聯(lián)合剖面法在地下熱水勘探中的應(yīng)用

李 爽，楊國(guó)民，卜志偉

(遼寧省第四地質(zhì)大隊(duì)，遼寧 阜新123000)

地下熱水的分布狀態(tài)與構(gòu)造密切相關(guān)，地球物理勘探在地下熱水調(diào)查中的主要作用是圈定含水破碎帶和熱儲(chǔ)水的區(qū)域分布［1－5］。地球物理方法在地?zé)峥碧街芯哂锌辈樾矢?、成本低、適用范圍廣、勘察深度大等特點(diǎn)［］，本文應(yīng)用聯(lián)合剖面法確定地質(zhì)構(gòu)造、裂隙帶的位置、走向、傾向等情況，從而進(jìn)一步了解地?zé)崽锏刭|(zhì)結(jié)構(gòu)、熱儲(chǔ)、蓋層、熱儲(chǔ)類型等，為初步確定地?zé)峥碧骄缓秃笃陂_發(fā)利用提供依據(jù)［9］。

1 地質(zhì)概況及水文地質(zhì)條件

1.1 地層

該工區(qū)主要出露的地層包括:太古界建平群大營(yíng)子組(Arjnd):主要分布在普查區(qū)東南部，部分遭受混合巖化作用的角閃變粒巖夾二云片巖、石英片巖及大理巖，還可見磁鐵石英巖扁豆體。區(qū)域厚度1 378～7 131 m，與下伏小塔子溝組地層呈整合接觸關(guān)系。

白堊系阜新組(K1f):主要分布在普查區(qū)東北部，下部為灰色、深灰色、灰白色、灰黑色砂頁(yè)巖、粉砂巖、碳質(zhì)頁(yè)巖夾厚層煤;上部為灰白色、淺灰色砂巖、砂礫巖、夾薄層礫巖、砂頁(yè)巖及薄煤層，局部夾少量紫色薄層粉砂巖。區(qū)域厚度約400～2 300 m，為一套河湖沼澤相沉積，是阜新煤田主要含煤層位。在普查區(qū)中部大面積出露，與下伏九佛堂組呈整合接觸關(guān)系。

白堊系孫家灣組(K2S):為典型山前洪積扇建造，在普查區(qū)東南出露面積較大，主要巖性為紫紅色復(fù)成分礫巖夾雜色砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖，區(qū)域厚度約378.5～956 m。與下伏阜新組地層呈角度不整合接觸關(guān)系。

第四系全新統(tǒng)(Q):廣泛分布于勘查區(qū)內(nèi)，與下伏地層呈角度不整合接觸。主要由砂礫和粘土組成。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

F1:位于普查區(qū)中部長(zhǎng)營(yíng)子一帶，走向北北西，方位角335°，傾向北東，傾角70°，規(guī)模較大，斷層性質(zhì)為物探解釋推測(cè)張性正斷層。

F2:位于普查區(qū)東南部臺(tái)頭皋一帶的五家子～大巴斷裂斷裂，規(guī)模較大，屬于醫(yī)巫閭山斷裂一部分，為盆緣斷裂。走向北東，方位角60°，傾向北西，傾角60°，該斷層性質(zhì)復(fù)雜，至少經(jīng)歷了兩次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，具有多期活動(dòng)特點(diǎn)。同沉積時(shí)表現(xiàn)為張性正斷層，沉積后期表現(xiàn)為壓性逆沖斷層。

1.3 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)主體控?zé)針?gòu)造呈北東～北北東向展布，為盆緣斷裂帶一部分。次一級(jí)控?zé)針?gòu)造為北西～北北西向張性正斷層。地下熱水來(lái)源于北西向和北東向斷層主導(dǎo)的構(gòu)造裂隙、斷層破碎帶地下水的自然增溫，斷層是尋找地下熱水的主要控制因素。

普查區(qū)內(nèi)無(wú)溫泉出露，第四系覆蓋層厚約10～15 m，直接傳導(dǎo)深部地幔熱能的巖石是導(dǎo)熱率高白堊系九佛堂組下部蝕變白云質(zhì)泥巖、粉砂巖、砂礫巖，構(gòu)成普查區(qū)熱儲(chǔ)層。第四系和中生界白堊系導(dǎo)熱率低的頁(yè)巖、砂頁(yè)巖、泥巖構(gòu)成蓋層。從熱儲(chǔ)層巖石結(jié)構(gòu)而言，多致密、堅(jiān)硬，不具備孔隙含水層的條件。因此，裂隙發(fā)育程度和斷層破碎帶決定熱儲(chǔ)的賦水條件，也決定了地?zé)豳Y源的潛能。

2 工作原理和方法

聯(lián)合剖面法是勘查地下熱水中一種比較簡(jiǎn)便的方法，近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用。聯(lián)合剖面法是以巖礦石的導(dǎo)電性差異為工作基礎(chǔ)，人工向地下供電的方式測(cè)量地下巖礦石的視電阻率參數(shù)［6－10］。具體而言，聯(lián)合剖面法是由2個(gè)對(duì)稱的三級(jí)裝置(A、M、N和B、M、N)聯(lián)合而成，其公用無(wú)窮遠(yuǎn)供電電極Q垂直測(cè)線方向。本次工作共部署測(cè)線7條，極距分別為220 m和400 m(工程部署圖如圖1).在每一測(cè)點(diǎn)分別用A、Q和B、Q輪流供電，分別測(cè)出 M、N電極之間的電位差值ΔUAQ和ΔUBQ，并計(jì)算視電阻率ρsA、ρsB的值。通過(guò)測(cè)量的視電阻率(ρsA、ρsB)曲線的交點(diǎn)來(lái)確定地質(zhì)構(gòu)造、裂隙帶的位置及一定深度范圍內(nèi)水平方向電阻率的變化特點(diǎn);通過(guò)改變供電電極距的大小來(lái)控制不同的勘探深度，來(lái)確定地質(zhì)構(gòu)造、裂隙帶的走向、傾向和深部裂隙發(fā)育情況，由淺入深來(lái)研究地下介質(zhì)垂向上電阻率的變化特征。最后通過(guò)分析巖礦石的視電阻率差異，來(lái)達(dá)到找礦、找水的目的。

