綜合物探方法在廣東省陽山縣黃坌地區地熱勘查中的應用

胡建中，廖 萍，尹利君，羅依珍，劉真真，劉維捷，孫桂芬

(1.廣東省有色礦山地質災害防治中心，廣東 廣州 510080；2.廣東金東建設工程公司，廣東 廣州 510080；3.廣州地建巖土工程技術有限公司，廣東 廣州 510080)

地熱能作為一種傳統能源之外可再生能源[1-2]，也是國家大力開發利用的新能源之一[3-7]。廣東省位于歐亞板塊與太平洋板塊交接部位，構造與巖漿活動強烈，地熱資源豐富，具有鄧屋、湯坑、豐良、東山湖、從化、楓灣、新洲和西江等一系列地熱礦田[8-12]。自上世紀30年代以來，地質學者對這些主要地熱礦田在水文地球化學特征和熱儲特征、空間形態等方面的做了大量的研究工作[13-16]，但總體研究程度不高，尤其在勘查開發方面。

一直以來，地球物理方法在地熱勘探中發揮了重要作用，具有效率高，成本低，效果好等特點[17-19]。如：伽馬總量測量在湖北崇陽縣、安徽潘集、黑龍江桃山、甘肅海石灣等地取得了滿意的成果[20-23]；電法在河北豐寧、湖北洪湖、內蒙呼包平原，山東梁山等地地熱勘探中廣泛應用[24-27]。近年來，在地熱礦產勘查方面，新的地球物理勘探方法的應用，取得了良好的效果。如氡氣測量在山西祁縣、湖北嘉魚縣等地獲得較大成功[28-29]。隨著地球物理技術的發展，勘探技術手段和方法也越來越多樣化。在地熱勘探中，地熱資源地質條件不同，采用的技術方法手段也各有不同。依據地熱實際賦存情況，運用合理的地球物理方法，結合其它方法的補充，不僅起到事半功倍的作用，還可降低地熱勘探成本。

廣東省陽山縣地下熱水資源豐富，已發現有十余處(稱架溫泉、龍鳳溫泉、七拱溫泉、麻仔水溫泉點、嶺背溫泉、江英溫泉、洞冠溫泉等)，地熱資源開發前景廣闊。目前陽山地區的地熱調查工作處于初級調查階段，僅稱架、龍鳳兩處開展過地熱勘查，其余均未做過系統的地球物理方面的研究工作，嚴重制約了全區地熱資源的探測和開發利用。鑒于此，本文以陽山縣黃坌地區為研究對象，通過開展地熱資源調查、伽馬總量測量、氡氣測量及高密度電法剖面測量等地熱勘查研究工作，為今后陽山縣地熱資源勘查方法選擇及開發利用提供參考。

1 地質概況

廣東省陽山縣位于贛江以西陸內區(圖1)。從大地構造位置上看，調查區位于前震旦紀變質基底，即華夏古陸之上，它北臨秦嶺大別印支期造山帶，西接印支地塊，南為新生代南海洋盆，東濱菲律賓島弧帶[30]。中生代以來，太平洋板塊多次對中國大陸板塊俯沖，導致大陸邊緣運動帶整體隆起、拉張和斷裂多次活動。新生代構造活動更為強烈，為與斷裂有關的地熱形成提供了有利條件。

F1-蓮花山斷裂；F2-長樂-南澳斷裂；F3-贛江斷裂；F4-紅河斷裂；F5-Song Ma 縫合帶；F6-臺東縱谷；F-馬尼拉海溝

1.1 地質特征

陽山縣地處廣東省西北部，屬南嶺山脈南麓，連江中游，隸屬于清遠市管轄。區內以山地地形為主，海拔1 000～1 500 m。區域上出露地層主要有：為寒武系，由砂巖、片巖、頁巖和少量粉砂巖組成；泥盆系—三疊系，由砂巖、頁巖、白云巖和灰巖組成；侏羅系，由頁巖和砂巖組成，夾數層劣質煤層。黃坌地熱田位于區內南部(圖2)，主要出露三疊系砂巖、頁巖等，外圍則以二疊系灰巖、頁巖為主。區域內主要發育NE、NNE、NW、SN及EW向五組構造(圖2)。其中NE向斷裂為本區最主要的深大斷裂，規模大，走向長，控制著地下水的形成和分布，NW向斷裂及其與北東向深大斷裂相平行的斷裂相對形成較晚，屬深大斷裂多期次復活引起的次一級斷裂，起著控熱導水的作用。黃坌地區的斷裂構造以NE向為主，其次為近EW向。區域內主要出露燕山早期花崗巖，大東山巖體位于黃坌地熱田北部2 km左右。

