文家村一带地热勘查中综合物探方法的应用

2021-12-20韩埃洋

西部资源 2021年5期

韩埃洋

摘要：甘肃省天水市麦积区文家村一带地热地质条件好，构造裂隙发育，地热主要有几条热控断层控制。通过对文家村一带地球物理特征研究得知，已知断裂构造带处都有明显的重力异常和氡气子体RaA浓度异常，由此从其他地段推测出几条隐伏断层，之后通过可控源音频大地电磁法验证推测结果和确定断裂构造带的空间展布。事实证明综合物探方法在地热勘查中效果显著，为地热开采井提供精准的井位。

关键词：地热；物探；CSAMT；热储构造

1.引言

地热是世界上最古老的资源之一，地热勘查的常规手段有水文地质调查、遥感、地球物理、地球化学、钻探等。常规的遥感、水文地质、化探等方法很难确定地热田的深部特征和热控断裂构造带的深部空间展布，所以为提高地热开采成井率，对地热田的地球物理特征的研究势在必行。物探方法在解决基岩埋深和断裂构造带空间展布方面具有成本低、对环境很少或没有破坏、勘探深度大、成果直观等特点。通过甘肃省天水市麦积区文家村一带的地球物理特征的研究证明，地球物理勘探在确定地热田的深部特征和热控断裂构造带的深部空间展布方面成果显著。

2.研究区地质、地球物理特征

2.1研究区热能来源

麦积山白垩系断陷盆地长轴呈西南—东北走向，东南侧有石门山三叠纪时期侵入的花岗岩体，西南侧有柴家庄三叠纪花岗岩体，两者由麦积山白垩纪断陷盆地断裂带相连，深部的岩浆岩余热是区域内地热资源的主要热能来源。

2.2研究区主要热控断层与储热构造

东北—西南走向的麦积山白垩纪断陷盆地与李子园—柴家庄一带的东北—西南走的断裂带相连，且走向一致，断裂规模大，三叠纪时期侵入的花岗岩发育，从而构成区域内主要的热控断裂。该断裂带与较高海拔的山地相邻或斜切，具有较好的深循环地下水的补给条件。

研究区主要热储地层为秦岭群深变质岩系，其形成时代古老，经历的构造运动繁多，断裂裂隙发育，層—带成生，在颍川河—东柯河白垩纪—新近纪沉积盆地中，上覆地层覆盖程度和隔水性能较好，与盆地构造、较新的岩浆岩深部余热热源结合，构成了较好的承压—自流基岩裂隙地下热水盆地构造（图1）。

2.3研究区岩石的密度、电性特征

研究区收集到常见岩石密度资料见表1，由岩石密度可知，花岗岩、和砾岩密度最大，大理岩、片麻岩次之，其次为砂砾岩，粘土和地表土密度最小。重力测量主要目的是寻找断层，由于断层一般较破碎，其密度相对较低，且研究区第四系覆盖相对较薄，故断层在重力测量中表现为重力相对低。综上所述，研究区具备开展重力测量的地球物理前提。

研究区大面积为第四系覆盖，统计电性资料显示（见表1），区内各时代地层岩性及含水破碎带之间存在较大的电性差异，具有电法勘探的地球物理前提。

为查明研究区地质、构造、水文地质条件，分析研究区地热形成机理，在研究区共开展了重力、氡气、CSAMT等多种物探方法，对物探结果进行了综合研究。优先在地热靶区（图2中红色框内）开展高精度重力面积测量和氡气子体RaA浓度面积测量；综合分析面积测量成果与地质资料，布设了4条CSAMT剖面（分别为1线、2线、3线和4线）测量。

3.异常特征研究及深部地热资源预测

3.1布格重力异常

通过本次重力面积测量，对测量数据整理并进行各项改正后得到布格重力异常等值线图（见图3）。研究区的布格重力场整体上呈现东南低西北高，局部异常的强度较大，梯度较陡，整个研究区除北部一处近东西向的低值异常外，其他地区异常走向呈北北东向展布的特点。区内共圈出两处异常，分别命名为G1和G2。

G1异常位于研究区中部，异常为狭长带状低值异常，异常走向北北东向，以8.5×10-5m·s-2异常等值线作异常上限，则异常面积90m×170m，异常极小值3×10-5m·s-2。

G2异常位于研究区北部，异常为长轴状，异常走向近东西向异常面积120m×370m，异常极大值8×10-5m·s-2，极小值6×10-5m·s-2。

G1异常位于古元古界秦岭群地层内，位于已查明断层F5和F6之间，该区地层密度差异不足以引起该异常。结合地质资料及岩石密度物性资料分析，推测G1异常由F5、F6断层之间岩石破碎带引起；G2异常所在区域被第四系覆盖，初步推测G2异常为隐伏断裂的反应。

