蔣濤，李廣之，王國建，胡斌，榮發(fā)準(zhǔn)

（中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無錫 214126）

0 引言

地?zé)豳Y源是一種可再生能源，有著廣泛的利用前景，對實現(xiàn)節(jié)能、減排目標(biāo)具有重大意義。地?zé)豳Y源按熱儲介質(zhì)、構(gòu)造成因、水熱傳輸方式等因素劃分為不同類型［1］。熱水沿主要控?zé)釘嗔焉仙局信c圍巖發(fā)生物質(zhì)和能量的交換［2］，通過觀測地?zé)醿ι戏酵寥乐懈鞣N氣體含量的變化模式，即可探測作為熱水上升、運移通過的斷裂構(gòu)造，并可指示其所在大致位置。地?zé)岬厍蚧瘜W(xué)探查技術(shù)是地?zé)崽綔y技術(shù)的一種，它可提高探測精度，完善評價技術(shù)體系［3］。

近年來，我國對近30個地?zé)崽镞M行了勘查地球化學(xué)研究，其成功應(yīng)用較多，常用地?zé)岬厍蚧瘜W(xué)勘探方法包括土壤化學(xué)元素（Hg、As 等）測量法［4］，氣體元素（Rn［4-5］、H2［6］、CH4［6］等）測量法，地溫測量法［5-7］，Sb、Bi地球化學(xué)指標(biāo)［8］，形成了包括Rn、Hg、210Po 等地?zé)岬厍蚧瘜W(xué)勘探方法和技術(shù)系列［9-11］。其勘查方法大致歸納為二類：①常規(guī)地化指標(biāo)方法，包括壤氣Hg、熱釋Hg等；②放射性方法，包括各種Rn、He等。

1 廣東惠州黃沙洞地區(qū)地?zé)崽锏厍蚧瘜W(xué)勘探方法研究

研究區(qū)屬于巖漿型熱源，其熱流通道以北東向潼湖大斷裂帶為主的地?zé)嵯到y(tǒng)。

1.1 黃沙洞地區(qū)地?zé)崽锏刭|(zhì)特征概況

（1）區(qū)域地質(zhì)概況。黃沙洞地?zé)崽镂挥谖覈鴸|南沿海地區(qū)，區(qū)域上屬華南準(zhǔn)地臺。地?zé)崽镏械臏厝雎队诒睎|向潼湖大斷裂帶中北北西向隱伏花崗閃長巖巖株與奧陶系外接觸帶的交會部位［12］。

（2）研究區(qū)地?zé)豳Y源概況?；◢弾r類巖石放射性元素的蛻變產(chǎn)生地?zé)嵋嗍菂^(qū)域地溫異常場的重要原因之一［13］。區(qū)內(nèi)廣泛分布花崗巖類巖石，而斷裂自身的張扭性特征可允許熱水在其中流動或者直接成為地?zé)醿樱?4］。受菲律賓板塊擠壓，東南沿海地區(qū)（研究區(qū)所在區(qū)域）出現(xiàn)平緩東傾的鏟狀斷裂系統(tǒng)，斷裂網(wǎng)格系統(tǒng)發(fā)育，在地表表現(xiàn)為北西、北東向的高角度斷裂［12］。研究區(qū)內(nèi)熱源、導(dǎo)熱輸導(dǎo)層均發(fā)育。地?zé)崽镏袏W陶紀(jì)地層以泥質(zhì)粉砂巖和泥質(zhì)或碳質(zhì)頁巖為主，巖石風(fēng)化強烈，巖石風(fēng)化帶和基巖（泥質(zhì)粉砂巖和泥質(zhì)或碳質(zhì)頁巖）透水性均較差，視為地?zé)崽锏牧己蒙w層。

