綜合物探在地熱普查中的應用

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、推斷了隱伏斷裂構造、經鉆探驗證發現了地下熱水、取得了很好的地質效果。

關鍵詞：綜合物探；地熱勘查；隱伏構造

1 前言

我國地熱資源開發利用正處于快速發展的時期，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注。地熱資源的分布與各類礦產資源分布一樣，主要受地質構造的制約。綜合物探方法是探測地質構造的有效方法，在地熱勘探中，我們取得了很好的地質效果（圖1）。

圖1 物探工作綜合推斷成果圖

2 礦區地質特征

普查區屬于構造侵蝕地形-低山丘陵。構造地貌明顯，基巖裸露。區域構造為寒嶺斷裂的分支，北東、北西走向，斷裂發育較多，呈平行狀。

2.1 地層

區內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、鈣質頁巖、粉砂巖。古生代地層最為發育，廣泛分布，出露有寒武紀、奧陶紀、石炭紀和二疊紀地層，巖性為白云質灰巖、粉砂巖、鮞粒灰巖。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 構造

斷裂構造較發育，主要為北東向的區域性壓性-壓扭性構造、近東西向的區域性壓性-壓扭性構造。

2.3 水文地質條件

區內總地勢北高南低，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。

大氣降水是區內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 地熱地質條件

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

3 地球物理特征

電性參數測定結果表明：砂巖、頁巖、泥巖電阻率值最低，在幾百Ω.M左右，灰巖為中阻，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。區內巖層電性差異較大（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，可以產生較為明顯的重力異常（表2）。該區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采集數據，采用α排列的溫納四極裝置（AMNB）觀測，工作電極極距5m。

數據處理過程是把探測現場實地探測記錄存儲的原始數據文件*·dat，調入CRT數據處理軟件，首先經過壞點切除和滑動平均等圓滑處理后生成預處理數據*·tmp文件，對*·tmp文件進行地形校正生成地改結果文件*·top，對*·top文件進行反演；反演計算生成反演結果文件*·inv，通過對*·inv文件網格化、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

野外數據采集使用加拿大Scintrex公司生產的CG-5自動讀數重力儀，觀測參數為相對重力值（gal）。

野外使用手持GPS定點；在每個測量點上進行重力測量，每次讀數時間33秒，讀3次數，連續讀數差不超過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掉格比較大后儀器將做靜態試驗，設置漂移值，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，最后轉換為卡尼亞電阻率貯存。供電電源采用美國進口的ZMG30發電機、GGT30大功率發射機和XMT-32同步控制器對其控制輸出，頻率從0.125Hz到8192Hz。由人工進行調節，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，如不同步進行調節，待完全同步時方可投入野外生產。

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構特征方面具有更為直觀和形象的特點。

圖2 剖面1溫納排列的反演結果

從反演結果看， 1號剖面淺部在地面750米處出現高低阻電性結構變化，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，結合地質條件及多條剖面，推斷為斷裂引起的電性結構變化，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，是斷裂構造的反映。據此推斷斷裂構造三條，分別編號為F1、F2、F3。F1斷裂走向北西，F2斷裂走向北東，F3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，經二維反演消除了地形影響和靜態效應，形成CSAMT視電阻率二維反演斷面圖（見圖4）。圖中基本反映了區內巖性特征。其電性特征總體反映為：電性表現為兩側視電阻率高中間低，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，與探測結果對應，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。根據區內巖石參數測定及已知區內地層分布特征，虛線為推斷奧陶系地層頂部位置。

5.4 綜合推斷解釋

根據探測區地質特征及巖石參數測定結果，結合重力推斷結果、高密度電阻率探測結果及CSAMT視電阻率推斷結果，與已知地層巖性對比可見：奧陶系灰巖及巖溶強烈發育提供了儲水空間，重力測量推斷了F1、F2斷裂為區內地熱資源提供了控水構造，高密度電阻率反映了F1斷裂的位置及產狀，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。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 工程驗證結果

綜合物探提供鉆孔位置ZK1位于CSAMT16線的3200號點處，F1、F2斷裂交匯部位，向斜構造核部，孔深1500米。該孔0～16m為第四系粘土、砂礫石，至1389m為馬家溝組灰巖、白云質灰巖，巖溶強烈發育，溶蝕形態以溶蝕面為主，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，該層灰巖為熱儲層。

7 結束語

綜合物探方法是研究地熱田及其外圍地區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。本區利用綜合物探方法，發現了熱儲層及導水構造，經工程驗證，尋找到了地熱資源。該方法在本區取得了良好的找地熱效果。

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

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