綜合物探在地?zé)崞詹橹械膽?yīng)用

徐彥鑫 李勃 宋曉軍 陳麗

摘 要：利用高密度電法、重力、可控源音頻大地電磁測(cè)深等方法綜合解釋奧陶系頂部巖層厚度、推斷了隱伏斷裂構(gòu)造、經(jīng)鉆探驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)了地下熱水、取得了很好的地質(zhì)效果。

關(guān)鍵詞：綜合物探；地?zé)峥辈?；隱伏構(gòu)造

1 前言

我國(guó)地?zé)豳Y源開發(fā)利用正處于快速發(fā)展的時(shí)期，地?zé)豳Y源作為綠色的清潔能源和可再生能源已普遍受到關(guān)注。地?zé)豳Y源的分布與各類礦產(chǎn)資源分布一樣，主要受地質(zhì)構(gòu)造的制約。綜合物探方法是探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造的有效方法，在地?zé)峥碧街?，我們?nèi)〉昧撕芎玫牡刭|(zhì)效果（圖1）。

圖1 物探工作綜合推斷成果圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

普查區(qū)屬于構(gòu)造侵蝕地形-低山丘陵。構(gòu)造地貌明顯，基巖裸露。區(qū)域構(gòu)造為寒嶺斷裂的分支，北東、北西走向，斷裂發(fā)育較多，呈平行狀。

2.1 地層

區(qū)內(nèi)出露的各時(shí)代地層較全，太古宇、元古宇、古生界、中生界及新生界均有分布。

新元古代地層為青白口紀(jì)地層，巖性為石英砂巖、鈣質(zhì)頁巖、粉砂巖。古生代地層最為發(fā)育，廣泛分布，出露有寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)、石炭紀(jì)和二疊紀(jì)地層，巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、粉砂巖、鮞粒灰?guī)r。寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)地層自下而上劃分為：堿廠組、饅頭組、張夏組、崮山組、炒米店組、冶里組、亮甲山組和馬家溝組。二疊紀(jì)地層出露為山西組地層和石盒子組。新生代地層僅出露第四紀(jì)全新世地層。

2.2 構(gòu)造

斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要為北東向的區(qū)域性壓性-壓扭性構(gòu)造、近東西向的區(qū)域性壓性-壓扭性構(gòu)造。

2.3 水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)總地勢(shì)北高南低，東西高中間低。地表水和地下水由丘間溝谷匯入河流。區(qū)域地下水類型可劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙層間水、基巖裂隙水和碳酸巖裂隙溶洞水。

大氣降水是區(qū)內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給來源，河水也是溝谷洼地和河谷平原地下水的又一主要補(bǔ)給水源。

2.4 地?zé)岬刭|(zhì)條件

普查區(qū)區(qū)域地?zé)犷愋蜑閭鲗?dǎo)型。古生代奧陶系馬家溝組厚層狀灰?guī)r，在盆地向斜中心部位及北東、北西斷裂發(fā)育部位，具有較好的含水性，為主要控水?dāng)嗔?。根?jù)以往資料，該區(qū)地溫增溫梯度約為3.58℃/100m。

3 地球物理特征

電性參數(shù)測(cè)定結(jié)果表明：砂巖、頁巖、泥巖電阻率值最低，在幾百Ω.M左右，灰?guī)r為中阻，電阻率值在1000Ω.M左右，白云巖、片麻巖電阻率值都較高，一般在5000-10000Ω.M。區(qū)內(nèi)巖層電性差異較大（表1）。

砂巖、頁巖密度在2.2克/cm3左右，與其他巖性之間密度相差0.3-0.6克/cm3，這為重力方法劃分巖性分界帶及構(gòu)造斷裂提供了可行性，而斷裂帶由于含水和空隙較大，可以產(chǎn)生較為明顯的重力異常（表2）。該區(qū)具備良好的地球物理前提。

