂既是區(qū)內(nèi)地?zé)岬膶?dǎo)水通道，又是隔水邊界。熱源為隱伏的燕山期或海西期花崗質(zhì)侵入巖，熱儲(chǔ)為斷裂帶內(nèi)的碎裂巖，蓋層為裂隙不發(fā)育的中元古界葫蘆河群變質(zhì)巖、下古生界牛頭河群硅化大理巖、泥盆系大草灘群變質(zhì)巖和新近系泥巖。

通過對(duì)勘查區(qū)以往工作成果和區(qū)域斷裂構(gòu)造的分析研究，麥積區(qū)穎川河異常區(qū)屬于受構(gòu)造斷裂控制的裂隙型地?zé)豳Y源，以帶狀為主，兼有層狀熱儲(chǔ)特點(diǎn)。異常區(qū)內(nèi)地層溫度較高，大地?zé)崃髦禐?5.66 mW/m2，比我國大陸大地?zé)崃髌骄?61.53 mW/m2)高23%。區(qū)內(nèi)基底隆起，周邊燕山期中酸性侵入巖體呈出露或半隱伏狀態(tài)，花崗巖化程度較高，侵入時(shí)代較新，經(jīng)測(cè)試地下水中SiO2、F-含量較高，地溫異常明顯。大柳樹南2 km的林業(yè)學(xué)校(原地震臺(tái))院內(nèi)，有一眼地震觀測(cè)孔，為承壓自流井，井深380 m，井底溫度32℃，地溫梯度4.93℃/100 m，大地?zé)崃?1.24 mW/m2，顯示了較高的地?zé)岜尘?。?jù)相關(guān)物探資料表明，勘查區(qū)地層電性可分為三層，上表層為次高阻覆蓋層；中間層為低阻地層，電阻率2～15 Ω·m，厚度200～400 m，以新近系黏土巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，其間夾雜不連續(xù)次高阻的砂礫石透鏡體；基底層為高阻地層，電阻率50～1500 Ω·m，以牛頭河群中深變質(zhì)巖為主。區(qū)內(nèi)潁川河谷東側(cè)接近山頂處分布有阮家山—李家山斷裂，呈NEE走向，電阻率剖面以陡傾低阻帶切割水平地層為特征，推測(cè)該處存在斷裂破碎帶。

地下熱水主要接收大氣降水入滲補(bǔ)給，沿?cái)嗔哑扑閹搅?，并?jīng)深循環(huán)加熱轉(zhuǎn)化而成。斷裂構(gòu)造是熱流上升的通道，大氣降水滲入地下一定深度，受地殼正常地溫梯度和巖石生熱加熱，熱水沿?cái)嗔淹ǖ郎钛h(huán)上升。因此，本次地?zé)峥辈楣ぷ鞯闹攸c(diǎn)是勘查地層巖性、斷裂構(gòu)造和基底特征。

1 地質(zhì)及地球物理背景

1.1 地層

(1)中新元古界葫蘆河群(Pt2-3hlb)。主要分兩組巖性，a組為黑云母石英片巖、二云母石英片巖夾少量榴云片巖，b組為黑云母石英片巖/千枚巖、絹云母石英千枚巖夾千枚狀粉砂巖、石英細(xì)砂巖。

(3)古近系(E)。區(qū)內(nèi)各溝谷中均有出露，巖性為棕紅色砂礫巖、砂巖夾泥巖及含礫泥巖，總厚度大于900 m，不整合于下伏地層，傾角為8°～40°，傾向?yàn)?05°～335°。

(4)新近系(N)。區(qū)內(nèi)各溝谷中均有出露，超覆不整合于古近系巖層之上，巖性為棕紅色泥巖夾砂礫巖及灰白—灰綠色黏土巖，總厚度大于1000 m，傾角6°～12°，傾向?yàn)?40°～5°。

1.2 花崗巖

區(qū)內(nèi)主要為燕山期和海西期花崗巖。

燕山期花崗巖在勘查區(qū)東部石溝至放馬灘一帶小范圍出露，呈淺紅色，中粗粒結(jié)構(gòu)，風(fēng)化程度較輕，巖石面較新鮮，但節(jié)理裂隙較為發(fā)育。區(qū)內(nèi)花崗巖多沿走向侵入中泥盆系地層。據(jù)區(qū)域地質(zhì)報(bào)告，該侵入巖為酸性巖漿巖，化學(xué)成分以SiO2為主，含量高達(dá)75%，與同期構(gòu)造有關(guān)的內(nèi)生礦產(chǎn)有多金屬、稀有金屬等，并富含堿性成分和放射性元素。該期花崗巖呈巖基狀產(chǎn)出，所以可能構(gòu)成區(qū)內(nèi)深部基底。

