CSAMT測量在湖南平江龍泉灣地熱資源勘查中的應用

桂 云, 萬海輝

(湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三一一大隊，湖南 長沙 410100)

0 引言

湖南平江龍泉灣地熱田區(qū)域上屬幕阜山—望湘隆起帶和長沙—平江斷裂帶的北東向構(gòu)造體系，以NNE向及NE向斷裂構(gòu)造發(fā)育為主，嚴格控制了區(qū)域內(nèi)眾多鉛鋅多金屬礦床(點)及溫泉點的產(chǎn)出。

勘查區(qū)地熱田熱儲隱伏于第四系或燕山早期花崗巖系中，為花崗巖構(gòu)造破碎帶熱儲，埋藏于隱伏的北北東向斷裂帶F1中。通過在勘查區(qū)開展可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)，查明勘查區(qū)構(gòu)造F1、F2、F3空間分布位置，并施工鉆孔驗證，揭露斷裂構(gòu)造F1，在近終孔位置處見有熱水涌出，取得了較好的勘查效果。

1 研究區(qū)地質(zhì)特征

1.1 地層

勘查區(qū)為花崗巖出露區(qū)，地層只有少量第四系(Q)，主要為黏土、砂、礫松散沖積物，多分布于一級階地和二級階地及河漫灘中，且大部分為水稻種植地。

1.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要以北北東向斷裂構(gòu)造為主。根據(jù)遙感地質(zhì)解譯江背—南江橋斷裂構(gòu)造(F1)往北延伸到本區(qū)內(nèi)，在本區(qū)內(nèi)地表大面積被第四系覆蓋。在勘查區(qū)西南邊五角村境內(nèi)可見構(gòu)造露頭，地表出露寬2～40 m，總體走向呈北北東向(10°～25°)，傾向北西，傾角70°～90°，構(gòu)造內(nèi)可見硅化碎裂巖、脈石英透鏡體，局部可見硅化糜棱巖及斷層泥。該構(gòu)造切割了燕山期幕阜山巖體，是一條北北東向的區(qū)域性控巖構(gòu)造，與區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的部分溫泉點有著密切的關(guān)系。

區(qū)內(nèi)還見有斷裂構(gòu)造F2、F8及F4，這類構(gòu)造均為區(qū)域性秦家坊—五福塅斷裂構(gòu)造所派生的次級構(gòu)造。

1.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)燕山期巖漿活動強烈，出露的巖漿巖主要為燕山早期第一次侵入的中—中細粒二(黑)云母二長花崗巖(ηγ52a)和燕山早期第二次侵入的細—中細粒二(黑)云母二長花崗巖(ηγ52b)，巖性較單一。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 地下水類型

按地下水賦存條件、含水介質(zhì)巖性和水動力特征，勘查區(qū)地下水類型分為第四系孔隙潛水和花崗巖基巖裂隙水。

2.2 含水層及其富水性

含水層主要為第四系及花崗巖基巖。

第四系：測區(qū)內(nèi)分布較廣，主要分布在下沙江、石江河、昌水及其支河兩岸，巖性主要為沖洪積砂礫石層、坡積層亞黏土、黏土等；其富水性為孔隙潛水，水量中等。

花崗巖基巖：由燕山早期侵入的細—中粒黑(二)云母二長花崗巖及閃長巖、斜長巖、花崗閃長巖等組成；其富水性為裂隙水，水量弱至中等。

2.3 地下水補給、徑流、排泄條件和動態(tài)特征

第四系孔隙潛水：以大氣降水補給為主，區(qū)內(nèi)河流、溪溝是地下水的主要排泄通道。第四系孔隙潛水隨降水量變化明顯，雨季流量大，枯季流量小。

花崗巖基巖裂隙水：以大氣降水補給為主，但局部地段因構(gòu)造斷裂造成不同含水層的連通，促使補給來源多樣化?；◢弾r基巖裂隙水隨降水量變化明顯，雨季流量大，枯季流量小，很多泉在枯季干枯。

2.4 地下熱水

本區(qū)熱儲為花崗巖構(gòu)造破碎帶熱儲。區(qū)內(nèi)大面積出露燕山期花崗巖，巖漿余熱為地下水提供熱源，深部循環(huán)水將熱量帶到地表。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，可作為良好的水、熱交換通道。地下熱水的補給源主要是大氣降水，大氣降水通過地表構(gòu)造、裂隙向下滲入，沿裂隙、構(gòu)造進行深部循環(huán)，在有利部位以泉的形式排泄于地表。

3 CSAMT測量

3.1 工作原理

可控源音頻大地電磁法(CSAMT)是在MT法(大地電磁測深法)、AMT法(音頻大地電磁測深法)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與MT、AMT的基本原理相同，也是研究地下介質(zhì)導電性電阻率差異的方法。根本區(qū)別在于MT、AMT使用的是天然場，而CSAMT則是使用人工場源，所觀測電磁場的頻率、場強和方向可由人工控制，其極化方向明顯，信噪比高，易于觀測[1]。它屬于一種人工源頻率域電磁測深方法，可研究大地的電磁響應，探測地下電性分布及地質(zhì)構(gòu)造。由于它可以穿過高電阻薄層，因此有些無法用直流電法和地震法探測到的高電阻薄層下的地質(zhì)體，用CSAMT法可得到較好的效果。

本次CSAMT法采用的人工場源為電性源，它是在有限長(1～3 km)的接地導線中供音頻電流，以產(chǎn)生相應頻率的電磁場。在AB偶極的兩側(cè)，以AB中點為頂點60°張角扇區(qū)內(nèi)，采用多道赤道偶極裝置進行標量測量(圖1)。

