四川北川县某地热区音频大地电磁测深和土壤氡气测量应用研究

王一伟，魏 龙，陈 刚

(四川省地质矿产勘查开发局川西北地质队，四川 绵阳 621000)

随着我国社会经济的稳定发展，对地热资源的市场需求逐年增加，各级政府和部门对地热资源的勘查和开发利用给予高度关注。四川盆地具有丰富的中低温地热资源，具有埋藏复杂、勘探风险大、开采难度高的特征[1]。地球物理探测方法在地热资源勘查过程中发挥重要的作用，技术手段愈加成熟有效，本次在四川北川某地热区，采用音频大地电磁测深和氡气测量相结合的办法，推测地热资源赋存空间和第四系隐伏断裂的空间位置，为地热资源评估提供依据，综合分析地热资源开发利用条件。

1 地热区地质条件概况

地热区大地构造位置为龙门山前陆逆冲推覆带和上扬子古陆块川西前陆盆地交汇地带[2]，横跨在以江油断裂为界的龙门山前陆推覆-冲断带与四川盆地的川西北前陆盆地交接部位，地热区及周围地区属于龙门山构造带中北段，以北川断层为界，划分为后山带和前山带。后山带出露一套震旦系、寒武系、志留系的含磷含锰硅质岩与碳酸岩、泥质粉砂岩及泥页岩，以推覆构造为主：前山带为古生界和中生界泥质岩、砂岩、灰岩和白云岩，构造特征表现为冲断和滑覆。从前山带往南东跨过香水逆冲断层，即进入扬子地台的前陆盆地地带，主要为低缓倾角的侏罗系和白垩系的磨拉石建造。前人资料显示[3-4]，地热有利勘探区位于龙门山推覆构造带前缘，具有有利的地质构造条件；在对香1#6个小时抽水试验过程中的氡气测量，出现氡气含量从开始的0 Bq/L逐渐上升至抽水结束时的7.5 Bq/L，反映出具有地下水深部活动的显示；遥感解译发现靠东侧(香泉东)有地热异常显示；放射性物探发现地下水及土壤中存在氡异常。综合研究表明，该区具有地热资源开发的良好前景，地热资源属于褶皱山区断裂类型，热水系统是以中、低温为主的地热系统，大气降水深循环地热增温为主要加热形式[1](图1)。

1.莲花口组二段；2 莲花口组二段；3.遂宁组；4.天井山组；5.雷口坡组；6.嘉陵江组； 7.飞仙关组二段；8.飞仙关组一段；9.吴家坪组；10.地质界线；11.断层界线；12.产状；13.泉水；14.布设音频大地电磁测线；15.布设氡气测线；16.香水断层

对地热区的热储层、热储隔水保温盖层、储水构造等进行了初步分析，如下：

(1)热储层：一是位于香水断层上盘的三叠系下统飞仙关组下段和二叠系碳酸盐岩地层；二是香水断层下盘角度不整合于上三叠统须家河组之下的雷口坡组和嘉陵江组含水层；三是位于香水断层下盘伏于中侏罗统千佛崖组之下的上三叠统须家河组上部砾岩、含砾砂岩层。

(2)热储隔水保温盖层：香水断层上盘的三叠系下统飞仙关组上段泥岩及嘉陵江组第一段白云岩夹钙质粉砂岩；热储下隔水层为断层下盘的沙溪庙组、千佛崖组泥岩、砂岩和须家河组砂岩、泥岩、页岩层。

(3)储水构造：香水断层上盘热储层为夹持于香水断层与黄连桥断层间的一宽缓向斜储水层[5]，其补给可来源于两个方面。一是来源于于黄连桥断层上盘，大气降水通过断层导水带补给深部含水层，由北西向南东方向运移，经深循环至香水断层受断层下盘隔水层阻挡，地下水在这一带汇集，少量沿断层带上升出露成泉。二是来源于湔江，在区内地下水位骤降时，湔江江水可沿切割的香水断裂带补给地下。香水断层下盘为一单斜储水构造，其含水层之上覆盖有巨厚的侏罗系泥页岩隔水层，含水层沿倾斜方向埋深逐渐加大，地下水循环交替条件下不好往往可形成高矿化度的热矿水，其补给源很可能为香水断层上盘二叠系含水岩组。

(4)热源：该区热源为通过地下水深循环获得地热增温加热[6-7]。

2 工作方法原理和技术

2.1 音频大地电磁测深

设备选用加拿大凤凰地球物理公司多功能电法仪V8，测深点距为50 m，测深装置采用张量观测方式，接收电极为不极化电极，磁探头频率响应范围从1×10-1赫兹到上万赫兹。剖面布设垂直地层走向。野外测量工作严格按照《大地电磁测深技术规程》(DZ/T0173-1997)、《石油大地电磁测深法技术规程》(SY/T5820-1999)规定进行，原始观测曲线与检查观测曲线形态一致，符合要求，数据可靠。