1.2 研究區(qū)地球化學(xué)勘探方法

本次利用與地?zé)崽锩芮邢嚓P(guān)的Rn、H2等地球化學(xué)方法、常規(guī)地溫測量法以及土壤熱釋Hg 法對黃沙洞地區(qū)開展地?zé)崽镅芯?，?yōu)選有效地球化學(xué)指標(biāo)及其組合，圈定熱流的最有利富集部位，為高熱流花崗巖型地?zé)崽锟碧教峁┑厍蚧瘜W(xué)應(yīng)用依據(jù)。

（1）樣品采集及勘探方法。在黃沙洞地?zé)崽飬^(qū)按1 km×1 km 的網(wǎng)格化布置69 個物理站位，分別進行土壤熱釋汞（Hg）樣品（采集深度為1.0 m）和土壤游離氫氣（H2）（采集深度為0.7 m）等采集，氡（Rn）（深度為0.7 m）現(xiàn)場測定和地溫（深度為1.0 m）現(xiàn)場測定。

（2）測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征。背景值（均值）和變異系數(shù)是分析地球化學(xué)場的兩個重要變量，地球化學(xué)背景與異常分別代表地球化學(xué)場的高低和變化幅度。

由于指示地?zé)豳Y源豐富、起伏大、指標(biāo)濃度變化顯著的地化指標(biāo)地球化學(xué)場與區(qū)域蓋層、斷層、裂隙等滲漏通道以及Rn 氣體滲透力、Hg 元素隨熱水的遷移能力有著密切關(guān)系，因此，分析這些元素的地球化學(xué)場特征可追溯地?zé)豳Y源的有利富集區(qū)。

已知黃沙洞研究區(qū)存在著豐富的深部熱源（環(huán)太平洋地?zé)釒У难嗌狡诨◢弾r）、厚度適中的熱儲蓋層（上覆蓋層厚度約1 560 m）、較為發(fā)育的深大斷裂（北東向潼湖大斷裂帶）等地?zé)豳Y源有利開發(fā)的地質(zhì)要素。首先，近地表地溫指標(biāo)空間分布特征可以對研究區(qū)地?zé)崃鳚B漏有指示作用；其次，地表Rn、Hg 等元素地球化學(xué)場特征的高值異常區(qū)空間分布規(guī)律對熱源、熱流滲漏通道亦有相應(yīng)的反映。因此，地溫、Rn、Hg等指標(biāo)可應(yīng)用于黃沙洞地區(qū)的地?zé)峥碧健?/p>

由表1 可知：研究區(qū)地溫指標(biāo)變異系數(shù)最小（0.12），熱釋汞指標(biāo)變異系數(shù)最大（1.19）；lgH2、lgRn變異系數(shù)分別為0.32、0.20。由此得知，研究區(qū)地溫地表環(huán)境指標(biāo)地化場變化最小，熱釋汞指標(biāo)地化場變化最大。

表1 研究區(qū)地球化學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計Table 1.Data statistics of geochemical indexes in the study area

（3）測試指標(biāo)相關(guān)分析。由測試指標(biāo)相關(guān)分析（表2）可知：lgRn 指標(biāo)與地溫指標(biāo)、熱釋汞指標(biāo)、lgH2均為負(fù)相關(guān)關(guān)系，分別為-0.078 4、-0.041 7、-0.337 9，其中l(wèi)gRn 與lgH2負(fù)相關(guān)性最為顯著。地溫指標(biāo)與熱釋汞指標(biāo)正相關(guān)關(guān)系為0.502 1，正值最大，顯示出它們有很大程度的成因聯(lián)系。

表2 研究區(qū)測試指標(biāo)相關(guān)性分析Table 2.Correlation analysis of test indicators in the study area

1.3 研究區(qū)地球化學(xué)勘探應(yīng)用

研究區(qū)熱釋Hg 指標(biāo)等值線平面圖如圖1 所示。Hg 指標(biāo)高值區(qū)主要呈北東、北西交叉方向，似呈“十”字形形態(tài)分布于工區(qū)。此外，在工區(qū)西北亦有部分高值異常區(qū)?；萘譁厝盎轃? 井Hg 指標(biāo)高值區(qū)在中部高異常邊緣區(qū)。

