綜合物探技術在大秦龍山地熱勘查中的應用研究

岳想平，張 健，彭小珂，張文斌

(甘肅省地礦局第一地質礦產勘查院，甘肅 天水 741020)

天水地熱資源特色鮮明、潛力巨大，溫泉眾多，醫療效果也各具特色。開發利用地熱資源將為“隴上小江南”概念注入新的內涵。勘查區東北約4km的麥積山溫泉屬于受構造斷裂控制的裂隙型地熱資源，并以帶狀為主，兼有層狀熱儲特點。該溫泉礦化度小于0.5 g/L，系重碳酸鈣型溫泉水，是含有氡、氟、二氧化硅、鍶、鐵、硼、硫等十九種礦物質的“氡泉”，溫泉出水溫度45℃，對神經衰弱、心血管、風濕等疾病有一定的輔助治療作用等。

本著就礦找礦的思路，結合區內以往研究成果，優選區內地熱潛力巨大甘泉鎮一帶作為本次勘查的重點區，利用微重力、CSAMT綜合物探方法查明了區內控熱構造的空間展布特征，依據物探成果布置了探采結合鉆孔，通過抽水試驗，獲得井口水溫38.3°，出水量326 m3/d的地下熱水，取得了較好的勘查效果。

1 地質及地球物理特征

1.1 地層

勘查區及周邊出露秦嶺群、白堊系、新近系和第四系地層，由老到新簡述如下(圖1)：

圖1 勘查區地質簡圖及工作布置圖

1.1.1 早元古界秦嶺群富鋁片麻巖組(Ptqb)

在普查區周邊廣泛分布，構成區內第四系和沉積巖基底。巖性為淺灰綠色混合巖化黑云斜長片麻巖夾黑云斜長片巖，下部夾數層灰白色含石墨白云石(質)大理巖，層內有花崗巖巖脈穿插，巖脈寬度數0.05～3 m。

該套地層為經歷多期變形、變質、巖漿侵入作用的中深變質巖，原巖為夾基性火山巖及火山碎屑巖的正常沉積巖，總厚度超過900 m。麥積山溫泉地熱鉆孔資料顯示，秦嶺群層內的混合巖化黑云斜長片麻巖及黑云斜長片巖和沿裂隙脈狀充填間夾的花崗巖蝕變帶在斷裂帶或巖漿巖侵入接觸帶等構造有利地段會構成熱儲，形成地熱異常區。

1.1.2 白堊系麥積山組(Km)

主要分布于普查區東南側，巖性為紫紅色厚層礫巖、砂礫巖與含礫粗砂巖、粉砂質泥巖互層，構成山間紅層盆地。總厚度大于483 m，走向以近東西向為主，傾角5°～10°，與其它地層呈不整合或斷層接觸。

1.1.3 新近系泥巖(Ng1)

勘查區內各溝谷中均有出露，超覆不整合于白堊系巖層之上。巖性為棕紅色泥巖夾砂礫巖及灰白色、灰綠色粘土巖。

1.1.4 第四系(Q)

中-上更新統黃土(Q2+3eol)：分布于潁川河兩岸黃土丘陵區，褐黃色，成分以粉土質為主，含粘土，發育垂直節理，偶含鈣質結核，偶夾褐紅色古土壤層。全新統河流溝谷沖-洪積層(Q4al+pl)：分布于河谷及溝谷底部，由黃土狀土、粉質粘土、砂礫石層組成，偶夾淤泥質粉質粘土。

1.2 構造

根據以往地質填圖和物探成果，結合本次踏勘，普查區及其臨近可能有1條以上不同性質的斷層通過，均與秦嶺群有關。在古老秦嶺群變質巖體中，由于經歷的強烈構造運動期次較多，因此斷層構造非常發育，且極為復雜。

沿穎川河河谷發育平移斷層F4，與河谷平行，大峽峽谷內可見平移斷層形跡，因勘查區均為第四系覆蓋，地面調查無法追索其平面位置及走向，需要通過物探手段進一步查證。根據以往地質資料，推斷F4平移斷層，形成活動時期較早，以兩側地層時代推斷，應該起始于泥盆紀之后，活動延續時期較長，直到白堊紀之后。

