CSAMT測量在湖南平江龍泉灣地熱資源勘查中的應用

桂 云, 萬海輝

(湖南省核工業地質局三一一大隊，湖南 長沙 410100)

0 引言

湖南平江龍泉灣地熱田區域上屬幕阜山—望湘隆起帶和長沙—平江斷裂帶的北東向構造體系，以NNE向及NE向斷裂構造發育為主，嚴格控制了區域內眾多鉛鋅多金屬礦床(點)及溫泉點的產出。

勘查區地熱田熱儲隱伏于第四系或燕山早期花崗巖系中，為花崗巖構造破碎帶熱儲，埋藏于隱伏的北北東向斷裂帶F1中。通過在勘查區開展可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)，查明勘查區構造F1、F2、F3空間分布位置，并施工鉆孔驗證，揭露斷裂構造F1，在近終孔位置處見有熱水涌出，取得了較好的勘查效果。

1 研究區地質特征

1.1 地層

勘查區為花崗巖出露區，地層只有少量第四系(Q)，主要為黏土、砂、礫松散沖積物，多分布于一級階地和二級階地及河漫灘中，且大部分為水稻種植地。

1.2 構造

區內斷裂構造發育，主要以北北東向斷裂構造為主。根據遙感地質解譯江背—南江橋斷裂構造(F1)往北延伸到本區內，在本區內地表大面積被第四系覆蓋。在勘查區西南邊五角村境內可見構造露頭，地表出露寬2～40 m，總體走向呈北北東向(10°～25°)，傾向北西，傾角70°～90°，構造內可見硅化碎裂巖、脈石英透鏡體，局部可見硅化糜棱巖及斷層泥。該構造切割了燕山期幕阜山巖體，是一條北北東向的區域性控巖構造，與區內已發現的部分溫泉點有著密切的關系。

區內還見有斷裂構造F2、F8及F4，這類構造均為區域性秦家坊—五福塅斷裂構造所派生的次級構造。

1.3 巖漿巖

區內燕山期巖漿活動強烈，出露的巖漿巖主要為燕山早期第一次侵入的中—中細粒二(黑)云母二長花崗巖(ηγ52a)和燕山早期第二次侵入的細—中細粒二(黑)云母二長花崗巖(ηγ52b)，巖性較單一。

2 水文地質條件

2.1 地下水類型

按地下水賦存條件、含水介質巖性和水動力特征，勘查區地下水類型分為第四系孔隙潛水和花崗巖基巖裂隙水。

2.2 含水層及其富水性

含水層主要為第四系及花崗巖基巖。

第四系：測區內分布較廣，主要分布在下沙江、石江河、昌水及其支河兩岸，巖性主要為沖洪積砂礫石層、坡積層亞黏土、黏土等；其富水性為孔隙潛水，水量中等。

花崗巖基巖：由燕山早期侵入的細—中粒黑(二)云母二長花崗巖及閃長巖、斜長巖、花崗閃長巖等組成；其富水性為裂隙水，水量弱至中等。

2.3 地下水補給、徑流、排泄條件和動態特征

第四系孔隙潛水：以大氣降水補給為主，區內河流、溪溝是地下水的主要排泄通道。第四系孔隙潛水隨降水量變化明顯，雨季流量大，枯季流量小。

花崗巖基巖裂隙水：以大氣降水補給為主，但局部地段因構造斷裂造成不同含水層的連通，促使補給來源多樣化?；◢弾r基巖裂隙水隨降水量變化明顯，雨季流量大，枯季流量小，很多泉在枯季干枯。

2.4 地下熱水

本區熱儲為花崗巖構造破碎帶熱儲。區內大面積出露燕山期花崗巖，巖漿余熱為地下水提供熱源，深部循環水將熱量帶到地表。區內斷裂構造發育，可作為良好的水、熱交換通道。地下熱水的補給源主要是大氣降水，大氣降水通過地表構造、裂隙向下滲入，沿裂隙、構造進行深部循環，在有利部位以泉的形式排泄于地表。

3 CSAMT測量

3.1 工作原理

可控源音頻大地電磁法(CSAMT)是在MT法(大地電磁測深法)、AMT法(音頻大地電磁測深法)基礎上發展起來的，與MT、AMT的基本原理相同，也是研究地下介質導電性電阻率差異的方法。根本區別在于MT、AMT使用的是天然場，而CSAMT則是使用人工場源，所觀測電磁場的頻率、場強和方向可由人工控制，其極化方向明顯，信噪比高，易于觀測[1]。它屬于一種人工源頻率域電磁測深方法，可研究大地的電磁響應，探測地下電性分布及地質構造。由于它可以穿過高電阻薄層，因此有些無法用直流電法和地震法探測到的高電阻薄層下的地質體，用CSAMT法可得到較好的效果。

本次CSAMT法采用的人工場源為電性源，它是在有限長(1～3 km)的接地導線中供音頻電流，以產生相應頻率的電磁場。在AB偶極的兩側，以AB中點為頂點60°張角扇區內，采用多道赤道偶極裝置進行標量測量(圖1)。