3.2氡气子体RaA浓度异常

氡是放射性惰性气体，常称射气，易溶于水，属于天然铀放射系列由于氡为气态，易于在岩石、土壤通过，氡的子体又多为固态，在储存氡气或氡气经过的路径上就有固态氡子体沉淀物存在。通常在构造破碎带附近RaA浓度较高。

如图4，研究区RaA浓度基本在20 bq/m3～55 bq/m3之间，局部达到150bq/m3，研究区中部有一狭长条带状高值异常，异常走向北北东向，异常范围100m×630m。异常极大值150bq/m3。结合已知地质资料分析，氡气测量条带状氡气异常与布格重力异常G1对应关系较好，为构造破碎的反映。

3.3 CSAMT剖面异常

研究区施工可控源音频大地电磁测深法剖面4条，测线编号为1-4线。为保证采集数据质量，尽可能加大收发距布设场源，剔除近区及过渡区数据，利用远区数据做2D反演。在1400m的勘探范围内，各地电断面均反映出垂向分层、横向分块的共同特点，电性结构基本上可以划分为两层，第一层为地表及以下30m之间中低阻电性层，其下为第二层高阻夹有低电阻率带的电性层。

在地电断面中，从地表向下有一层电阻率变化不大的中低阻电性层，电阻率变化在50Ω·M～500Ω·M之间，厚度小于30m，为第一电性层，为第四系（Q）盖层的反映，与下部带状、块状电性层以密集电阻率等值线分隔。地电断面中表层点状分布的高阻或低阻异常由地表电性不均匀体引起。

其下第二电性层，该电性层主体为高阻，浅部表现为低阻，地电断面中电阻率值普遍较高，变化在1000Ω·M～ 10000Ω·M之间，电阻率等值线呈倾斜或近水平状分布，部分高阻中间夹有低阻带，低阻带电阻率变化在200Ω·M～ 2000Ω·M之间，厚度变化不等，一般在50m～100m之间。结合地质资料，该电性层为元古界秦岭岩群第一岩性段（Pt1Q1）地层的反映，浅部的低阻层为基岩分化引起。

下面对各剖面作详细分析。

1线、2线、3线剖面平行布设，从地电断面图（图5）中可以看出，三条断面图中电性结构相似，表层中低电阻率带为第四系的反映。其下第二电性层主体为高阻，部分高阻体之间穿插有低阻带为元古界秦岭岩群第一岩性段（Pt1Q1）地层的反映，局部的低阻带为断裂破碎带的反应；结合已知地质资料分析，相对低阻带异常位置、电阻率特征、延深等解译成果见表2。

4線剖面与3线剖面斜交，从4线（图6）中可以看出，剖面表层为第四系河谷冲积物及砂砾卵石层的反应。其下第二电性层主体高阻为元古界秦岭岩群第一岩性段（Pt1Q1）地层的反映，部分高阻体之间穿插有低阻带为断裂破碎带的反应。结合已知地质资料分析，相对低阻带异常解译成果见表3。

3.4推断解译成果

综合以上物探成果研究区内主要断层走向及倾向如图7所示，其中F0和F7为本次物探工作新发现的隐伏断裂破碎带。3线CSAMT剖面17号点到31号点之间测量结果出现一处明显宽缓低阻异常带，该低阻带向下延伸700m。推测F5、F0和F6在3线17号点到31号点之间交汇，推测3线17号点到31号点之间的低阻层由F5、F0和F61F6之间的构造破碎带引起。CSAMT测量结果显示3线剖面地表下部500m到700m之间有一明显低阻层，推测此处为热水流存在的有利区域。

4.结论

（1）研究区布格重力异常分布特征为：东南低，西北高，重力场分布特征呈北北东向展布。

（2）研究区共圈定重力异常2处，氡异常1处。其中重力异常G1与氡气异常由F5、F6断层之间破碎带引起；推测G2异常可能由隐伏断层引起。

（3）优选布格重力异常与氡气异常对应关系较好的地段开展的CSAMT剖面测量，有效划分了地层界限，圈定了多处呈低阻特征的构造破碎带。其中F4、F5位置与产状跟已知地质资料较吻合，而推断F6构造破碎带倾向南东，需进一步研究。推测F0、F7为隐伏构造破碎带，其规模较大，具有一定的地热勘探前景。

（4）3线CSAMT剖面异常明显，推测F5、F0和F6在3线17号点到29号点之间交汇，3线地表以下500m到700m之间有为热水流赋存有利区域。

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