1.第三系—白堊系; 2. 中三疊統—泥盆系; 3. 寒武系; 4. 燕山早期花崗巖; 5. 斷層

圖2 陽山縣黃坌地區地質圖

1.2 地熱形成條件

據調查研究，廣東省陽山縣地下熱水分布多以溫泉的形式直接出露于地勢相對較低處的剝蝕堆積類型河谷地帶，如河床，河漫灘，一級階地等，即地形相對低洼平坦，地層靜壓力最小的地方。受斷裂帶長期活動影響地下水經深部循環加溫后沿斷裂破碎帶及裂隙系統運移上涌形成熱泉[31]。地下熱水絕大部分為小于30℃～40℃的溫水，屬中低溫型。區域上地熱溫泉點主要與斷裂活動引起的地熱增溫和巖漿活動余熱有關，熱泉分布多沿NE向、NNE向活動性斷裂或區域性大斷裂呈帶狀分布，且大多分布于斷裂帶上盤，已發現溫泉點往往出露于NW向斷裂、近EW向斷裂及小規模NE向等次級斷裂與控熱(控水)斷裂或巖體接觸帶的交匯部位。這些構造的交匯部位往往巖石破碎，裂隙構造發育，為溫泉出露賦存提供了有利條件。

陽山縣及鄰區已發現的溫泉主要產于花崗巖內及其接觸帶上(如大東山溫泉、稱架溫泉、七拱溫泉等)，其余產于石炭—泥盆系灰巖層中(如麻仔水溫泉、龍鳳溫泉及江英等)。產于灰巖層中的熱水溫度普遍較低，推測可能與灰巖的滲透率有關，沿斷層上升的熱水受到圍巖裂隙中冷水的混入導致溫度偏低。花崗巖地區熱泉流出溫度高于沉積巖地區的，這是因為花崗巖富水性偏低，其冷水混入也較灰巖層少，加之花崗巖的熱導率也高于其它沉積巖層，有利于深部熱流的傳導。即便溫泉分布在侵入體外圍沉積灰巖中，但其本質上也與深部隱伏巖體相關。

2 方法技術及數據分析

2.1 伽馬總量測量

1-斷層；2-溫泉點；3-異常區

2.2 氡氣測量

通過對其中異常高值的剔除，計算出本區背景值為18.19 Bq/L，全區最大值52.67 Bq/L，異常下限值為32.17 Bq/L。異常平均襯度值1.11，最大襯度值為1.63。并圈出3個異常區(圖4)。

1-斷層；2-溫泉點；3-異常區

2.3 瞬變電磁測量

剖面特征顯示，視電阻率變化范圍主要為 20～1 000 Ω·m，但由于地表電阻存在不確定性，因此一維反演僅做參考。本次將數據進行二階導數計算、濾波和歸一化處理，并進行了數據二位反演。

3 綜合分析

3.1 伽馬總量測量異常解釋

伽I號異常：異常位于研究區南部黃坌林場—桂竹水一帶，異常長980 m，寬200～300 m不等，該異常的伽馬值平均為40.5 emu，最大值為：85.2 emu，異常形態呈不規則形，總體NE向展布，與NE向斷裂走向一致。高欄溫泉和林場溫泉位于該異常帶內。

伽Ⅱ號異常：異常位于研究區北部大羅山一帶，異常形態呈不規則形，該異常平均值為32.7 emu，最高97.5 emu。總體NW向展布，與NW向斷裂走向一致。

伽III號異常：異常位于研究區東北部黃坌鎮一帶，異常形態呈不規則形，該異常平均值為28.6 emu，最高57.5 emu。總體近EW向展布，位于NE向與NW向斷裂交匯部位。

