綜合物探方法在金沙縣城北地?zé)豳Y源勘探中的應(yīng)用

孫 旭 ，趙貴民，李 永，陳開銀

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局111地質(zhì)大隊(duì) 貴州 貴陽(yáng) 550008)

地?zé)崾侵傅厍騼?nèi)部所蘊(yùn)藏的熱能[1]。放射性元素衰變、地球自轉(zhuǎn)引起的內(nèi)摩擦力、星際間的牽引潮汐力等，是地?zé)岙a(chǎn)生的主要原因。作為清潔型新能源，具有高回報(bào)、長(zhǎng)期受益、符合低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略等優(yōu)勢(shì)，因此，倍受關(guān)注[2-6]?？煽卦匆纛l大地電磁法(CSAMT)具有勘探深度大(深可達(dá)2Km)、精度及準(zhǔn)確性相對(duì)較高，且經(jīng)濟(jì)、高效，便捷等優(yōu)點(diǎn)，目前，已成為地?zé)豳Y源勘查主要物探方法之一[7-10]。地?zé)豳Y源往往顯示多種不同物理特性，針對(duì)性地采用不同的物探方法，對(duì)于提高物探成果準(zhǔn)確性，減少多解性，是十分有益的，綜合物探方法應(yīng)用于地?zé)豳Y源勘探也成必然之勢(shì)[11-15]。

金沙縣位于貴州省西北部，為貴州畢節(jié)市下轄縣。城北地區(qū)第四系覆蓋層厚度較大，難以從地面地質(zhì)調(diào)查中了解該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造情況，本文就地?zé)豳Y源顯示的物理特性(電磁、溫度、放射性)為關(guān)注點(diǎn)，采用可控源音頻大地電磁法、米地溫及阿爾法卡法三種物探方法及實(shí)際應(yīng)用，通過(guò)鉆探驗(yàn)證綜合物探方法在地?zé)豳Y源勘探中應(yīng)用的可行性，為此條件下地?zé)豳Y源勘探提供借鑒與參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 地 層

工作區(qū)地層由新至老主要出露：

第四系(Q)：巖性為殘坡積粘土、亞粘土，沖積砂、礫石組成。厚0m～32m。

三疊系下統(tǒng)夜郎組(T1y)：上部主要為紫紅色泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r和泥灰?guī)r；中部為灰色厚層灰?guī)r夾泥灰?guī)r；下部為灰黃、黃綠色泥巖和泥灰?guī)r。厚194m～829m。

二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組(P3ch)：主要為深灰色灰?guī)r和含硅質(zhì)團(tuán)塊灰?guī)r。厚42m～79m。

二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)：主要為灰、灰黃色砂巖、粉砂巖、粘土巖及炭質(zhì)頁(yè)巖夾煤。厚55m ～157m。

二疊系中統(tǒng)茅口組-棲霞組(P2m+q)：主要為淺灰、灰色中厚層至塊狀灰?guī)r夾硅質(zhì)條帶灰?guī)r，下部夾有泥質(zhì)條帶灰?guī)r。厚136m～310m。

二疊系中統(tǒng)梁山組(P2l)：主要為頁(yè)巖。厚0m～60m。

奧陶系中下統(tǒng)湄潭組(O1-2m)：上部為灰黃、灰綠色粘土質(zhì)粉砂巖、頁(yè)巖夾生物碎屑灰?guī)r，下部為灰綠色、黃綠色頁(yè)巖夾薄層石英砂巖及少量灰?guī)r。厚約153m。

奧陶系下統(tǒng)桐梓組(O1t)：上部主要為深灰色厚層白云巖，中部為灰黃色頁(yè)巖，下部為白云巖。厚72m。

寒武系芙蓉統(tǒng)婁山關(guān)組(∈3-4O1l)：主要為灰、淺灰色白云巖、硅質(zhì)條帶白云巖。厚861m。

寒武系第二統(tǒng)至第三統(tǒng)陡坡寺至石冷水組(∈2-3dp-sh)：上部為灰黃色薄層泥質(zhì)粉砂巖夾灰色泥質(zhì)白云巖，下部白云巖夾粉砂巖。厚76m。