海西期花崗巖在區(qū)內(nèi)出露面積較小，在街子南側(cè)及黃家峽北側(cè)一帶有零星出露，呈灰白色中粒白云母花崗巖，侵入中泥盆系地層中。因受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，并具片麻狀構(gòu)造，該花崗巖也受到燕山期花崗巖的侵入。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

天水市位于青藏高原東北緣，地處中央造山系中段和祁連—西秦嶺接合部位造山帶，同時(shí)橫跨在中國中部南北向構(gòu)造帶上，是古亞洲構(gòu)造域、特提斯構(gòu)造域和太平洋構(gòu)造域復(fù)合疊加的構(gòu)造部位。奧陶紀(jì)以來，勘查區(qū)的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變?yōu)槭湛s體制，華北大陸與揚(yáng)子大陸相向運(yùn)動(dòng)，至志留紀(jì)板塊強(qiáng)烈碰撞，使震旦—奧陶紀(jì)裂陷海槽最終封閉，褶皺造山，地殼收縮變厚。區(qū)域上形成了祁連—北秦嶺加里東造山帶，奠定了本區(qū)近東西向的構(gòu)造格局。

綜合分析前人地質(zhì)資料，主要有5條斷裂構(gòu)造對(duì)區(qū)內(nèi)地下熱水形成具有控制意義。

(1)武山溫泉—天水甘泉深大斷裂。西起武山溫泉，向南東經(jīng)水河峪、上寨、山場村、皂郊鎮(zhèn)、田家河、甘泉，并繼續(xù)向南東延伸，走向290°～310°，斷裂結(jié)構(gòu)面傾向南西，沿走向有舒緩彎曲和波狀擺動(dòng)，傾角70°，為高角度逆沖斷層。斷裂可能發(fā)生在早古生代，完成于中生代燕山期，在與東西褶皺帶復(fù)合過程中切割了東西向構(gòu)造，并對(duì)新近系地層有掀斜和壓扭作用，屬活動(dòng)性斷裂，至新生代仍有活動(dòng)。該斷裂帶上武山和街子兩處有溫泉出露。

(2)四房灣—興隆鎮(zhèn)斷裂。為上泥盆統(tǒng)大草灘群斷裂，走向300°，傾向北東，傾角80°，沿走向有舒緩波狀彎曲，可見長度14 km，是一條與主干斷裂平行但傾向相反的逆沖斷層。

(3)街子斷層。位于勘查區(qū)西南部，斷裂規(guī)模較小，向西南方向延伸出勘查區(qū)，走向50°，傾角75°。該斷裂切割地層為海西期花崗巖與古近系砂礫巖，應(yīng)屬張性斷裂。

(4)賈家河—溫家莊斷層。位于勘查區(qū)南部，向西南延伸，為區(qū)內(nèi)主要斷裂。切割地層為中泥盆統(tǒng)黑云母片麻巖和古近系砂質(zhì)泥巖地層，斷裂破碎帶寬度約50 m，破碎帶中為糜棱巖和角礫巖。角礫巖的成分為黑云母片麻巖，受斷裂擠壓錯(cuò)動(dòng)影響，片麻巖類地層中的小錯(cuò)動(dòng)、裂隙及節(jié)理極為發(fā)育，裂隙節(jié)理面上綠泥石化強(qiáng)烈，填充于裂隙中。斷層走向45°～50°，傾向NW，傾角80°～85°，屬壓扭性斷裂。

(5)康家崖斷裂。位于勘查區(qū)東南部，因植被覆蓋斷裂露頭極少，僅在康家崖附近有出露。切割地層為中泥盆統(tǒng)的黑云母片麻巖和古近系砂礫巖，斷裂帶內(nèi)見有受擠壓影響而破碎強(qiáng)烈的角礫巖、糜棱巖等。角礫巖成分為黑云母片麻巖，受斷裂擠壓影響，附近的片麻巖類地層極為破碎。該斷裂走向NE30°～35°，傾向NW，傾角75°～80°，屬壓扭性斷裂。

以上斷裂總體特征為：一是均為古近系紅色地層與新生界以前地層接觸，表明這些斷裂具晚近期構(gòu)造的特征；二是從區(qū)內(nèi)斷裂規(guī)模分析，應(yīng)屬于渭河深大斷裂所派生或誘導(dǎo)出的低序次斷裂，屬于壓性或壓扭性斷裂，為燕山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。