1.3 水文條件

地下熱水一般屬于深循環地下水，補給、徑流、排泄隱伏性大，勘查區補給徑流排泄條件如下：

1.3.1 補給條件

箕形盆地東南、南、西北三側的凸起的山體在斜坡張性應力作用下，裂隙經受拉張具有較好的透水性，易于接受垂直入滲補給地下水，森林植被密布，從而成為箕形盆地地下水較好的補給區。對于深循環地下水來說，補給區海拔較高，可成為盆地承壓自流基巖裂隙水的動力來源。

1.3.2 徑流條件

區域內箕形盆地地形南高北低，總體地勢呈現為西南高、東北低，地下水總體徑流方向受地形控制，地下水總體徑流方向與地形基本一致。

1.3.3 排泄條件

普查區地下熱水排泄以側向徑流排泄為主。目前取得的資料初步推斷普查區谷低的泉水屬于基巖裂隙水排泄，泉水在河床西岸高漫灘呈片狀溢出，南北分布長度150 m左右，流量很小。

1.4 地球物理特征

工區收集到常見巖石密度、電阻率資料見表1，由統計結果可見元古界(Pt)片麻巖、大理巖以及巖體花崗巖密度明顯高于第四系(Q)黃土、亞砂土、亞粘土和白堊系(K)粉砂質泥巖。元古界(Pt)片麻巖、大理巖以及巖體花崗電阻率亦遠高于第四系(Q)和白堊系(K)巖層，大致在10倍左右，物性差異非常明顯，備開展重力測量及CSAMT測量的地球物理前提。

表1 巖石物性參數統計表

2 成果分析與解譯

工作布置見圖1。現對取得的成果分析如下：

2.1 微重力解譯

重力面積測量，對數據整理并進行各項改正后得到布格重力異常等值線圖(圖2)。由圖可知，測區的布格重力場整體上呈現西南高，北東低，高低異常過渡區以密集梯度線分割，在高異常區域又有局部的高低異常，呈北北西走向，梯度較陡。根據等值線異常特征，結合實際地形地質情況，共推測劃定了4條斷裂帶，分別編號為F1～F4。

圖2 布格重力異常等值線圖及延拓圖

從布格異常等值線平面圖初步判斷，F4為測區主斷裂帶，該斷裂帶在形成過程中使F4以北基地下沉，以南基地抬升，高低異常梯度變化較陡，從而判斷該斷裂帶傾向亦較陡。為進一步判斷斷裂帶規模及傾向，對布格異常分別向上延拓10 m，20 m，50 m，100 m，200 m，從延拓結果看，F4為區內深大斷裂，F1、F2、F3為次級小斷裂，但F1在深部延伸情況要深于F2、F3斷裂帶。另外在向上延拓過程中F4斷裂帶在深部向北偏移，F1略微朝東偏移，大致判斷F4傾向朝北，F1傾向朝東。

根據地質資料，沿穎川河河谷發育平移斷層，與河谷平行，故推測F4斷裂帶可能是潁川河正斷裂帶。

圖3 G1線2.5D重力剖面聯合反演

2.2 CSAMT解譯

為進一步查證F1、F4斷裂帶傾向、深部延伸情況，在區內施工2條CSAMT剖面，編號為C1線和C2線，測量點位置見圖1。首先進行了前期試驗，選取了適中的收發距、采集及反演參數，保證了數據質量。在反演過程中，剔除了近區及過渡區數據，利用遠區數據做2D反演。

