CSAMT在黔东南州北西部地热资源勘查中的应用

罗发科 张虎 徐鸿

摘要：黔东南州北西部热储主要沿区域大断裂形成的带状热储，受构造断裂控制，采用可控源音频大地电磁法（CSAMT）可快速准确探测隐伏深大断裂的产状、延深情况及地层电性结构分布情况，反映热储埋深和厚度，对地热井的设计、施工具有较好的指导作用，经钻探验证，找热效果好。

关键词：CSAMT；黔东南州；地热；资源勘查

地热是蕴藏于地球内部的自然资源，地热流体作为地热资源开发的最主要载体具有水资源和矿产资源双重属性，其功能多、用途广，是宝贵的洁净资源。由于全球各地区地热源、导热通道、地层的热导性能和渗透性能有所不同，从而造成地热资源分布格局极不均匀，地热资源的分布严格受构造控制[1]。勘查研究认为，黔东南州北西部热储主要沿区域大断裂形成的带状热储，受构造断裂控制，因而探测深大断裂带是地热勘探的首要任务。

地热水常富含锂、硫、氟、氡、偏硼酸、偏硅酸、锌等多种矿物质，具有一定的医疗、保健、养生作用，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，各地都在打造全域旅游、温泉休闲旅游，地热水的勘探开发也随之兴起。

可控源音频大地电磁法，简称CSAMT，是一种人工源的音频大地电磁测深技术，采用大功率（>20kW）接地电偶极发射大电流，在0.1kHz～10kHz频率范围内进行测量，其探测深度从几十米到1500m以上，通过反演解释获得地下二维电阻率断面，能快速准确查清深大断裂的产状、延深情况及地层电性结构分布情况，反映热储埋深和厚度，是当前地热勘探普遍采用的物探手段。

1.勘查区地热地质及地球物理特征

1.1地质构造

勘查区大地构造位置分属华南褶皱带及扬子准地台黔北台隆遵义断拱的贵阳复杂构造变形区。区内施洞口断层、革东正断层、镇远枢纽断层为挽近期活动断裂，在一些地区切割中新生代地层，表现为张性或张扭性，沿断裂带有温泉或低温矿泉产出。说明温泉的形成大都与区内断裂构造有关，是区内主要的储热构造。

勘查区东南部雷山、台江、剑河、三穗等地区的大地构造上属华南褶皱带。其构造主要以北东向—北北东向为主，主要褶皱有：崇梭溪背斜、白枝山背斜、雷公坪向斜、三穗向斜等；主要断裂有：台江断层、施洞口断层、革东断层等。施洞口断层：经玉屏、例洞、施洞口和台盘等地斜贯测区，并向两端延至图外，区内长120km。走向40°～50°，倾向东南，倾角50°～70°，为逆断层；局部（舖田附近）为正断层。从东南侧与之斜列的褶皱和断裂来看，还具左向平推性质。上盘以上板溪群为主，下盘以寒武系为主。地层断距一般在1000m以上。台盘附近最大达3000m，地貌上沿断层线常形成谷地和山鞍。断层两侧震旦系厚度变化较大，并控制了中下寒武系的相变和加里东期褶皱的发育。从其切割加里东期与燕山期褶皱和下第三系，说明该断裂在加里东期、燕山期和喜马拉雅期均有活动。革东正断层：由北东向南西经凉伞、矮子计、革东等地斜贯测区，走向50°～60°，倾向北西，倾角50°以上，区内长87km。特征与施洞口断裂类似。上盘为清水江组第一段至下寒武统杷榔组地层；下盘为上板溪群乌叶组至清水江组第三段，地层断距在1000m以上；西南端台江附近乌叶组与震旦系接触，断距最大达6000m。东南侧局部见地层倒转、拖拉褶曲和千枚岩化现象。革东断裂控制了震旦系及中下寒武统地层的相变，破坏了加里东期的褶皱，切断第三系地层等，说明它形成于雪峰期，而在加里东期、燕山期和喜马拉雅期曾有活动，沿其断裂有基性、超基性岩体出露，表明其深切地壳深部，具有深大断裂特征。革东附近见有温泉出露（水温48℃），有可能与此断裂有关。