3.2 氡氣測量異常解釋

氡I號異常：異常位于黃坌林場-桂竹水一帶，氡氣異常帶長2 500 m左右，寬200～300 m。氡氣濃度平均為28.5 Bq/L，最高38 Bq/L，異常呈橢圓型，北東向展布，長軸方向約20°。中部異常中心與已知黃坌林場溫泉點對應。北部異常高值地段與高欄溫泉點相對應；該異常南部推測與斷層向南端延伸有關。通過測氡剖面與電法剖面綜合測量，氡異常高值點位于NE向斷裂的北西側，該斷裂傾向NW，而斷層上盤和北部為無或弱氡異常，原因是逆斷層斷裂面被斷層泥和石英脈等物質充填，而西側存在次級小斷裂處逸出，隨著距離的增加，氡氣含量下降，為斷裂構造形成的異常區。

氡Ⅱ號異常：異常位于工作區大羅山—帶，呈不規則狀分布。異常長900 m，寬200～300 m不等，氡氣濃度平均為39.1 Bq/L，最高52.67 Bq/L。推測異常與該區東西向斷層構造有關。

氡Ⅲ號異常：異常位于黃坌以北，異常由兩個不規則狀小規模異常組成，走向呈東西向，長600 m，寬200 m左右。異常氡氣濃度平均為25 Bq/L，最高38 Bq/L異常，該異常位于NE向和NW向斷裂的交匯位置。

3.3 瞬變電磁測量異常解譯

經二次反演深度為250 m，推測下部高阻異常可能為花崗巖引起，地表低阻區域為地層和構造破碎帶引起，異常范圍lgρ在 1.5～5.0，在圖中反映為淺藍色和淺綠色；在500～600 m和800～1 200 m之間，由地表到下部，截斷兩側同一電性界面，明顯有向下延伸的趨勢，存在明顯的低阻區域，結合野外地質和其他方法的成果，此低阻區域為構造破碎帶引起。其中F1斷層傾角50°～55°，深部切斷巖體，結合氡氣異常及溫泉點分布，該斷層為本區主要的與氡氣異常有關的導熱斷層；F2斷層傾角40°～45°(圖5)。

圖5 測氡與TEM聯合剖面圖

3.4 綜合異常分析

通過對黃坌地區開展了伽馬總量、氡氣和瞬變電磁等地球物理勘探工作，對該地區的地熱資源有了較清楚的認識。氡氣異常與伽馬異常的形態及分布位置與已知溫泉點基本一致，二者異常范圍相似，說明本區的異常圈定結果可靠，這些異常區具有進一步勘查的潛力。由瞬變電磁勘探結果進行分析，推測該區深部存在隱伏巖體，而研究區與區內最大的大東山燕山早期花崗巖體相聚不到2 km，推測該隱伏巖體可能屬大東山巖體的一部分，其產生的殘余熱和放射性元素蛻變產生的部分熱量可能為區內熱水或溫泉的熱源之一。F1斷裂與隱伏巖體相連，該斷裂是本區的主斷裂，屬于控熱、導熱構造。地表上表現為具熱水蝕變特征的斷裂帶和寬大的密集斜沖斷裂面構造帶，既有擠壓又有張性特征。受多期構造運動的影響，斷層具有反復繼承和復活特點，是一條具繼承性活動的導熱斷裂。新生代晚期斷裂活動更加強烈，造成該斷裂帶兩側發育很多次級斷裂，裂隙網絡發育，為地下水富集和熱水對流提供了空間和通道。因此，NE向斷裂溝通深部熱源，也為地下水深循環過程中沿途吸收花崗巖殘余熱及深部傳導上來的熱量，然后在水壓差和密度差作用下，熱水沿斷裂帶向上運移至淺部有利部位涌至地表形成溫泉。

4 結語

(1) 黃坌地區位于廣東省東北部，構造活動強烈。區內地熱溫泉點主要與北東向斷裂活動引起的地熱增溫和巖漿活動余熱有關。

(4) 瞬變電磁測量可以反應深部地質構造信息。研究表明區內深部可能存在隱伏巖體，為區內熱水或溫泉的熱源之一；F1斷裂深部與隱伏巖體相連，是控熱、導熱構造。