浙江新昌盆地北緣地?zé)豳Y源成礦模式與三維可視化預(yù)測

鄭偉軍， 彭 鵬， 吳 鵬， 陽 翔， 陳沈健， 韋 毅

(浙江省水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，寧波 315012)

浙江新昌盆地北緣地?zé)豳Y源成礦模式與三維可視化預(yù)測

鄭偉軍， 彭 鵬， 吳 鵬， 陽 翔， 陳沈健， 韋 毅

(浙江省水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，寧波 315012)

為在浙江新昌盆地北緣開發(fā)更具投資價值的地?zé)峋?，開展了重力與可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)相結(jié)合的綜合物探工作，推斷盆地北緣深部為斷裂接觸關(guān)系，淺部為不整合接觸關(guān)系，并初步分析該區(qū)地?zé)豳Y源的成礦模式為構(gòu)造裂隙型帶狀熱儲，三維視電阻率模型預(yù)測該區(qū)勘查開發(fā)地?zé)豳Y源的有利區(qū)位為盆地北緣深部斷裂。

新昌盆地北緣； 地?zé)幔?成礦模式； 可視化預(yù)測

0 引言

地?zé)豳Y源集水、礦、熱三位于一體，不僅是可再生的綠色環(huán)保能源，還廣泛應(yīng)用于理療養(yǎng)生、溫泉洗浴等旅游產(chǎn)品地開發(fā)。開發(fā)利用地?zé)豳Y源，既可降低常規(guī)能源消耗，減輕環(huán)境污染，符合國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)性調(diào)整地需要，還能促進地方旅游經(jīng)濟地發(fā)展，提高當(dāng)?shù)鼐用袷杖隱1]。

浙江新昌盆地是浙江省四十余個晚侏羅系～白堊系中小盆地中的其中之一，盆地北緣已開發(fā)一口地?zé)峋?，但是深度較淺，水溫較低，水量較小，鉆孔鉆遇盆地內(nèi)、外地層的不整合接觸面，未鉆遇控盆斷裂，出水段位于侏羅系高塢組凝灰?guī)r內(nèi)斷裂破碎帶[2]。經(jīng)研究相關(guān)地質(zhì)資料和已有勘查成果[3]認為，該區(qū)深部控盆斷裂具有地?zé)豳Y源賦存的條件。物探方法是勘查深部地?zé)豳Y源的很好的一種手段[4-14]，根據(jù)該區(qū)巖石密度和電阻率的差異，采用重力與可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)相結(jié)合的綜合物探方法，在該區(qū)開展深部地?zé)豳Y源勘查工作。結(jié)合地質(zhì)資料和物探解釋，提出該區(qū)地?zé)豳Y源成礦模式。通過三維可視化技術(shù)，建立地下空間視電阻率模型[15-16]，預(yù)測地?zé)豳Y源賦存的有利區(qū)位，為其他地區(qū)同類型地?zé)豳Y源勘查開發(fā)提供借鑒。

1 地質(zhì)和物探特征

1.1 地質(zhì)特征

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于華南褶皺系(Ⅰ2)浙東南褶皺帶(Ⅱ3)寧波～麗水隆起亞帶(Ⅲ7)新昌～定海斷隆(Ⅳ9)中部，北北東向麗水～余姚深斷裂和北西向孝豐～三門灣大斷裂交匯于勘查區(qū)東北側(cè)。上述兩深大斷裂在嵊州境內(nèi)交匯呈“人”字形，“人”字形內(nèi)側(cè)構(gòu)成新昌盆地。受兩深大斷裂影響，研究區(qū)北北東向和北西向次級斷裂發(fā)育。研究區(qū)地層主要由侏羅系火山巖、白堊系沉積巖和新近系玄武巖組成(圖1)。據(jù)研究區(qū)地質(zhì)資料，盆地北緣發(fā)育東西向斷裂F1，該斷裂為新昌盆地北緣較大斷裂之一，與新昌盆地地形成與演化有重要關(guān)系。斷裂上盤即盆地內(nèi)為白堊系朝川組砂礫巖，斷裂下盤即盆地外為侏羅系高塢組晶屑凝灰?guī)r[17]。然而研究區(qū)地質(zhì)資料認為的F1斷裂在實地野外調(diào)查中并未發(fā)現(xiàn)，地表朝川組與高塢組地層呈不整合接觸關(guān)系，推測認為兩套地層淺部為不整合接觸關(guān)系，深部為斷裂接觸關(guān)系。

