朱義坤，趙景懷，洪文二，蔡生來(lái)，馬學(xué)靜，張陽(yáng)陽(yáng)

(1.安徽省勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230031;2.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局326地質(zhì)隊(duì)，安徽 安慶 246003)

0 引言

隨著地?zé)豳Y源開發(fā)利用日益受到重視，尋找隱伏地?zé)豳Y源已經(jīng)成為地?zé)豳Y源勘查的重要方面，而隱伏地?zé)豳Y源也一直是地?zé)峥辈榈碾y點(diǎn)，困難之處就在于如何“選區(qū)定位”[1]。前人曾總結(jié)過(guò)氡氣測(cè)量、微動(dòng)測(cè)量、可控源音頻大地電磁測(cè)量等方法在隱伏地?zé)豳Y源勘查中的應(yīng)用效果[2-4]，但是缺少對(duì)隱伏地?zé)豳Y源“選區(qū)定位”工作流程和工作方法的系統(tǒng)研究。

大別山區(qū)是安徽省對(duì)流型地?zé)豳Y源的主要分布區(qū)之一，區(qū)內(nèi)目前已發(fā)現(xiàn)有8處對(duì)流型地?zé)崽铮鶠樘烊怀雎稖厝?jīng)進(jìn)一步勘查而來(lái)[5-6]。研究區(qū)位于安徽省大別山區(qū)腹地，是隆起山地對(duì)流型地?zé)豳Y源形成的有利區(qū)域。本文在充分總結(jié)研究區(qū)內(nèi)及周邊已知地?zé)崽锏闹饕卣骱统梢驒C(jī)理的基礎(chǔ)上，開展隱伏地?zé)豳Y源“選區(qū)定位”研究，系統(tǒng)總結(jié)了工作流程以及勘查方法的應(yīng)用效果，為提升隱伏對(duì)流型地?zé)豳Y源“選區(qū)定位”精度提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為安徽省太湖縣花亭湖風(fēng)景區(qū)，總面積335 km2。地貌主要為低山丘陵，地形切割強(qiáng)烈，海拔一般為100～700 m；地下水類型以基巖裂隙水為主；屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨量充沛。研究區(qū)自中元古代以來(lái)長(zhǎng)期處于隆起狀態(tài)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，具備形成對(duì)流型地?zé)豳Y源的有利條件。

研究區(qū)位于大別山高熱流值區(qū)中的岳西—太湖地溫異常區(qū)，大地?zé)崃髦禐?18.2～131.1 mW/m2，屬于>1.5個(gè)熱流單位(HFU)的高值區(qū)[7-8]。該地溫異常區(qū)內(nèi)曾先后發(fā)現(xiàn)3處地?zé)崽?，分別是太湖縣湯水灣溫泉、岳西縣溪沸溫泉和湯池畈溫泉(圖1)，均為受斷裂構(gòu)造控制的隆起山地對(duì)流型地?zé)崽??？偨Y(jié)3個(gè)已知地?zé)崽锏目辈橘Y料和研究成果可以發(fā)現(xiàn)，斷裂是地?zé)嵝纬傻母驹颍途彽孛彩堑責(zé)崃黧w排泄的有利條件，水溫、水化學(xué)特征則是重要指示標(biāo)志。地?zé)崽飳?dǎo)水構(gòu)造為規(guī)模較大的張性斷裂，往往沿走向有一定高差，儲(chǔ)熱構(gòu)造一般為規(guī)模不大的張性或張扭性破碎帶，含水性好，但不易識(shí)別[10-13]。區(qū)域地?zé)崽镄纬赡Ｊ揭妶D2。

1.華北地塊；2.北淮陽(yáng)構(gòu)造帶；3.大別構(gòu)造帶；4.揚(yáng)子板塊北緣構(gòu)造帶；5.揚(yáng)子板塊前陸褶沖帶及盆地；6.震旦系—三疊系；7.花崗巖；8.火山巖；9.超鎂鐵質(zhì)巖；10.研究區(qū)；11.溫泉；12.主要地?zé)崽?①湯水灣溫泉，②溪沸溫泉，③湯池畈溫泉);13.熱流>1.5 HFU的區(qū)域。圖1 花亭湖風(fēng)景區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置及大地?zé)崃鞣植?[8-9]Fig.1 Geotectonic sketch and terrestrial heat flow map of Huating Lake scenic spot[8-9]

圖2 花亭湖風(fēng)景區(qū)地?zé)豳Y源形成模式[14]Fig.2 Formation model of geothermal resources in Huating Lake scenic spot[14]