圖1 L1、L2、L3線視電阻率剖面圖

圖2 L6、L7線視電阻率剖面圖

3 資料分析解釋

通過(guò)上述方法對(duì)研究區(qū)的視電阻率進(jìn)行測(cè)量，得到各條剖面的視電阻率剖面圖(見圖1、圖2)，圖中實(shí)線為ρsAB的測(cè)量結(jié)果，虛線為ρsA、ρsB的測(cè)量結(jié)果。從圖可知，L1線的小極距測(cè)量結(jié)果在86號(hào)點(diǎn)附近出現(xiàn)低阻正交點(diǎn)，大極距在88號(hào)點(diǎn)附近出現(xiàn)低阻正交點(diǎn);L4線的小極距在98號(hào)點(diǎn)附近出現(xiàn)低阻正交點(diǎn)，大極距在108號(hào)點(diǎn)附近出現(xiàn)低阻正交點(diǎn);L5線的小極距在87號(hào)點(diǎn)附近出現(xiàn)低阻正交點(diǎn)，大極距在94號(hào)點(diǎn)附近出現(xiàn)低阻正交點(diǎn);L6線小極距側(cè)線在110點(diǎn)號(hào)附近出現(xiàn)低阻正交點(diǎn);大極距在112點(diǎn)號(hào)附近出現(xiàn)低阻反交點(diǎn);L7線的小極距在110點(diǎn)號(hào)附近出現(xiàn)低阻正交點(diǎn)，大極距在112點(diǎn)號(hào)附近出現(xiàn)低阻正交點(diǎn)。在低阻正交點(diǎn)兩側(cè)巖性電阻率變化不大，這就說(shuō)明低阻正交點(diǎn)的出現(xiàn)是由于構(gòu)造破碎引起的，并且破碎程度越大、越充水，其電阻率值就越高。

結(jié)合多條電阻率聯(lián)合剖面的低阻正交點(diǎn)的位置確定斷裂破碎帶的產(chǎn)狀。通常把供電極距的1/4作為勘探深度，在用三角函數(shù)的原理計(jì)算出構(gòu)造帶的傾角及傾向。通過(guò)綜合計(jì)算可得出F1和F2的產(chǎn)狀:F1的走向?yàn)楸北蔽飨?30°，傾向?yàn)楸睎|向60°，傾角為68°;F2的走向?yàn)楸睎|50°，傾向?yàn)楸蔽飨驗(yàn)?40°，傾角 60°。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)聯(lián)合剖面法通過(guò)地下介質(zhì)的導(dǎo)電性差異來(lái)尋找地下斷層構(gòu)造等地質(zhì)特征以尋找地下熱水或解決其他地質(zhì)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)地勘考察及以往的地質(zhì)資料證實(shí)聯(lián)合剖面法在地?zé)峥碧街腥〉昧孙@著的效果，在今后的工作中可以廣泛應(yīng)用。

(2)地下熱水的成因和賦存受多方面影響，其中斷層是尋找地下熱水的主要控制因素，裂隙發(fā)育程度和斷層破碎帶決定熱儲(chǔ)的賦水條件。

(3)研究區(qū)內(nèi)的兩個(gè)斷層 F1為 NE60°∠68°，F(xiàn)2為 NW 40°∠60°。利用聯(lián)合剖面法可以確定以地下熱水有關(guān)的斷裂構(gòu)造位置、大致傾角及傾斜方向。且由于張性斷裂對(duì)地下熱水的流動(dòng)起促進(jìn)作用為確定井位及溫泉開發(fā)利用提供重要依據(jù)。

［1］姬道新，張衛(wèi)新，陳小平，等.電法勘探在河南魯山中湯、溫湯地?zé)釁^(qū)的應(yīng)用［J］.地下水.2009，31(4):95－98.

［2］鄭東明，葉松青，成建勛，等.電法在地下熱水勘探中的應(yīng)用［J］.世界地質(zhì).2005，24(1):77－81.

［3］黃夢(mèng)軍.淺析電法勘探在地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用［J］.吉林農(nóng)業(yè).2000，12:92.

［4］李建平.視電阻率聯(lián)合剖面法在地下熱水勘探中的應(yīng)用［J］.地球:地勘與測(cè)繪.2014(5).

［5］劉益中.綜合物探方法在DQ地區(qū)地?zé)崽讲橹械膽?yīng)用［J］.江蘇地質(zhì).2004，28(4):210－213.

［6］徐光瑜，劉福臣，李凌霄.泰山群變質(zhì)巖地下水的富集條件與尋找方法［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào).2009，26(3).

［7］奚銳，孫海洋，趙楠.物探方法在蓋州市黃哨地區(qū)地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用［J］.資源環(huán)境與節(jié)能減災(zāi).2011(7).

［8］陳新奇.直流電發(fā)在地?zé)崴碧街袘?yīng)用［J］.中國(guó)煤田地質(zhì).2006，18(6):50－52.

［9］增祥凱，孫鳳娜，張坤.直流電法在地下水尋找中的應(yīng)用［J］.山東煤田科技.2013(1):7－9.

［10］曹永安，姜海瀚.綜合物探方法在鞍山市某地?zé)崽锿鈬責(zé)崽讲橹械膽?yīng)用［J］.地質(zhì)找礦論叢.2013，28(1):153－157.