綜合物探在膠東地區(qū)地?zé)崽锟辈橹械膽?yīng)用

荊永渠，遲義賓

山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第六地質(zhì)大隊，山東 招遠 265400

隨著我國經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展和國民環(huán)保意識的提高，作為廉價綠色能源的地?zé)豳Y源開發(fā)，越來越受到人們的重視。物探作為地?zé)豳Y源勘查的重要手段，在方法和技術(shù)上也有了長足的發(fā)展。

在地?zé)豳Y源勘查中使用的傳統(tǒng)物探方法，諸如重力勘探、磁法勘探、地震勘探、電法勘探等，是根據(jù)深大斷裂上重力場、磁場、地震反射波，人工電場等的異常變化，發(fā)現(xiàn)和圈定深大斷裂的位置及產(chǎn)狀，進而圈定熱儲空間和導(dǎo)熱通道。這些成熟的地球物理勘探方法，在地?zé)峥碧街性l(fā)揮了巨大的作用。但隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，上述方法在城區(qū)開展受到了限制，狹窄的施工區(qū)間和強大的人文干擾使物探勘查工作幾乎無法進行。于是用于城區(qū)地?zé)峥碧降男路椒夹g(shù)應(yīng)運而生，其中最為成熟和有效的地球物理方法應(yīng)為α放射性測量和地溫測量。在地?zé)峥辈楣ぷ髦校鶕?jù)勘查區(qū)的實際情況，沿勘探線布置兩種或兩種以上的物探測量方法，即綜合物探測量。其目的是通過各方法測量成果的比較，有效的壓制干擾、更好地突出異常、避免單一方法的局限性和多解性。

近年來，我們在膠東地區(qū)利用電阻率測量，配合α放射性測量和地溫測量，先后在威海寶泉湯、威海溫泉湯、招遠溫泉湯等已知地?zé)崽锷线M行了實驗研究工作。取得了較好的實驗效果，證明了這些物探方法在地?zé)峥辈橹械挠行裕矠槟z東地區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)積累了一定的經(jīng)驗。

1 膠東地?zé)岱植紖^(qū)地質(zhì)簡況

膠東地區(qū)地?zé)嵝纬膳c分布受區(qū)域構(gòu)造、斷裂構(gòu)造、新構(gòu)造運動和巖漿巖活動的控制。該地區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動，特別是中生代以來，構(gòu)造運動強烈，不同時期、不同方式構(gòu)造形跡構(gòu)成了復(fù)雜的構(gòu)造復(fù)合與聯(lián)合關(guān)系[1]。

自元古代以后，該地區(qū)因受太平洋板塊的俯沖作用整體上升，中生代燕山運動階段重新活動，形成的斷裂構(gòu)造規(guī)模大、延伸遠，顯示長期活動的特點，對巖漿巖、地層、地貌及礦產(chǎn)起控制作用。這些斷裂具先擠后壓張性的特點，為地下水的賦集、運移提供了良好的空間。該區(qū)所處的膠北隆起是接受太平洋板塊俯沖的前緣地帶，直接接受高值地?zé)崃鳎瑸榈責(zé)岬男纬商峁┝藷嵩础?/p>

地下熱水通常是由地表水滲入地下后，在深循環(huán)的過程中受到加熱作用而形成的。地下熱水的分布，一般與斷裂構(gòu)造和巖漿巖的侵入情況有關(guān)，這是因為斷裂構(gòu)造能為地下熱水的循環(huán)提供通道，而巖漿巖的侵入又帶來充足的熱能補充。因此，查明這些斷裂構(gòu)造的位置及巖漿巖侵入情況，是地?zé)峥辈榈闹匾蝿?wù)之一。

2 工作方法

2.1 視電阻率聯(lián)合剖面法

目前開發(fā)的地?zé)豳Y源多與構(gòu)造有關(guān)，確定構(gòu)造帶的位置及產(chǎn)狀是地?zé)峥辈榈幕救蝿?wù)。一般地，與地?zé)嵯嚓P(guān)的構(gòu)造帶顯低阻特征者居多。視電阻率聯(lián)合剖面法對發(fā)現(xiàn)和確定構(gòu)造位置及產(chǎn)狀具有良好的效果，尤其對于低阻含水構(gòu)造帶更有其獨特的分辨力。