2 研究方法

由于研究區(qū)范圍較大，地形復(fù)雜，因此本次采用“面上調(diào)查縮小區(qū)塊，重點(diǎn)調(diào)查確定靶區(qū)，點(diǎn)上驗(yàn)證綜合分析”的原則，即先通過(guò)面上調(diào)查選定重點(diǎn)區(qū)，再在重點(diǎn)區(qū)再開展大比例尺調(diào)查選定地?zé)岚袇^(qū)，最后進(jìn)行鉆探驗(yàn)證和綜合分析。根據(jù)對(duì)已知地?zé)崽锾卣鞯目偨Y(jié)，將地形地貌、斷裂構(gòu)造、水溫和水化學(xué)特征作為選定重點(diǎn)區(qū)和地?zé)岚袇^(qū)的主要依據(jù)。選擇了遙感解譯、地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查、可控源音頻大地電磁測(cè)量、水化學(xué)分析以及鉆探等技術(shù)手段來(lái)研究以上要素特征，技術(shù)流程見圖3。

圖3 隱伏對(duì)流型地?zé)豳Y源勘查技術(shù)流程Fig.3 Exploration work flow of concealed convective geothermal resources

重點(diǎn)區(qū)主要依據(jù)1∶5萬(wàn)遙感解譯和1∶5萬(wàn)地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行劃分。遙感解譯采用分辨率為1.5 m的SPOT6、SPOT7衛(wèi)星遙感影像原始數(shù)據(jù)、正射影像以及Aster、DEM數(shù)據(jù)。對(duì)遙感數(shù)據(jù)提取的熱紅外異常均進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證，在1∶5萬(wàn)地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查中對(duì)所有水井、泉點(diǎn)等都進(jìn)行測(cè)溫。在重點(diǎn)區(qū)內(nèi)，采用1∶1萬(wàn)地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查、可控源音頻大地電磁測(cè)量(點(diǎn)距50 m和20 m)、水化學(xué)分析等技術(shù)手段來(lái)確定地?zé)岚袇^(qū)，在優(yōu)選靶區(qū)的基礎(chǔ)上，通過(guò)補(bǔ)充調(diào)查及成熱模式分析等確定驗(yàn)證鉆孔位置。

3 方法應(yīng)用及效果分析

3.1 重點(diǎn)區(qū)劃分

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造按照展布方向主要可歸納為NE、NW和NNE向3組，主干斷裂為NE向，分布最為廣泛，其次為NW向。地貌與地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系非常密切，沖溝和河谷最為密集的地區(qū)往往也是斷裂構(gòu)造最為發(fā)育的地區(qū)。寺前鎮(zhèn)、湯泉鎮(zhèn)、牛鎮(zhèn)鎮(zhèn)、天華鎮(zhèn)以及晉熙鎮(zhèn)的鎮(zhèn)中心一般都是幾條沖溝(斷裂)的交匯部位，地勢(shì)低緩，有利于地下熱水排泄，同時(shí)這些地區(qū)人口分布集中，商業(yè)繁華，地?zé)豳Y源開發(fā)利用區(qū)位條件較好。因此在區(qū)內(nèi)劃分了5個(gè)重點(diǎn)區(qū)，分別為牛鎮(zhèn)、寺前、湯泉、天華和晉熙重點(diǎn)區(qū)(圖4，圖5)。1∶5萬(wàn)地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查中對(duì)遙感數(shù)據(jù)提取的熱紅外異常進(jìn)行了實(shí)地驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)多為植被或遺棄的建筑材料、鐵架等引起，未發(fā)現(xiàn)地?zé)峋€索，也未發(fā)現(xiàn)明顯的水溫異常點(diǎn)。

1.第四系；2.震旦紀(jì)港河巖組；3.新太古代大別巖群；4.燕山期花崗巖；5.變質(zhì)變形侵入體；6.榴輝巖；7.實(shí)測(cè)正斷層；8.實(shí)測(cè)逆斷層；9.推測(cè)平移斷層；10.推測(cè)性質(zhì)不明斷層；11.遙感解譯斷層；12.研究區(qū)范圍；13.重點(diǎn)區(qū)范圍；14.湯水灣溫泉；15.城鎮(zhèn)。圖4 花亭湖風(fēng)景區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.4 Geological sketch map of Huating Lake scenic spot

圖5 花亭湖風(fēng)景區(qū)遙感影像Fig.5 Remote sensing image map of Huating Lake scenic spot

3.2 靶區(qū)優(yōu)選

以牛鎮(zhèn)重點(diǎn)區(qū)為例介紹靶區(qū)優(yōu)選方法及應(yīng)用效果。

牛鎮(zhèn)重點(diǎn)區(qū)位于牛鎮(zhèn)北部和東部，地貌以低山丘陵為主，兼有寬緩河谷，面積約為21 km2。區(qū)內(nèi)構(gòu)造相對(duì)較為復(fù)雜，南部為大別巖群變質(zhì)巖，北部為燕山期二長(zhǎng)花崗巖侵入體，NE向和NW向多條斷裂在區(qū)內(nèi)交匯，NE向斷裂主要有黃家大屋斷裂(F102)、西沖斷裂(F103)，NW向斷裂主要有龍須溝—牛凸嶺斷裂(F122)(圖6)。