圖1 Hg指標(biāo)等值線平面圖Figure 1.Contour lines of Hg index

研究區(qū)地溫等值線平面圖如圖2所示。地溫指標(biāo)高值區(qū)主要呈北東、北西交叉方向，似呈“十”字形形態(tài)分布于工區(qū)內(nèi)。惠林溫泉及惠熱1 井Hg 指標(biāo)高值區(qū)在中部高異常邊緣區(qū)。

圖2 地溫等值線平面圖Figure 2.Geothermal contour lines

研究區(qū)lgH2指標(biāo)等值線平面圖如圖3 所示。lgH2指標(biāo)高值區(qū)主要以北西向分布于工區(qū)正中位置，這一部分高值區(qū)與熱釋Hg 指標(biāo)、地溫指標(biāo)高值區(qū)吻合度較好。lgH2指標(biāo)少部分高值為北東向?；萘譁厝盎轃?井Hg指標(biāo)高值區(qū)在中部高異常邊緣過渡區(qū)。

圖3 lgH2指標(biāo)等值線平面圖Figure 3.Contour lines of lgH2 index

研究區(qū)Rn 指標(biāo)對數(shù)等值線平面圖如圖4 所示。lgRn 指標(biāo)高值區(qū)規(guī)律性不明顯，其高值點、低值點分布區(qū)與lgH2指標(biāo)有一定程度的反相特征?；萘譁厝盎轃?井Hg指標(biāo)高值區(qū)在中部高異常邊緣過渡區(qū)。

圖4 lgRn指標(biāo)等值線平面圖Figure 4.Contour lines of lgRn index

1.4 地球化學(xué)勘探效果分析

由上述地溫、熱釋汞、lgRn、lgH2四項指標(biāo)地球化學(xué)應(yīng)用得知：研究區(qū)熱釋Hg 指標(biāo)等值線圖與地溫指標(biāo)等值線圖有較高的疊合性，兩者間的系數(shù)相關(guān)性亦可體現(xiàn)出來，它們指標(biāo)高值區(qū)呈北東、北西交叉“十”字形形態(tài)分布于研究區(qū)內(nèi)（圖5）。lgH2指標(biāo)高值區(qū)與上述兩指標(biāo)高值區(qū)在北東向有一定的疊合，其疊合形態(tài)較好（圖5、圖6），三指標(biāo)間的系數(shù)相關(guān)性亦可得出相同認(rèn)識，顯示它們的成因有一定的關(guān)聯(lián)。lgRn指標(biāo)等值線與lgH2指標(biāo)等值線分布特征存在部分反相特征（圖3、圖4），兩者間指標(biāo)相關(guān)系數(shù)為-0.337 9，可看出兩者為負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖5 地溫、Hg指標(biāo)高值異常區(qū)與“十”字形推測滲漏通道Figure 5.Abnormal areas of high values of geothermal temperature and Hg index and the inferred "cross" pattern leakage channel

圖6 Rn、H2指標(biāo)高值異常區(qū)與“十”字形推測滲漏通道Figure 6.Abnormal areas of high values of Rn and H2 indexes and the inferred "cross" pattern leakage channel

地溫是地?zé)豳Y源通過水介質(zhì)（地?zé)崴┯缮畈窟w移至近地表的最直接反映，其指標(biāo)高低受控于地?zé)嵩矗◣r漿巖）、滲漏通道（深部斷裂、裂隙）、地?zé)崴d體（熱儲）、深部熱水的泄漏（流向、流速等）等相關(guān)因素影響，同時與地表水的補給亦有密切關(guān)系。地溫指標(biāo)的高值分布情況一定程度上反映了與深部斷層（或大的裂縫、裂隙）相關(guān)的地?zé)崴男孤?。同理，熱釋Hg指標(biāo)亦是地?zé)豳Y源通過水介質(zhì)由深部遷移至近地表的直接反映，另一方面，地?zé)嵩粗械腍g（巖漿巖富集Hg）亦可直接穿透地?zé)嵘细采w層，微滲漏至近地表，因此，熱釋Hg 指標(biāo)與地溫指標(biāo)的地球化學(xué)意義存在一定程度的差異性，工區(qū)西北角存在Hg 指標(biāo)高值異常，推測由下覆巖漿巖中Hg的垂向滲漏形成。

