CSAMT在黔東南州北西部地?zé)豳Y源勘查中的應(yīng)用

羅發(fā)科 張虎 徐鴻

摘要：黔東南州北西部熱儲(chǔ)主要沿區(qū)域大斷裂形成的帶狀熱儲(chǔ)，受構(gòu)造斷裂控制，采用可控源音頻大地電磁法（CSAMT）可快速準(zhǔn)確探測(cè)隱伏深大斷裂的產(chǎn)狀、延深情況及地層電性結(jié)構(gòu)分布情況，反映熱儲(chǔ)埋深和厚度，對(duì)地?zé)峋脑O(shè)計(jì)、施工具有較好的指導(dǎo)作用，經(jīng)鉆探驗(yàn)證，找熱效果好。

關(guān)鍵詞：CSAMT；黔東南州；地?zé)?；資源勘查

地?zé)崾翘N(yùn)藏于地球內(nèi)部的自然資源，地?zé)崃黧w作為地?zé)豳Y源開發(fā)的最主要載體具有水資源和礦產(chǎn)資源雙重屬性，其功能多、用途廣，是寶貴的潔凈資源。由于全球各地區(qū)地?zé)嵩?、?dǎo)熱通道、地層的熱導(dǎo)性能和滲透性能有所不同，從而造成地?zé)豳Y源分布格局極不均勻，地?zé)豳Y源的分布嚴(yán)格受構(gòu)造控制[1]?？辈檠芯空J(rèn)為，黔東南州北西部熱儲(chǔ)主要沿區(qū)域大斷裂形成的帶狀熱儲(chǔ)，受構(gòu)造斷裂控制，因而探測(cè)深大斷裂帶是地?zé)峥碧降氖滓蝿?wù)。

地?zé)崴８缓?、硫、氟、氡、偏硼酸、偏硅酸、鋅等多種礦物質(zhì)，具有一定的醫(yī)療、保健、養(yǎng)生作用，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，各地都在打造全域旅游、溫泉休閑旅游，地?zé)崴目碧介_發(fā)也隨之興起。

可控源音頻大地電磁法，簡(jiǎn)稱CSAMT，是一種人工源的音頻大地電磁測(cè)深技術(shù)，采用大功率（>20kW）接地電偶極發(fā)射大電流，在0.1kHz～10kHz頻率范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，其探測(cè)深度從幾十米到1500m以上，通過反演解釋獲得地下二維電阻率斷面，能快速準(zhǔn)確查清深大斷裂的產(chǎn)狀、延深情況及地層電性結(jié)構(gòu)分布情況，反映熱儲(chǔ)埋深和厚度，是當(dāng)前地?zé)峥碧狡毡椴捎玫奈锾绞侄巍?/p>

1.勘查區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)及地球物理特征

1.1地質(zhì)構(gòu)造

勘查區(qū)大地構(gòu)造位置分屬華南褶皺帶及揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱的貴陽(yáng)復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)。區(qū)內(nèi)施洞口斷層、革東正斷層、鎮(zhèn)遠(yuǎn)樞紐斷層為挽近期活動(dòng)斷裂，在一些地區(qū)切割中新生代地層，表現(xiàn)為張性或張扭性，沿?cái)嗔褞в袦厝虻蜏氐V泉產(chǎn)出。說明溫泉的形成大都與區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造有關(guān)，是區(qū)內(nèi)主要的儲(chǔ)熱構(gòu)造。