1.新太古代大別巖群橋嶺組；2.早白堊世橋埠灘單元二長(zhǎng)花崗巖；3.下五河花崗質(zhì)片麻巖；4.銀河花崗質(zhì)片麻巖；5.實(shí)測(cè)正斷層；6.實(shí)測(cè)逆斷層；7.物探推斷斷層；8.推測(cè)斷層；9.可控源測(cè)量剖面及編號(hào)；10.水化學(xué)取樣點(diǎn)及編號(hào)；11.驗(yàn)證鉆孔；12.重點(diǎn)區(qū)范圍；13.地?zé)岚袇^(qū)范圍。圖6 牛鎮(zhèn)重點(diǎn)區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.6 Geological sketch map of key investigation area in Niu town

3.2.1 地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查

通過(guò)地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查，了解牛鎮(zhèn)重點(diǎn)區(qū)不同類型地下水的分布特征。

龍灣河河谷寬闊，沉積厚度較大，中粗砂，是第四系孔隙水的主要分布區(qū)；基巖風(fēng)化裂隙水分布較為普遍，主要位于山腳的基巖風(fēng)化帶，動(dòng)態(tài)變化較大；構(gòu)造裂隙水主要分布在龍灣河以西，有4～5個(gè)構(gòu)造裂隙水點(diǎn)，均為歷史悠久的老井(泉)，位于牛鎮(zhèn)北部NE向龍須溝—牛凸嶺斷裂(F102)和NW向黃家大屋斷裂(F122)交匯部位附近，呈近SN向帶狀展布，水量大，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，水溫16～18 ℃(氣溫約10 ℃)。

3.2.2 可控源音頻大地電磁測(cè)量

根據(jù)1∶5萬(wàn)區(qū)調(diào)資料[9]，重點(diǎn)區(qū)內(nèi)4條主要實(shí)測(cè)斷裂中，F(xiàn)103、F104為壓性逆斷裂，F(xiàn)102、F122為張性正斷裂。為了進(jìn)一步厘定主要實(shí)測(cè)斷裂的深部特征和水力性質(zhì)、尋找隱伏斷裂，在區(qū)內(nèi)開展了可控源音頻大地電磁法測(cè)量。可控源音頻大地電磁法(Controlled Source Audio Magnetotelluric Method,CSAMT)采用人工源，相比較于大地電磁法(Magnetotelluric Method,MT)和音頻大地電磁法(Audio Magnetotelluric Method,AMT)，具有信噪比高、施工效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于固體礦產(chǎn)勘查、能源勘查以及水文、工程、環(huán)境和災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查等方面[15]。

通過(guò)對(duì)牛鎮(zhèn)重點(diǎn)區(qū)主要已知斷裂的CSAMT測(cè)量發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)102和F122在CSAMT剖面上總體表現(xiàn)為電阻率梯級(jí)帶，局部等值線彎曲下凹，低阻異常特征不甚明顯，部分剖面上淺部低阻特征明顯，可能表明斷層局部富水性較好。F103和F104斷裂在CSAMT剖面上低阻異常特征明顯，均向西南方向陡傾。另外，根據(jù)CSAMT剖面NZ18、NZ20線以及遙感影像共同識(shí)別了隱伏斷裂F201，斷裂主要沿龍灣河呈NW向展布，大致平行于F122斷層，CSAMT剖面上表現(xiàn)為電阻率等值線梯級(jí)帶(圖7)。NZ20線CSAMT剖面中還可以發(fā)現(xiàn)-400 m以淺存在一條明顯的低阻異常帶與F201斜交，低阻帶推斷為儲(chǔ)水構(gòu)造的反映。

圖7 牛鎮(zhèn)NZ18線(左)、NZ20線(右)可控源音頻大地電磁測(cè)量剖面Fig.7 CSAMT profiles of line NZ18 and NZ20 in Niu town

3.2.3 水化學(xué)分析

表1 牛鎮(zhèn)重點(diǎn)區(qū)水點(diǎn)主要成分含量Tab.1 Main ingredients of water spots in key investigation area of Niu town