測量剖面的布設(shè)力求與構(gòu)造帶走向垂直，以獲得最佳的參數(shù)信息。一般先布設(shè)一條長剖面（控制剖面），根據(jù)異常情況，在其兩側(cè)布置短剖面進行追索。由于膠東地區(qū)地?zé)豳Y源具有埋藏淺、溫度高的特點，因此電阻率聯(lián)合剖面測量，一般選用較小的供電極距，常用的工作裝置為：供電極距AO=110m、測量極距MN=20m、無窮遠極OC=800m。當(dāng)需要確定構(gòu)造帶產(chǎn)狀時，可變換AO=150m進行重復(fù)測量，以便根據(jù)低阻交點的位移方向和距離，確定控礦構(gòu)造的傾斜方向和傾角大小，測量點距一般視構(gòu)造規(guī)模的大小選擇5m～10m。

2.2 α射線測量

大量資料表明，在溫泉等地下熱水中，常伴有大量的氡氣。氡是一種氣態(tài)放射性元素，具有天然放射性，能產(chǎn)生α射線，且有明顯的向上垂直運移能力，能從地下深處沿著裂隙通道運移到地表，在裂隙、構(gòu)造發(fā)育地區(qū)，巖石破碎為氡的釋放和運移提供了良好的條件，易于形成放射性異常。但因氡的遷移既有擴散作用，又有對流作用、地下水作用、地?zé)嶙饔谩⒊毕饔茫约半北旧韽膸r石中釋放出來的復(fù)雜過程等影響，使測量結(jié)果的重現(xiàn)性較差。實踐表明，測點上的測量數(shù)據(jù)雖會改變，但曲線的變化趨勢、異常形狀是大致不變的，有時候異常也會完全消失，說明這些測點的氡濃度隨時間發(fā)生變化。裂隙通道良好時，氡運移暢通，地表α射線異常明顯，表明這些測點附近有斷裂構(gòu)造存在。α射線測量，是常用的測氡技術(shù)，測量成本較低，方法較成熟，測量成果也較為可靠[2]。

α射線測量直接測量土樣的α射線，采樣深度大于40cm，將土樣放入儀器的暗盒內(nèi)開始測量，測量時間5min。

2.3 地溫測量

與其它場源一樣，溫泉作為一種熱源在其周圍也必然存在著溫度場，其場的基本特征是：越靠近熱源溫度越高、增溫率越大，遠離熱源，溫度迅速下降，直至達到正常溫度。熱源溫度越高、規(guī)模越大，其溫度場的數(shù)值則越高，范圍也越大。另外，熱源越深，溫度場的幅值越低，影響范圍越大。1m地溫測量為淺層地溫測量，比較適合出露地表或近地表熱源溫泉邊界的圈定，同時也比較容易受地表其它干擾熱源的影響，如暖氣管道、浴池飯店的廢水排放等。地溫的高低還與測點及其附近土壤狀況和所處的環(huán)境有關(guān)，同樣條件下干燥疏松的腐植土比潮濕堅硬的風(fēng)化巖地溫要高，陽面比陰面地溫要高。因為有上述影響因素的存在，所以實際測量時盡量避開或減少干擾，一旦出現(xiàn)地溫異常，及時調(diào)查周圍環(huán)境情況，確定異常性質(zhì)。

測溫成孔深度為1m，成孔后立即下塑料套管，以防塌孔，一般下午打孔，次日上午進行溫度測量，以使孔內(nèi)溫度達到平衡。

3 應(yīng)用實例

3.1 威海寶泉湯

威海寶泉湯是國內(nèi)外罕見的海水溫泉，熱水的溫度高、礦化度高、醫(yī)療價值高、水量大。寶泉湯位于威海市區(qū)寶泉路，控礦構(gòu)造有3條：神道口斷裂，張性局部呈壓扭性，走向310°、傾向40°、傾角65°～70°，該斷裂至今仍在活動，與之交會的還有近東西向城南河斷裂和北東向斷裂。該溫泉出露于濱海堆積物中，標(biāo)高2.6m，海積砂與淤泥質(zhì)互層，厚度20m～40m，基底為晚元古代侵入巖。地?zé)崽锩娣e0.14km2，水溫60℃～75℃，礦化度14.749g/L，總硬度3953.29mg/L，水化學(xué)類型Cl-Na·Ca，最大可開采流體量為1707.88m3/d。

