综合物探在胶东地区地热田勘查中的应用

荆永渠，迟义宾

山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队，山东 招远 265400

随着我国经济技术的发展和国民环保意识的提高，作为廉价绿色能源的地热资源开发，越来越受到人们的重视。物探作为地热资源勘查的重要手段，在方法和技术上也有了长足的发展。

在地热资源勘查中使用的传统物探方法，诸如重力勘探、磁法勘探、地震勘探、电法勘探等，是根据深大断裂上重力场、磁场、地震反射波，人工电场等的异常变化，发现和圈定深大断裂的位置及产状，进而圈定热储空间和导热通道。这些成熟的地球物理勘探方法，在地热勘探中曾发挥了巨大的作用。但随着城市建设的迅猛发展，上述方法在城区开展受到了限制，狭窄的施工区间和强大的人文干扰使物探勘查工作几乎无法进行。于是用于城区地热勘探的新方法技术应运而生，其中最为成熟和有效的地球物理方法应为α放射性测量和地温测量。在地热勘查工作中，往往根据勘查区的实际情况，沿勘探线布置两种或两种以上的物探测量方法，即综合物探测量。其目的是通过各方法测量成果的比较，有效的压制干扰、更好地突出异常、避免单一方法的局限性和多解性。

近年来，我们在胶东地区利用电阻率测量，配合α放射性测量和地温测量，先后在威海宝泉汤、威海温泉汤、招远温泉汤等已知地热田上进行了实验研究工作。取得了较好的实验效果，证明了这些物探方法在地热勘查中的有效性，也为胶东地区地热资源开发积累了一定的经验。

1 胶东地热分布区地质简况

胶东地区地热形成与分布受区域构造、断裂构造、新构造运动和岩浆岩活动的控制。该地区经历了多期构造运动，特别是中生代以来，构造运动强烈，不同时期、不同方式构造形迹构成了复杂的构造复合与联合关系[1]。

自元古代以后，该地区因受太平洋板块的俯冲作用整体上升，中生代燕山运动阶段重新活动，形成的断裂构造规模大、延伸远，显示长期活动的特点，对岩浆岩、地层、地貌及矿产起控制作用。这些断裂具先挤后压张性的特点，为地下水的赋集、运移提供了良好的空间。该区所处的胶北隆起是接受太平洋板块俯冲的前缘地带，直接接受高值地热流，为地热的形成提供了热源。

地下热水通常是由地表水渗入地下后，在深循环的过程中受到加热作用而形成的。地下热水的分布，一般与断裂构造和岩浆岩的侵入情况有关，这是因为断裂构造能为地下热水的循环提供通道，而岩浆岩的侵入又带来充足的热能补充。因此，查明这些断裂构造的位置及岩浆岩侵入情况，是地热勘查的重要任务之一。

2 工作方法

2.1 视电阻率联合剖面法

目前开发的地热资源多与构造有关，确定构造带的位置及产状是地热勘查的基本任务。一般地，与地热相关的构造带显低阻特征者居多。视电阻率联合剖面法对发现和确定构造位置及产状具有良好的效果，尤其对于低阻含水构造带更有其独特的分辨力。

测量剖面的布设力求与构造带走向垂直，以获得最佳的参数信息。一般先布设一条长剖面（控制剖面），根据异常情况，在其两侧布置短剖面进行追索。由于胶东地区地热资源具有埋藏浅、温度高的特点，因此电阻率联合剖面测量，一般选用较小的供电极距，常用的工作装置为：供电极距AO=110m、测量极距MN=20m、无穷远极OC=800m。当需要确定构造带产状时，可变换AO=150m进行重复测量，以便根据低阻交点的位移方向和距离，确定控矿构造的倾斜方向和倾角大小，测量点距一般视构造规模的大小选择5m～10m。

2.2 α射线测量

大量资料表明，在温泉等地下热水中，常伴有大量的氡气。氡是一种气态放射性元素，具有天然放射性，能产生α射线，且有明显的向上垂直运移能力，能从地下深处沿着裂隙通道运移到地表，在裂隙、构造发育地区，岩石破碎为氡的释放和运移提供了良好的条件，易于形成放射性异常。但因氡的迁移既有扩散作用，又有对流作用、地下水作用、地热作用、潮汐作用，以及氡本身从岩石中释放出来的复杂过程等影响，使测量结果的重现性较差。实践表明，测点上的测量数据虽会改变，但曲线的变化趋势、异常形状是大致不变的，有时候异常也会完全消失，说明这些测点的氡浓度随时间发生变化。裂隙通道良好时，氡运移畅通，地表α射线异常明显，表明这些测点附近有断裂构造存在。α射线测量，是常用的测氡技术，测量成本较低，方法较成熟，测量成果也较为可靠[2]。

