综合物探在地热普查中的应用

徐彦鑫 李勃 宋晓军 陈丽

摘 要：利用高密度电法、重力、可控源音频大地电磁测深等方法综合解释奥陶系顶部岩层厚度、推断了隐伏断裂构造、经钻探验证发现了地下热水、取得了很好的地质效果。

关键词：综合物探；地热勘查；隐伏构造

1 前言

我国地热资源开发利用正处于快速发展的时期，地热资源作为绿色的清洁能源和可再生能源已普遍受到关注。地热资源的分布与各类矿产资源分布一样，主要受地质构造的制约。综合物探方法是探测地质构造的有效方法，在地热勘探中，我们取得了很好的地质效果（图1）。

图1 物探工作综合推断成果图

2 矿区地质特征

普查区属于构造侵蚀地形-低山丘陵。构造地貌明显，基岩裸露。区域构造为寒岭断裂的分支，北东、北西走向，断裂发育较多，呈平行状。

2.1 地层

区内出露的各时代地层较全，太古宇、元古宇、古生界、中生界及新生界均有分布。

新元古代地层为青白口纪地层，岩性为石英砂岩、钙质页岩、粉砂岩。古生代地层最为发育，广泛分布，出露有寒武纪、奥陶纪、石炭纪和二叠纪地层，岩性为白云质灰岩、粉砂岩、鲕粒灰岩。寒武纪、奥陶纪地层自下而上划分为：碱厂组、馒头组、张夏组、崮山组、炒米店组、冶里组、亮甲山组和马家沟组。二叠纪地层出露为山西组地层和石盒子组。新生代地层仅出露第四纪全新世地层。

2.2 构造

断裂构造较发育，主要为北东向的区域性压性-压扭性构造、近东西向的区域性压性-压扭性构造。

2.3 水文地质条件

区内总地势北高南低，东西高中间低。地表水和地下水由丘间沟谷汇入河流。区域地下水类型可划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙层间水、基岩裂隙水和碳酸岩裂隙溶洞水。

大气降水是区内地下水的主要补给来源，河水也是沟谷洼地和河谷平原地下水的又一主要补给水源。

2.4 地热地质条件

普查区区域地热类型为传导型。古生代奥陶系马家沟组厚层状灰岩，在盆地向斜中心部位及北东、北西断裂发育部位，具有较好的含水性，为主要控水断裂。根据以往资料，该区地温增温梯度约为3.58℃/100m。

3 地球物理特征

电性参数测定结果表明：砂岩、页岩、泥岩电阻率值最低，在几百Ω.M左右，灰岩为中阻，电阻率值在1000Ω.M左右，白云岩、片麻岩电阻率值都较高，一般在5000-10000Ω.M。区内岩层电性差异较大（表1）。

砂岩、页岩密度在2.2克/cm3左右，与其他岩性之间密度相差0.3-0.6克/cm3，这为重力方法划分岩性分界带及构造断裂提供了可行性，而断裂带由于含水和空隙较大，可以产生较为明显的重力异常（表2）。该区具备良好的地球物理前提。

4 工作方法

4.1 高密度电法

野外工作采用WGMD-6分布式三维高密度电阻率成像系统采集数据，采用α排列的温纳四极装置（AMNB）观测，工作电极极距5m。

数据处理过程是把探测现场实地探测记录存储的原始数据文件*·dat，调入CRT数据处理软件，首先经过坏点切除和滑动平均等圆滑处理后生成预处理数据*·tmp文件，对*·tmp文件进行地形校正生成地改结果文件*·top，对*·top文件进行反演；反演计算生成反演结果文件*·inv，通过对*·inv文件网格化、等值线划分，生成位图文件*·bmp，即视电阻率ρs CT剖面图像。

4.2 重力勘探

野外数据采集使用加拿大Scintrex公司生产的CG-5自动读数重力仪，观测参数为相对重力值（gal）。

野外使用手持GPS定点；在每个测量点上进行重力测量，每次读数时间33秒，读3次数，连续读数差不超过0.020×10-5m/s2作为重力测点观测值，最后闭合于起始基点。重力仪在一段时间之后动态掉格比较大后仪器将做静态试验，设置漂移值，确保每天闭合差不大于0.150×10-5m/s2。