常溫下水的分解和氫氧的化合是同時存在的，而且按化學(xué)平衡的規(guī)律，水能分解的分子太少，而氫氧的濃度極低，分解和化合就可達到一種平衡，所以無法從水中收集到分解的氫和氧。研究區(qū)H2指標(biāo)來源有兩種可能性：一是巖漿巖中自身攜帶有微量氫元素；二是水分子在深部巖漿巖高溫作用下，液態(tài)水加熱成為氣態(tài)水分子時，分子之間距離增大，水分子熱運動的動能在高溫下達到平衡時，氫氧的濃度要稍微大一點。高熱狀態(tài)下水分子在深部強地?zé)嶙饔眉斑€原性環(huán)境下，H2指標(biāo)含量高，而H2指標(biāo)的產(chǎn)生與地?zé)嵩础⒌責(zé)釘嗔淹ǖ溃〝嗔鸭傲严叮?、熱儲中地?zé)崴d體的存在及遷移方向（H2指標(biāo)攜帶）等多種因素相關(guān)，是這些因素的綜合反映，其地球化學(xué)意義與熱釋Hg 指標(biāo)、地溫指標(biāo)有一定的差異性（圖5、圖6）。

Rn 為惰性氣體，其地表高值與深部巖漿巖地?zé)嵩矗≧n 物質(zhì)源）的存在和分布密切相關(guān)，與深部斷裂通道（滲漏輸導(dǎo)通道）、上覆地層裂縫與裂隙的發(fā)育、上覆地層厚度亦有一定的相關(guān)性；另外，由于深部斷裂地?zé)崴械难a給水以及其向上運移造成的對巖漿巖物質(zhì)的長期攜帶至近地表的散失作用可能造成Rn指標(biāo)出現(xiàn)負(fù)異常。

綜上所述，由地溫、熱釋Hg 推測黃沙洞研究區(qū)地?zé)豳Y源滲漏通道（深大斷裂、斷裂裂隙等）呈北東、北西向“十”字形分布于工區(qū)內(nèi)，與該區(qū)域地?zé)豳Y源認(rèn)識相吻合（前已述及，研究區(qū)平緩東傾的鏟狀斷裂系統(tǒng)，斷裂網(wǎng)格發(fā)育，地表表現(xiàn)為北西、北東向的高角度斷裂，北東向斷裂帶規(guī)模大）。地溫、熱釋Hg、H2（對數(shù)）的高值異常有一定的相關(guān)性，它們均與地?zé)嵩础⒌責(zé)崴难a給和遷移、地?zé)釘嗔眩芽p及裂隙）通道等因素相關(guān)；而Rn 指標(biāo)高值區(qū)更多因素為巖漿巖體（物質(zhì)源）中Rn 的正常垂向滲漏形成，與巖漿巖體（物質(zhì)源）相關(guān)性好，同時，因深部斷裂地?zé)崴械难a給水以及其向上遷移過程中造成的對斷裂區(qū)巖漿巖物質(zhì)（Rn元素）的長期攜帶至近地表的散失作用可能造成Rn指標(biāo)在斷裂帶近地表區(qū)出現(xiàn)負(fù)異常區(qū)。

2 研究區(qū)地?zé)崽锏厍蚧瘜W(xué)勘探方法認(rèn)識

地?zé)豳Y源富集賦存的關(guān)鍵要素涵蓋源（熱源和水源）、通（通道及傳輸）、儲（儲集體）、蓋（蓋層）等。研究區(qū)屬于巖漿型熱源，其熱流通道是以北東向潼湖大斷裂帶為主的地?zé)嵯到y(tǒng)。本次研究區(qū)地?zé)岬厍蚧瘜W(xué)勘探采用的方法包括地溫、土壤熱釋汞、氡（Rn）及土壤游離氫氣測試等四種方法，根據(jù)這四種方法的應(yīng)用結(jié)果，得出如下幾方面的認(rèn)識：