寒武系中統(tǒng)清虛洞組(∈2q)：上部主要為灰色中厚層夾薄層泥質(zhì)、灰質(zhì)白云巖，下部為灰色中厚層至厚層灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r。厚140m。

寒武系中統(tǒng)金頂山組(∈2j)：主要為灰綠、黃綠色粉砂質(zhì)頁(yè)巖夾砂巖。厚131m。

寒武系中統(tǒng)明心寺組(∈2m)：上部為灰綠色粉砂質(zhì)頁(yè)巖及砂巖，中部為灰、深灰色厚層灰?guī)r夾黃綠色砂巖，下部為黃綠色頁(yè)巖及泥質(zhì)砂巖。厚324m。

寒武系中下統(tǒng)牛蹄塘組(∈1-2n)：上部為深灰、黃灰色含泥質(zhì)頁(yè)巖夾少量炭質(zhì)頁(yè)巖，下部為炭質(zhì)頁(yè)巖夾少量硅質(zhì)巖。厚140m。

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)圖(實(shí)測(cè))

1.2 構(gòu)造

勘查區(qū)位于畢節(jié)弧形褶皺帶南緣，以北東東-南西西向構(gòu)造發(fā)育為主，主要有平壩斷裂、平洛斷層、松林巖孔背斜和鴨溪向斜。

(1)平壩斷裂F2：地表發(fā)育于松林巖孔背斜南東翼寒武系中下統(tǒng)清虛洞組(∈2q)中，東至沈家寨，西抵平壩區(qū)并延伸出圖，長(zhǎng)度大于60km。構(gòu)造方向平壩區(qū)以東近北東東走向，平壩區(qū)以西近北西西走向，于平壩區(qū)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)。

(2)回龍斷層F1：為平壩斷層的分支斷層，延伸約10km，斷裂走向近東西向。

1.3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)出露含水巖組巖性、含水介質(zhì)組合特征，本區(qū)地下水類型主要有碳酸鹽巖類巖溶水、基巖裂隙水及松散巖類孔隙水。碳酸鹽巖類巖溶水又分為碳酸鹽巖裂隙溶洞水和碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖互層巖溶水。

(2)碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖互層巖溶水：含水巖組包括二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M至三疊系下統(tǒng)夜郎組(P3l-T1y)，一般鉆孔單位涌水量0.027L/s.m ～0.079L/s.m；奧陶系湄潭組(O1-2m)，地下徑流模數(shù)1L/s·km2～4L/s·km2。巖性以白云巖、泥質(zhì)白云巖為主夾泥巖、砂巖及頁(yè)巖。一般常見泉水流量1L/s ～20L/s，富水性弱-中等。

(3)基巖裂隙水：含水巖組包括寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組至金頂山組(∈1-2n-j)，一般泉流量1L/s～5L/s，地下徑流模數(shù)0.5 L /s·km2～1 L /s·km2。

(4)區(qū)域地下水補(bǔ)給、逕流、排泄條件：區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給來(lái)源以大氣降水為主。由于含水介質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地貌形態(tài)、第四系覆蓋層厚度以及植被發(fā)育程度的差異，各類型地下水含水層接受大氣降水的強(qiáng)度也有差別。

1.4 地球物理特征

物性差異是開展物探工作與成果解釋的根本前提，因此巖石的物性參數(shù)測(cè)定是整個(gè)物探工作中基礎(chǔ)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)場(chǎng)物性測(cè)試結(jié)果如表1：

表1 巖石物性特征統(tǒng)計(jì)表

斷層破碎帶地下水富集，氡元素較為密集，可沿?cái)鄬悠扑閹ǖ老蛏线\(yùn)移至地表，其產(chǎn)生的α脈沖往往突變?yōu)楦咧诞惓＃煌瑯?，深部地下熱能也可通過(guò)地下水、氣(汽)等媒介以不同的渠道(導(dǎo)熱巖層或?qū)針?gòu)造)或介質(zhì)間的傳遞而到達(dá)地表，進(jìn)而影響淺層地溫，這也是導(dǎo)熱構(gòu)造判定的一個(gè)重要依據(jù)。