圖1 可控源音頻大地電磁測深法平面布置圖

該方法通過人工向地下供入電流建立電磁場，采用AMT的測量裝置來觀測正交電場分量Ex和磁場分量Hy，計算卡尼亞視電阻率ρs，探測深度與頻率成反比，可以通過改變發(fā)射頻率來達到測深的目的，獲得地下不同深度介質(zhì)電阻率分布的信息，反映出地下不同深度的地質(zhì)情況。

3.2 測量結(jié)果

結(jié)合勘查區(qū)地質(zhì)情況，采用可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)查明勘查區(qū)構(gòu)造的空間分布特征[2-4]，推斷地熱儲存位置，測線剖面基本垂直構(gòu)造走向(圖2)。

圖2 勘查區(qū)CSAMT剖面位置及構(gòu)造推斷圖

0線：X=0～400 m段中高頻段電阻率值較低，約800 Ω·m；其余地段電阻率值較高，約5 000 Ω·m。在X=110 m處存在一低阻異常帶，阻值約800 Ω·m，傾向北西，傾角約85°，延伸深度大于400 m；在X=220 m處存在一低阻異常帶，阻值約1 000 Ω·m，傾向南東，傾角約86°，延伸深度大于600 m；在X=260 m處存在一低阻異常帶，阻值約1 000 Ω·m，傾向南東，傾角約86°，延伸深度大于600 m(圖3)。

推斷：(1)在X=110 m處存在一斷裂構(gòu)造F2，傾向南東，傾角約85°，延伸深度大于400 m；(2)在X=220 m處存在一斷裂構(gòu)造F3，傾向北西，傾角約86°，延伸深度大于600 m；(3)在X=260 m處存在一斷裂構(gòu)造F1，傾向北西，傾角約86°，延伸深度大于600 m。

2線：在X=40 m處存在一低阻異常帶，阻值約800 Ω·m，傾向北西，傾角約85°，延伸深度大于500 m；在X=170 m處存在一低阻異常帶，阻值約500 Ω·m，傾向南東，傾角約86°，延伸深度大于500 m(圖3)。

推斷：(1)在X=170 m處存在一斷裂構(gòu)造F1，傾向南東，傾角約86°，延伸深度大于500 m；(2)在X=40 m處存在一斷裂構(gòu)造F2，傾向北西，傾角約為85°，延伸深度大于500 m。

3線：剖面等值線界限較為明顯，只是在X=-20 m、70 m處各存在一低阻異常帶，阻值約800 Ω·m，產(chǎn)狀較陡，延伸深度大于500 m。其余各點阻值較高(圖3)。

圖3 勘查區(qū)CSAMT測量成果圖

推斷：(1)在X=70 m處存在一斷裂構(gòu)造F1，傾向南東，傾角約87°，延伸深度大于500 m；(2)在X=-20 m處存在一斷裂構(gòu)造F2，產(chǎn)狀陡立，延伸深度大于400 m。

4線：剖面等值線形態(tài)較為簡單，高頻段電阻率值較小，中低頻段電阻率值較大，只是在X=160 m處存在一低阻異常帶，阻值約800 Ω·m，產(chǎn)狀陡立，延伸深度大于200 m；在X=300 m處存在一低阻異常帶，阻值約800 Ω·m，傾向南東，傾角約86°，延伸深度大于300 m(圖3)。

推斷：(1)在X=300 m處存在一斷裂構(gòu)造F1，傾向南東，傾角約86°，延伸深度大于300 m；(2)在X=160 m處存在一斷裂構(gòu)造F2，產(chǎn)狀陡立，延伸深度大于200 m。

7線：剖面異常帶較為明顯，在X=20 m處存在一低阻異常帶，阻值約800 Ω·m，傾向北西，傾角約88°，延伸深度大于400 m；在X=100 m處存在一低阻異常帶，阻值約800 Ω·m，傾向南東，傾角約87°，延伸深度大于600 m(圖3)。

推斷：(1)在X=100 m處存在一斷裂構(gòu)造F1，傾向南東，傾角約87°，延伸深度大于600 m；(2)在X=20 m處存在一斷裂構(gòu)造F2，傾向北西，傾角約為88°，延伸深度大于400 m。

結(jié)合地質(zhì)情況及勘查區(qū)已有地熱鉆孔分析，北東向斷裂構(gòu)造F1為勘查區(qū)主要斷裂，控制著已知地熱露頭的產(chǎn)出，為本次物探勘查的主要對象。斷裂構(gòu)造F1開啟性好，有一定的含水性，構(gòu)造越往南面，開啟性變差，切割深度變淺；北東向斷裂構(gòu)造F2局部產(chǎn)狀陡立，開啟性好，推測有一定的含水性，值得重視；北東向斷裂構(gòu)造F3走向北東向，傾向南東，在勘查區(qū)內(nèi)連續(xù)性好，形態(tài)明顯，延伸深度>600 m，開啟性好，推測有一定的含水性。

綜合分析，選擇在0線X=300 m處施工ZK01，終孔深度為502.88 m。終孔后，揭露斷裂構(gòu)造F1，在近終孔位置處見有熱水涌出，水量較大，穩(wěn)定后最大流量可達1 200 m3/d，水溫高，最高溫度達44.5 ℃，取得了較好的勘查效果。

4 結(jié)論

(1)可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)可以有效探測勘查區(qū)內(nèi)構(gòu)造的空間分布特征，推斷了構(gòu)造F1、F2、F3的位置，并判斷了其產(chǎn)狀及延伸深度。

(2)建議施工的ZK01揭露斷裂構(gòu)造F1，在近終孔位置處見有熱水涌出，水量較大，穩(wěn)定最大流量可達1 200 m3/d，水溫高，最高溫度達44.5 ℃。