地热区累计完成音频大地电磁测深剖面2条，总长2 300 m，电测深点40个。

2.2 氡气测量

地热区累计完成4条氡气剖面，测点117个。

3 测量结果及地质解释

3.1 音频大地电磁测深

表1 地热区物性参数统计表

图2 C线音频大地电磁测深视电阻率ρs等值线及解释图

从C线视电阻率等值线图(图2)可见：近地表10 m以内视电阻率很低，电阻率背景值小于2，为表层低阻覆盖层泥岩、粉砂岩、粘土的反映，局部高阻区应是地表裸露基岩或高压线等设施影响所造成；平距0～200 m区域电阻率背景值小于2，推断为三叠系中统嘉陵江组一段、二段的泥质白云岩引起；平距200～850 m区域电阻率背景值在1～2.3之间，其中电阻率背景值在1～2推断为三叠系飞仙关组二段钙质泥岩、页岩等引起，电阻率背景值在2～2.3推断为三叠系飞仙关组二段致密泥岩、页岩、粉砂岩等引起；平距850～1 200 m区域电阻率背景值在2～3之间，推断为区内三叠系飞仙关组一段泥灰岩、灰岩等引起；平距1 200～1 300 m区域电阻背景值偏高，可能为人文活动区干扰所致，结合D线解释图与地质资料，从浅至深依次分为侏罗系上统莲花口组、中统遂宁组与沙溪庙组、下统千佛岩组及三叠系上统须家河组，与上覆三叠系飞仙关组一段不整合接触。

图3 D线音频大地电磁测深视电阻率ρs等值线及解释图

从D线视电阻率等值线图(图3)可见：近地表10 m以内视电阻率很低，电阻率背景值小于2，为表层低阻覆盖层泥岩、粉砂岩、粘土的反映，局部高阻区应是地表裸露基岩所造成；平距0～250 m区域电阻率背景值小于2，推断为三叠系中统嘉陵江组一段、二段的泥质白云岩引起；平距250～900 m区域电阻率背景值在1.4～2.6之间，推断为三叠系飞仙关组二段钙质泥岩、泥岩、页岩、粉砂岩等引起；平距900～1 200 m区域电阻率背景值在1.6～2.8之间，推断为区内三叠系下统飞仙关组一段及二叠系上统吴家坪组的泥灰岩、灰岩等引起；平距1 200～1 300 m区域电阻背景值在1.8～3之间，从浅至深依次分为侏罗系上统莲花口组、中统遂宁组与沙溪庙组、下统千佛岩组及三叠系上统须家河组，与上覆三叠系飞仙关组一段不整合接触。

物探资料显示，富水部位在三叠系飞仙关组、二叠系吴家坪组的碳酸盐岩破碎带可能性较大，其次为三叠系须家河组砾岩层。发现隐伏断层破碎带，据D线视电阻率等值线图，推测深部断层倾角约40°～70°，向深部变缓。

3.2 土壤氡气测量

地热区内地质条件和景观条件较为一致，本次将地热区作为一个整体进行统计，用算术平均值法确定背景值为447.72 Bq/m3，背景值标准差S=171.61，异常晕分三级，偏高晕下限值为+S=619.33 Bq/m3，高晕下限值为+2S=790.95 Bq/m3，异常晕下限值为+3S=962.56 Bq/m3，异常大于等于5倍区域背景值，由此可确定异常点分布情况。地热区氡气异常点分布见表2，土壤氡气异常图见图4。

表2 地热区氡气异常点分布

从图4中可以判断，该区存在氡气异常，采用排除法，经仔细分析后，基本可以判断该异常属构造异常。

A剖面13～17号点瞬时氡浓度含量1 218～17 619 Bq/m3，异常连续出现，峰背比较大，重复测量后，氡浓度含量有较大幅度降低，异常反应明显，初步认为深部有断层通过，且断层破碎带宽度为60 m；

B剖面2号点瞬时氡浓度含量达16 275 Bq/m3，8号点瞬时氡浓度含量达20 664 Bq/m3，呈单点状分布，在20、21号点，异常连续出现。异常总体间距较大，初步分析认为可能有2条断层通过；

C剖面异常点多呈单点状分布，在2号点达到最大值4 431 Bq/m3，且异常间距较大，初步分析认为可能有2条甚至多条断层或断层破碎带通过；

D剖面异常点不多，仅2、6号点出现，最大值为2号点1 659 Bq/m3。异常值不大，峰背比较其他剖面偏小，重复测量后，瞬时氡浓度数值下降不大，分析认为可能有1～2条深度浅断层通过。

综述，地热区整体土壤氡气浓度及背峰比值由西向东增高，在东侧A线和B线背峰比值达20～30倍，反映出断裂的导通性较强。结合剖面峰值点位及剖面走向，判断出第四系隐伏断层2条(图4)，其中F1断层经实地验证，与地热区香水断裂一致，F2断层为第四系隐伏断层，断层总体走向北东，断层破碎带在A线最宽可达60 m；

图4 地热区土壤氡气测量结果平剖面图

4 结语

地热区位于龙门山推覆构造带前缘，是温泉资源较丰富的构造带，横向上已发现安县罗浮山温泉、北川温泉等。地热区具备较完善的热储系统，包括热储层、热储体盖层、热流体通道、热源。通过音频大地电磁测深，推测富水部位为三叠系飞仙关组、二叠系吴家坪组碳酸盐岩层和三叠系须家河组砾岩层及其破碎带等，并发现隐伏断层存在，深部断层倾角约40°～70°，向深部变缓。地热区内氡气浓度及背峰比值由西向东增高，在东侧A线和B线背峰比值达20～30倍，反映出断裂的导通性较强，在地热区圈出7处异常高值点，根据氡气测量平剖面图，判断出第四系隐伏断层2条，断层总体走向北东，破碎带宽度最宽可达60 m。