綜合物探法在貴州中部某變質(zhì)巖區(qū)地熱勘探中的應用

舒勤峰，李 曉，段啟杉

(1.成都理工大學地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，四川成都610059;2.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局111地質(zhì)大隊，貴州 貴陽550008)

老墳嘴鄉(xiāng)位于貴州省中部甕安縣，有著豐富的礦藏和旅游資源，為進一步加快其經(jīng)濟發(fā)展，予開發(fā)地下熱水資源。但一直以來，人們對貴州變質(zhì)巖區(qū)地熱資源的研究很欠缺，天然出露的溫泉僅有浪洞溫泉和劍河溫泉兩處［1］，因而均認為貴州變質(zhì)巖區(qū)地熱資源極貧乏，本次在老墳嘴鄉(xiāng)成功打出地下熱水，不僅帶動該區(qū)溫泉旅游業(yè)的發(fā)展，而且改變?nèi)藗儗F州變質(zhì)巖區(qū)地熱資源貧乏的看法，同時為進一步在該區(qū)進行地熱資源勘探提供依據(jù)。

為查明勘探區(qū)淺表地溫異常區(qū)及深部區(qū)域內(nèi)斷裂構造特征，尋找地下熱水導熱構造，本次勘探主要在地質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)查的基礎上，開展了地球物理勘探技術。根據(jù)勘探結(jié)果分析淺表地熱異常及深部斷裂構造，確定鉆孔孔位，成功打出井溫為42.08℃，涌水量為2 706.74 m3/d的地下熱水井。

1 勘探區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

勘探區(qū)區(qū)域上處于黔中丘原盆地向黔南中山、低山過渡區(qū)域，地勢總體北西、北東高，中部低。溝谷海拔700～1 100 m，山脊海拔1 000～1 529 m，相對高差300～429 m。地貌類型主要為溶蝕地貌、侵蝕-剝蝕地貌及河谷地貌，本次鉆井井位即位于兩岔河溝谷中，屬溶蝕、河谷地貌。

1.2 地層巖性

勘探區(qū)出露地層由老到新依次為(圖1):上板溪群清水江組(Ptbnb)的淺變質(zhì)泥灰?guī)r夾石英砂巖和絹云母板巖，勘探區(qū)南東部大面積出露;震旦系下統(tǒng)南沱組(Zanc)的冰漬層，上統(tǒng)燈影組(Zbd)的白云巖、泥質(zhì)白云巖，分布于紅巖斷層北西、北東部;寒武系下統(tǒng)金頂山組(∈1j)、明心寺組(∈1m)、牛蹄塘組(∈1n)的砂頁巖、頁巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r、硅質(zhì)巖，位于云霧山向斜核部，紅巖斷層北西部;第四系坡積、沖積層的粘土、亞粘土、砂礫層，分布于河床中及一級階地、緩坡等地帶。

1.3 地質(zhì)構造

勘探區(qū)區(qū)域上位于揚子準地臺的黔北臺隆和黔南臺陷接合部，處于南北向構造變形區(qū)，構造變形復雜，燕山運動形成區(qū)內(nèi)構造骨架，其早期主要形成川黔經(jīng)向構造體系，晚期則主要形成新華夏東西向構造體系。區(qū)內(nèi)褶皺主要有云霧山向斜和上塘背斜，分別位于勘探區(qū)北西側(cè)和南東側(cè);斷裂構造有紅沿斷層及其次級斷層，位于勘探區(qū)中部，為區(qū)內(nèi)主要導熱斷層。

圖1 勘探區(qū)區(qū)域地質(zhì)略圖

2 綜合物探方法及成果分析

2.1 地溫測量

地溫測量圈定地熱異常是尋找地下熱水資源直觀而有效的方法［2］，本次采用打孔1.3 m進行測量，由于該區(qū)地形切割較大，大部分地段巖石出露，因此采用點線在一定范圍內(nèi)變化測量，地溫測量儀器采用土中精度為0.50的溫度計。

根據(jù)本次地溫實測值，繪制了老墳嘴區(qū)地溫平剖面曲線圖。從地溫剖面曲線圖顯示:老墳嘴區(qū)地下1.3 m深的地溫背景值為18°至18.5°左右。由老墳嘴區(qū)地溫等值線平面圖可知(圖2)，19.2℃的等溫線圈定的地熱異常分部在河壩、紅巖及兩岔河河谷地帶，整體呈線狀分布。其中河壩異常區(qū)呈長條狀，其等值線軸線近北西向展布，長7 m，寬6 m，在河壩河谷地帶地溫等值線更密集，異常更加明顯，最高溫度值約為22.3℃;紅巖異常區(qū)呈橢圓狀，軸線近北西向展布，分部范圍較河壩異常區(qū)小，最高溫度值約為21.4℃;兩岔河異常區(qū)長12 m，寬8 m，最高溫度異常值約為23.3℃，具有明顯的峰值，且異常峰值分布在兩岔河河谷地帶?？傮w來看勘探區(qū)地溫異常分布區(qū)域走勢為北東—南西向，主要分布在紅巖斷層北西盤河谷地帶［3］。

