西坑潭地热地球物理特征浅析

张 勇, 伍兆阳, 刘 敏

(1.湖北省地质局 第四地质大队,湖北 咸宁 437100； 2.湖北楚鹏工程勘察设计院，湖北 武汉 430034)

西坑潭地热地球物理特征浅析

张 勇1, 伍兆阳2, 刘 敏2

(1.湖北省地质局 第四地质大队,湖北 咸宁 437100； 2.湖北楚鹏工程勘察设计院，湖北 武汉 430034)

依据电测深、激电测深、地表浅层测温及充电法等常规物探方法在通山县西坑潭地热勘查工作中的应用效果,初步分析了与地热关系较密切的含水构造(裂隙带)上的地球物理特征,其中充电法成果大致确定了下一步勘查重点地段。

地热;电测深;浅层测温;充电法

图1 区域地质图Fig.1 Regional geological map1.第四系；2.白垩系—第三系；3.侏罗系下统；4.三叠系中下统；5.三叠系下统；6.上古生界；7.志留系；8.奥陶系；9.寒武奥陶系并层；10.寒武系；11.下古生界；12.震旦系；13.冷家溪群；14.燕山期石英闪长岩；15.区域构造；16.泉眼位置。

西坑潭地热勘查区位于湖北省通山县城东北7 km的富水水库河畔,目前发现的地表泉眼距省级通山隐水洞地质公园约5.0 km；距在建的中国内陆第一个核电站“通山大畈核电站”仅15.0 km,良好的外部环境为区内开发温泉旅游、休闲娱乐项目提供了较好前景。

区内目前仅见一处上升温泉,泉水出口温度为26～30 ℃,日流量约980 m3/d,目前仅通山县水产局利用该温泉水进行非洲热带鱼苗的养殖,资源利用率不高。

1 地质概况

地热勘查区大地构造处于长江中下游区域性东西向隆起带与新华夏系第二隆起带之鄂城—大幕山次级隆起亚带的反接复合部位(图1),新构造运动以小幅度差异升降为主,总体表现为前期以地壳抬升为主的频繁升降,近期以剥蚀堆积为主的相对稳定状态。

区域含水层(热储层)主要为寒武—奥陶系碳酸盐岩组成的岩溶含水岩组,由寒武系、奥陶系灰岩、白云质灰岩及白云岩组成；区域上起隔水作用的地层主要为冷家溪群变质岩、震旦系硅质岩、冰碛岩及志留系碎屑岩等,其中志留系碎屑岩地层厚度大,分布较广,构成本区主要岩溶含水系统的隔水边界,第四系残、坡积亚粘土等则构成区域上的热储盖层。

区内断裂构造不太发育,目前地表发现的主要有两条(F1和F2)。F1为位于奥陶系地层下部的近东西向断裂,该断裂具先张后扭性质,断裂内见构造角砾岩,为勘查区内主要导水构造之一；F2位于奥陶系与志留系地层的接触部位,为一北西向断裂,为勘查区内的另一导水构造；其西南侧的志留系地层为勘查区主要的阻水岩组。

图2 勘查区综合地质平面图Fig.2 Planar graph of comprehensive geology in exploration area1.第四系：含砾亚粘土；2.志留系高家边组：粉砂质页岩、粉砂岩；3.奥陶系下统南津关组、红花园组、分乡组、大湾组并层：泥晶粉晶灰岩、泥质瘤状灰岩；4.寒武系中上统娄山关群：灰岩、云岩；5.寒武系中下统石龙洞组、天河板组、高台组：灰质云岩、鲕粒灰岩、砂砾屑云岩；6.寒武系下统石牌组：粉砂质页岩；7.构造破碎带、推测断层；8.物探推测阻水构造；9.物探推测含水破碎带及地下水运移方向；10.对称四极剖面位置及编号；11.三极电测深点位置及编号；12.已施工钻孔位置及编号；13.设计钻孔位置及编号；14.泉眼位置。

2 地球物理特征

2.1 物性前提

采集和测定的区内部分岩矿石物性参数见表1。

表1 岩(矿)石电阻率测定结果统计表Table 1 Statistical table of determination results of resistivity about rock and ore

由物性测定结果可知,区内粉砂岩、泥质灰岩、灰岩间具有较明显的电阻率差异,粉砂岩具相对低电阻率、泥质灰岩具中等电阻率、各种纯灰岩具高电阻率；当灰岩、泥质灰岩破碎且充填泥、水时电阻率明显降低,各类岩(矿)石的最大电性差异约三个数量级。含地下热水的构造破碎带一般具有较高的激电半衰时和高充电电位异常[1],较明显的物性差异为该区开展常规电阻率测深法等工作提供了有利的地球物理前提。

2.2 含水构造地球物理特征

为了解和控制勘查区内第四系覆盖层下奥陶系碳酸盐岩地层内构造、岩溶分布情况,首先布置和施工了线距250～500 m、点距40 m、供电极距AB=680 m对称四极电阻率剖面测量工作,在此基础上有针对性地开展综合剖面性的电测深、激电测深、浅层测温等工作,以进一步了解和控制构造在深部延伸情况。勘查区目前已经完成的物探勘查工作情况见图2。部分综合剖面的成果浅析如下:

从通过地表热泉附近的2线物探综合剖面图3可见,在断面等值线图上的78-86测点间存在一明显的视电阻率ρs低阻异常,视电阻率ρs等值线呈“V”字形的低阻异常体向深部延伸；对应部位地表的放射性γ射线测量呈低值异常,放射性γ脉冲数在40左右。在剖面100测点的东南侧ρs出现明显ρs等值线梯度带及等值线扭曲现象,放射性γ脉冲数在60左右平缓变化。激电测深成果显示在剖面88-96测点的中深部位(AB/2>65 m)存在一明显的半衰时TH异常区,半衰时极大值达1 600 ms。用洛阳铲施工的浅孔(孔深2.5 m)测温测量成果显示在对应部位见较明显地温异常；同时有较明显的自然电位异常反映[2]。

图3 勘查区2线综合剖面图Fig.3 Comprehensive section of No.2 line in exploration area1.第四系残坡积物；2.志留系高家边组：粉砂岩；3.奥陶系下统：泥晶粉晶灰岩泥质瘤状灰岩；4.视电阻率ρs等值线；5.激电测深TH半衰时(ms)等值线；6.物探推测地质界线；7.物探推测含水破碎带；8.物探推测断层。

结合物性测量成果,剖面上88-96测点间的相对高温、高半衰时异常应该为构造F2影响带内的隐伏含热水破碎带的物理特征反映,该破碎带呈70°～80°的高角度往深部延伸；100测点东南侧的低阻、低半衰时异常应为阻水构造F4的反映。

2.3 泉中充电法异常特征

为进一步了解和控制地表出露泉水与隐伏导水构造的连通情况,进行了泉中充电法工作,充电点位于地表泉眼内3.0 m深处。

从地表泉中充电法电位等值线平面图(图4)可知:充电电位值>0.5(mV/mA)的等值线呈长椭圆状,异常轴呈北西—南东方向展布,在异常轴的两侧电位等值线分布较均匀,无明显疏密差异。电位>0.5(mV/mA)的等值线较密集分布,其中在充电点的东北侧呈现相对较密集的电位等值线梯度带[3]。

结合物性测量成果,平面图上电位>0.5(mV/mA)的等值线应该为连通地表泉眼的隐伏导水破碎带的反映,该破碎带沿走向可以延伸到和3线剖面的120测点附近的含水破碎带相对应(图2)；位于充电点东北侧呈现相对较密集的电位等值线梯度带位置应该为阻水构造F4的反映。

从距地表泉眼仅10 m远的无水钻孔ZK1的孔中充电法电位等值线平面图(图5)可知:电位>0.3(mV/mA)的等值线呈以充电点为中心基本呈半圆形分布,电位等值线基本为正常的叠加地层各向异性影响的点电源场反映。

对比前述泉中充电法成果,可以看出该钻孔和近在咫尺的地表热泉水基本没有水力联系。

图4 勘查区泉中充电法电位等值线平面图Fig.4 Planar graph of potential isoline of charging method of spring in exploration area1.电位等值线(mV/mA)；2.地表出露泉眼位置；3.已施工钻孔及编号；4.推测含水破碎带。

图5 勘查区ZK1孔中充电法电位等值线平面图Fig.5 Planar graph of potential isoline of charging method of ZK1 hole in exploration area1.电位等值线(mV/mA)；2.地表出露泉眼位置；3.已施工钻孔及编号。

由于南部富水水库水体的影响,泉中和孔中充电(法)的电位等值线都不太完整,从已经获取的充电法异常信息中基本可以确定,与地表泉水密切相关的隐伏含水破碎带的分布情况；对比泉中和无水钻孔中的充电法成果说明,碳酸盐岩地层内的岩溶水分布和富集具有很大的差异性,位于泉眼西北侧的两个无水钻孔也进一步证实了该推断。

3 结语

(1) 综合运用常规直流电测深法、激电测深法、地表米测温法等常规物探手段,可以较有效地区分和判断埋藏较浅的隐伏含热水构造的分布情况。

(2) 勘查区物探成果显示,在含热水构造(破碎带)部位地球物理场呈低阻、高半衰时、高温、高充电电位特征,该组合异常特征对区内地热勘查工作具有一定的指导作用。

(3) 充电法工作成果显示,在一定的地质条件下把含地下水的构造(破碎带)作为良导地质体开展充电法工作，可提供较丰富的异常信息用以指导勘探施工工作。

致谢：在本文编写过程中得到了肖友发高级工程师的热心指导,在此表示感谢。

[1] 傅良魁.电法勘探教程[M].北京:地质出版社,1983.

[2] 黄历军.物探方法在地热调查中的作用[J].物探与化探,1988,12(2):129-133.

[3] 何裕盛.浅谈充电法的初步解释推断[J].地质与勘探,1982(1):47-52.

(责任编辑：陈文宝)

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(1.FourthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Xianning,Hubei437100; 2.ChupengEngineeringConsultantsLtd.,Wuhan,Hubei430034)

On the basis of conventional electrical sounding,IP sounding sounding,surface shallow layer thermometry and charging method and other conventional geophysical method applied in geothermal exploration work in effect of Xikengtan,Tongshan County,the paper preliminarily analyses geophysical characteristics of water-bearing structure(fractured zone). The results of charging method approximately decides the next step of exploration key locations.

geotherm;electric sounding;shallow layer thermometry;charging method

2014-05-06；改回日期：2014-06-05

张勇(1968-),男,高级工程师,勘查地球物理专业,从事地球物理勘查工作。E-mail:zhang68yong@126.com

TK521; P631.3

A

1671-1211(2015)01-0051-04

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20141224.0951.004.html 数字出版日期:2014-12-24 09:51