圖1 可控源音頻大地電磁測深法平面布置圖

該方法通過人工向地下供入電流建立電磁場，采用AMT的測量裝置來觀測正交電場分量Ex和磁場分量Hy，計算卡尼亞視電阻率ρs，探測深度與頻率成反比，可以通過改變發射頻率來達到測深的目的，獲得地下不同深度介質電阻率分布的信息，反映出地下不同深度的地質情況。

3.2 測量結果

結合勘查區地質情況，采用可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)查明勘查區構造的空間分布特征[2-4]，推斷地熱儲存位置，測線剖面基本垂直構造走向(圖2)。

圖2 勘查區CSAMT剖面位置及構造推斷圖

0線：X=0～400 m段中高頻段電阻率值較低，約800 Ω·m；其余地段電阻率值較高，約5 000 Ω·m。在X=110 m處存在一低阻異常帶，阻值約800 Ω·m，傾向北西，傾角約85°，延伸深度大于400 m；在X=220 m處存在一低阻異常帶，阻值約1 000 Ω·m，傾向南東，傾角約86°，延伸深度大于600 m；在X=260 m處存在一低阻異常帶，阻值約1 000 Ω·m，傾向南東，傾角約86°，延伸深度大于600 m(圖3)。

推斷：(1)在X=110 m處存在一斷裂構造F2，傾向南東，傾角約85°，延伸深度大于400 m；(2)在X=220 m處存在一斷裂構造F3，傾向北西，傾角約86°，延伸深度大于600 m；(3)在X=260 m處存在一斷裂構造F1，傾向北西，傾角約86°，延伸深度大于600 m。

2線：在X=40 m處存在一低阻異常帶，阻值約800 Ω·m，傾向北西，傾角約85°，延伸深度大于500 m；在X=170 m處存在一低阻異常帶，阻值約500 Ω·m，傾向南東，傾角約86°，延伸深度大于500 m(圖3)。

推斷：(1)在X=170 m處存在一斷裂構造F1，傾向南東，傾角約86°，延伸深度大于500 m；(2)在X=40 m處存在一斷裂構造F2，傾向北西，傾角約為85°，延伸深度大于500 m。

3線：剖面等值線界限較為明顯，只是在X=-20 m、70 m處各存在一低阻異常帶，阻值約800 Ω·m，產狀較陡，延伸深度大于500 m。其余各點阻值較高(圖3)。

圖3 勘查區CSAMT測量成果圖

推斷：(1)在X=70 m處存在一斷裂構造F1，傾向南東，傾角約87°，延伸深度大于500 m；(2)在X=-20 m處存在一斷裂構造F2，產狀陡立，延伸深度大于400 m。

4線：剖面等值線形態較為簡單，高頻段電阻率值較小，中低頻段電阻率值較大，只是在X=160 m處存在一低阻異常帶，阻值約800 Ω·m，產狀陡立，延伸深度大于200 m；在X=300 m處存在一低阻異常帶，阻值約800 Ω·m，傾向南東，傾角約86°，延伸深度大于300 m(圖3)。

推斷：(1)在X=300 m處存在一斷裂構造F1，傾向南東，傾角約86°，延伸深度大于300 m；(2)在X=160 m處存在一斷裂構造F2，產狀陡立，延伸深度大于200 m。

7線：剖面異常帶較為明顯，在X=20 m處存在一低阻異常帶，阻值約800 Ω·m，傾向北西，傾角約88°，延伸深度大于400 m；在X=100 m處存在一低阻異常帶，阻值約800 Ω·m，傾向南東，傾角約87°，延伸深度大于600 m(圖3)。

推斷：(1)在X=100 m處存在一斷裂構造F1，傾向南東，傾角約87°，延伸深度大于600 m；(2)在X=20 m處存在一斷裂構造F2，傾向北西，傾角約為88°，延伸深度大于400 m。

結合地質情況及勘查區已有地熱鉆孔分析，北東向斷裂構造F1為勘查區主要斷裂，控制著已知地熱露頭的產出，為本次物探勘查的主要對象。斷裂構造F1開啟性好，有一定的含水性，構造越往南面，開啟性變差，切割深度變淺；北東向斷裂構造F2局部產狀陡立，開啟性好，推測有一定的含水性，值得重視；北東向斷裂構造F3走向北東向，傾向南東，在勘查區內連續性好，形態明顯，延伸深度>600 m，開啟性好，推測有一定的含水性。

綜合分析，選擇在0線X=300 m處施工ZK01，終孔深度為502.88 m。終孔后，揭露斷裂構造F1，在近終孔位置處見有熱水涌出，水量較大，穩定后最大流量可達1 200 m3/d，水溫高，最高溫度達44.5 ℃，取得了較好的勘查效果。

4 結論

(1)可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)可以有效探測勘查區內構造的空間分布特征，推斷了構造F1、F2、F3的位置，并判斷了其產狀及延伸深度。

(2)建議施工的ZK01揭露斷裂構造F1，在近終孔位置處見有熱水涌出，水量較大，穩定最大流量可達1 200 m3/d，水溫高，最高溫度達44.5 ℃。