地?zé)崽锏靥庺[市區(qū)，測量區(qū)間狹小，電、磁場等人文干擾嚴重，電法及各類傳統(tǒng)方法難以開展。為此，僅在跨神道口斷裂的南北向剖面上，布置了α射線測量、地溫測量與地質(zhì)剖面測量，目的是確定神道口斷裂帶的具體位置。由于工作區(qū)間所限，測量剖面未與構(gòu)造走向垂直，而是沿地?zé)崽镂鱾?cè)的新威路南北向布置測線，二者交角約50°，測量點距5m，剖面總長度100m。圖1為測量成果綜合剖面圖。由剖面圖可以看出，α射線測量計數(shù)值在斷裂帶頭部位置呈高值反映，且傾向一側(cè)曲線下降緩慢；地溫測量斷裂帶上方呈高值反映，但異常比較微弱，因為此處已遠離溫泉中心位置，同時也說明寶泉湯未向北西方向延伸。

圖1 威海市寶泉湯地?zé)峥辈棣辽渚€、地溫測量及地質(zhì)綜合剖面圖

3.2 威海溫泉湯

位于威海市環(huán)翠區(qū)溫泉鎮(zhèn)溫泉湯村西河中，控礦構(gòu)造為北東向張性斷裂，走向46°，傾向北西，傾角50°，富水性較好；另一條為北西向斷裂，傾向南西，傾角約85°。溫泉出露于五渚河河漫灘上，標(biāo)高25m，第四系厚度2m～5m，上部巖性為粗礫砂－中細砂互層，下部為淤泥質(zhì)粘土，基底為晚元古代侵入巖。地?zé)崽锩娣e0.1km2，水溫52℃，礦化度0.826g/L，總硬度157.57mg/L，水化學(xué)類型Cl-Na ，最大可開采流體量為2223.62 m3/d。

該區(qū)開展了電阻率聯(lián)合剖面測量、地溫測量及地質(zhì)剖面測量工作。剖面布置在溫泉河北岸，測線方向70°、測量點距5m，測線總長度100m，工作目的是對北西向熱儲構(gòu)造進行控制。圖2為實測綜合剖面圖。

圖2 威海市溫泉湯地?zé)峥辈槁?lián)合剖面、地溫測量及地質(zhì)綜合剖面圖

由于構(gòu)造低阻部位相對埋深不大（測區(qū)內(nèi)潛水面埋深不足10m，第四系厚度僅有2m～5m），電阻率聯(lián)合剖面裝置采用AO=110m、MN=20m、點距5m、無窮遠極OC=800m。由實測電阻率聯(lián)剖曲線可以看出，ρaA、ρaB在155號點出現(xiàn)低阻“正交點”異常，交點南西側(cè)兩支曲線分離幅度增大，且ρaB出現(xiàn)極小值，說明控礦構(gòu)造向南西側(cè)傾斜，構(gòu)造頂部大約在160號點附近。地溫測量曲線也在155號點及附近顯示出寬緩的高值異常，說明此處應(yīng)為地?zé)峥氐V構(gòu)造。沿此構(gòu)造可作為進一步尋找地?zé)豳Y源的遠景區(qū)。

3.3 招遠溫泉湯

招遠溫泉湯位于招遠市城東區(qū)的城東河?xùn)|岸，地貌上位于河谷和剝蝕丘陵的交界處，地形標(biāo)高60m～70m。地?zé)崽飪?nèi)主要開采地段溫度在80℃～87℃，最大開采量4100m3/d，屬低溫中型地?zé)崽铩５刭|(zhì)構(gòu)造上位于區(qū)域斷裂構(gòu)造招（遠）-平（度）斷裂的轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)，距招-平斷裂帶的南段（近南北走向）和北段（近東西走向）均在2km左右，地?zé)崽锏臇|南側(cè)有玲瓏斷裂通過。受它們的影響地?zé)崽飪?nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要發(fā)育有北北東向，北北西向和近東西向三組次級斷裂構(gòu)造。

