平山縣溫塘地?zé)崽飬^(qū)域高精度航磁異常特征

韓亞彬 張崇山

(河北省地質(zhì)調(diào)查院 石家莊 0050051)

平山縣溫塘地?zé)崽锾矫鳠醿?chǔ)面積為0.26km2,以該地?zé)崽餅橹行?1∶2.5萬(wàn)高精度航磁異常呈正負(fù)交替的北東向、北西向條帶狀,組成了近圓形的區(qū)域航磁異常,直經(jīng)在15～18km。該航磁數(shù)據(jù)經(jīng)垂向一階導(dǎo)數(shù)處理和水平梯度模處理后,形成的二種磁異常圓形特征更加明顯(文內(nèi)將此圓形磁異常稱之為溫塘地?zé)崽飬^(qū)域高精度航磁異常)。以溫塘地?zé)崽锏奶卣骱?∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)資料為基礎(chǔ),論述該圓形區(qū)域航磁異常特征并作推斷解釋,結(jié)合1∶20萬(wàn)區(qū)域重力異常探討溫塘地?zé)崽锏男纬赡Ｊ?尋找地?zé)岬臉?biāo)志,圈定進(jìn)一步尋找地?zé)岬陌袇^(qū)。

1 地?zé)崽锔艣r

地?zé)崽镂挥谄缴娇h溫塘鎮(zhèn)一帶,北臨西柏坡,東距縣城20km,東南距離石家莊市區(qū)52km。區(qū)內(nèi)交通便利,朔黃鐵路通過(guò)本區(qū),公路四通八達(dá)。

溫塘地?zé)崽镒?958年建立工人療養(yǎng)院以來(lái),目前療養(yǎng)院已發(fā)展到11家,現(xiàn)有地?zé)峋?5眼,開(kāi)發(fā)利用8眼,年開(kāi)采量約165萬(wàn)m3。開(kāi)采深度一般為82～90m,北北東向長(zhǎng)條狀分布,與北北東向斷層位置和方向大致吻合。熱水水溫45 ℃～73 ℃,單井涌水量30～60m3/h(圖1)。

熱水化學(xué)特征： 礦化度1015.6～1656.4mg/L,水化學(xué)類型為Cl·SO4型,pH 值7.7～8.4,為弱堿性水,氟及偏硅酸質(zhì)量濃度已達(dá)理療熱礦水命名標(biāo)準(zhǔn),為氟水或硅水,還含有氡、鍶、硼酸等具有醫(yī)療和有益健康的多種微量元素。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造復(fù)雜,巖溶裂隙發(fā)育,匯水面積大,有利于降水入滲,成為地下熱水的良好補(bǔ)給區(qū),大氣降水通過(guò)北東向斷裂入滲參與深循環(huán)。由于開(kāi)采規(guī)模不斷擴(kuò)大,1971年5月實(shí)測(cè)溫塘2眼熱泉的流量分別為27.6 m3/d、12.1 m3/d,由于大量抽取地下熱水引起了水位下降,導(dǎo)致溫泉不能自流,出露的熱泉及熱坑均已干枯。目前,已有療養(yǎng)稠密、開(kāi)采集中,致使地?zé)崃黧w水位、水量、水溫、水質(zhì)都出現(xiàn)不同程度的變化,地下熱水水位下降了6～9m。對(duì)熱水井(熱7)多年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,水溫年際變化呈下降趨勢(shì),由1972年66.8 ℃降至2001年的62 ℃。表征熱水的特征元素K+、Na+、Cl-、SO2-4等離子質(zhì)量濃度逐年下降,冷水特征元素HCO-3、NO-3等離子質(zhì)量濃度逐年升高,主要原因?yàn)閰^(qū)域熱水水位下降引起上覆冷水回灌,造成熱水水質(zhì)發(fā)生了變化。

經(jīng)地?zé)崽锏責(zé)釤豳Y源量計(jì)算,溫塘地?zé)崽餆醿?chǔ)面積0.26km2,地?zé)崴砷_(kāi)采量73.00×104m3/a,地?zé)崴刹傻責(zé)豳Y源量15.2×103J/a。

該地?zé)釁^(qū)經(jīng)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用前景分析,地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用潛力不足。

2 地質(zhì)特征

2.1 地層

地?zé)崽锾幱谀蠉徠閹r與城子溝巖組接觸部位,北東的閻常峪村一帶為坊里片麻巖,東部主要為更新統(tǒng)馬蘭組,北西和南東為麻河清巖組,南部為長(zhǎng)城系、寒武系、奧陶系的碳酸巖蓋層(圖2),地層從老到新分述如下。