（1）研究區(qū)熱釋Hg 指標(biāo)等值線平面圖與地溫指標(biāo)等值線平面圖在高值區(qū)上有很高的疊合性，兩者相關(guān)系數(shù)為0.502 1，顯示出它們有很大程度的成因聯(lián)系。它們的高值區(qū)主要呈北東、北西交叉“十”字形形態(tài)分布于研究區(qū)內(nèi)，這一特征與該區(qū)域地?zé)豳Y源認(rèn)識（東南沿海地區(qū)發(fā)育平緩東傾的鏟狀斷裂系統(tǒng)，地表表現(xiàn)為北西、北東向的高角度斷裂）相吻合。

（2）lgH2指標(biāo)高值區(qū)與地溫、熱釋Hg 兩指標(biāo)高值區(qū)，在研究區(qū)中部呈北東向形態(tài)展布，重疊性好，三指標(biāo)高值異常在該區(qū)域有很高吻合度，它們均與地?zé)嵩?、地?zé)崴w移、地?zé)釢B漏通道（斷裂、裂縫、裂隙）等因素相關(guān)；H2指標(biāo)的高低與地?zé)嵩?、地?zé)釢B漏通道（斷裂、裂縫、裂隙）、熱儲中地?zé)崴d體（H2指標(biāo)攜帶）遷移方向、H2的泄漏方向等多種因素相關(guān)，是這些因素的綜合反映，其地球化學(xué)意義與熱釋Hg、地溫有差異性。

（3）Rn 指標(biāo)高值區(qū)更多是由于巖漿巖體（物質(zhì)源）Rn 的正常垂向滲漏形成，與巖漿巖體（物質(zhì)源）、垂向滲漏等因素相關(guān)。研究區(qū)西北角存在高值異常，這一高值異常區(qū)分布特征與Hg 指標(biāo)分布特征相似，推測地?zé)嵩矗◣r漿巖體）保存較好。同時，深部斷裂地?zé)崴谙蛏线w移攜帶物質(zhì)與能量過程中可造成斷裂區(qū)巖漿巖物質(zhì)（Rn 元素）至地表的散失，形成斷裂帶地表區(qū)Rn指標(biāo)的負(fù)異常區(qū)。

3 結(jié)束語

地?zé)豳Y源開發(fā)既要尋找高熱源（地?zé)崮芨咧祬^(qū)），同時還要兼顧地?zé)釢B漏通發(fā)育區(qū)（深大斷裂、大的裂縫或裂隙等）、良好的蓋層、豐富的熱儲載體（地下水資源）、地?zé)崴孤﹨^(qū)運移方向等因素。應(yīng)避免在Rn（巖漿巖體物質(zhì)源）高值區(qū)（Rn 垂向滲漏形成）鉆探（缺乏地?zé)崴疅醿d體），亦不宜在地溫、熱釋Hg、H2指標(biāo)的地表高值區(qū)鉆探（斷裂導(dǎo)引地下熱儲載體形成地表高值異常）。此次研究區(qū)地?zé)岬厍蚧瘜W(xué)勘探網(wǎng)格為1 km×1 km，僅達到地?zé)豳Y源開發(fā)的概查條件，應(yīng)結(jié)合研究區(qū)地?zé)嵩矗◣r漿巖）分布、深大斷層走向/傾向、斷層與地?zé)嵩唇佑|區(qū)（位置）、熱儲（地?zé)崴┴S度、地?zé)崴孤﹨^(qū)（運移方向）等地?zé)峥碧骄C合地質(zhì)要素綜合分析，方可更好地進行地?zé)豳Y源鉆探。