冀西北山區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)特征及綜合勘察方法探討

田增彪，任 磊，代 濤，薛寶林，趙 強(qiáng)，王延軍

河北九華勘查測(cè)繪有限責(zé)任公司，河北 保定 071051

1 前言

地?zé)豳Y源[1-6]是具有巨大開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的可再生能源。河北省地?zé)豳Y源豐富，在平原區(qū)發(fā)現(xiàn)了豐富的中低溫地?zé)豳Y源，山區(qū)地?zé)釡厝簿哂杏凭玫拈_(kāi)發(fā)歷史。近年來(lái)，由于旅游觀光、休閑度假、療養(yǎng)等項(xiàng)目的大力發(fā)展，山區(qū)地?zé)峥辈榈氖袌?chǎng)需求和投入力度均有所加大。

論文主要以赤城縣某山區(qū)地?zé)峁ぷ鲄^(qū)勘查為例，分析冀西北山區(qū)地?zé)犷?lèi)型及熱儲(chǔ)[15]，并總結(jié)冀西北山區(qū)地?zé)岬匚锘C合勘查方法技術(shù)組合(CSAMT、米地溫測(cè)量、氡氣測(cè)量)的有效性及地?zé)峥辈檎业V標(biāo)志。

2 概況

2.1 工作區(qū)地質(zhì)概況

1-康?！獓鷪?chǎng)深斷裂；2-豐寧—隆化深斷裂；3-大廟—娘娘廟深斷裂；4-尚義—平泉深斷裂；5-上黃旗—烏龍溝深斷裂；6-懷柔—淶水深斷裂；①沽源—張北大斷裂；②馬市口—松枝大斷裂圖1 冀西北斷裂及地?zé)豳Y源分布略圖(河北地礦局)Fig.1 Distribution of faults and geothermal resources in Northwest Hebei (Hebei Bureau of Geology and Mineral Resources)

2.2 冀西北地?zé)豳Y源特征

冀西北地?zé)豳Y源分區(qū)為山區(qū)構(gòu)造帶地下熱水區(qū)(Ⅰ)燕山山地?zé)崴畞唴^(qū)(Ⅰ1)，赤城—平泉一線以北屬冀北東西向隆起帶，地下熱水活動(dòng)與北西、北東、北北東和東西向4組斷裂構(gòu)造交匯復(fù)合有關(guān)，溫度一般大于60°C，熱水化學(xué)類(lèi)型以SO4-Na型，礦化度0.27～1.15 g/L；赤城—平泉一線以南為東西向沉降帶，溫度略低。

地?zé)豳Y源類(lèi)型那個(gè)主要有兩類(lèi)[1]：一類(lèi)為斷裂帶型開(kāi)放型熱儲(chǔ)、一類(lèi)為斷裂帶半圈閉型熱儲(chǔ)。

圖2 地?zé)岣呕Ｐ蛨D[4]Fig.2 geothermal generalization model diagram[4]

3 勘查方法原理及工作方法

根據(jù)該地區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)背景和地?zé)犷?lèi)型，選取地質(zhì)調(diào)查[2]、米地溫測(cè)量[15]、地球化學(xué)氣體測(cè)量(氡氣)[5-14]、可控源音頻大地電磁[10-18]等幾種在該領(lǐng)域應(yīng)用效果較好的方法組合可更好的來(lái)評(píng)價(jià)斷裂的存在、活動(dòng)性、深部賦水性及賦熱特征。

3.1 地質(zhì)調(diào)查

據(jù)工作目的，有針對(duì)性的開(kāi)展，密切關(guān)注工作區(qū)的斷裂構(gòu)造裂隙帶、巖體，對(duì)發(fā)現(xiàn)的構(gòu)造、巖體詳細(xì)記錄其地質(zhì)特征[2]，包括產(chǎn)狀、厚度、巖石蝕變、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育程度等，追索調(diào)查，重要的構(gòu)造需至少兩個(gè)構(gòu)造控制點(diǎn)控制，同時(shí)兼顧觀察地表水體、泉眼、民用水井。

3.2 米地溫測(cè)量

由于地?zé)岙惓^(qū)的熱量可以通過(guò)傳導(dǎo)而不斷地向地表擴(kuò)散，測(cè)量地下一定深度的溫度，便可以圈定熱異常區(qū)，并大致推斷地下水的分布范圍。米地溫測(cè)量指地下一米淺孔深度的地層溫度，測(cè)線方向一般應(yīng)垂直于地?zé)岙惓５拈L(zhǎng)軸或儲(chǔ)熱、導(dǎo)熱構(gòu)造的走向[15]。

3.3 地球化學(xué)氣體測(cè)量(氡氣)

利用地球化學(xué)氣體(如氡Rn、汞Hg、氦He等氣體)的含量異常變化來(lái)探測(cè)斷裂構(gòu)造存在是較為成熟的方法之一[4-14]。Rn是一種放射性惰性氣體，是U238放射系列中Rn衰變的中間產(chǎn)物。利用斷裂帶上的Rn釋放強(qiáng)度的變化異常信息來(lái)探測(cè)活動(dòng)斷裂的存在和位置[7]，此方法適用于未受?chē)?yán)重化學(xué)污染場(chǎng)地的隱伏活斷層斷裂。