中太古界城子溝巖組(Ar2ch.)： 由黑云二長(zhǎng)變粒巖、斜長(zhǎng)變粒巖、鉀長(zhǎng)淺粒巖、大理巖組成。巖石顏色灰—淺灰色,粒狀變晶結(jié)構(gòu)。地層走向北東,傾向東南,傾角40°。

中太古界坊里片麻巖(Ar2gnγδο)： 巖性為條帶狀黑云斜長(zhǎng)片麻巖。

中太古界坊里片麻巖(Ar2gnγο)： 巖性為淺灰白色,含黑云斜長(zhǎng)片麻巖,片麻狀、條帶狀構(gòu)造發(fā)育。

中太古界麻河清巖組(Ar2m)： 巖性為灰白、淺灰色,細(xì)粒角閃黑云斜長(zhǎng)變粒巖夾斜長(zhǎng)角閃巖、淺粒巖及磁鐵石英巖。

新太古界南崗片麻巖(Ar13gnξγ)： 巖性為淺粉色含磁鐵角閃正長(zhǎng)(二長(zhǎng))片麻巖,普遍含磁鐵礦和角閃石,發(fā)育花崗偉晶質(zhì)條帶,地層走向北東,傾向東南,傾角35°。

古元古界官都巖群下部巖組(Pt1G1.)： 巖性為變質(zhì)砂礫巖、石英巖及云母片巖,角閃片巖。

長(zhǎng)城系、寒武系、奧陶系的碳酸巖蓋層。

更新統(tǒng)馬蘭組黃土(Qpm)。

2.2 構(gòu)造

斷裂構(gòu)造分布于區(qū)內(nèi)南部,以北東向和北西向?yàn)橹鳌?/p>

2.3 地貌

區(qū)域上西部、南部為山區(qū),其它多為丘陵。

地?zé)崽镂挥跍靥梁雍勇┘半A地上,溫塘河兩側(cè)丘陵最高標(biāo)高210m,溫塘河河床標(biāo)高約180m。地?zé)崽锍时北睎|向展布,與北北東向斷層總體走向大致相同,斷層造成巖石強(qiáng)烈破碎,從而為熱水循環(huán)、匯集和排泄創(chuàng)造了良好的條件。斷裂構(gòu)造的發(fā)育不僅控制著地?zé)崽锏販貓?chǎng)形態(tài)特征,而且還為溫塘地?zé)崽锾峁┝肆己玫臒崴\(yùn)移通道(圖2)。

圖2 溫塘地?zé)崽锏刭|(zhì)圖

3 航磁異常特征

航磁ΔT等值線異常、航磁ΔT 垂向一階導(dǎo)數(shù)異常、航磁ΔT化極水平梯度模等值線異常的特征如下。

3.1 航磁△T異常

區(qū)域上航磁ΔT 異常主體是以負(fù)異常為背景,北東向串珠狀正異常為主,異常的梯度帶也以北東向?yàn)橹?其次是北西向異常和梯度帶,串珠狀異常和條帶狀梯度異常多由斷裂構(gòu)造引起。400nT 左右的高值航磁異常,多由磁鐵石英巖、含磁鐵角閃正長(zhǎng)(二長(zhǎng))片麻巖等引起(圖3)。

圖3 溫塘地?zé)崽锖酱拧鱐等值線平面圖

通過(guò)溫塘地?zé)崽锏腗7～M11異常,呈北東向條帶狀,異常主體走向北東34°,穿越全區(qū),區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度約為20km,異常南正北負(fù),一般在-280～+400 nT 之間,推斷由北東向斷裂構(gòu)造引起,斷裂帶寬度較大,被后期北西向斷裂錯(cuò)成多段,M7、M8、M9異常由含磁鐵角閃正長(zhǎng)(二長(zhǎng))片麻巖引起。

M2～M5 是串珠狀正異常,走向北東,異常帶一般在負(fù)幾十到正幾十納特之間,組成的梯度帶通過(guò)本區(qū),區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度約為12km,與M7～M11異常平行,距該異常帶約5km。各個(gè)珠狀正異常被多組北西向條帶狀負(fù)異常隔開(kāi),北西向負(fù)異常帶推斷為北西向斷裂構(gòu)造。

M15～M17 是串珠狀正異常,走向北東,異常帶一般在負(fù)幾十到正幾十納特之間,組成的梯度帶穿越全區(qū),區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度為15km,與M7～M11異常平行,距該異常帶約8km。

M19、M20為北西向負(fù)異常帶,一般在-80～-40nT 之間,異常長(zhǎng)度近約9km,推斷為北西向斷裂構(gòu)造。

M12為北西向異常帶,中間為正異常,ΔTmax=+113.2nT,兩側(cè)為負(fù)異常,ΔTmin=-90nT,北側(cè)負(fù)值較多、梯度較大。推斷由基性巖脈引起,與北西向斷裂有關(guān)。