圖1 工作區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖(據(jù)1∶200 000諸暨幅地質(zhì)圖)Fig.1 Geological map of the work area

1.2 物探特征

據(jù)前人物探勘查資料[2]，工作區(qū)內(nèi)密度最大的巖石為侏羅系高塢組凝灰?guī)r，其次為白堊系朝川組砂礫巖，新近系嵊縣組玄武巖的密度隨巖石孔隙發(fā)育程度不同變化較大。

對研究區(qū)與周邊的巖石露頭進行小四極測定并統(tǒng)計，研究區(qū)內(nèi)電阻率最大的巖石為侏羅系高塢組凝灰?guī)r，其次為白堊系朝川組砂礫巖和新近系嵊縣組玄武巖。朝川組砂礫巖有一定孔隙，夾雜泥巖和煤線，其電阻率極低。嵊縣組玄武巖底部為砂礫石層，當(dāng)?shù)乇韽搅鞴┧容^充足時，常常表現(xiàn)為低阻。具體巖石物性參數(shù)見表1。

表1 工作區(qū)巖石物性參數(shù)表Tab.1 Petrophysics of the work area

2 工作方法

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和地面地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，第一階段物探工作部署了4條北北西向重力和CSAMT測線Z/K10～Z/K40，重力測量采用儀器為CG-5型重力儀，點距為40 m，CSAMT測量采用儀器為GDP32多功能電法站，點距為50 m，發(fā)射頻率為32 Hz～8 192 Hz，收發(fā)距為7 km～10 km，發(fā)射偶極距為2 km。Z/K10測線受研究區(qū)西側(cè)北西向斷裂影響，對F1斷裂反映不明顯，其余三條測線測得的數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，測量結(jié)果也較一致，初步表明了F1斷裂的大致位置和產(chǎn)狀。第二階段物探工作在測量結(jié)果較好的Z/K20和Z/K30測線之間部署了兩條CSAMT測線K50和K60，K50北北西向，點距為50 m，K60北西向，與Z/K50呈25°夾角，點距為25 m，改變了發(fā)射偶極位置，以排除單一場源產(chǎn)生的CSAMT測量結(jié)果偶然性，物探測線布設(shè)見圖2。

圖2 物探測線布設(shè)圖Fig.2 Layout map of the geophysical survey lines

3 推斷解釋

重力數(shù)據(jù)處理和反演采用RGIS軟件，對布格重力異常進行5點圓滑，然后進行求導(dǎo)和2.5D反演。CSAMT數(shù)據(jù)處理反演采用SCS2D軟件，剔除畸變頻點數(shù)據(jù)，進行了近區(qū)校正和靜態(tài)效應(yīng)校正等處理，采用二維有限元算法對遠場頻率數(shù)據(jù)進行二維滑動平均反演。圖3為Z/K20剖面重力和CSAMT綜合成果圖。Z/K20剖面重力異常曲線呈臺階狀，剖面北重力異常高，剖面南重力異常低，表明剖面地下存在一個密度界面[12]。重力異常上延 200 m后，曲線仍有一定梯度，表明密度界面具有一定地延深。水平一階導(dǎo)數(shù)極小值點和垂向二階導(dǎo)數(shù)零值點都出現(xiàn)在133號點，結(jié)合剖面北重力異常高，剖面南重力異常低，推測密度界面可能在133號點略往北偏移，傾向向南，或者界面在133號點略向南偏移，傾向向北。Z/K20剖面視電阻率反演斷面圖中，128號點標(biāo)高0 m至143號點標(biāo)高-1 500 m為視電阻率梯級帶，梯級帶以北為視電阻率高，呈垂向橢圓狀圈閉，梯級帶以南為視電阻率低，呈近水平狀。梯級帶以南視電阻率分兩層，上層電阻率極低，在標(biāo)高-200 m處呈水平圈閉，下層視電阻率相對較低，向南逐漸減小。剖面淺部為厚約100 m的視電阻率低，呈水平狀。