根據(jù)以上結(jié)果，認(rèn)為牛鎮(zhèn)北部黃家坳地區(qū)存在隱伏地?zé)豳Y源的潛力較大，該處是由4條斷裂(F102、F122、F201、F35)構(gòu)成的一個(gè)菱形洼地，面積約2.3 km2，地貌特征與湯水灣溫泉類似，北、東、西三面為河流包圍，南面環(huán)山。地質(zhì)構(gòu)造上處于花崗巖侵入體與大別巖群片麻巖的接觸部位，周邊發(fā)育多條NE向和NW向斷裂。NZ20線CSAMT剖面上的低阻異常和JC47點(diǎn)水化學(xué)特征，指示該處非?？赡苡猩钛h(huán)的構(gòu)造裂隙水存在，可作為地?zé)岚袇^(qū)開展鉆探驗(yàn)證工作。

3.3 鉆孔定位及驗(yàn)證情況

靶區(qū)選定后，為進(jìn)一步確定驗(yàn)證鉆孔位置，在靶區(qū)內(nèi)開展了構(gòu)造補(bǔ)充調(diào)查。F201斷裂在地貌上主要表現(xiàn)為深切河谷。調(diào)查發(fā)現(xiàn)河?xùn)|岸的花崗質(zhì)片麻巖(Ygn)在河西岸消失，可佐證斷層存在。另外，河兩岸多個(gè)調(diào)查點(diǎn)均存在一組(210°～240°)∠(50°～70°)方向的張性裂隙，與推斷儲(chǔ)水構(gòu)造方向一致。根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析，F(xiàn)122可能為導(dǎo)水?dāng)嗔?，從高處接受大氣降水補(bǔ)給，經(jīng)深循環(huán)后，在黃家坳一帶沿與F201斜交的含水構(gòu)造運(yùn)移，形成儲(chǔ)熱構(gòu)造，而NW向斷裂F201更可能為阻水構(gòu)造，3條斷裂之間呈“H”形耦合關(guān)系。

為了驗(yàn)證推斷的成熱模式，在JC47取樣點(diǎn)北東約50 m、NZ20線CSAMT剖面1 250點(diǎn)處施工了驗(yàn)證鉆孔Y1，孔深300 m，發(fā)現(xiàn)水溫為22 ℃，涌水量為780.4 m3/d(降深S=20.62 m)的地下水資源，含水段主要為孔深137～140 m的構(gòu)造裂隙。

3.4 效果分析

本次驗(yàn)證雖未發(fā)現(xiàn)地下熱水(水溫≥25 ℃)，但鉆孔地下水水化學(xué)類型為SO4·HCO3-Na·Ca型，其SO42-和Na+的含量接近湯水灣溫泉的1/2，地?zé)崃黧w特征組分H2SiO3、F-、Sr、Li等微量元素含量均有明顯異常，且與湯水灣溫泉接近(表1)，表明鉆孔中為深循環(huán)地下水。鉆孔含水段位置與CSAMT剖面顯示的低阻帶深度一致，表明CSAMT剖面推斷結(jié)果可靠。測(cè)井結(jié)果顯示，含水段井溫梯度和井液電阻率均有明顯異常，全孔井溫梯度平均約為2.25 ℃/100 m，而含水段的井溫梯度可達(dá)20.79 ℃/100 m(底點(diǎn)井溫-頂點(diǎn)井溫/含水段厚度×100)。鉆孔分析與測(cè)量結(jié)果與地球化學(xué)、地球物理推斷結(jié)果相吻合，表明該處確實(shí)存在深循環(huán)的構(gòu)造裂隙水，但水溫偏低。

4 結(jié)論

(1)本次在花亭湖風(fēng)景區(qū)開展隱伏地?zé)豳Y源勘查，發(fā)現(xiàn)了水溫22 ℃，涌水量為780.4 m3/d(降深S=20.62 m)的地下水資源，水化學(xué)特征與地?zé)崃黧w非常接近，含水段與可控源音頻大地電磁測(cè)量推斷位置吻合，表明勘查方法有效，區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源潛力很大。

(2)本次選區(qū)定位工作流程為：面上調(diào)查確定重點(diǎn)區(qū)，在重點(diǎn)區(qū)中以斷裂構(gòu)造和水化學(xué)特征來(lái)確定地?zé)岚袇^(qū)，在靶區(qū)開展補(bǔ)充調(diào)查，提出成熱模式，確定驗(yàn)證井位。對(duì)于斷裂體系的分析和識(shí)別是隱伏對(duì)流型地?zé)豳Y源勘查的關(guān)鍵。

(3)就應(yīng)用效果而言，可控源音頻大地電磁測(cè)量結(jié)合遙感解譯和地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查可厘定斷裂構(gòu)造的位置和性質(zhì)，有效識(shí)別含水構(gòu)造或儲(chǔ)熱構(gòu)造；由于地?zé)崃黧w水化學(xué)特征明顯，在充分了解地下水類型基礎(chǔ)上采用系統(tǒng)的水化學(xué)分析是尋找地?zé)豳Y源線索的有效方法。