M1、M13、M14多為正異常,由中太古界麻河清巖組(Ar2m)引起,高值異常由角閃黑云斜長(zhǎng)變粒巖夾斜長(zhǎng)角閃巖、淺粒巖及磁鐵石英巖引起。

通過(guò)航磁異常特征分析,三條北西向平行的異常帶,由三條斷裂構(gòu)造引起,中間為主斷裂,斷距寬、深度大,時(shí)間早于北西向斷裂,異常被北西向斷裂錯(cuò)成多個(gè)臺(tái)階。北西向斷裂帶由多條斷裂組成,與北東向斷裂垂直,斷裂規(guī)模相對(duì)較小。

3.2 航磁△T化極垂向一階導(dǎo)數(shù)

為了更好地研究局部異常、劃分次級(jí)斷裂、較準(zhǔn)確的圈定巖體范圍,在化極基礎(chǔ)上對(duì)航磁ΔT 場(chǎng)進(jìn)行了垂向一階導(dǎo)數(shù)處理。垂向一階導(dǎo)數(shù)的物理意義相當(dāng)于地下磁性體向地表移動(dòng)一小段距離產(chǎn)生的異常與原異常之差。垂向一階導(dǎo)數(shù)處理對(duì)磁場(chǎng)高頻成分有突出和放大作用,它側(cè)重于淺層近地表地質(zhì)體的磁效應(yīng)而壓制深層區(qū)域背景場(chǎng)的影響,從而突出淺部地質(zhì)體引起的局部異常。

該區(qū)垂向一階導(dǎo)數(shù)處理是在化極的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,經(jīng)化極垂向一階導(dǎo)處理后,突出了淺部的磁異常,壓制的深層區(qū)域場(chǎng)的影響,消除或減弱了局部異常之間的疊加和干擾現(xiàn)象,在提取負(fù)背景場(chǎng)中的升高異常、圈定局部異常、劃分構(gòu)造邊界等方面具有重要作用。

進(jìn)行化極垂向一階導(dǎo)數(shù)處理前與處理后的效果對(duì)比分析,經(jīng)過(guò)垂向一階導(dǎo)數(shù)處理后,溫塘鎮(zhèn)附近地區(qū)北東走向升高正磁異常區(qū)的邊界特征更加明顯,負(fù)背景場(chǎng)中北西、北東向異常帶清晰可見(jiàn),為局部異常的圈定提供的重要依據(jù)(圖4)。

圖4 溫塘地?zé)崽锖酱拧鱐化極垂向一階導(dǎo)數(shù)等值線平面圖

3.3 航磁△T化極水平梯度模處理

水平梯度法利用了磁力水平梯度異常在垂直物性邊界的正上方取極大值的特點(diǎn)來(lái)確定邊界位置,磁力水平梯度公式為：

其中： ΔT 為某點(diǎn)的磁力異常值,i、j為x(東西向)、y(南北向)方向上的單位矢量。

某點(diǎn)異常值ΔT(i,j)的梯度模為：

由于位場(chǎng)異常的水平梯度在垂直物性邊界上取最大值,因而可以突出不同物性區(qū)的垂直邊界,而這種邊界又與不同地質(zhì)構(gòu)造單元的邊界位置有關(guān),利用水平梯度處理的結(jié)果,可以更好地從航磁異常中識(shí)別出斷裂、巖性邊界及其他線性構(gòu)造。突出了北東向主斷裂的位置和規(guī)模,北西向斷裂構(gòu)造的準(zhǔn)確位置(圖5)。

圖5 溫塘地?zé)崽锖酱拧鱐水平梯度模等值線平面圖

4 重磁異常解釋

4.1 區(qū)域重力異常

本區(qū)1： 20萬(wàn)區(qū)域布格重力異常為北北東向重力梯度帶,東部近北東向、梯度較大,西部梯度較小,近南北(圖6)。

1： 20萬(wàn)剩余重力異常在溫塘鎮(zhèn)為一重力低異常,與圓形航磁異常范圍套合較好,推斷重力異常由深部中酸性隱伏巖體引起(圖7)。

4.2 異常推斷解釋

根據(jù)本區(qū)域航磁異常特征,推斷解釋了斷裂構(gòu)造,自由定義了斷裂級(jí)別,分三個(gè)級(jí)別。F1為一級(jí)斷裂,走向北東,斷距寬,深度大,為較好的儲(chǔ)水?dāng)嗔?；F2、F3為北東向二級(jí)斷裂；F4為北西向二級(jí)斷裂；其它斷裂為三級(jí)斷裂。本區(qū)地形是西部、南部高,東部低,北東向斷裂為儲(chǔ)水?dāng)嗔?北西向斷裂為運(yùn)水?dāng)嗔选Ｔ诘叵聼嵩醋饔孟?在北東向斷裂和北西向斷裂的交匯地段形成了地?zé)崽?圖8)。