4 工作方法

4.1 高密度電法

野外工作采用WGMD-6分布式三維高密度電阻率成像系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，采用α排列的溫納四極裝置（AMNB）觀測(cè)，工作電極極距5m。

數(shù)據(jù)處理過程是把探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地探測(cè)記錄存儲(chǔ)的原始數(shù)據(jù)文件*·dat，調(diào)入CRT數(shù)據(jù)處理軟件，首先經(jīng)過壞點(diǎn)切除和滑動(dòng)平均等圓滑處理后生成預(yù)處理數(shù)據(jù)*·tmp文件，對(duì)*·tmp文件進(jìn)行地形校正生成地改結(jié)果文件*·top，對(duì)*·top文件進(jìn)行反演；反演計(jì)算生成反演結(jié)果文件*·inv，通過對(duì)*·inv文件網(wǎng)格化、等值線劃分，生成位圖文件*·bmp，即視電阻率ρs CT剖面圖像。

4.2 重力勘探

野外數(shù)據(jù)采集使用加拿大Scintrex公司生產(chǎn)的CG-5自動(dòng)讀數(shù)重力儀，觀測(cè)參數(shù)為相對(duì)重力值（gal）。

野外使用手持GPS定點(diǎn)；在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)上進(jìn)行重力測(cè)量，每次讀數(shù)時(shí)間33秒，讀3次數(shù)，連續(xù)讀數(shù)差不超過0.020×10-5m/s2作為重力測(cè)點(diǎn)觀測(cè)值，最后閉合于起始基點(diǎn)。重力儀在一段時(shí)間之后動(dòng)態(tài)掉格比較大后儀器將做靜態(tài)試驗(yàn)，設(shè)置漂移值，確保每天閉合差不大于0.150×10-5m/s2。

4.3 可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）

測(cè)量系統(tǒng)采用美國(guó)進(jìn)口的GDP-32Ⅱ多功能接收機(jī)，由4個(gè)通道分別測(cè)量4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)值，最后轉(zhuǎn)換為卡尼亞電阻率貯存。供電電源采用美國(guó)進(jìn)口的ZMG30發(fā)電機(jī)、GGT30大功率發(fā)射機(jī)和XMT-32同步控制器對(duì)其控制輸出，頻率從0.125Hz到8192Hz。由人工進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制供電電流的大小。A、B兩端大極點(diǎn)分別采用0.8m長(zhǎng)20根銅電極打直徑2m圈，選用直徑0.5cm的聚乙烯32股銅絲供電線作為供電導(dǎo)線。

在開工前，首先檢查接收機(jī)工作電壓是否達(dá)到12.4V以上，并在開機(jī)1小時(shí)后對(duì)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)控制器XMT-32的同步檢查，看兩者是否完全同步，如不同步進(jìn)行調(diào)節(jié)，待完全同步時(shí)方可投入野外生產(chǎn)。

5 成果解釋

5.1 高密度電法

高密度電阻率剖面一般采用擬斷面等值線彩色圖或灰度圖來表示，由于它表征了地電斷面每一測(cè)點(diǎn)的視電阻率的相對(duì)變化，因此該圖在反映地電結(jié)構(gòu)特征方面具有更為直觀和形象的特點(diǎn)。

圖2 剖面1溫納排列的反演結(jié)果

從反演結(jié)果看， 1號(hào)剖面淺部在地面750米處出現(xiàn)高低阻電性結(jié)構(gòu)變化，向大號(hào)方向電阻率高，小號(hào)方向電阻率低，形成一條傾向南西，傾角在60°～70°之間的接觸帶，結(jié)合地質(zhì)條件及多條剖面，推斷為斷裂引起的電性結(jié)構(gòu)變化，斷裂編號(hào)為F1（見圖2）。

5.2 重力勘探

從重力異常推斷成果圖看，重力異常水平梯度變化明顯，表現(xiàn)為三個(gè)高值梯度帶，這些高值梯度帶為布格重力異常的接觸帶，是斷裂構(gòu)造的反映。據(jù)此推斷斷裂構(gòu)造三條，分別編號(hào)為F1、F2、F3。F1斷裂走向北西，F(xiàn)2斷裂走向北東，F(xiàn)3斷裂走向北西（見圖3）。