α射线测量直接测量土样的α射线，采样深度大于40cm，将土样放入仪器的暗盒内开始测量，测量时间5min。

2.3 地温测量

与其它场源一样，温泉作为一种热源在其周围也必然存在着温度场，其场的基本特征是：越靠近热源温度越高、增温率越大，远离热源，温度迅速下降，直至达到正常温度。热源温度越高、规模越大，其温度场的数值则越高，范围也越大。另外，热源越深，温度场的幅值越低，影响范围越大。1m地温测量为浅层地温测量，比较适合出露地表或近地表热源温泉边界的圈定，同时也比较容易受地表其它干扰热源的影响，如暖气管道、浴池饭店的废水排放等。地温的高低还与测点及其附近土壤状况和所处的环境有关，同样条件下干燥疏松的腐植土比潮湿坚硬的风化岩地温要高，阳面比阴面地温要高。因为有上述影响因素的存在，所以实际测量时尽量避开或减少干扰，一旦出现地温异常，及时调查周围环境情况，确定异常性质。

测温成孔深度为1m，成孔后立即下塑料套管，以防塌孔，一般下午打孔，次日上午进行温度测量，以使孔内温度达到平衡。

3 应用实例

3.1 威海宝泉汤

威海宝泉汤是国内外罕见的海水温泉，热水的温度高、矿化度高、医疗价值高、水量大。宝泉汤位于威海市区宝泉路，控矿构造有3条：神道口断裂，张性局部呈压扭性，走向310°、倾向40°、倾角65°～70°，该断裂至今仍在活动，与之交会的还有近东西向城南河断裂和北东向断裂。该温泉出露于滨海堆积物中，标高2.6m，海积砂与淤泥质互层，厚度20m～40m，基底为晚元古代侵入岩。地热田面积0.14km2，水温60℃～75℃，矿化度14.749g/L，总硬度3953.29mg/L，水化学类型Cl-Na·Ca，最大可开采流体量为1707.88m3/d。

地热田地处闹市区，测量区间狭小，电、磁场等人文干扰严重，电法及各类传统方法难以开展。为此，仅在跨神道口断裂的南北向剖面上，布置了α射线测量、地温测量与地质剖面测量，目的是确定神道口断裂带的具体位置。由于工作区间所限，测量剖面未与构造走向垂直，而是沿地热田西侧的新威路南北向布置测线，二者交角约50°，测量点距5m，剖面总长度100m。图1为测量成果综合剖面图。由剖面图可以看出，α射线测量计数值在断裂带头部位置呈高值反映，且倾向一侧曲线下降缓慢；地温测量断裂带上方呈高值反映，但异常比较微弱，因为此处已远离温泉中心位置，同时也说明宝泉汤未向北西方向延伸。

图1 威海市宝泉汤地热勘查α射线、地温测量及地质综合剖面图

3.2 威海温泉汤

位于威海市环翠区温泉镇温泉汤村西河中，控矿构造为北东向张性断裂，走向46°，倾向北西，倾角50°，富水性较好；另一条为北西向断裂，倾向南西，倾角约85°。温泉出露于五渚河河漫滩上，标高25m，第四系厚度2m～5m，上部岩性为粗砾砂－中细砂互层，下部为淤泥质粘土，基底为晚元古代侵入岩。地热田面积0.1km2，水温52℃，矿化度0.826g/L，总硬度157.57mg/L，水化学类型Cl-Na ，最大可开采流体量为2223.62 m3/d。

该区开展了电阻率联合剖面测量、地温测量及地质剖面测量工作。剖面布置在温泉河北岸，测线方向70°、测量点距5m，测线总长度100m，工作目的是对北西向热储构造进行控制。图2为实测综合剖面图。

