多種地球物理勘探方法在南逕地區勘查中的應用

徐 良，楊 倩

（江西省地質礦產勘查開發局水文地質工程地質大隊，江西 南昌 330000）

南逕地區位于贛南地區，區域上處于南嶺東西向復雜構造帶東段邊緣與武夷山新華夏系隆起帶西緣交接復合影響部位，地屬雩山隆起帶，構造運動強烈，巖漿活動頻繁，發育一系列斷續展布的東西向斷裂。東西向斷裂帶規模大，影響深，延伸長，并多次活動。斷裂構造后期活動為地熱水的形成創造了良好的條件[1，2]。2015年～2018年，江西省勘察設計研究院在本區開展了資源可行性勘查工作，發現了優質資源。在本次勘查工作中，采用了多種地球物理勘探方法，基本查明了研究區的地層巖性、巖漿巖分布與主要控熱構造；重點查明了斷裂構造的空間分布、性質、控導熱性能、富水性等條件；為下一步開展鉆探施工工作提供了重要依據。

1 研究區地質概況

1.1 地層

研究區范圍內出露地層主要有第四系上更新統和早侏羅世菖蒲組，第四系上更新統地層具二元結構，上部為含鐵錳質亞粘土及亞砂土，厚約2.5m，下部為亞砂土、灰白色細砂、砂及砂礫石；早侏羅世菖蒲組地層巖性主要為青灰色凝灰巖、凝灰質粉砂巖[3]。

1.2 巖漿巖

研究區內未見巖漿巖。研究區西側約200m、南側約1.7km見燕山早期中粗粒似斑狀黑云母花崗巖[3]。

1.3 構造

研究區區域上處于南嶺東西向復雜構造帶東段邊緣與武夷山新華夏系隆起帶西緣交接復合影響部位，地屬雩山隆起帶，構造運動強烈，巖漿活動頻繁，發育一系列斷續展布的東西向斷裂。

根據區域資料，研究區主要發育南逕斷裂帶F1。南逕斷裂帶F1西起茅山以北，經由南逕，東抵兆坑，斷續延伸達數十千米，在區域上起主導控制作用。主要表現為東西向擠壓破碎帶或硅化破碎帶，最寬可達數公里，表現為成組平行排列斷裂。主干斷裂走向近東西，向北或向南傾斜。南逕附近早侏羅系火山巖區，斷裂走向270°，傾向南，傾角60°～70°，硅化破碎帶寬15m～20m，發育一系走向近東西（290°～300°）壓扭性裂隙，如硅化帶中部及北半部，壓扭性裂隙走向280°，傾向南，傾角45°，顯示本斷裂構造早期壓扭性為主，晚期呈張扭性的力學性質[3]。

2 地球物理勘探方法在南逕地區勘查中的應用

2.1 地球物理勘探方法在勘查中的作用

地熱水資源地下埋深相對較大，開采風險也較高，為了提高效率，降低成本，減少投資風險，開發者越來越重視地熱水資源的前期勘查工作，地球物理勘探是地熱水勘查的勘查技術手段之一。根據地熱田的地熱地質條件，選擇合理的物探技術方法、布置相應的物探工作量，對于了解隱覆地層巖性及斷裂構造的富水性等具有十分重要的作用。

2.2 南逕資源勘查中地球物理勘探方法的選擇和組合

南逕地熱區已有溫泉出露，區域地質資料顯示研究區存在一條東西向南逕斷裂帶。因此，研究區布置物探工作的目的主要是查明南逕斷裂帶在區內的準確位置、走向、傾向、傾角等空間展布情況。本區的勘查工作中采用的地球物理勘探方法主要有：普通電法（包括視電阻率聯合剖面測量、視電阻率對稱四級剖面測量和視電阻率垂向電測深測量）、可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）和土壤測氡。

2.2.1 普通電法

普通電法勘探方法種類較多，主要包含電阻率法、充電法、自然電場法、激發極化法、大地電磁測深法和電磁感應法等。這些方法的應用效果都與實際地質條件和巖層的物性差異密切相關，并非所有方法適合于所有條件。在地熱勘探中，勘探深循環對流型地熱系統，直流電法中的電阻率法最為有效，其次是自然電場法和激發極化法。

本次勘查選擇的普通電法為電阻率法，電阻率法是建立在地殼中各種巖（礦）石之間具有導電性差異的基礎上，通過觀測和研究與這些差異有關的人工電場的分布規律，從而達到查明地下構造的目的。分為電剖面法和電測深法，電剖面法采用不變的供電極距，使整個或部分裝置沿觀測剖面移動，逐點測量視電阻率的值以探查地下一定深度范圍內的橫向電性變化規律；電測深法通過逐次加大供電(或發送)與測量(或接收)電極極距，觀測與研究同一測點下垂直方向不同深度范圍巖(礦)層電阻率的變化規律。