圖2 老墳嘴鄉(xiāng)地區(qū)地溫等值線平面圖

圖3 老墳嘴鄉(xiāng)α卡5分鐘脈沖等值線圖

2.2 放射性α卡法

放射性α卡法測量采用重慶奔騰廠的α卡閃爍幅射儀，本次勘探中挖深0.5 m、取老土進行α卡5分鐘測量。從貴州省甕安縣老墳嘴鄉(xiāng)α卡5分鐘脈沖等值線圖反應出該區(qū)北西為相對高值(圖3)，而東南面為相對低值，α卡異常高值集中分布在紅巖、兩岔河及河壩一帶，即紅巖斷層附近，基本上與地溫異常有一致性，相互吻合較好。

2.3 電阻率法

電阻率法是地熱勘探中應用廣泛而又有效的方法之一，其原理是以地殼中巖石和礦石的巖石導電性差異為基礎，其中巖石電阻率隨溫度而變化，在含溶鹽的水溶液中，隨溫度的升高，電阻率相對降低，這樣就可以根據(jù)低阻異常圈定地下熱水的范圍，判斷斷裂性質(zhì)及斷裂破碎帶情況。本次勘探即用該方法判定紅巖斷裂性質(zhì)及斷裂破碎帶情況，進一步圈定地下熱水的范圍［4，5，6］。

本次電測深采用普通直流電阻率法三極測深，使用儀器為重慶地質(zhì)儀器廠的ZAD-6型多功能電法儀，共布置3條電阻率測深勘查線，Ⅰ號勘測線位于河壩，方位310°，Ⅱ號勘測線位于紅巖，方位110°，Ⅲ號勘測線位于兩岔河，方位350°(圖1);點距為:10 m，最小OB=100 m，最大OB=350 m。

由Ⅰ號勘測線電測深視電阻率等值線斷面圖顯示(圖4):在深部340 m處200號點至212號點之間，存在一開口向下的低阻半封閉圈，其電阻率最小值約為80Ω·M，從等值線變化趨勢看，該低阻異常向204號點延伸，在192號點至216號點之間存在開口向上的封閉低阻異常區(qū)，其電阻率最低為20Ω·M，推斷其為斷層破碎帶。由圖進一步推斷其產(chǎn)狀向北西微傾，斷層中心點投影地面點為202號點。

圖4 Ⅰ號剖面電測深ρs電測深等值線圖

由Ⅱ號勘測線電測深視電阻率等值線斷面圖顯示(圖5):在196號點至200號點為一向東南傾發(fā)育的低阻異常，推測為斷層，產(chǎn)狀向南東傾。

圖5 Ⅱ號剖面電測深ρs電測深等值線圖

由Ⅲ號勘測線電測深視電阻率等值線斷面圖顯示(圖6):在218號點至224號點之間為一近“V”字型的低阻異常曲線，其電阻率最小約為100Ω·M，推測為斷層。從等值線變化趨勢來看，該低阻異常向220號測點深度延伸，因此推斷斷層產(chǎn)狀微向南傾。

2.4 瞬變電磁法

瞬變電磁法屬時間電磁感應方法，是近幾年迅速發(fā)展起來的一種新的電磁法，其基本原理為電磁感應定律，衰減過程一般分為早、中和晚期。早期的電磁場相當于頻率域中的高頻成分，衰減快，趨膚深度小;而晚期成分則相當于頻率域中的低頻成分，衰減慢，趨膚深度大。通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征。本次瞬變電磁法主要是配合普通電阻率測深法查明區(qū)內(nèi)斷層的性質(zhì)，所以勘測線與普通直流電阻率測深法同線同號，所用儀器采用中國地質(zhì)大學的CUGTEM-4型瞬變電磁儀。本次瞬變電磁測深工作主要解決較深部問題，因此在圖件處理上采用中晚期道全區(qū)視電阻率成圖［6，7，8］。