3.4 可控源音頻大地電磁

CSAMT法是一種先進(jìn)的頻率域電磁法勘查技術(shù)[7-10.13]，它是利用不同頻率的場(chǎng)在地層中的傳播深度不同，不同電導(dǎo)率的巖石在電流流過(guò)時(shí)所產(chǎn)生的電位和磁場(chǎng)是不同的的原理，在遠(yuǎn)端利用人工場(chǎng)源對(duì)地下巖石進(jìn)行激發(fā)，則不同的頻率產(chǎn)生在接收端便產(chǎn)生的一定電位差，即一次電場(chǎng)，接收端觀測(cè)不同供電頻率的一次場(chǎng)電位和磁場(chǎng)強(qiáng)度變化，并通過(guò)計(jì)算得出該位置對(duì)應(yīng)深度的視電阻率。CSAMT法其主要特點(diǎn)具有抗干擾能力強(qiáng)，探測(cè)深度比較大，縱向分辨率高，穿透能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

4 實(shí)例

工作區(qū)部署了綜合剖面四條，均有較好的地?zé)岙惓ｏ@示。其中米地溫測(cè)量剖面，點(diǎn)距40 m，地溫背景值約-1.5℃，地溫峰值2.4℃，整體上存在4℃左右的地溫異常，地溫異常均出現(xiàn)在位于溝谷的斷裂構(gòu)造裂隙帶上，米地溫異常和斷裂構(gòu)造裂隙帶關(guān)系密切。土壤氡氣剖面，點(diǎn)距40 m，土壤氡背景值1 000～2 000 bq/m3左右，峰值為8 898 bq/m3，異常位置多數(shù)和斷裂構(gòu)造裂隙帶位置吻合，直接顯示斷裂構(gòu)造裂隙帶?？煽卦匆纛l大地電磁測(cè)深剖面清晰的刻畫(huà)了低阻破碎帶的位置、產(chǎn)狀，為尋找賦水區(qū)域提供了翔實(shí)的地球物理依據(jù)。

圖3為0號(hào)勘探線綜合剖面圖，由圖可見(jiàn)，可控源音頻大地電磁測(cè)深顯示，在剖面86號(hào)點(diǎn)及剖面116號(hào)點(diǎn)附近，存在兩處陡傾的低阻帶，視電阻率值600～1 600 Ωm，低阻帶寬度在60～100 m，編號(hào)為F1、F2，整體構(gòu)造格架為“兩高夾一低”的特征；F1、F2位置各有土壤氡氣異常，其中F1處土壤氡氣濃度451 bq/m3，F(xiàn)2處土壤氡氣濃度8 898 bq/m3，均高于2倍背景場(chǎng)，地表為第四系淺覆蓋，整體推測(cè)兩低阻帶(F1、F2)具有較高的賦水性。米地溫測(cè)量結(jié)果，在F1斷裂附近，溫度為-0.6～-0.3℃，略高于背景場(chǎng)；在F2斷裂附近，溫度為1.3～1.5℃，相對(duì)于背景場(chǎng)具有穩(wěn)定的地溫異常，且與土壤氡氣異常套合較好。因此F1斷裂的賦熱型明顯弱于F2，F(xiàn)1是地表冷水的補(bǔ)給通道，F(xiàn)2則為深部熱水的上升通道。

綜上所述：F1低阻斷裂帶，略向北傾，寬度40～60 m，土壤氡氣異常高于背景場(chǎng)2倍，米地溫異常略高于背景場(chǎng)，推斷為賦水較好的斷裂帶；F2低阻斷裂帶，陡傾近直立，寬度80～100 m，土壤氡氣異常高于背景場(chǎng)4倍，米地溫異常高于背景場(chǎng)3℃，推斷F2斷裂的賦水、賦熱性質(zhì)為全區(qū)最好。

因此，綜合可控源音頻大地電磁測(cè)深、米地溫測(cè)量和地球化學(xué)土壤氡測(cè)量能在本區(qū)較好的劃分?jǐn)嗔褬?gòu)造裂隙密集帶，更為后期地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用提供可靠的地球物理依據(jù)。

圖3 工作區(qū)0號(hào)勘探線綜合剖面圖Fig.3 comprehensive profile of exploration line 0 in working area

5 結(jié)論

(1)冀西北山區(qū)地?zé)豳Y源分區(qū)為山區(qū)構(gòu)造帶地下熱水區(qū)(Ⅰ)燕山山地?zé)崴畞唴^(qū)(Ⅰ1)，地?zé)犷?lèi)型主要以斷裂帶型開(kāi)放型熱儲(chǔ)和斷裂帶半圈閉型熱儲(chǔ)，熱儲(chǔ)多為片麻巖、巖漿巖的斷裂帶，一般都位于深大斷裂附近，受深大斷裂控制或者與深大斷裂的次生斷裂有關(guān)。

(2)山區(qū)地?zé)峥辈樗悸罚菏紫龋蓞^(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)背景探討是否存在地?zé)岬目赡苄?，其次，根?jù)地?zé)岣呕Ｐ屠玫刭|(zhì)調(diào)查、地球化學(xué)氡氣測(cè)量，電磁法確定賦水?dāng)嗔训拇嬖?，再次，根?jù)米地溫測(cè)量的結(jié)果判斷賦水?dāng)嗔咽欠駷闊嵩赐ǖ馈?/p>

(3)地?zé)峋某杀据^高，采用單一方法定井風(fēng)險(xiǎn)較大。實(shí)踐證明米地溫測(cè)量、地球化學(xué)氣體測(cè)量、可控源音頻大地電磁幾種方法發(fā)揮了各自的作用，互相補(bǔ)充、互相驗(yàn)證，減少了多解性，在冀西北山區(qū)尋找與斷裂有關(guān)的斷裂帶型地?zé)釤醿?chǔ)工作中，可以取得較為快捷可靠的良好成果。