圖3 Z/K20剖面重力和CSAMT綜合成果圖Fig.3 Comprehensive result map of gravity and CSAMT of Z/K20 line(a)重力異常曲線圖；(b)重力反演成果圖；(c)視電阻率反演斷面圖

筆者綜合重力和CSAMT的計算和反演結(jié)果，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷該密度界面為斷裂F1，位于CSAMT剖面128號點標(biāo)高0 m至143號點標(biāo)高-1 500 m，斷裂傾向南，傾角為78°，斷裂以北為下盤高塢組凝灰?guī)r，密度大，視電阻率高，斷裂以南為上盤朝川組與館頭組砂礫巖，密度小，視電阻率低，朝川組地層夾泥巖與煤線，地層視電阻率極低。地表覆蓋嵊縣組玄武巖，厚約100 m，玄武巖底部為砂礫石層，含水性較好，視電阻率也很低。地表看到的高塢組凝灰?guī)r與朝川組砂礫巖不整合接觸關(guān)系，為斷裂活動停止后沉積活動還在繼續(xù)而引起的。

每條測線重力的反演結(jié)果與CSAMT的反演結(jié)果基本吻合，除Z/K10外，其余五條測線測得的數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，反演結(jié)果也較一致，對地層分區(qū)與F1斷裂的推斷結(jié)論一致，表明推斷結(jié)果具有較高的可靠性。

4 成礦模式

研究區(qū)地?zé)豳Y源的形成，是大地內(nèi)部熱能通過大地?zé)崃骱突◢弾r輻射熱流使下滲至深部的水體增溫，即熱源為正常的地溫梯度增溫。研究區(qū)內(nèi)F1斷裂是新昌盆地北緣的控盆斷裂，斷裂下盤為侏羅系凝灰?guī)r，巖石脆性，易發(fā)育與F1斷裂近平行的次級斷裂或基巖裂隙破碎帶，研究區(qū)地表水沿斷裂構(gòu)造破碎帶進行徑流，在深部匯入F1斷裂及圍巖破碎帶，F(xiàn)1及次級斷裂破碎帶為通道及熱儲?？辈閰^(qū)嵊縣組玄武巖和朝川組砂礫巖及館頭組砂巖阻水隔熱效果好，嵊縣組玄武巖厚度為50 m～200 m，朝川組和館頭組沉積地層總厚度近千米，是理想的蓋層。下伏完整的侏羅系火山碎屑巖類，透水性差，熱導(dǎo)率、熱擴散率較低，是隔水保溫層。地?zé)豳Y源成礦模式如圖4所示，為典型的構(gòu)造裂隙型帶狀熱儲系統(tǒng)。

圖4 地?zé)豳Y源成礦模式圖Fig.4 Metallogenic model map of geothermal resource

5 可視化預(yù)測

對采用同一發(fā)射偶極的Z/K10～Z/K50測線得到的同一深度的反演視電阻率進行二維網(wǎng)格化，得到了工作區(qū)不同深度的視電阻率分布(圖5)。對采用同一發(fā)射偶極的Z/K10～Z/K50測線得到的反演視電阻率進行三維網(wǎng)格化，得到了工作區(qū)地下三維空間的視電阻率模型(圖6)。從圖5和圖6中可以看出，以推斷的F1斷裂為界，斷裂以北視電阻率較高，一般為數(shù)百至數(shù)千歐姆，且深部和淺部視電阻率變化較小，推測該區(qū)域巖性單一，為侏羅系高塢組凝灰?guī)r。斷裂以南視電阻率較低，深部為數(shù)十歐姆，淺部視電阻率低至十幾歐姆，推測斷裂以南淺部為白堊系朝川組砂礫巖，局部富集泥巖與煤線，深部為白堊系館頭組砂礫巖，巖性較單一。

