综合物探法在地热资源勘探中的应用

宋敬驰　牛作亮

(辽宁省有色地质局一〇八队)



综合物探法在地热资源勘探中的应用

宋敬驰牛作亮

(辽宁省有色地质局一〇八队)

摘要在辽宁省某测区首先通过布设重力勘探剖面寻找可能存在的与地热资源有关的断裂构造，然后进行可控源音频大地电磁测深(Controlled source audio-frequency magnetotelluric sounding，CSAMT)工作，详细了解该区深部构造分布特征，分析其与热储的关系，推断地热资源存在的有利部位，为地热井施工提供物探依据。实践表明：重力勘探和可控源音频大地电磁测深(CSAMT)相互验证可有效确定地下水资源的位置与深度。

关键词地热资源重力勘探可控源音频大地电磁测深断裂构造

1测区概况

辽宁省某测区北西、北东均有大面积晚侏罗系花岗岩体出露，岩体NW走向。该岩体侵入时代较晚，有较好的热源条件，附近有较大范围的寒武奥陶系灰岩分布，具备富水地层，具有较好的地热赋存环境。该区大地构造位置处于中朝准地台(Ⅰ)胶辽台隆(Ⅱ)太子河—浑江台陷东部，桓仁凸起北缘。区域地层由下至上主要出露青白口系钓鱼台组石英砂岩夹页岩，寒武系上统灰岩，奥陶系下统灰岩，侏罗系安山岩、流纹岩、火山碎屑岩及玄武岩。区域主要出露中生代燕山期花岗岩，强烈的燕山期构造岩浆活动为工作区提供了热源。区域断裂构造较发育，断裂构造的交汇部位为地热水提供了导热通道和热水储存场所，是地热资源赋存的有利部位。区内岩性相对简单，主要为灰岩、安山岩、流纹岩、玄武岩、花岗岩等。分别在不同露头点采集岩性标本，采用对称四极法对标本进行了电性测定，结果见表1。

表1　岩石物性参数

由表1可知：区内主要岩性(灰岩、花岗斑岩)视电阻率值为中阻(2 500～3 500 Ω·m)；安山岩、流纹岩、玄武岩为中高阻，视电阻率约10 000 Ω·m；花岗岩为高阻，视电阻率大于17 000 Ω·m。区内地热水的储量和温度一般与导热构造、地热增温梯度、热储层等关系密切，因此，探测深部构造及热储层为勘查关键，深部断裂导致岩石破碎，充水必然导致电阻率降低，岩石平均密度降低，引起重力异常。由此可见，在该区进行电法地热勘查和重力勘查具备地球物理前提。

2解译推断成果

2.1重力推断解译

本研究重力勘查设计采用20 m点距，测量间隔选择55 s，读数1次，精确度为1 μGal，由测线剖面图(图1)可见，重力分布为小号点高，大号点低，在1660#点左右出现低值重力异常，该处与CSAMT[1-4]视电阻率二维反演断面图上推断出的WF2断裂相对应，推测该处存在断裂构造。

2.2CSAMT推断解译

区域断裂构造较发育和复杂，不同时期、不同形态、不同规模和不同力学性质的构造形迹均有出现，并有一定的伴生关系。按其展布方向主要有NE、NW向2组断裂较发育：NE向构造为区内的主要构造，在区域地质图上最近的有马圈子—鸡冠砬子断裂；NW向构造为后期构造，将NE向断裂错断。由1#线CSAMT视电阻率二维反演断面(图2)推测出1条深部断裂，编号为WF2。WF2断裂为深部断裂，位于1#线剖面的大号点处，为典型的张性含水断裂。由于CSAMT法存在阴影效应，而异常又位于发射极与多金属矿之间，为验证异常的可靠性、降低投资风险，对1#线由南东供电改为北西供电进行观测。由观测结果可知：2个不同供电极的探测结果基本一致，均反映了上开口喇叭状低阻带，排除了矿体投影的可能，可见WF2断裂是真实存在的，该断裂切割深度较大(达2 000 m)。5#线-1 600 m标高断裂位于1460#点处，3#线-1 600 m标高断裂位于1590#点处，1#线-1 600 m标高断裂位于1700#点处。WF2断裂NW走向，倾向SW，倾角较陡，断裂南西部为稳定高阻，视电阻率大于10 000 Ω·m，推断该高阻体为晚侏罗系阎王鼻子花岗岩体的南延，岩体较完整，无明显断裂，因此，该岩体内存在地热资源的可能性不大。WF2断裂北东部为相对低阻，在3#线上反映最明显，在高低阻过渡带上有一上开口的带状低阻，视电阻率最小为5 000 Ω·m，该低阻的大号点方向为中阻电性层，视电阻率值5 000～ 8 000 Ω·m，推断该中阻层为寒武系地层，该层岩性以灰岩为主，灰岩岩性较脆，断裂构造部位的岩石裂隙发育、导水性较好，是区内理想的含水层位。该带状低阻位于花岗岩与老地层的接触带，推断为花岗岩体的侵入接触带，接触带与老地层不整合接触，接触部位充水形成含水断裂，断裂具有一定的走向延长和较大的切割深度，为地下水运移、存储及深部热能传递提供了较好的通道和储存空间。

图1　重力点位数据剖面曲线

图2　1#线CSAMT视电阻率二维反演断面(单位：Ω·m)

2.3地热资源赋存有利部位分析

地热资源是指储存于地球内部的可再生热能，一般多以热气、热水的形式存在，多集中于构造板块边缘一带，起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地热资源按温度可分为高温(大于150°)、中温(90°～150°)和低温(25°～90°)3类。本研究地热资源勘查主要是寻找深部低温地热水。区内晚侏罗系侵入花岗岩体为深部地热资源提供了热源条件，区内剖面探测结果反映了深部为大面积隐伏花岗岩体，测区北东部有NW向WF2深大断裂通过，该断裂为岩体与老地层的接触带，接触带北东部地表为侏罗系地层，推断深部可能存在寒武系灰岩层位，寒武系灰岩为理想的热储地层，既有晚期岩体提供的深部热源，又有深部含水层位，具备了地热资源的成矿条件。据本研究探测结果分析推断认为，WF2断裂为最理想的导热构造，其深部下盘可能存在寒武系地层，该层是区内地热资源赋存最有利的部位。

3结语

将重力勘探法与可控源音频大地电磁测深(CSAMT)法相结合，对辽宁省某测区进行了地热资源勘探，认为WF2断裂是区内地热资源理想的赋存部位，对于区内地热资源勘探开发有一定的参考价值。

参考文献

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(收稿日期2015-10-26)

宋敬驰(1986—)，男，工程师，110121 辽宁省沈阳市沈北新区中央路73号。