4.3 可控源音频大地电磁测深（CSAMT）

测量系统采用美国进口的GDP-32Ⅱ多功能接收机，由4个通道分别测量4个观测点的电场和磁场值，最后转换为卡尼亚电阻率贮存。供电电源采用美国进口的ZMG30发电机、GGT30大功率发射机和XMT-32同步控制器对其控制输出，频率从0.125Hz到8192Hz。由人工进行调节，控制供电电流的大小。A、B两端大极点分别采用0.8m长20根铜电极打直径2m圈，选用直径0.5cm的聚乙烯32股铜丝供电线作为供电导线。

在开工前，首先检查接收机工作电压是否达到12.4V以上，并在开机1小时后对接收机和发射机控制器XMT-32的同步检查，看两者是否完全同步，如不同步进行调节，待完全同步时方可投入野外生产。

5 成果解释

5.1 高密度电法

高密度电阻率剖面一般采用拟断面等值线彩色图或灰度图来表示，由于它表征了地电断面每一测点的视电阻率的相对变化，因此该图在反映地电结构特征方面具有更为直观和形象的特点。

图2 剖面1温纳排列的反演结果

从反演结果看， 1号剖面浅部在地面750米处出现高低阻电性结构变化，向大号方向电阻率高，小号方向电阻率低，形成一条倾向南西，倾角在60°～70°之间的接触带，结合地质条件及多条剖面，推断为断裂引起的电性结构变化，断裂编号为F1（见图2）。

5.2 重力勘探

从重力异常推断成果图看，重力异常水平梯度变化明显，表现为三个高值梯度带，这些高值梯度带为布格重力异常的接触带，是断裂构造的反映。据此推断断裂构造三条，分别编号为F1、F2、F3。F1断裂走向北西，F2断裂走向北东，F3断裂走向北西（见图3）。

5.3 可控源音频大地电磁测深

CSAMT探测为减小耦合采用一磁四电的观测方式，经二维反演消除了地形影响和静态效应，形成CSAMT视电阻率二维反演断面图（见图4）。图中基本反映了区内岩性特征。其电性特征总体反映为：电性表现为两侧视电阻率高中间低，小号点高阻值在5000Ω.M以上，大号点阻值在1200Ω.M以上；小号点处地表出露岩性为太古界片麻岩，为明显高阻，与探测结果对应，其上部为奥陶系地层；中部低阻下凹反映了地层的向斜特征，小号点处深部中阻为奥陶系地层。根据区内岩石参数测定及已知区内地层分布特征，虚线为推断奥陶系地层顶部位置。

5.4 综合推断解释

根据探测区地质特征及岩石参数测定结果，结合重力推断结果、高密度电阻率探测结果及CSAMT视电阻率推断结果，与已知地层岩性对比可见：奥陶系灰岩及岩溶强烈发育提供了储水空间，重力测量推断了F1、F2断裂为区内地热资源提供了控水构造，高密度电阻率反映了F1断裂的位置及产状，为地热水的补给提供了来源；CSAMT探测反映了奥陶系地层深度及地层向斜构造核部位置，为寻找最好的地下水深度增温及位置提供了依据。综合分析认为，向斜的核部即F1、F2断裂交汇处为地热水赋存最有利部位。

6 工程验证结果

综合物探提供钻孔位置ZK1位于CSAMT16线的3200号点处，F1、F2断裂交汇部位，向斜构造核部，孔深1500米。该孔0～16m为第四系粘土、砂砾石，至1389m为马家沟组灰岩、白云质灰岩，岩溶强烈发育，溶蚀形态以溶蚀面为主，并伴有针状溶蚀及串珠状溶蚀，见热水，井口测试的温度达52℃，出水量大于500T/d，该层灰岩为热储层。

7 结束语

综合物探方法是研究地热田及其外围地区地球物理场特征以及寻找地热资源的一种行之有效的勘查手段。本区利用综合物探方法，发现了热储层及导水构造，经工程验证，寻找到了地热资源。该方法在本区取得了良好的找地热效果。

随着电子技术的不断进步及勘查技术的研究，国内外物探仪器研制与生产也取得了较大进展，勘探深度已达2000～3000米以上，可以预料，综合物探方法在地热普查中的应用会越来越广泛。

作者简介：徐彦鑫（1960-），男，辽宁抚顺市人，1981年毕业于辽宁冶金地质学校，工程师，长期从事工程物探、地质物探找矿工作。