勘查区北部施秉至镇远一线次级构造单元上属黔北台隆遵义断拱的贵阳复杂构造变形区，勘查区位于该次级构造东段，本段主要以北北东向构造为主，平行于扬子准地台与华南褶皱带分界线北段发育，主要褶皱为龙田背斜、重安江向斜、黄丝背斜等，区内镇远-施秉一带，有两条平行延伸的东西向断层，北面为蕉溪断层，南面为镇远断层，两侧伴有若干次级同向断层。镇远枢纽断层：由西向东经施秉、镇远、河口、玉屏等地，横贯测区并向西端延至图外，境内长106km。河口以西走向约90°，河口以东走向60°；断层面倾向南或南东，局地倾向北或北西，倾角多在60°以上。镇远枢纽断层不仅切断早期形成的施洞口断层，还切断了加里东期及燕山期北东向褶皱和断裂。由于和其他断层形成之断块差异运动结果，性质和断距的变化大；总的来说正的地段较少，逆的地段较多，正向地层断距400m～700m，逆向地层断距达1000m以上。沿线常形成直谷和陡崖，破坏带较发育，常有角砾岩和擦痕面，据岩脉倾入时代推断该断层形成于加里东期，但主要活动于燕山期，因其破坏了燕山期褶皱并于该期若干断层构成断块差异运动。施秉附近，它切断了下第三系，故说明在喜马拉雅期有复活。断层南盘有温泉出露，有可能与此断裂有关。

勘查区西南部位于华南褶皱带及扬子准地台的接触带上。区内主要构造为北东向施洞口断裂。

1.2热储结构及类型

区内发育北东向的革东-台江断裂、施洞口大断裂、东西向镇远断裂及其次生断裂构造规模和深度较大，为挽近期活动断裂，且镇远大断裂与革东-台江断裂、施洞口大断裂相交，不仅具有沟通地下热源的作用，也是本区地下热水储水构造，沿断裂带多有热异常（温泉、钻孔）显示。因而勘查区以施洞口大断裂、革东-台江断裂及镇远断裂构成主要控热构造，热储主要沿區域大断裂其发育的纵张节理裂隙呈带状发育构成带状热储层，受构造断裂控制，热储温度和深度受区域地热增温率的影响较小，地热流体的流量受构造发育规模影响变化大。

热储构造单元划分为台江大断裂热储构造单元、施洞口大断裂热储构造单元及镇远大断裂热储构造单元。

1.3地热水形成条件

大气降水在区域上沿断裂带、裂隙、洼地等通道向地下运移，在断裂的控制下做深部循环、加热，形成地热流体，热流体体积膨胀产生浮力向上运动；同时上部的低温流体因密度大在重力作用下向下运动，构成地下热水循环。勘查区的革东-台江断裂、镇远断层、施洞口断裂及其次生断裂成为载流体对流的良好通道。

1.4地球物理特征

勘查区内岩性较多，地质构造较复杂，主要岩性有白云岩、灰岩、砂岩、板岩、粘土岩及页岩，各岩性层电阻率具有如下特征：完整的白云岩、灰岩、砂岩、板岩电阻率在n×10³～n×10⁴Ω·m之间，含水白云岩、含水灰岩、含水砂岩、含水板岩、断层破碎带电阻率在n×10～n×10³Ω·m之间，粘土岩、页岩、地下水电阻率在n～n×10²Ω·m之间。

完整的基岩导电性差，电阻率较高；断裂构造两侧岩体一般较破碎，在垂向上由浅表至深部表现为大深度、大厚度的低阻带，电阻率通常比完整岩体低1～2个级次；当基岩比较破碎或节理裂隙发育时，通常含有地下水，呈现出较好的导电性。这些物性差异为在勘查区采用可控源音频大地电磁法勘探提供了良好的地球物理前提，从而我们可以依据低阻特征和其发育深度有效地获取断层的空间分布特征，划分地层岩性，判定热储结构的分布情况，从而达到工作的目的。