5.3 可控源音頻大地電磁測(cè)深

CSAMT探測(cè)為減小耦合采用一磁四電的觀測(cè)方式，經(jīng)二維反演消除了地形影響和靜態(tài)效應(yīng)，形成CSAMT視電阻率二維反演斷面圖（見圖4）。圖中基本反映了區(qū)內(nèi)巖性特征。其電性特征總體反映為：電性表現(xiàn)為兩側(cè)視電阻率高中間低，小號(hào)點(diǎn)高阻值在5000Ω.M以上，大號(hào)點(diǎn)阻值在1200Ω.M以上；小號(hào)點(diǎn)處地表出露巖性為太古界片麻巖，為明顯高阻，與探測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)，其上部為奧陶系地層；中部低阻下凹反映了地層的向斜特征，小號(hào)點(diǎn)處深部中阻為奧陶系地層。根據(jù)區(qū)內(nèi)巖石參數(shù)測(cè)定及已知區(qū)內(nèi)地層分布特征，虛線為推斷奧陶系地層頂部位置。

5.4 綜合推斷解釋

根據(jù)探測(cè)區(qū)地質(zhì)特征及巖石參數(shù)測(cè)定結(jié)果，結(jié)合重力推斷結(jié)果、高密度電阻率探測(cè)結(jié)果及CSAMT視電阻率推斷結(jié)果，與已知地層巖性對(duì)比可見：奧陶系灰?guī)r及巖溶強(qiáng)烈發(fā)育提供了儲(chǔ)水空間，重力測(cè)量推斷了F1、F2斷裂為區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源提供了控水構(gòu)造，高密度電阻率反映了F1斷裂的位置及產(chǎn)狀，為地?zé)崴难a(bǔ)給提供了來源；CSAMT探測(cè)反映了奧陶系地層深度及地層向斜構(gòu)造核部位置，為尋找最好的地下水深度增溫及位置提供了依據(jù)。綜合分析認(rèn)為，向斜的核部即F1、F2斷裂交匯處為地?zé)崴x存最有利部位。

6 工程驗(yàn)證結(jié)果

綜合物探提供鉆孔位置ZK1位于CSAMT16線的3200號(hào)點(diǎn)處，F(xiàn)1、F2斷裂交匯部位，向斜構(gòu)造核部，孔深1500米。該孔0～16m為第四系粘土、砂礫石，至1389m為馬家溝組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，溶蝕形態(tài)以溶蝕面為主，并伴有針狀溶蝕及串珠狀溶蝕，見熱水，井口測(cè)試的溫度達(dá)52℃，出水量大于500T/d，該層灰?guī)r為熱儲(chǔ)層。

7 結(jié)束語

綜合物探方法是研究地?zé)崽锛捌渫鈬貐^(qū)地球物理場(chǎng)特征以及尋找地?zé)豳Y源的一種行之有效的勘查手段。本區(qū)利用綜合物探方法，發(fā)現(xiàn)了熱儲(chǔ)層及導(dǎo)水構(gòu)造，經(jīng)工程驗(yàn)證，尋找到了地?zé)豳Y源。該方法在本區(qū)取得了良好的找地?zé)嵝Ч?/p>

隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步及勘查技術(shù)的研究，國(guó)內(nèi)外物探儀器研制與生產(chǎn)也取得了較大進(jìn)展，勘探深度已達(dá)2000～3000米以上，可以預(yù)料，綜合物探方法在地?zé)崞詹橹械膽?yīng)用會(huì)越來越廣泛。

作者簡(jiǎn)介：徐彥鑫（1960-），男，遼寧撫順市人，1981年畢業(yè)于遼寧冶金地質(zhì)學(xué)校，工程師，長(zhǎng)期從事工程物探、地質(zhì)物探找礦工作。