綜合物探手段在地熱水資源勘查中的應用

黃昌慶

(中國冶金地質(zhì)總局第三地質(zhì)勘查院，山西 太原 030000)

1 測區(qū)概況

(1)地層。勘查區(qū)出露的地層有奧陶系和第四系。巖性主要為：石英砂巖、砂礫巖、石英砂巖夾頁巖互層，厚度1 726 m?；液谏?guī)r，具強烈靡棱巖化。第四系分布于測區(qū)的低地、山溝、小河兩岸。

(2)構造。勘查區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的斷裂構造主要為近東西向的斷裂(F1)：走向80°，傾向350°，傾角50°，寬達300～500 m，推測為高要—惠來斷裂；位于測區(qū)的南部，其巖性主要為云母石英片巖、片麻巖，巖石片理發(fā)育。

(3)巖漿巖。勘查區(qū)的侵入巖主要由燕山早期第三階段(γ52(3))的二長花崗巖，分布在勘查區(qū)南北兩側。

(4)變質(zhì)巖?？辈閰^(qū)內(nèi)出露的變質(zhì)巖為靡棱巖化花崗巖、靡棱巖化砂巖以及靡棱巖，屬動力變質(zhì)巖類，且僅見于斷裂帶內(nèi)。

(5)水文地質(zhì)條件。區(qū)內(nèi)地下水類型按賦存條件劃分，主要有松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水、基巖裂隙水、斷層帶裂隙水四大類。

2 地球物理特征

(1)研究表明，廣東地下熱水主要以深大斷裂，破碎帶為主，而氡氣隨地下水沿斷裂破碎帶遷移至地表富集，形成高濃度的氡氣值，斷裂構造與圍巖存在明顯的氡濃度差異，為開展土壤氡氣測量工作提供地球物理前提。

(2)區(qū)內(nèi)巖(土)石按電性主要分為3種：第四系殘坡積土、充水斷裂破碎帶以及韌性剪切帶電阻率幾十～1 000 Ω·m，屬低阻體；區(qū)內(nèi)出露的灰?guī)r、白云石大理巖、侵入的花崗巖等電阻率在1 000～20 000 Ω·m，屬相對高阻體。所要尋找的目標體(地下水)與圍巖具有明顯的電性差異，因此本區(qū)具備開展電法及電磁法找水的電性前提。

(3)地下熱水的主要儲存目的層以斷裂破碎帶為主，熱氣沿斷裂破碎帶裂隙或空隙上升至地表，形成高溫，而完整圍巖的溫度相對小，溫度整體無變化或變化微弱，因此斷裂構造與圍巖存在明顯的溫度差異，為開展土壤氡氣測量工作提供地球物理前提。

3 工程布置

本次測量布設1條綜合剖面(104線)，測線方位角為140°，點距20 m，加密點距10 m。施測測點采用標有點號的紅布條作標志，采用木樁固定。

(1)土壤測氡測量：采用生產(chǎn)儀器為北京核工業(yè)研究院生產(chǎn)的FD216環(huán)境測氡儀。進行土壤測氡取樣時采用直徑2 cm的專用鋼釬在測點位置打孔70 cm左右，將鋼釬拔出迅速把取樣器插入孔中并將取樣器頂端土壤密封壓實，然后進行測量。

(2)電阻率聯(lián)合剖面測量：聯(lián)合剖面測量是由兩個三極裝置聯(lián)合而成，即AMN～MNB，共用一個無窮遠極C,OC≥5倍AO，且垂直于測線方向。各測點上分別由AO、BO供電，測得兩組視電阻率ρsa、ρsb。

本次選用重慶奔騰WDJD-4電法儀，采用雙深度聯(lián)合剖面裝置，其中第一組供電極距為AO=200 m，MN=40 m；第二組電極距為AO=120 m，MN=40 m，測量點距20 m。

(3)淺層地溫測量：采用深圳大雄測控STY-2型土壤測溫儀，探測深度1 m。進行土壤測溫時采用直徑2 cm的專用鋼釬在測點位置打孔100 cm左右，將鋼釬拔出并迅速把傳感器插入孔中并將頂端土壤密封壓實，然后進行測量。