勘查區(qū)東南部雷山、臺(tái)江、劍河、三穗等地區(qū)的大地構(gòu)造上屬華南褶皺帶。其構(gòu)造主要以北東向—北北東向?yàn)橹?，主要褶皺有：崇梭溪背斜、白枝山背斜、雷公坪向斜、三穗向斜等；主要斷裂有：臺(tái)江斷層、施洞口斷層、革東斷層等。施洞口斷層：經(jīng)玉屏、例洞、施洞口和臺(tái)盤等地斜貫測(cè)區(qū)，并向兩端延至圖外，區(qū)內(nèi)長(zhǎng)120km。走向40°～50°，傾向東南，傾角50°～70°，為逆斷層；局部（舖田附近）為正斷層。從東南側(cè)與之斜列的褶皺和斷裂來看，還具左向平推性質(zhì)。上盤以上板溪群為主，下盤以寒武系為主。地層斷距一般在1000m以上。臺(tái)盤附近最大達(dá)3000m，地貌上沿?cái)鄬泳€常形成谷地和山鞍。斷層兩側(cè)震旦系厚度變化較大，并控制了中下寒武系的相變和加里東期褶皺的發(fā)育。從其切割加里東期與燕山期褶皺和下第三系，說明該斷裂在加里東期、燕山期和喜馬拉雅期均有活動(dòng)。革東正斷層：由北東向南西經(jīng)涼傘、矮子計(jì)、革東等地斜貫測(cè)區(qū)，走向50°～60°，傾向北西，傾角50°以上，區(qū)內(nèi)長(zhǎng)87km。特征與施洞口斷裂類似。上盤為清水江組第一段至下寒武統(tǒng)杷榔組地層；下盤為上板溪群烏葉組至清水江組第三段，地層斷距在1000m以上；西南端臺(tái)江附近烏葉組與震旦系接觸，斷距最大達(dá)6000m。東南側(cè)局部見地層倒轉(zhuǎn)、拖拉褶曲和千枚巖化現(xiàn)象。革東斷裂控制了震旦系及中下寒武統(tǒng)地層的相變，破壞了加里東期的褶皺，切斷第三系地層等，說明它形成于雪峰期，而在加里東期、燕山期和喜馬拉雅期曾有活動(dòng)，沿其斷裂有基性、超基性巖體出露，表明其深切地殼深部，具有深大斷裂特征。革東附近見有溫泉出露（水溫48℃），有可能與此斷裂有關(guān)。

勘查區(qū)北部施秉至鎮(zhèn)遠(yuǎn)一線次級(jí)構(gòu)造單元上屬黔北臺(tái)隆遵義斷拱的貴陽(yáng)復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)，勘查區(qū)位于該次級(jí)構(gòu)造東段，本段主要以北北東向構(gòu)造為主，平行于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)與華南褶皺帶分界線北段發(fā)育，主要褶皺為龍?zhí)锉承?、重安江向斜、黃絲背斜等，區(qū)內(nèi)鎮(zhèn)遠(yuǎn)-施秉一帶，有兩條平行延伸的東西向斷層，北面為蕉溪斷層，南面為鎮(zhèn)遠(yuǎn)斷層，兩側(cè)伴有若干次級(jí)同向斷層。鎮(zhèn)遠(yuǎn)樞紐斷層：由西向東經(jīng)施秉、鎮(zhèn)遠(yuǎn)、河口、玉屏等地，橫貫測(cè)區(qū)并向西端延至圖外，境內(nèi)長(zhǎng)106km。河口以西走向約90°，河口以東走向60°；斷層面傾向南或南東，局地傾向北或北西，傾角多在60°以上。鎮(zhèn)遠(yuǎn)樞紐斷層不僅切斷早期形成的施洞口斷層，還切斷了加里東期及燕山期北東向褶皺和斷裂。由于和其他斷層形成之?dāng)鄩K差異運(yùn)動(dòng)結(jié)果，性質(zhì)和斷距的變化大；總的來說正的地段較少，逆的地段較多，正向地層斷距400m～700m，逆向地層斷距達(dá)1000m以上。沿線常形成直谷和陡崖，破壞帶較發(fā)育，常有角礫巖和擦痕面，據(jù)巖脈傾入時(shí)代推斷該斷層形成于加里東期，但主要活動(dòng)于燕山期，因其破壞了燕山期褶皺并于該期若干斷層構(gòu)成斷塊差異運(yùn)動(dòng)。施秉附近，它切斷了下第三系，故說明在喜馬拉雅期有復(fù)活。斷層南盤有溫泉出露，有可能與此斷裂有關(guān)。

勘查區(qū)西南部位于華南褶皺帶及揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的接觸帶上。區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造為北東向施洞口斷裂。

1.2熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及類型

區(qū)內(nèi)發(fā)育北東向的革東-臺(tái)江斷裂、施洞口大斷裂、東西向鎮(zhèn)遠(yuǎn)斷裂及其次生斷裂構(gòu)造規(guī)模和深度較大，為挽近期活動(dòng)斷裂，且鎮(zhèn)遠(yuǎn)大斷裂與革東-臺(tái)江斷裂、施洞口大斷裂相交，不僅具有溝通地下熱源的作用，也是本區(qū)地下熱水儲(chǔ)水構(gòu)造，沿?cái)嗔褞Ф嘤袩岙惓＃厝?、鉆孔）顯示。因而勘查區(qū)以施洞口大斷裂、革東-臺(tái)江斷裂及鎮(zhèn)遠(yuǎn)斷裂構(gòu)成主要控?zé)針?gòu)造，熱儲(chǔ)主要沿區(qū)域大斷裂其發(fā)育的縱張節(jié)理裂隙呈帶狀發(fā)育構(gòu)成帶狀熱儲(chǔ)層，受構(gòu)造斷裂控制，熱儲(chǔ)溫度和深度受區(qū)域地?zé)嵩鰷芈实挠绊戄^小，地?zé)崃黧w的流量受構(gòu)造發(fā)育規(guī)模影響變化大。

