综合地球物理勘探在辽西绥中地区地热资源勘查中的应用

陈永生+葛志广+于秋生+赵继文

摘要：为了查明深大断裂位置，解决构造异常分布的基本特征；为了了解地下水赋存与分布状态，掌握含水层厚度及富水状况，并据此圈定地热异常范围。本文采用高密度电阻率法、浅层地震反射波法及音频大地电磁测深法对该区进行了物探工作。研究结果表明：该区第四系覆盖层厚度25m左右，存在隐伏深大导水断裂F1，F1走向近于东西，倾向北，倾角70～85°，后期的钻探产生的地热井发生自流现象，水头高度4.5m，自流量达700 t/d，水温达到38度。钻探成果证明了该方法现实意义较强，可应用于地热资源的勘察中。

关键词：高密度电阻率法；浅层地震反射波法；音频大地电磁测深法；断层；地热

1、引言：众所周知，地热资源就是以水为介质把热带到地表的一种能源形式。地热能起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变，地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层[1]。因此，地热资源的形成一般都和深大断裂、地下水的赋存息息相关。

高密度电法经常在隐伏断裂勘察[2]、涌水通道勘察[3]、采空区勘察[4]中发挥重要作用，主要是利用地下岩层电阻率的差异原理而进行；浅层地震反射波法是对浅层具有波速差异的地层或构造进行探测的一种地震勘探方法，经常在在隐伏断裂勘察中[5、6]得到应用；音频大地电磁法是通过观测雷电、太阳风等天然音频电磁波在大地产生的感应电磁场来研究地下电性结构的一种地球物理方法，目前广泛应用在地下断裂勘察[7]与矿区探水中[8]。前人研究表明[9]，地热资源勘查应视情况采用综合物探方法进行，避免采用单一方法在深度、广度、精度方面的影响。张勇[10]、李军[11]等人的研究成果也表明，綜合物探方法可大大提高物探成果的地质解释精度和成果分析质量。

借于高密度电阻率法、浅层地震发射波法、音频大地电磁测深法各自的优点，减少物探误判，本文综合采用了以上三种方法研究了辽西绥中地区的地质构造条件及含水层富水条件，为地热井的设计与施工提供了依据。

2、工程概况

绥中位于辽宁西部，与河北省毗邻，工作区位于绥中县李屯河谷上，从地质力学角度看，工作区位于新华夏系第三起带与天山-阴山东西构造带的交汇处，从大地构造学上看，工作位于中朝准地台区（Ⅰ）、燕山台褶带（Ⅰ4）、山海关台拱（Ⅰ42）、绥中凸起（Ⅰ42-1）上，地热勘查具体位于绥中李屯河中游，地貌属李屯河谷、丘间沟谷及剥蚀低丘；河谷中分布第四系冲洪积物（Q4al-pl），厚度2～5米不等。剥蚀低丘离主要由太古界混合花岗岩（Mγ1）构成；区内断裂构造主要受东西向的明水断裂控制，在工作区北部边缘通过。受明水断裂带控制，调查区发育有次一级F1断裂，走向近于东西，倾向北，倾角70～85°，断层切割太古代混合花岗岩，沿断层有燕山早期流纹斑岩[λπ53]侵入体，属壳断裂，该断层为控热构造。

本次勘查工作共布置并完成高密度电阻率法测线9条，控制剖面长度590米，物理点60个；完成浅层地震反射波法测线3条，控制剖面长度1.69千米，物理点172个；完成音频大地电磁测深法测线2条，控制剖面长度0.683千米，物理点51个，详见图1。

3、测试结果及解译

资料的解释推断是以地质资料为基础、物探异常特征为依据，逐步完善，遵照由已知到未知，先定性后定量，由点到面的原则，反复地进行综合分析解释。

3.1高密度电阻率法低阻带异常。研究区高密度电阻率法实测视电阻率拟断面图如图2-图5所示。从图中可见水平方向上色带层次分布不连续，表明浅部地层分布不均匀，视电阻率值小于60～467Ωm不等，以深蓝色、浅蓝色、绿色彩带显示，为第四系松散层的反映，厚度平均25m左右。深部梯度变化较大，820～880/Ⅰ、290～340/Ⅱ、330～390/Ⅲ 、320～430/Ⅳ点出现“漏斗”状低阻凹陷区，以灰色、蓝色或绿色彩带显示，视电阻率值小于350Ωm，电阻率值最低小于100Ωm，为断层的反映。其两侧相对高阻分布，视电阻率值大于1266Ωm，以红色、深红色或紫色彩带显示，反映隐伏岩体比较完整。