進行電阻率法測量時可人為控制電極距，即探測精度可以控制，且電阻率法使用廣泛，解譯經驗豐富，可有效解決有關地質問題。但受電極距導線長度、電源功率、人工跑極等因素限制，探測深度有一定局限，一般能保證效率的探測深度在200m以內。

通過開展普通電法，用以探明南逕地熱區淺部地熱地質條件，包括第四系及風化層巖性與厚度、基巖巖性與巖脈情況、區域性斷裂的空間展布等淺部變化情況；以及查明地層及斷裂的傾向、傾角等。

2.2.2 可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）

頻率電磁測深法是以地殼中巖（礦）石的導電性與導磁性差異為主要物理基礎，研究不同頻段電磁波在地下不同介質傳播過程中在地面表現（觀測地表的電、磁場分量）的不同特征，從而達到了解不同深度地下介質的電性變化情況的目的。頻率電磁測深法應用條件要求勘查對象與周圍地質體之間存在較明顯的電阻率差異，一般斷裂構造帶、巖溶裂隙發育帶、巖脈等都具備這種條件。

可控源音頻大地電磁測深（CSAMT）是一種人工源頻率域測深法，利用接地水平電偶源為信號源，使用頻率為人工發射的音頻電磁場。由于使用了可控制的人工場源，其信噪比高，因此可在較強干擾區開展工作。該方法具有探測深度大、設備相對輕便和橫向分辨率高等特點，近幾年來，該方法已經較廣泛地應用到地熱水資源勘查工作之中，并已經取得了較好的實際應用效果。由于CSAMT的場源距測點的距離是有限的，有近區、過渡區、遠區場之分。場的復雜性給解釋增加了許多困難。由于目前場源的問題尚未得到很好的解決，尤其是過渡場和近場問題。

通過開展CSAMT，用以探明南逕勘查區深部地熱地質條件，包括地層巖性、區域性斷裂的空間展布等深部變化情況。

2.2.3 土壤測氡

通過研究放射性元素存在和變化規律，解釋、判定地質問題的方法，稱為放射性勘探法。在地熱勘查中較有效的放射性方法為各種以測氡為基礎的放射性測量方法。所謂放射性測量，主要測量放射性核素在核衰變過程中放出的α、β、γ射線，及其用于周圍介質引起的電離或激發所留下的痕跡。氡（222Rn）是α衰變的輻射體，經過α衰變轉變為218Po，再衰變后連續生成幾個短壽命的放射性子體核素。通過測量這些核素的α射線（粒子）或γ射線強度，可以確定土壤中氡氣濃度分布，確定地質構造特征。

自由氡在巖石和土壤中主要通過擴散和對流作用遷移。斷裂和破碎帶使地層由封閉變為開放狀態，有利于氡的遷移和聚集，也使氡的子體在這些部位沉積，形成氡及其子體的分布異常，稱為斷裂的標志異常。

通過對南逕地熱區土壤氡濃度的測量，分析土壤中氡的運移情況，總結氡氣在土壤中的分布規律，從而找出氡異常的分布區域與，從而判斷儲熱地質構造的邊界。

2.3 物探解譯成果

南逕地熱區開展的地球物理勘探工作，通過高精度的野外數據采集，結合構造與物性特征的資料處理，取得了較好的地質效果。

（1）三種方法均解譯出了南逕斷裂帶，基本查明了斷裂帶的位置、走向、傾向、傾角及深部變化情況，尤其是普通電法和可控源音頻大地電磁測深的結合，從淺到深完整地解譯了斷裂帶的空間展布情況，使得不同深度的鉆孔得以準確布置；同時，三種方法均反映南逕斷裂帶在研究區中部傾向發生了反轉，東部斷裂帶傾向向北，西部斷裂帶傾向向南，從而圈定了鉆探施工的優選靶區。

（2）物探解譯成果顯示研究區存在另一條次級斷裂帶，走向北西，傾向南西，后期勘查工作證明本條斷裂對南逕地熱水的形成具有十分重要的意義，是一條導水構造。

（3）大致確定了基巖地層的厚度及其下覆巖漿巖的分布。

總之，通過開展地球物理勘探工作，基本查明了研究區的地層巖性、巖漿巖分布與主要控熱構造；重點查明了斷裂構造的空間分布、性質、控導熱性能、富水性等條件；為下一步開展鉆探施工工作提供了重要依據。

3 結論

運用多種地球物理勘探勘查地熱水資源，可以避免單一方法的局限性，提高勘探精度。相信多種物探方法組合在今后地熱資源勘查中的應用會更多，效率和精度也會有很大提高。