圖5 工作區(qū)不同深度反演視電阻率水平切片圖Fig.5 Apparent resistivity horizontal section map of different depth at the work area

圖6 工作區(qū)地下三維空間視電阻率模型Fig.5 Apparent resistivity model of the 3D space under the work area

由Z/K20剖面視電阻率反演斷面圖以及工作區(qū)地下三維空間視電阻率模型可知，梯級帶等值線最密處視電阻率值在150 Ω·m左右，視電阻率梯級帶基本反映了F1斷裂，故繪制了工作區(qū)地下空間150 Ω·m視電阻率等值面圖(圖7)，該等值面的位置和形態(tài)大致對應(yīng)了F1斷裂在地下的位置和形態(tài)。從圖7中可直觀地看出，F(xiàn)1斷裂走向北東東，傾向南南東，傾角為70°～80°。

按照該區(qū)地?zé)豳Y源成礦模式和物探勘查成果分析，F(xiàn)1斷裂位于新昌盆地北緣，為控制盆地形成和演化的主干斷裂，盆地外高塢組凝灰?guī)r內(nèi)規(guī)模較小的次級斷裂較發(fā)育，盆地內(nèi)外高差約300 m，有利于地表徑流經(jīng)凝灰?guī)r內(nèi)次級斷裂下滲匯聚到F1斷裂深部，經(jīng)大地內(nèi)部熱能加熱后形成熱儲?；谝陨戏治?，認為F1斷裂深部是新昌盆地北緣熱儲賦存有利區(qū)位。

圖7 工作區(qū)地下空間150 Ω·m視電阻率等值面圖Fig.7 150 Ω·m apparent resistivity iso-surface map of the work area underground space

6 結(jié)論

1)重力和CSAMT相結(jié)合的綜合物探方法，在新昌盆地北緣探測深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)是有效的，探測結(jié)果表明，盆地北緣深部是斷裂接觸關(guān)系，斷裂走向北東東，傾向南南東，傾角為70°～80°。斷裂上盤為白堊系朝川組和館頭組砂礫巖，下盤為侏羅系高塢組凝灰?guī)r。地表看到的不整合接觸關(guān)系，為斷裂活動停止后沉積活動還在繼續(xù)所引起的。

2)該區(qū)地?zé)豳Y源的成礦模式為典型的構(gòu)造裂隙型帶狀熱儲，熱源、通道、熱儲和蓋層條件良好，其中控盆斷裂F1及次級斷裂為地下熱水提供了運移的通道和儲存的空間，準確探測其位置和產(chǎn)狀是地?zé)豳Y源勘查取得成功的關(guān)鍵。

3)將多條共發(fā)射源的CSAMT測線視電阻率三維網(wǎng)格化，應(yīng)用三維可視化技術(shù)，構(gòu)建地下空間視電阻率模型，可有效劃分地層分布，推測斷裂位置與產(chǎn)狀，預(yù)測熱儲區(qū)位，為下一步勘探工作提供依據(jù)。

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Geothermal resource mineralization model and 3D visualization prediction at the northern margin of Xinchang basin, Zhejiang province

ZHENG Weijun, PENG Peng, WU Peng, YANG Xiang, CHEN Shenjian, WEI Yi

(Zhejiang Institute of Hydrogeology and Engineering Geology, Ningbo 315012, China)

In order to develop a geothermal well which has higher investment value at the northern margin of Xinchang basin, Zhejiang，comprehensive geophysical exploration combining gravity and CSAMT is conducted. It inferred that, at the deep of the northern margin of the basin, the contact relationship is fault and at the shallow, it is unconformity. It is primary analyzed that the geothermal resource mineralization model is structural fissure zonal geothermal reservoir. The 3D apparent resistivity model predicts that the deep fault at the northern margin of the basin is favorable location to develop geothermal resource at the area.

northern margin of Xinchang basin; geothermal; mineralization model; visualized prediction

2016-07-11 改回日期：2016-09-14

鄭偉軍(1985-)，男，碩士，工程師，主要從事礦產(chǎn)勘查工作，E-mail：zheng-weijun@126.com。

1001-1749(2017)04-0484-06

P 631.8+4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.04.08