3.2浅层地震反射波法。施工过程中，共设置了3条浅层地震发射波剖面，分别为Ⅰ线、Ⅳ线、Ⅳ线，处理后的反射波形如图6-图8。从图6-图8可以看出，区内23/Ⅰ、41/Ⅳ及43/Ⅳ点附近反射波形同相轴产生错动现象，结合三条剖面的空间分布特征，初步推断为断层的反映。

3.3音频大地电磁测深法特征。项目区共设置音频大地电磁测深法剖面两条，分别是290～310/Ⅱ及320～420/Ⅳ，如图9-10所示。从剖面图中可见，深部具备明显的电阻率低值区，电阻率等值线下冲并将两侧高阻体切断，推测为深部岩石破碎所引起，高低阻间深断裂附近的巨大低阻体对热源导通较为有利，具备蕴藏地热的良好条件。

综合以上三种物探方法，结合地质地形图，可以断定该区存在一条比较大的断裂，第四系厚度约为25m左右。根据断层内部的电阻特性，推断该断层为一储水构造，有较大进行进一步勘探意义。

4、物探结果的验证

根据本次物探工作成果，按物探建议钻孔位置—310/Ⅱ布置地热勘查孔一个，孔深200米，实际钻进于140～230m 见到破碎带，出现了地热井自流现象，水头高度4.5m自流量达700吨/日，水温达到38度。

结论：通过高密度电阻率法、浅层地震发射波法、音频大地电磁测深法对辽西绥中地区进行了物探工作，得出如下结论：（1）该区第四系松散层厚度平均25m左右，区域内存在一条深度较大断裂带。（2）根据断裂带电阻率特点，推断该断裂为一储水构造，具有较强地热开发潜力；（3）高密度电阻率法、浅层地震发射波法、音频大地电磁测深法三种物探方法重复性很好，皆能证明该断裂的存在，吻合度较高。（4）后期钻探形成了自流井，水温达到38度，自流量达2500吨/日，证明物探结果正确性。

参考文献

[1]周厚芳，刘闯，石昆法.地热资源探测方法研究进展[J].地球物理学进展，2003，18（4）：656-651

[2]张合，扈本娜，刘国辉.综合物探方法探测城市隐伏活动断层的研究工程[J].工程地球物理学报，2012，9（6）：776-780

[3]刘斌，张光保.高密度电法在隧道涌水通道勘查中的应用[J].工程地球物理学报，2012，9（6）：750-754

[4]杨镜明.高密度电阻率法煤田采空区勘察效果物[J].物探与化探，2012，36（增刊）：12-15

[5]陈长敬，黄理善，罗士新.隐伏断裂勘察中的综合地球物理方法研究[J].工程地球物理学报，2011，8（3）：348-353

[6]李大虎，何强，邵昌盛，等.综合地球物理勘探在青川县城区活动断层探测中的应用[J].成都理工大学学报（自然科学版），2010，37（6）：666-672

[7]庞溯，卢涵宇，杜炳锐.音频大地电磁法在中甸断裂勘察中的应用[J].井冈山大学学报（自然科学版） ，2012，33（1）：57-59

[8]王喜军，张清坡，李晓静，等.音频大地电磁测深法在某矿区探水中的应用[J].地下水，2012，34（2） ：93-94

[9]汤振清，孙文洁，强孟东.综合物探方法在地热勘查中的应用[J].山东国土资源，2007，23（6）：67-70

[10]张勇，孙祥民.综合物探方法在王家庄地热田勘查中的应用[J].物探与化探，2010，34（6）：810-813

[11]李军，田明.综合物探在水文地质调查中的应用[J].西部探矿工程，2012，（7）：150-153