综合物探手段在地热水资源勘查中的应用

黄昌庆

(中国冶金地质总局第三地质勘查院，山西 太原 030000)

1 测区概况

(1)地层。勘查区出露的地层有奥陶系和第四系。岩性主要为：石英砂岩、砂砾岩、石英砂岩夹页岩互层，厚度1 726 m。灰黑色灰岩，具强烈靡棱岩化。第四系分布于测区的低地、山沟、小河两岸。

(2)构造。勘查区内发现的断裂构造主要为近东西向的断裂(F1)：走向80°，倾向350°，倾角50°，宽达300～500 m，推测为高要—惠来断裂；位于测区的南部，其岩性主要为云母石英片岩、片麻岩，岩石片理发育。

(3)岩浆岩。勘查区的侵入岩主要由燕山早期第三阶段(γ52(3))的二长花岗岩，分布在勘查区南北两侧。

(4)变质岩。勘查区内出露的变质岩为靡棱岩化花岗岩、靡棱岩化砂岩以及靡棱岩，属动力变质岩类，且仅见于断裂带内。

(5)水文地质条件。区内地下水类型按赋存条件划分，主要有松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水、基岩裂隙水、断层带裂隙水四大类。

2 地球物理特征

(1)研究表明，广东地下热水主要以深大断裂，破碎带为主，而氡气随地下水沿断裂破碎带迁移至地表富集，形成高浓度的氡气值，断裂构造与围岩存在明显的氡浓度差异，为开展土壤氡气测量工作提供地球物理前提。

(2)区内岩(土)石按电性主要分为3种：第四系残坡积土、充水断裂破碎带以及韧性剪切带电阻率几十～1 000 Ω·m，属低阻体；区内出露的灰岩、白云石大理岩、侵入的花岗岩等电阻率在1 000～20 000 Ω·m，属相对高阻体。所要寻找的目标体(地下水)与围岩具有明显的电性差异，因此本区具备开展电法及电磁法找水的电性前提。

(3)地下热水的主要储存目的层以断裂破碎带为主，热气沿断裂破碎带裂隙或空隙上升至地表，形成高温，而完整围岩的温度相对小，温度整体无变化或变化微弱，因此断裂构造与围岩存在明显的温度差异，为开展土壤氡气测量工作提供地球物理前提。

3 工程布置

本次测量布设1条综合剖面(104线)，测线方位角为140°，点距20 m，加密点距10 m。施测测点采用标有点号的红布条作标志，采用木桩固定。

(1)土壤测氡测量：采用生产仪器为北京核工业研究院生产的FD216环境测氡仪。进行土壤测氡取样时采用直径2 cm的专用钢钎在测点位置打孔70 cm左右，将钢钎拔出迅速把取样器插入孔中并将取样器顶端土壤密封压实，然后进行测量。

(2)电阻率联合剖面测量：联合剖面测量是由两个三极装置联合而成，即AMN～MNB，共用一个无穷远极C,OC≥5倍AO，且垂直于测线方向。各测点上分别由AO、BO供电，测得两组视电阻率ρsa、ρsb。

本次选用重庆奔腾WDJD-4电法仪，采用双深度联合剖面装置，其中第一组供电极距为AO=200 m，MN=40 m；第二组电极距为AO=120 m，MN=40 m，测量点距20 m。

(3)浅层地温测量：采用深圳大雄测控STY-2型土壤测温仪，探测深度1 m。进行土壤测温时采用直径2 cm的专用钢钎在测点位置打孔100 cm左右，将钢钎拔出并迅速把传感器插入孔中并将顶端土壤密封压实，然后进行测量。

(4)音频大地电磁法：本次勘探是采用由美国EMI公司和Geometrics公司联合推出的新一代电磁仪EH-4型StrataGem电磁系统，能观测到离地表几米至1 500 m内的地质断面的电性变化信息，基于对断面电性信息的分析研究，利用卡尼亚电阻成果。

4 资料整理

在野外观测数据质量可靠的条件下，每天通过数据线连接计算机把原始观测数据传输到计算机上，并进行归档整理。

(1)土壤氡气测量。计算出该测线的土壤氡浓度的背景值；测线数据减去相应背景值后，以线为单位绘制土壤氡浓度异常剖面图。

(2)电阻率联合剖面。本次工作对视电阻率联合剖面法采集的原始数据进行归拢处理，并利用ρsa和ρsb视电阻率值求得ρsab视电阻率值，以线为单位绘制联合剖面复合极距视电阻率剖面图，同时根据联合剖面法ρsa和ρsb关系得到视电阻率低阻正交点。

(3)浅层地面测温。浅层地面温度测量原始数据采集后，对浅层地面测温原始数据进行整理，根据测线计算出剔除掉测线最大及最小值后的平均值，对测线实测值减去相应平均值后绘制浅层地面测温异常剖面图。

(4)AMT测量资料整理。野外采集的时间序列的数据进行预处理后，在现场进行FFT变换，获得电场和磁场虚实分量和相位数据。并且，进行现场一维BOSTICK反演，在一维反演的基础上利用自带二维成像软件二维电磁成像。

5 应用实例情况

104线综合异常解释推断(见图1)：

104线1000～2600号点之间、标高-100以下，存在一个明显的低阻异常MT104-1，电阻率在10～500 Ω·m。异常处出露燕山三期岩浆岩(二长花岗岩、黑云母花岗岩)，根据异常形态推断MT104-1异常为韧性剪切带引起，产状上陡下缓，往南东倾。

AMT测量在1960～2000号点发现的向深部延伸的低阻异常，同时在900～1000号点常规土壤测氡曲线尖峰异常频繁出现，浅层地面测温出现温度异常，测温曲线凸起形态；再根据视电阻率联合剖面测量成果，在940号点附近获得低阻正交点，且极距OA=200 m视电阻率曲线有呈“U”型趋势。综合物探地质资料分析，推断低阻异常MT104-1为F1断裂破碎带引起，且该破碎带地段多为富含地下水的地段，推断富水的可能性较大。

结合地质资料，浅层地温异常主要分布在由F1断裂控制的糜棱岩带内。结合视电阻率联合剖面法取得的低阻正交点异常带(F1-1)和AMT测量获得MT104-1说明常规测氡、浅层地面温度测量、视电阻率联合剖面测量和AMT测量所获得的是同源异常；综合物探、地质资料成果分析，四者异常与F1断裂破碎带位置基本吻合，推断异常为断裂破碎带引起。

图1 104线AMT测量二维反演电阻率断面图

6 结论

结合本区的水文与地质特征，综合常规测氡、联剖、AMT测量和浅层地面测温4种方法所得成果，在104线2140号点正对低阻异常中心布置钻孔ZK1，孔深500 m，经钻孔验证，在300 m出水量增大，水温增高，效果良好。

在地热水资源勘探中，实践证明，综合物探方法是找水最经济、快速的、准确的手段。不同的地区还可以采用不同的方法，灵活运用。对于如何排除假异常、突出有用异常等则是技术的关键。