2 地?zé)豳Y源勘查

本次地?zé)嵛锾娇辈槭褂迷O(shè)備為加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的V8多功能電法儀、重慶奔騰數(shù)控研究所生產(chǎn)的FFA-2α數(shù)字閃爍輻射儀及JM222U數(shù)字溫度計(jì)?？辈閰^(qū)布設(shè)兩條物探測(cè)線，每條測(cè)線上均做了可控源音頻大地電磁法、米地溫及阿爾法卡三種物探方法。

2.1可控源音頻大地電磁法

如圖3：縱觀整條測(cè)線，視電阻率值在100Ω·m ～10000Ω·m，反演斷面圖橫向上表現(xiàn)為兩組高低組異常分界面；在1100m處(Y1-1異常點(diǎn)及附近)，存在一個(gè)“U”低阻異常團(tuán)塊，呈過(guò)渡梯級(jí)帶反應(yīng)，形成一個(gè)陡傾的高低阻電性分界面，反映了地層巖性結(jié)構(gòu)裂隙發(fā)育，巖石破碎的特征，結(jié)合地質(zhì)資料分析，推斷為F1斷層，傾向南東，傾角82°左右，發(fā)育深度達(dá)2000m以下，斷層位置與地質(zhì)圖上回龍斷層位置相吻合；在測(cè)線1500m處(Y1-2異常點(diǎn)及附近)，剖面呈過(guò)渡梯級(jí)帶反應(yīng)，同樣形成一個(gè)陡傾的高低阻電性分界面，高阻區(qū)域電阻率大于1000Ω·m，區(qū)域在100Ω·m～10000Ω·m范圍內(nèi)，結(jié)合地質(zhì)資料綜合分析，推斷為F2斷層，傾向南東，傾角約65°，發(fā)育深度達(dá)2000m以下，物探測(cè)線推測(cè)斷層位置和地質(zhì)圖上平壩斷層位置相吻合。

圖2 物探測(cè)線布置圖

圖3 CSAMT 1線反演電阻率斷面及解釋圖

如圖4：作為物探1線的對(duì)應(yīng)線，物探2線在曲線形態(tài)上與1線相對(duì)應(yīng)，同樣，在測(cè)線1100m處(Y2-1異常點(diǎn)及附近)視電阻率形成一個(gè)高低組電性分界，結(jié)合物探1線解譯及地質(zhì)資料分析，推斷為F1斷層反映，傾向南東，傾角約82°，發(fā)育深度達(dá)2000m以下，斷層位置與地質(zhì)圖上回龍斷層位置相吻合；在測(cè)線1500m～2000m段(Y2-2異常點(diǎn)及附近)，等值線圖上呈過(guò)渡梯級(jí)帶反應(yīng)，存在一個(gè)陡傾的高低阻電性分界面，結(jié)合物探1線解譯及地質(zhì)資料分析，推斷為F2斷層反映，傾向南東，傾角約65°，發(fā)育深度達(dá)2000m以下，與地質(zhì)圖上平壩斷層位置相吻合。

圖4 CSAMT 2線反演電阻率斷面及解釋圖

2.2 米地溫

如圖5：米地溫1線地溫值主要在14.8℃～16.8℃之間變化，其異常值變化不大，在測(cè)線1000m處熱異常值相對(duì)較高，其位于F1斷裂附近，地溫高極值點(diǎn)16.5℃；在測(cè)線1500m段，地溫出現(xiàn)一個(gè)較高熱異常點(diǎn)，其值為16.6℃，位于F2斷層附近，可見F2斷層具一定導(dǎo)熱性。

圖5 物探1線米地溫曲線圖

如圖6：米地溫2線的溫度值主要在14.8℃～16.8℃變化，由于天氣的原因，其溫度值變化不大，在測(cè)線1100m處，熱異常值相對(duì)較高，地溫高極值點(diǎn)16.7℃，因其位于F1斷裂附近，故出現(xiàn)一個(gè)地溫?zé)岙惓｜c(diǎn)；在測(cè)線1500m處，同樣存在一個(gè)相對(duì)較高熱異常值，地溫為16.4℃，其位于F2斷裂附近，由此可判斷F2斷裂具有一定的導(dǎo)熱性。