图2 威海市温泉汤地热勘查联合剖面、地温测量及地质综合剖面图

由于构造低阻部位相对埋深不大（测区内潜水面埋深不足10m，第四系厚度仅有2m～5m），电阻率联合剖面装置采用AO=110m、MN=20m、点距5m、无穷远极OC=800m。由实测电阻率联剖曲线可以看出，ρaA、ρaB在155号点出现低阻“正交点”异常，交点南西侧两支曲线分离幅度增大，且ρaB出现极小值，说明控矿构造向南西侧倾斜，构造顶部大约在160号点附近。地温测量曲线也在155号点及附近显示出宽缓的高值异常，说明此处应为地热控矿构造。沿此构造可作为进一步寻找地热资源的远景区。

3.3 招远温泉汤

招远温泉汤位于招远市城东区的城东河东岸，地貌上位于河谷和剥蚀丘陵的交界处，地形标高60m～70m。地热田内主要开采地段温度在80℃～87℃，最大开采量4100m3/d，属低温中型地热田。地质构造上位于区域断裂构造招（远）-平（度）断裂的转弯内侧，距招-平断裂带的南段（近南北走向）和北段（近东西走向）均在2km左右，地热田的东南侧有玲珑断裂通过。受它们的影响地热田内断裂构造发育，主要发育有北北东向，北北西向和近东西向三组次级断裂构造。

物探工作的主要任务是对东西向断裂带进行控制。该断裂分布于地热田内文（登）-朱（桥）公路的南侧，东起九洲酒店东侧，向西延伸至西山公园以西，田内被第四系覆盖。测线沿河东路南北向布置，电阻率联合剖面装置AO=110m、MN=20m、无穷远极OC=800m，剖面测量段长度100m。从实测综合剖面图3可以看出，视电阻率联剖曲线在155号点（温泉路大桥）反映为低阻“正交点”异常。在此异常点附近，α射线测量也有明显的放射性异常，说明这条通过地热田的东西向构造带确实存在。

图3 招远市温泉汤地热勘查联合剖面、α射线测量及地质综合剖面图

4 结论

1）在地热资源勘查中，物探是最为方便快捷、经济有效的方法之一。但重要的是要根据勘查区的具体情况选用合适的方法开展工作，才能收到良好的效果。比如在开阔的未知区开展地热普查，可根据深大断裂内外物性差异的性质、大小及各类人文干扰的特点，选择磁法或重力扫面[3]，在圈出的断裂异常附近布置地震精测剖面或电阻率联合剖面测量，以确定断裂走向、倾向、倾角等物理参数。为确认圈出的断裂是否为储热构造，还应沿断裂走向开展大比例尺地温测量工作，最后在推断的地热田上实施钻探验证。

2）在已知地热田上开展以扩泉为目的的勘查工作，可在已知泉附近布置地震、电法等十字测量长剖面，以确认导热构造的走向及产状特征。在城区及人文干扰严重的地区，可用α放射性剖面测量和地热剖面测量。为增加物探测量的可靠性，减少多解性，尽量采用沿剖面多种方法同时测量，即综合物探测量方法。当然，在选用物探方法进行地热勘查时，既要考虑方法的科学合理性，又要兼顾经济适用性。任何一种物探方法都不是万能的，都有其使用的地球物理前提。因此，综合物探工作的开展不是各种方法的简单重复，而是根据地热勘查的阶段性、目的性，根据勘查区的地质情况、物性差异情况、人文干扰情况等因素，科学合理的选择工作方法、测网密度、测线方向、装置大小及各种方法的相互配合等。

3）在地热勘查中，高精度磁测适合在空旷无干扰地区开展面积性测量工作，主要用于圈定具有磁性差异的构造破碎带，该法轻便高效、经济实用。视电阻率联合剖面法对于确定低阻含水构造带的位置及产状最为有效。在电、磁干扰严重，测量空间狭窄的居民区、厂矿区利用α放射性测量较为方便。地温测量是判断地下热储存在的重要手段，该方法成本低、效率高，受场地影响小、抗干扰能力强。地温测量对圈定温泉边界范围具有良好的效果[4]。

[1]山东省区域地质志[M].地质出版社，1991.

[2]程业勋，王南萍，侯胜利.核辐射场与放射性勘查[M].地质出版社，2005，8.

[3]许德树，冯创业.综合物探技术在石家庄凹陷地热勘查中的应用[J].物探与化探，2007，31(5).

[4]强建科，李大心.伽玛能谱测量和米温测量在地热调查中的应用[J].物探与化探，2007,31(4).