物探工作的主要任務(wù)是對東西向斷裂帶進行控制。該斷裂分布于地?zé)崽飪?nèi)文（登）-朱（橋）公路的南側(cè)，東起九洲酒店東側(cè)，向西延伸至西山公園以西，田內(nèi)被第四系覆蓋。測線沿河?xùn)|路南北向布置，電阻率聯(lián)合剖面裝置AO=110m、MN=20m、無窮遠極OC=800m，剖面測量段長度100m。從實測綜合剖面圖3可以看出，視電阻率聯(lián)剖曲線在155號點（溫泉路大橋）反映為低阻“正交點”異常。在此異常點附近，α射線測量也有明顯的放射性異常，說明這條通過地?zé)崽锏臇|西向構(gòu)造帶確實存在。

圖3 招遠市溫泉湯地?zé)峥辈槁?lián)合剖面、α射線測量及地質(zhì)綜合剖面圖

4 結(jié)論

1）在地?zé)豳Y源勘查中，物探是最為方便快捷、經(jīng)濟有效的方法之一。但重要的是要根據(jù)勘查區(qū)的具體情況選用合適的方法開展工作，才能收到良好的效果。比如在開闊的未知區(qū)開展地?zé)崞詹椋筛鶕?jù)深大斷裂內(nèi)外物性差異的性質(zhì)、大小及各類人文干擾的特點，選擇磁法或重力掃面[3]，在圈出的斷裂異常附近布置地震精測剖面或電阻率聯(lián)合剖面測量，以確定斷裂走向、傾向、傾角等物理參數(shù)。為確認圈出的斷裂是否為儲熱構(gòu)造，還應(yīng)沿斷裂走向開展大比例尺地溫測量工作，最后在推斷的地?zé)崽锷蠈嵤┿@探驗證。

2）在已知地?zé)崽锷祥_展以擴泉為目的的勘查工作，可在已知泉附近布置地震、電法等十字測量長剖面，以確認導(dǎo)熱構(gòu)造的走向及產(chǎn)狀特征。在城區(qū)及人文干擾嚴重的地區(qū)，可用α放射性剖面測量和地?zé)崞拭鏈y量。為增加物探測量的可靠性，減少多解性，盡量采用沿剖面多種方法同時測量，即綜合物探測量方法。當(dāng)然，在選用物探方法進行地?zé)峥辈闀r，既要考慮方法的科學(xué)合理性，又要兼顧經(jīng)濟適用性。任何一種物探方法都不是萬能的，都有其使用的地球物理前提。因此，綜合物探工作的開展不是各種方法的簡單重復(fù)，而是根據(jù)地?zé)峥辈榈碾A段性、目的性，根據(jù)勘查區(qū)的地質(zhì)情況、物性差異情況、人文干擾情況等因素，科學(xué)合理的選擇工作方法、測網(wǎng)密度、測線方向、裝置大小及各種方法的相互配合等。

3）在地?zé)峥辈橹校呔却艤y適合在空曠無干擾地區(qū)開展面積性測量工作，主要用于圈定具有磁性差異的構(gòu)造破碎帶，該法輕便高效、經(jīng)濟實用。視電阻率聯(lián)合剖面法對于確定低阻含水構(gòu)造帶的位置及產(chǎn)狀最為有效。在電、磁干擾嚴重，測量空間狹窄的居民區(qū)、廠礦區(qū)利用α放射性測量較為方便。地溫測量是判斷地下熱儲存在的重要手段，該方法成本低、效率高，受場地影響小、抗干擾能力強。地溫測量對圈定溫泉邊界范圍具有良好的效果[4]。

[1]山東省區(qū)域地質(zhì)志[M].地質(zhì)出版社，1991.

[2]程業(yè)勛，王南萍，侯勝利.核輻射場與放射性勘查[M].地質(zhì)出版社，2005，8.

[3]許德樹，馮創(chuàng)業(yè).綜合物探技術(shù)在石家莊凹陷地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用[J].物探與化探，2007，31(5).

[4]強建科，李大心.伽瑪能譜測量和米溫測量在地?zé)嵴{(diào)查中的應(yīng)用[J].物探與化探，2007,31(4).