1.4 水文地質(zhì)概況

根據(jù)地質(zhì)地貌、構(gòu)造因素、含水層巖性及地下水賦存特征，勘查區(qū)內(nèi)地下水可分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水(斷裂脈狀水)和碎屑巖類孔隙裂隙水三大類。其中松散巖類孔隙水又可分為河(溝)谷松散巖類孔隙潛水和黃土孔隙裂隙潛水。

1.4.1 河(溝)谷松散巖類孔隙潛水

河(溝)谷孔隙水呈帶狀、面狀集中分布于潁川河、東柯河谷地，具有埋藏淺、水量豐富、水交替作用強(qiáng)和水質(zhì)較好的特點(diǎn)。主要以河漫灘、低階地和平坦高階地接收的降水、農(nóng)田灌溉水的滲入補(bǔ)給。

河漫灘與低階地含水層巖性為沖積、沖洪積相卵石、圓礫和砂層，含水層厚度一般上游較薄，向下游逐漸增厚，含水層厚度在垂直河谷方向也有變化，一般向河床有增厚趨勢(shì)，其富水性與含水層巖性、厚度等有關(guān)，大部分Ⅱ級(jí)階地單井涌水量500～1000 m3/d，Ⅰ級(jí)階地及漫灘單井涌水量1000～5000 m3/d。含水層埋深隨地形變化而變化，一般河漫灘、Ⅰ級(jí)階地較淺，向兩側(cè)漸深。

1.4.2 黃土孔隙裂隙潛水

勘查區(qū)內(nèi)黃土大面積分布，黃土孔隙裂隙水是指分布于黃土丘陵、梁峁中的地下水。大氣降水沿黃土中的垂直節(jié)理和大孔隙下降，在與基巖接觸面附近匯集。

1.4.3 基巖裂隙水(斷裂帶脈狀水)

基巖裂隙水主要出分布于基巖出露的河流峽谷地帶，可分為風(fēng)化帶水和構(gòu)造帶脈狀水，多受斷裂構(gòu)造控制。

富水性取決于巖石裂隙的發(fā)育程度，一般在相同構(gòu)造作用條件下，脆性巖石較柔性巖石富水性強(qiáng)，單井涌水量1000～2000 m3/d，局部地段可形成承壓水。該類水多沿?cái)嗔褞搅髋判?，時(shí)有泉水出露，水質(zhì)差異較大。

1.4.4 碎屑巖類孔隙裂隙水

碎屑巖類孔隙裂隙水是指賦存于新近系碎屑巖孔隙裂隙中的地下水，該套地層所夾砂巖、砂礫巖為含水層，具承壓性，河谷地段成井自流。

富水性分布不均，最高的單井涌水量100 m3/d左右，較低的僅幾立方米每天。地下水補(bǔ)給源為“紅層”盆地周邊基巖裂隙水、巖溶裂隙水的徑流補(bǔ)給，水質(zhì)很差，不宜作為人飲和農(nóng)灌水源。

1.5 地球物理特征

區(qū)內(nèi)地層巖性的電性差異特征是開展可控源音頻電磁測(cè)深勘查的基礎(chǔ)和依據(jù)，據(jù)區(qū)內(nèi)地球物理資料統(tǒng)計(jì)，地層電性參數(shù)結(jié)果如表1所示。

表1 不同地層電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of electrical parameters

由表1可見，第四系表層風(fēng)成黃土、砂礫石和礫卵石層的電性變化較大，且電阻率較高(75～500 Ω·m)，當(dāng)黃土狀亞砂土、亞黏土、含泥礫石含水時(shí)，電阻率會(huì)降低。新近系巖性較單一，以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，電阻率較低，是很好的熱儲(chǔ)蓋層。古近系黏土巖、細(xì)砂巖、礫巖為中低阻層細(xì)砂巖，電阻率為8～100 Ω·m。白堊系為低阻地層，由紫紅色含礫粗砂巖、粉砂質(zhì)泥巖組成，電阻率為5～60 Ω·m；元古界變質(zhì)巖為區(qū)內(nèi)高阻基底層，電阻率為大于500 Ω·m。

綜上所述可見，測(cè)區(qū)地層電性差異明顯，可控源音頻大地電磁測(cè)深可作為該區(qū)域有效勘探方法之一。

2 CSAMT工作原理及測(cè)線布設(shè)

CSAMT是以有限長接地電偶極子為場源，在距偶極中心一定距離處同時(shí)觀測(cè)電磁場參數(shù)的一種人工源勘探方法。

本次野外工作采用赤道偶極裝置進(jìn)行標(biāo)量測(cè)量，同時(shí)觀測(cè)與場源平行的電場分量Ex和與場源正交的磁場分量Hy，并計(jì)算出卡尼亞電阻率。野外施工區(qū)共布設(shè)2條測(cè)線，如圖1所示，每條測(cè)線的具體參數(shù)見表2。