2. CSAMT野外工作布置及工作参数

黔东南州北西部地热资源勘查为2013年度贵州省地质勘查基金第三批整装勘查项目，也属贵州省“5个100”工程的建设项目，勘查区含雷山县、凯里市、黄平县、施秉县、镇远县、岑巩县、三穗县、剑河县、台江县所辖区域，调查面积为6711.225km2。

依据整装勘查区内地热资源的主要控热构造单元，将整装勘查区划分为“革东-台江大断裂”“施洞口大断裂”及“镇远大断裂”三个大的普查区块。将镇远大断裂普查区块进一步划分为黄平预查区、施秉普查区、镇远普查区和岑巩普查区；将施洞口大断裂普查区块进一步划分为凯里普查区和施洞口普查区；将革东-台江大断裂普查区进一步划分为雷山普查区、台江普查区、剑河普查区、台烈普查区和三穗普查区。其中镇远普查区东西向大断裂和北东向断裂相交，中上寒武系地层大面积岀露，局部存在第三系沉积盆地，该区现状研究程度低，为勘查工作重点区。

每个普查区垂直断裂构造布置3条CSAMT剖面，线距地质条件而定，测点距50m，剖面总长9km。本次野外工作使用中国地质科学院研制（重庆地质仪器厂生产）的CLEMV5大功率多功能电磁法系统，采用TM标量测量方式，场源为电性源，在平行于场源中垂线两边张角各30°的扇形区域内的远区逐点观测电场分量EX和与之正交的水平磁场分量HY振幅和相位，进而计算卡尼亚视电阻率和阻抗相位。工作技术参数：工作频率0.25Hz～8192Hz，收发距大于10km，供电电流大于12A，勘探深度大于1500m。视电阻率均方相对误差Mρs小于±3.89%，相位均方误差εφ小于±16mrad。

3.数据处理及异常推断解释

对野外采集到的每个排列的各个测点的视电阻率和相位数据，进行曲线对比编辑、飞点除剔、曲线圆滑、校正（静态效应校正、近场校正、地形校正）、一维bostick反演、拟二维反演、二维反演，绘制成反演电阻率断面图（见图1），结合地质资料进行解释推断。

在3-3剖面上共发现3个明显的低阻异常带。第1个低阻带出现在106～113号点，推测该低阻带主要由寒武系娄山关群含水岩体引起，两侧有高阻体分布，无明显的氡气和米地温异常显示，推测为溜沙关断层（F3）带通过。根据低阻带形态推测F3断层向南东倾斜，倾角80°左右，下延深度880m。第2个低阻带出现在135～165号点，推测该低阻带主要为寒武系和震旦系含水岩体引起，且两侧有高阻体分布，伴有明显的氡气异常和米地温异常显示，推测为镇远断裂（F1、F1+1）带，有热源分布。根据低阻带形态推测F1向北倾斜，倾角85°，下延深度2700m；F1+1向南向斜，倾角80°，下延深度2200m。第3个低阻带出现在177～199号点，推测该低阻带主要由寒武系及震旦系含水岩体引起，且两侧有高阻体分布，有较明显的氡气和米地温异常显示，推测为蕉溪断裂（F2）带，有热源分布。根据低阻带形态推测F2向北倾斜，倾角87°，下延深度2500m。

4.探采结合孔设计与施工验证结果

区域性的镇远断裂带上地温异常明显，寒武系地层分布广泛，有明显的低阻异常分布，是地下热水富集的有利部位，是较好的导热导水构造。结合地形地质和交通条件，最终在3-3剖面的141～153号点之间设计了探采结合地热勘探孔，直孔，孔深2500m，如图2示：

钻孔施工验证结果：终孔深度2500m，日产水量810m3，井口水温48℃，井底水温76.6℃。开发前景好，助推了地方旅游业及相关产业的发展。

5.结语

CSAMT采用大电流供电，极大地提高信噪比，增强分辨率，增大勘探深度，是当前地热勘探首选的物探方法，可快速准确查明断裂构造的产状、延深情况及地层电性结构分布情况，反映热储埋深和厚度，为地热资源的开发起到较好的指导作用，带动区内旅游业及相关产业等发展，同时为地热资源的矿政管理提供科学依据。

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