圖6 Ⅲ號剖面電測深ρs電測深等值線圖

由Ⅰ號剖面瞬變電磁法視電阻率等值圖顯示(圖7):202號點至216號點之間為兩個相對低電阻率異常，發(fā)育方向向北傾。與普通直流電阻測深反映基本一致。

圖7 Ⅰ號剖面電測深ρs電測深等值線圖

在Ⅱ號剖面瞬變電磁法視電阻率等值圖上顯示(圖8):206號點至208號點之間存在一低阻異常，但208號點靠東面為高壓線干擾大，未能把206號點至208號點之間的低阻異全面反應出來，結(jié)合Ⅱ號剖面普通電阻率測深推測206號點至208號點之間的異常為斷層引起，發(fā)育方向微向南傾。

在Ⅲ號剖面瞬變電磁法視電阻率等值圖受剖面測線上空高壓線干擾，其異?，F(xiàn)象表現(xiàn)不佳，因此無法判斷該點的異常性質(zhì)。

總之，在瞬變電磁法Ⅰ剖面上視電阻率在視深度800 m以下反應相對高阻，電阻率最高達270Ω·M。在Ⅱ剖面上視電阻率在視深度650 m以下反應相對低阻，電阻率在180Ω·M以下。在Ⅲ剖面上視電阻率在視深度650 m以下反應相對低阻，電阻率在180Ω·M以下。由上反應，在紅巖至兩岔河下部巖層可能含水較豐富。

3 地球物理異常的地質(zhì)推斷

由地溫平面等值線反應，在靠近河壩至兩岔河斷層北西部，地溫顯示為相對高值異常，由此說明河壩至紅巖斷層具有導熱作用。由α卡平等值線圖反應，相對高值異常分布于河壩至兩岔河斷層北西面，特別是紅巖段，α卡反映高值異常明顯，推測在紅巖段存在次級裂隙發(fā)育且與主斷層相溝通。由普通直流電阻率法測深視電阻率等值線及瞬變電磁法中晚期道全區(qū)視電阻率等值線反映，推測的斷層與地質(zhì)分析基本吻合，在河壩一帯反應斷層向北西傾，斷層發(fā)育寬度較大。在紅巖一帯斷層微向南東傾。在兩岔河斷層近于直立，發(fā)育寬度較小，斷層發(fā)育深度小于700 m。

圖8 Ⅱ號剖面電測深ρs電測深等值線圖

綜合分析物探資料，認為區(qū)內(nèi)地熱主要受地質(zhì)構造控制?；谏鲜稣J識，結(jié)合該區(qū)的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，確定測區(qū)內(nèi)東經(jīng) 107°39'04″，北緯 27°06'33″為 ZK08-2 號地熱井位置(圖9)，終孔深度1354.22 m，井水溫度隨深度增加基本呈線性上升，終孔井溫為42.08℃。開采目的層為991.96 m以下的上板溪群—清水江組(Ptbnb)凝灰?guī)r中的裂隙水，地熱資源受斷裂帶控制，成因?qū)贁嗔褜α餍汀?/p>

根據(jù)測井資料分析，在井深 997.5～1 002.5 m，1 060.0～1 067.5 m，為構造裂隙發(fā)育帶，推測為主要含水段。通過洗井、抽水試驗，得井底水溫為47.06℃，井口水溫為42℃，涌水量為2 706.74 m3/d的地下熱水。對該地熱水水質(zhì)檢測成果分析知，水中微量元素偏硅酸37.51 mg/L、鍶含量0.367 mg/L、鋰含量0.220 mg/L均達到礦泉水標準。

圖9 A-A`地質(zhì)剖面圖

4 結(jié)語

1)貴州地下熱水勘探在碳酸鹽巖區(qū)的尋找已取得了很大的成果，本次在甕安縣老墳嘴鄉(xiāng)成功勘探出地下熱水是首次在貴州變質(zhì)巖區(qū)找到可供人類使用的地下熱水資源，并為進一步在貴州變質(zhì)巖區(qū)勘探地熱資源提供依據(jù)。

2)在地熱勘查過程中，在地質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)查結(jié)果的基礎上，進行物探測量，且物探解釋結(jié)果與野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果基本一致。首先通過地溫測量確定區(qū)域地溫背景值及地溫異常分布情況，放射性α卡法對勘探區(qū)斷裂構造無明顯反應，但地溫異常反應基本與地溫測量一致，為進一步勘探地熱提供了依據(jù);利用電阻率法及瞬變電磁法確定深部斷裂性質(zhì)及斷層破碎帶的分布取得很好的地質(zhì)效應，為變質(zhì)巖區(qū)綜合物探方法中確定深部斷裂構造性質(zhì)及圈定深部熱儲的良好方法。

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