熱儲(chǔ)構(gòu)造單元?jiǎng)澐譃榕_(tái)江大斷裂熱儲(chǔ)構(gòu)造單元、施洞口大斷裂熱儲(chǔ)構(gòu)造單元及鎮(zhèn)遠(yuǎn)大斷裂熱儲(chǔ)構(gòu)造單元。

1.3地?zé)崴纬蓷l件

大氣降水在區(qū)域上沿?cái)嗔褞А⒘严?、洼地等通道向地下運(yùn)移，在斷裂的控制下做深部循環(huán)、加熱，形成地?zé)崃黧w，熱流體體積膨脹產(chǎn)生浮力向上運(yùn)動(dòng)；同時(shí)上部的低溫流體因密度大在重力作用下向下運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成地下熱水循環(huán)。勘查區(qū)的革東-臺(tái)江斷裂、鎮(zhèn)遠(yuǎn)斷層、施洞口斷裂及其次生斷裂成為載流體對(duì)流的良好通道。

1.4地球物理特征

勘查區(qū)內(nèi)巖性較多，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，主要巖性有白云巖、灰?guī)r、砂巖、板巖、粘土巖及頁(yè)巖，各巖性層電阻率具有如下特征：完整的白云巖、灰?guī)r、砂巖、板巖電阻率在n×10³～n×10⁴Ω·m之間，含水白云巖、含水灰?guī)r、含水砂巖、含水板巖、斷層破碎帶電阻率在n×10～n×10³Ω·m之間，粘土巖、頁(yè)巖、地下水電阻率在n～n×10²Ω·m之間。

完整的基巖導(dǎo)電性差，電阻率較高；斷裂構(gòu)造兩側(cè)巖體一般較破碎，在垂向上由淺表至深部表現(xiàn)為大深度、大厚度的低阻帶，電阻率通常比完整巖體低1～2個(gè)級(jí)次；當(dāng)基巖比較破碎或節(jié)理裂隙發(fā)育時(shí)，通常含有地下水，呈現(xiàn)出較好的導(dǎo)電性。這些物性差異為在勘查區(qū)采用可控源音頻大地電磁法勘探提供了良好的地球物理前提，從而我們可以依據(jù)低阻特征和其發(fā)育深度有效地獲取斷層的空間分布特征，劃分地層巖性，判定熱儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的分布情況，從而達(dá)到工作的目的。

2. CSAMT野外工作布置及工作參數(shù)

黔東南州北西部地?zé)豳Y源勘查為2013年度貴州省地質(zhì)勘查基金第三批整裝勘查項(xiàng)目，也屬貴州省“5個(gè)100”工程的建設(shè)項(xiàng)目，勘查區(qū)含雷山縣、凱里市、黃平縣、施秉縣、鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣、岑鞏縣、三穗縣、劍河縣、臺(tái)江縣所轄區(qū)域，調(diào)查面積為6711.225km2。

依據(jù)整裝勘查區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源的主要控?zé)針?gòu)造單元，將整裝勘查區(qū)劃分為“革東-臺(tái)江大斷裂”“施洞口大斷裂”及“鎮(zhèn)遠(yuǎn)大斷裂”三個(gè)大的普查區(qū)塊。將鎮(zhèn)遠(yuǎn)大斷裂普查區(qū)塊進(jìn)一步劃分為黃平預(yù)查區(qū)、施秉普查區(qū)、鎮(zhèn)遠(yuǎn)普查區(qū)和岑鞏普查區(qū)；將施洞口大斷裂普查區(qū)塊進(jìn)一步劃分為凱里普查區(qū)和施洞口普查區(qū)；將革東-臺(tái)江大斷裂普查區(qū)進(jìn)一步劃分為雷山普查區(qū)、臺(tái)江普查區(qū)、劍河普查區(qū)、臺(tái)烈普查區(qū)和三穗普查區(qū)。其中鎮(zhèn)遠(yuǎn)普查區(qū)東西向大斷裂和北東向斷裂相交，中上寒武系地層大面積岀露，局部存在第三系沉積盆地，該區(qū)現(xiàn)狀研究程度低，為勘查工作重點(diǎn)區(qū)。