在700 m的勘探范圍內，兩條地電斷面均反映出明顯的垂向分層特點，第一電性層在橫向表現為高低相間的電性塊，現對這兩條剖面解釋如下：

C1線、C2線電阻率斷面(圖4、圖5)，在地表以下K1線以上，埋深在0～200 m之間，電性層呈團塊狀的高低阻相間電性塊，電阻率變化在30～630 Ω·M之間，結合地質資料，地表調查情況及物性統計結果，推測主要為第四系蓋層的反映，低阻電性塊為黃土、亞砂土、亞粘土的反映，高阻電性塊為砂礫石的反映。K1線與K2線之間主要為低阻電性層，埋深在60～600 m之間，電阻率變化在5～25 Ω·M之間，推測可能為白堊系粉砂質泥巖。在K2線以下，埋深在500 m以下，主要表現為中高阻電性層，電阻率變化在30～250 Ω·M之間，推測主要是早元古界秦嶺群黑云斜長片麻巖，白云石(質)大理巖。

分析C1線電阻率斷面，在110號點附近，電性層明顯錯動，110號點西側小號點所在段地層抬升，110號點東側大號點所在段地層下降，結合重力測量推斷成果，與F4斷裂帶在平面位置及傾向上吻合，故推測該電性錯動是由F4斷裂帶引起，因其傾向朝東，進而推測F4為正斷層。F4不僅錯斷了白堊系地層，而且延伸到了早元古界秦嶺群地層，再一次佐證F4斷裂帶為區內深大斷裂。

1—第四系黃土；2—白堊系砂質泥巖；3—早元古界秦嶺群黑云斜長片麻巖、白云石(質)大理巖； 4—電阻率等值線；5—推測斷層及編號；6—推測地層界限及編號

可控源音頻大地電磁法二維反演的電阻率斷面解譯結果，與重力測量二度半反演擬合的結果一致，故F4斷裂帶較為可靠。

分析C2電阻率斷面，可見在K1線與K2線之間的電性層，平面位置在213號點附近，電性層明顯錯動，213號點西側小號點所在段地層抬升，213號點東側大號點所在段地層下降，推測可能是斷裂構造引起，結合重力測量推斷成果，與F1斷裂帶在平面位置上吻合，故推測該電性錯動是由F1斷裂帶引起，因其傾向朝東，進而推測該斷裂帶為正斷層。F1斷裂帶只錯斷了白堊系地層，并未延伸到基地早元古界秦嶺群地層，為淺層斷裂帶。

1—第四系黃土；2—白堊系砂質泥巖；3—早元古界秦嶺群黑云斜長片麻巖、白云石(質)大理巖； 4—電阻率等值線；5—推測斷層及編號；6—推測地層界限及編號

1—布格異常等值線；2—推測斷層及編號；3—CSAMT測量點； 4—為總理測量點；5—鉆孔ZK1位置；6—圈定的地熱異常區

3 勘探成果及鉆孔驗證

本次勘探成果見圖6，共推測劃定4條斷裂帶，其中F1為正斷層，傾向朝東，傾角77°；F2、F3傾向及性質尚不明確，有待進一步查證。F4斷裂帶為正斷層，傾向朝北，傾角84°。分析認為F1斷裂帶為區內主要導水斷裂帶，F4為阻水斷裂帶，地下熱水經F1循環運移至F4斷裂帶處聚集，形成地熱異常區，故在F1斷裂帶上盤布置了探測結合孔ZK1，孔深440.0 m，鉆孔平面位置見圖6，鉆孔資料顯示：在0～60 m主要為第四系黃土、含泥質砂礫石蓋層，其中0～10 m砂礫層含水；60～440 m均為白堊系砂質泥巖，其中在390 m處見F1斷裂帶。通過抽水試驗，獲得井口水溫38.3°，出水量326 m3/d的地下熱水，取得了較好的勘查效果。

4 結語

(1)通過對水文地質、地熱條件分析，優選了重點工作區，采用綜合物探方法對區內控制構造平面位置、傾向及延伸情況進行探測，最終以物探成果布置了探采結合孔，取得了較好的勘查效果。

(2)由此可見，在以斷裂帶控熱導熱的地熱勘查中，先以微重力進行掃面，確定斷裂帶位置及初步的性質特征，再以CSAMT及重力剖面進一步剖析斷裂帶傾向、性質及深部延伸情況，科學布置鉆孔驗證，基本會取得較好的勘查效果。