綜合物探工作方法在地熱勘查中的應用

（山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014）

地熱作為新興能源，具有清潔、環保、可持續等優點。

地熱勘查一般應用地質和物探方法。地質方法研究區域問題，可看作“面”；研究“面”的目的是確定“線”，即構造帶；在本例中，確定“線”的手段是聯合剖面法和CSAMT；由“線”定“點”是大極距電阻率測深[1]。因此，從工作方法層次，“面、線、點”可看作地質方法→聯合剖面法和CSAMT→大極距電阻率測深[2]。

哲學上，點組成線，線組成面。物探勘查最終目的是確定地熱井，這就是“由面（工區）到點（地熱井）”的過程。進一步講，在確定地熱井之前，我們往往需要先確定大型斷裂、破碎帶等地質構造帶，這些構造帶就好比是“線”。因此，地熱勘查可以看作“由面及線，由線及點”的過程，從空間層次就是工區→構造帶→地熱井[3]。

在空間及方法層次，其面、線、點的關系見下表，下文將主要從工作方法層次詳細展開地熱勘查中的面線點關系：

表1 面、線、點關系一覽表

1 面

1.1 地質條件

工區地層包括第四紀地層、中生代地層及古元古代地層，巖漿巖較發育，主要以侵入脈體或巖墻的形式出現。第四系主要巖性為亞黏土、砂土、礫砂，偶見礫石層；白堊系主要巖性為泥巖、頁巖，局部地區可見安山巖及火山角礫巖。古元古界地層主要由大理巖透輝巖及變粒巖組成。

1.2 水文地質條件

工區位于典型的丘陵地區，地勢起伏較大，整體趨勢略向南傾斜，第四系松散層有較大出露，面積在60﹪以上。北部補給區為山地，海拔較低，多在300m以下，呈北東走向。南側為陡崖子水庫，已幾近干涸。水庫以北有兩條河流，河中水量較少，滲流作用弱。工區屬溫帶海洋氣候，年平均降雨量794毫米。工區地下水含水巖組主要為第四系松散巖類孔隙水及花崗巖區裂隙水；孔隙水主要賦存于東南部部山前沖洪積平原、陡崖子水庫沖洪積扇地帶。在山前沖洪積平原區含水層巖性主要為黏性土、粉土、砂土、碎石土、半膠結砂礫石層等。

1.3 地熱條件

魯東地區位于歐亞板塊與太平洋板塊邊緣內側，該區屬于地殼穩定緩慢隆起地段，地熱系統屬中低溫深循環對流型。大地熱流是其主要熱源，地表水是地下熱水的補給水源，地下水通過發育在花崗巖和變質巖中的斷層或斷裂破碎帶進行下滲，在地質動力作用下完成深循環對流。地下水在深部的徑流過程中不斷吸取圍巖熱量，溫度緩慢提升，成為熱水，而后沿斷裂帶運移，期間與地下圍巖、淺部裂隙水融合，成為化學成分各異、溫度高低不等的溫泉水。

工區巖性以石英二長巖為主，該巖石質地緊密，風化弱，因此斷裂構造以剛性斷裂為主，斷裂性質為張性斷裂，賦水類型多為裂隙水。

2 線

通過研究資料找到一條潛在構造帶。其類型、產狀、規模不明朗，需要物探進行確定。確定”線”的方法為聯合剖面法和CSAMT。

2.1 聯合剖面法

圖1 聯合剖面法L1、L2、L3線視電阻率曲線

工區內共布設三條剖面線，點距40m,靠近交點處點距加密為20m。

若聯合剖面曲線的正交點兩支分離不大,在低阻交點處一般為斷裂帶富水構造；如果、同步平行距離較大,而在2～3個測點上,雙支產生正反相交時,稱為“麻花”低阻異常。這是由于地質體的規模較小或埋藏較深時,地電反映不甚明顯；如果、同步下降,到達某一極小值后,又同步上升,則形成“V”形曲線。這是斷層破碎帶規模較窄，是含水的反映。

由圖，L1與L2線曲線對應較為一致。在同一水平位置，OA=300m時視電阻率值較OA=200m時要大，說明隨深度加大，視電阻率值升高，這與地質情況相符。

L1線在剖面280m處，存在一正交點，推斷此處為斷裂構造的反應。兩種極距下，交點連線近乎垂直，推測此處斷裂構造傾角約為85度，傾向為ES向。同理, L2線在剖面215m處，推斷為斷裂構造傾角約為85度，傾向為ES向。L3線不存在統一的正交點，且兩條曲線較為接近，說明該區域巖性變化較為均勻，綜合分析此處為斷裂破碎區域。

2.2 CSAMT

圖2 CSAMT法視電阻率等值線斷面圖

如圖可見，從地表以下約300m深，巖層視電阻率一般幾百到1000Ω·m ；南側部分受松散沉積層影響，視電阻率值變大，達3000Ω·m以上。300m以下巖層，視電阻率一般大于2000Ω·m，右側電阻率略偏高，這說明區內巖石電阻率差異較大。橫向上，等值線出現“臺階狀”或“U型”密集帶，且異常沿一定方向延伸，最深處達2000m，推斷為斷裂構造的反應，構造傾向為南向，傾角約為70-80度。綜合分析C5線斷裂構造較為理想。

3 點

大極距電阻率測深法：

圖3 大極距電阻率測深法視電阻率等值線斷面圖

工區多為裂隙水。因此，視電阻率值相比較低，在等值線斷面圖上，會形成高阻背景下的低阻條帶。

如圖，剖面位置、方向與C5線保持一致。可以看出在600-1400m深度區域存在低值區，向下延伸至1500m。橫向上，在250～400m區間，等值線出現“V型”密集帶，且異常沿一定方向延伸達2200m。推斷此處為較理想的斷裂構造，傾角約為80度，見圖中白紅色虛線F1。

4 結語

井位定在此圖175m處，深度2000m。鉆探結果：終孔深度1810m，72h后水溫47.6℃，出水量達90/h。

我們通過地質、水文地質、地熱等技術條件的分析，確定了工作重點區域，即“面”；通過物探方法-聯合剖面法、CSAMT，確定了隱伏構造帶，即“線”；最后通過大極距電阻率測深確定了井位，即“點”；由鉆探結果來看，“由面及線，由線及點”的工作心得取得了良好的效果。

從哲學意義上講，工程應用領域里幾乎都可以看到“面、線、點”的語言。“面、線、點”方法不僅簡化了工作流程，還讓我們更清晰的認識到不同工作的目的所在，同時也增加了工程應用的成功率，提高了工作效率。