圖6 物探2線米地溫曲線圖

2.3 阿爾法卡法

如圖7：縱觀整條測(cè)線，3min與5min的α脈沖曲線起伏形態(tài)基本一致，脈沖背景平均值分別在50個(gè)/5min及30個(gè)/3min左右。在α卡N-L曲線中可以看出有兩處明顯的高值異常區(qū)，表明該位置有大的斷層構(gòu)造深切基底，致使阿爾法脈沖值相對(duì)其它地方高，高值異常區(qū)分別位于剖面的900m～1100m與1400m～1600m處，異常幅值明顯高于其他剖面位置，異常幅值最高可達(dá)60個(gè)/5min以上，結(jié)合已知地質(zhì)資料分析，該高值異常區(qū)為斷裂構(gòu)造反應(yīng)且局部巖體破碎帶，具有一定的導(dǎo)水導(dǎo)熱性。

如圖8∶2線曲線和1線形態(tài)幾位相似，3min與5min的α脈沖曲線起伏形態(tài)基本一致，脈沖背景平均值分別為52個(gè)/5min及32個(gè)/3min左右。在放射性曲線中可以看出明顯的兩處高值異常區(qū)，表明該位置有斷裂構(gòu)造深切基底，致使阿爾法脈沖值相對(duì)其它地方高，高值異常區(qū)分別位于剖面的1000m～1200m與1400m～1600m處，異常幅值明顯高于其他剖面位置，異常幅值最高可達(dá)65個(gè)/5min，結(jié)合已知地質(zhì)資料可以得知，該處高值異常處為斷裂構(gòu)造所引起。

圖8 物探2線阿爾法卡曲線圖

3 物探解譯及鉆孔驗(yàn)證

綜合物探成果推斷有2條斷層穿過(guò)測(cè)區(qū)，其中由Y1-1、Y2-1異常點(diǎn)共同對(duì)應(yīng)了斷裂F1，發(fā)育深度達(dá)2000m左右，傾向南東，傾角約82°左右；Y1-2、Y2-2異常點(diǎn)共同對(duì)應(yīng)斷層F2，發(fā)育深度達(dá)2000m以下，傾向南東，傾角約65°左右；在F1、F2斷層及附近，α脈沖及地溫出現(xiàn)高值反應(yīng)，因此推斷F1、F2斷層具有一定導(dǎo)水導(dǎo)熱性。

4 結(jié) 論

(1)通過(guò)揭穿深大導(dǎo)水導(dǎo)熱斷裂構(gòu)造而獲取地下熱水的開發(fā)方式是經(jīng)濟(jì)而高效的，已成為當(dāng)今貴州地?zé)衢_發(fā)的首選方式。在地?zé)豳Y源勘查論證中，緊緊抓住深大斷裂構(gòu)造電阻率異常形態(tài)特征及其導(dǎo)水、導(dǎo)熱性能，就會(huì)取得成功，為此，通過(guò)采用以可控源音頻大地電磁法為主，米地溫、阿爾法卡法為輔的綜合物探方法進(jìn)行地?zé)豳Y源勘探，理論上是可行的，實(shí)踐證明，是可以取得良好效果的。

(2)通過(guò)本次工程實(shí)例，也再一次表明了在第四系覆蓋層厚、地質(zhì)現(xiàn)象較為隱蔽或地質(zhì)資料嚴(yán)重匱乏的情況下開展地?zé)嵛锾降谋匾裕瑫r(shí)，也為含水層不理想(如變質(zhì)巖、火成巖地區(qū))但構(gòu)造斷裂較發(fā)育地區(qū)的地下熱水開發(fā)，提供了較好借鑒。通過(guò)綜合物探來(lái)判斷和評(píng)估隱伏斷層的空間展布情況、發(fā)育規(guī)模、發(fā)育深度、含水導(dǎo)熱性能，從而提高地?zé)豳Y源的開發(fā)效率，減少投資風(fēng)險(xiǎn)。