圖1 CSAMT工作部署圖Fig.1 CSAMT work deployment diagram

表2 測(cè)線參數(shù)表Table 2 The parameters of each survey line

3 成果分析與解譯

本次CSAMT主要目的是推斷重點(diǎn)勘查區(qū)地層巖性、基底起伏及隱伏斷裂構(gòu)造的空間分布特征，初步圈定干熱巖異常范圍和熱儲(chǔ)體空間分布位置，為區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源的開采利用提供依據(jù)。

通過對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理和正反演解釋處理，在2500 m探測(cè)深度范圍內(nèi)，地電剖面圖具有垂向分層、橫向分塊的特點(diǎn)。

3.1 測(cè)線1反演解釋(圖2)

(1)K1線與地表之間為中低阻電性層，電阻率差異較小，電阻率10～300 Ω·m，深度5～30 m，為第一電性層。結(jié)合地質(zhì)資料及物性資料推斷主要是第四系(Q)高階地黃土、砂礫石層。

圖2 測(cè)線1的反演電阻率斷面圖Fig.2 Cross-section of resistivity inversion of Line 1

(2)K1、K2之間電阻率整體表現(xiàn)為低阻特征，電阻率5～60 Ω·m，深度30～500 m，為第二電性層。結(jié)合地質(zhì)及物性資料推斷主要是白堊系紫紅色含礫粗砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，其間夾雜不連續(xù)次高阻的砂礫石透鏡體。

(3)K2、K3線之間電阻率整體表現(xiàn)為次高阻特征，電阻率60～1250 Ω·m，為第三電性層。結(jié)合地質(zhì)及物性資料推斷為牛頭河群(Pt1nt)中深變質(zhì)巖基底，巖性主要為黑云母石英片巖、片麻巖。

(4)K3線以下電阻率特征表現(xiàn)為侵入凸出狀，電阻率1250～4000 Ω·m，為基底層。結(jié)合地質(zhì)及物性資料推測(cè)主要為侵入巖，巖性為二長花崗巖，為本次探測(cè)目標(biāo)體。

(5)根據(jù)電性特征，推測(cè)128號(hào)測(cè)點(diǎn)處有一隱伏西傾的正斷裂帶F1。

3.2 測(cè)線2反演解釋(圖3)

圖3 測(cè)線2的反演電阻率斷面圖Fig.3 Cross-section of resistivity inversion of Line 2

(1)K1線以上為中低阻電性層，電阻率差異較小，電阻率10～100 Ω·m，深度20～40 m，為第一電性層。結(jié)合地質(zhì)資料及物性資料推斷主要是第四系(Q)高階地黃土、砂礫石層、河床、河漫灘、低階地沖積、洪積砂礫石及粉質(zhì)黏土層。

(2)K1、K2之間電阻率整體表現(xiàn)為低阻特征，電阻率5～100 Ω·m，深度40～800 m，為第二電性層。結(jié)合地質(zhì)資推斷主要是白堊系紫紅色含礫粗砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，其間夾雜不連續(xù)次高阻的砂礫石透鏡體。其中223號(hào)測(cè)點(diǎn)處存在一柱狀高阻體，推測(cè)可能是侵入花崗巖體。

(3)K2、K3線之間電阻率整體表現(xiàn)為次高阻特征，電阻率100～400 Ω·m，為第三電性層。結(jié)合地質(zhì)及物性資料推斷為牛頭河群(Pt1nt)中深變質(zhì)巖基底，巖性主要為黑云母石英片巖、片麻巖。

(4)K3線以下電阻率特征表現(xiàn)為侵入凸出狀，電阻率400～1600 Ω·m，為基底層。結(jié)合地質(zhì)及物性資料，推測(cè)主要為侵入巖，巖性為二長花崗巖，為本次探測(cè)目標(biāo)體。

(5)根據(jù)電性特征，推測(cè)210號(hào)測(cè)點(diǎn)出存在一隱伏南傾的斷裂帶F2。

4 結(jié)語

通過本次CSAMT野外工作，結(jié)合有關(guān)資料，基本查明了區(qū)內(nèi)熱源(巖體)以及斷裂構(gòu)造的空間分布特征，初步圈定了侵入巖體范圍和熱儲(chǔ)體的空間位置。