(4)音頻大地電磁法：本次勘探是采用由美國EMI公司和Geometrics公司聯(lián)合推出的新一代電磁儀EH-4型StrataGem電磁系統(tǒng)，能觀測到離地表幾米至1 500 m內(nèi)的地質(zhì)斷面的電性變化信息，基于對斷面電性信息的分析研究，利用卡尼亞電阻成果。

4 資料整理

在野外觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠的條件下，每天通過數(shù)據(jù)線連接計算機把原始觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C上，并進行歸檔整理。

(1)土壤氡氣測量。計算出該測線的土壤氡濃度的背景值；測線數(shù)據(jù)減去相應背景值后，以線為單位繪制土壤氡濃度異常剖面圖。

(2)電阻率聯(lián)合剖面。本次工作對視電阻率聯(lián)合剖面法采集的原始數(shù)據(jù)進行歸攏處理，并利用ρsa和ρsb視電阻率值求得ρsab視電阻率值，以線為單位繪制聯(lián)合剖面復合極距視電阻率剖面圖，同時根據(jù)聯(lián)合剖面法ρsa和ρsb關系得到視電阻率低阻正交點。

(3)淺層地面測溫。淺層地面溫度測量原始數(shù)據(jù)采集后，對淺層地面測溫原始數(shù)據(jù)進行整理，根據(jù)測線計算出剔除掉測線最大及最小值后的平均值，對測線實測值減去相應平均值后繪制淺層地面測溫異常剖面圖。

(4)AMT測量資料整理。野外采集的時間序列的數(shù)據(jù)進行預處理后，在現(xiàn)場進行FFT變換，獲得電場和磁場虛實分量和相位數(shù)據(jù)。并且，進行現(xiàn)場一維BOSTICK反演，在一維反演的基礎上利用自帶二維成像軟件二維電磁成像。

5 應用實例情況

104線綜合異常解釋推斷(見圖1)：

104線1000～2600號點之間、標高-100以下，存在一個明顯的低阻異常MT104-1，電阻率在10～500 Ω·m。異常處出露燕山三期巖漿巖(二長花崗巖、黑云母花崗巖)，根據(jù)異常形態(tài)推斷MT104-1異常為韌性剪切帶引起，產(chǎn)狀上陡下緩，往南東傾。

AMT測量在1960～2000號點發(fā)現(xiàn)的向深部延伸的低阻異常，同時在900～1000號點常規(guī)土壤測氡曲線尖峰異常頻繁出現(xiàn)，淺層地面測溫出現(xiàn)溫度異常，測溫曲線凸起形態(tài)；再根據(jù)視電阻率聯(lián)合剖面測量成果，在940號點附近獲得低阻正交點，且極距OA=200 m視電阻率曲線有呈“U”型趨勢。綜合物探地質(zhì)資料分析，推斷低阻異常MT104-1為F1斷裂破碎帶引起，且該破碎帶地段多為富含地下水的地段，推斷富水的可能性較大。

結合地質(zhì)資料，淺層地溫異常主要分布在由F1斷裂控制的糜棱巖帶內(nèi)。結合視電阻率聯(lián)合剖面法取得的低阻正交點異常帶(F1-1)和AMT測量獲得MT104-1說明常規(guī)測氡、淺層地面溫度測量、視電阻率聯(lián)合剖面測量和AMT測量所獲得的是同源異常；綜合物探、地質(zhì)資料成果分析，四者異常與F1斷裂破碎帶位置基本吻合，推斷異常為斷裂破碎帶引起。

圖1 104線AMT測量二維反演電阻率斷面圖

6 結論

結合本區(qū)的水文與地質(zhì)特征，綜合常規(guī)測氡、聯(lián)剖、AMT測量和淺層地面測溫4種方法所得成果，在104線2140號點正對低阻異常中心布置鉆孔ZK1，孔深500 m，經(jīng)鉆孔驗證，在300 m出水量增大，水溫增高，效果良好。

在地熱水資源勘探中，實踐證明，綜合物探方法是找水最經(jīng)濟、快速的、準確的手段。不同的地區(qū)還可以采用不同的方法，靈活運用。對于如何排除假異常、突出有用異常等則是技術的關鍵。