每個(gè)普查區(qū)垂直斷裂構(gòu)造布置3條CSAMT剖面，線距地質(zhì)條件而定，測(cè)點(diǎn)距50m，剖面總長(zhǎng)9km。本次野外工作使用中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院研制（重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)）的CLEMV5大功率多功能電磁法系統(tǒng)，采用TM標(biāo)量測(cè)量方式，場(chǎng)源為電性源，在平行于場(chǎng)源中垂線兩邊張角各30°的扇形區(qū)域內(nèi)的遠(yuǎn)區(qū)逐點(diǎn)觀測(cè)電場(chǎng)分量EX和與之正交的水平磁場(chǎng)分量HY振幅和相位，進(jìn)而計(jì)算卡尼亞視電阻率和阻抗相位。工作技術(shù)參數(shù)：工作頻率0.25Hz～8192Hz，收發(fā)距大于10km，供電電流大于12A，勘探深度大于1500m。視電阻率均方相對(duì)誤差Mρs小于±3.89%，相位均方誤差εφ小于±16mrad。

3.數(shù)據(jù)處理及異常推斷解釋

對(duì)野外采集到的每個(gè)排列的各個(gè)測(cè)點(diǎn)的視電阻率和相位數(shù)據(jù)，進(jìn)行曲線對(duì)比編輯、飛點(diǎn)除剔、曲線圓滑、校正（靜態(tài)效應(yīng)校正、近場(chǎng)校正、地形校正）、一維bostick反演、擬二維反演、二維反演，繪制成反演電阻率斷面圖（見圖1），結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行解釋推斷。

在3-3剖面上共發(fā)現(xiàn)3個(gè)明顯的低阻異常帶。第1個(gè)低阻帶出現(xiàn)在106～113號(hào)點(diǎn)，推測(cè)該低阻帶主要由寒武系婁山關(guān)群含水巖體引起，兩側(cè)有高阻體分布，無明顯的氡氣和米地溫異常顯示，推測(cè)為溜沙關(guān)斷層（F3）帶通過。根據(jù)低阻帶形態(tài)推測(cè)F3斷層向南東傾斜，傾角80°左右，下延深度880m。第2個(gè)低阻帶出現(xiàn)在135～165號(hào)點(diǎn)，推測(cè)該低阻帶主要為寒武系和震旦系含水巖體引起，且兩側(cè)有高阻體分布，伴有明顯的氡氣異常和米地溫異常顯示，推測(cè)為鎮(zhèn)遠(yuǎn)斷裂（F1、F1+1）帶，有熱源分布。根據(jù)低阻帶形態(tài)推測(cè)F1向北傾斜，傾角85°，下延深度2700m；F1+1向南向斜，傾角80°，下延深度2200m。第3個(gè)低阻帶出現(xiàn)在177～199號(hào)點(diǎn)，推測(cè)該低阻帶主要由寒武系及震旦系含水巖體引起，且兩側(cè)有高阻體分布，有較明顯的氡氣和米地溫異常顯示，推測(cè)為蕉溪斷裂（F2）帶，有熱源分布。根據(jù)低阻帶形態(tài)推測(cè)F2向北傾斜，傾角87°，下延深度2500m。

4.探采結(jié)合孔設(shè)計(jì)與施工驗(yàn)證結(jié)果

區(qū)域性的鎮(zhèn)遠(yuǎn)斷裂帶上地溫異常明顯，寒武系地層分布廣泛，有明顯的低阻異常分布，是地下熱水富集的有利部位，是較好的導(dǎo)熱導(dǎo)水構(gòu)造。結(jié)合地形地質(zhì)和交通條件，最終在3-3剖面的141～153號(hào)點(diǎn)之間設(shè)計(jì)了探采結(jié)合地?zé)峥碧娇?，直孔，孔?500m，如圖2示：

鉆孔施工驗(yàn)證結(jié)果：終孔深度2500m，日產(chǎn)水量810m3，井口水溫48℃，井底水溫76.6℃。開發(fā)前景好，助推了地方旅游業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

5.結(jié)語(yǔ)

CSAMT采用大電流供電，極大地提高信噪比，增強(qiáng)分辨率，增大勘探深度，是當(dāng)前地?zé)峥碧绞走x的物探方法，可快速準(zhǔn)確查明斷裂構(gòu)造的產(chǎn)狀、延深情況及地層電性結(jié)構(gòu)分布情況，反映熱儲(chǔ)埋深和厚度，為地?zé)豳Y源的開發(fā)起到較好的指導(dǎo)作用，帶動(dòng)區(qū)內(nèi)旅游業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)等發(fā)展，同時(shí)為地?zé)豳Y源的礦政管理提供科學(xué)依據(jù)。

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