圖6 溫塘地?zé)崽锊几裰亓Ξ惓５戎稻€平面圖

圖7 溫塘地?zé)崽锸Ｓ嘀亓Ξ惓５戎稻€平面圖

以斷裂F4為剖面線,繪制溫塘地?zé)岬刭|(zhì)模型示意圖。地下熱源體為隱伏的中酸性巖體(γ),地下水由西向東沿北西向斷裂流入,經(jīng)中酸性巖體預(yù)熱,在F1、F2、F3斷裂儲(chǔ)水、上涌,形成地?zé)崽?圖9)。

4.3 地?zé)岚袇^(qū)圈定

依據(jù)溫塘地?zé)崽锏牡責(zé)崽卣?、區(qū)域地質(zhì)特征、區(qū)域航磁特征,對(duì)航磁異常和重力異常進(jìn)行了推斷解釋,研究了該區(qū)地?zé)岬男纬赡Ｊ?建立了溫塘尋找地?zé)岬南铝袠?biāo)志。

圖8 溫塘地?zé)崽镏卮女惓Ｍ茢嘟庾g圖

圖9 溫塘地?zé)岬刭|(zhì)模型示意圖

已知溫塘地?zé)崽锾卣鳎?/p>

航磁異常梯度帶,解釋推斷的北東向斷裂與北西斷裂交匯部位；

剩余重力低異常區(qū),推斷的隱伏巖體和隱伏斷裂構(gòu)造；

北東向斷裂為儲(chǔ)水?dāng)嗔?斷距寬,深度大的斷裂熱量大,北西向斷裂為運(yùn)水?dāng)嗔眩?/p>

區(qū)域地質(zhì)上,具有北東向和北西向斷裂特征。

按照尋找地?zé)岬臉?biāo)志,圈定了溫塘地?zé)崽镱A(yù)測(cè)地?zé)岬陌袇^(qū)。根據(jù)預(yù)測(cè)靶區(qū)的可信程度,從高到低分為Ⅰ～Ⅲ級(jí)。Ⅰ級(jí)靶區(qū)包括Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3；Ⅱ靶區(qū)包括Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3、Ⅱ3、Ⅱ4；Ⅲ級(jí)靶區(qū)包括Ⅲ1、Ⅲ2(圖10)。

圖10 溫塘地區(qū)尋找地?zé)岚袇^(qū)圖

5 結(jié)語(yǔ)

地?zé)豳Y源是具有巨大開(kāi)發(fā)利用的可再生的礦產(chǎn)資源,前景無(wú)限。作為清潔能源,可減少對(duì)煤炭、化石的依賴,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo),改善環(huán)境質(zhì)量,常用于供暖、養(yǎng)殖、種植、洗浴等；地?zé)崴泻芎玫睦懑熱t(yī)用價(jià)值,含有對(duì)人體有益的多種微量元素和礦物質(zhì),對(duì)皮膚病及其它多種疾病有較好的治療作用。隨著時(shí)代的發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng),對(duì)地?zé)崮茉吹难芯吭絹?lái)越受到國(guó)內(nèi)外的高度重視。

平山縣是紅色革命圣地,擁有山川旅游資源優(yōu)勢(shì),應(yīng)緊緊圍繞地?zé)岙a(chǎn)業(yè),加快進(jìn)行與當(dāng)?shù)刈匀伙L(fēng)光游有效整合,形成紅色教育、會(huì)展、觀景、培訓(xùn)、療養(yǎng)為一體的旅游產(chǎn)業(yè)鏈條,形成精品旅游路線,打造獨(dú)具特色的知名旅游品牌,以創(chuàng)造更好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

新1∶2.5萬(wàn)高精度航空航磁測(cè)量采用了創(chuàng)新的工作方法,提高了大地測(cè)量精度和磁場(chǎng)測(cè)量精度,制作了航磁數(shù)據(jù)處理的多種成果圖件,很好地反映了磁場(chǎng)異常特征,有利于低緩異常區(qū)及負(fù)異常相對(duì)高異常區(qū)的異常特征研究。

利用高精度航磁異常特征推斷解釋斷裂構(gòu)造,重磁異常配合推斷隱伏巖體和隱伏構(gòu)造,建立重磁異常特征與地?zé)崽锏年P(guān)系,研究形成地?zé)崮Ｊ?確定尋找地?zé)岬臉?biāo)志,圈定地?zé)犷A(yù)測(cè)靶區(qū),指導(dǎo)地?zé)崽锏膶ふ摇?/p>