综合物探方法在皖东地区勘查地热资源

沈林群 ,张国鸿

(1安徽省地质矿产勘查局313地质队， 安徽六安 237010;2安徽省地球物理地球化学勘查技术院, 安徽合肥 230022)

0 引言

按地热能量的传递方式，安徽省地热资源主要有隆起山地对流型和沉积盆地传导型两大类[1]。安徽省地热资源露头、多年来勘查揭露都是水型地热源，所以有人把地热资源勘查工作认为是寻找深层地下水体[2]，笔者认为符合实际。本次查区位于郯庐断裂带内，基岩为古近系定远组泥质粉砂岩，它作为盖层，其下深部具有白垩系张桥组含水中细粒砂岩地层，区域上具有对流型和传导型的地热地质条件。

勘查区位于安徽省定远县练铺乡与三和集之间，距定远县城北东约20km处,勘查范围为一北东向矩形，长约800m，宽约500m。定远县三和集镇镇政府受凤阳县梅市乡地表出露温泉的启发，设想在区内乌云山地段招商引资开发地热资源。通过实地踏勘和地质资料的收集，发现查区位于我国著名的呈北北东走向的巨型郯庐断裂带西侧的断裂带内。因此，勘查工作的目的主要是通过地面综合物探勘查手段，寻找与地下热源有关的呈北北东走向的隐伏深大断裂构造，圈定出地热异常区，为确定地热井的最佳位置提供地球物理依据。通过勘查工作，在查区内发现并圈定了北北东向断裂带三条，北东（东）向断裂带两条，查明了断裂带的产状、下延深度及其性质；了解了查区内地温场的分布状况，为下一步地热资源预可行性勘查工作（深钻揭露）提供了靶区。

1 勘查地热的依据

1.1 地热地质条件

（1）基岩地层：测区北侧为元古界（Pt）老地层。下部为灰黄、灰紫色砂岩，中粒砂岩夹砂砾岩；中部为粉红色泥灰岩夹灰紫、灰黄色泥岩；上部为紫红色砂岩夹砂岩透镜体。东部是白垩系响导铺组（K2x）红色粉砂岩、细砂岩；古近系照明山群上段（E2zh2）红色砾岩夹含砾砂质泥岩。南部和西部主要为古近系照明山群下段（E2zh1）深灰、灰紫色气孔或杏仁状玄武岩和橄榄玄武岩夹红色钙质砾岩和粉砂质泥岩。见图1。

古近系照明山群下段的粉砂质泥岩是很好的热储盖层，根据区域地层分布规律，其下应该是白垩系张桥组（E2z）砖红色中细粒砂岩。张桥组定名于安徽省定远县张桥镇，正层型为定远县张桥103钻孔柱状剖面[3]，它是合肥盆地中主要含水层位，当存在地热异常或地热条件时，是一个重要的层状热储层。

图1 区域基岩地质图Fig.1 Geological map of regional bedrock

（2）区域断层：区域深大主干断层主要有北北东向和近东西向两组。见图2。北北东向主干断裂有四条，明光市断裂（24）以西属于著名的郯—庐深大断裂的西界线，在该断裂以西发育三条北北东向主干断裂，其中一条为实测断裂（15），经梅市乡詹家槽坊。四条北北东向主干断裂均为高角度（70°～80°）的压扭性断层，（15）、（16）、（24）号三条断层向西倾斜，（13）号断层向东倾斜。近东西向主干断裂有二条，均为推测的，属正断层，向北倾斜。（1）号断层为北西西向，自西向东延伸至北北东向的（13）号断层；（10）号断层为北东东向，自西向东延伸至北北东向的（15）号断层，且被北北东向的（13）号断层错断，说明北北东向断层生成期晚于近东西向断层。

由图2见到，除区域断层分布外，并有北东或北西向次级断层分布。十分纵横交错的断层，特别是深大断层的存在形成了有利的地热地质条件，为热储层提供了热源通道，并可能形成地热点（田）。

1.2 地热显示

本区地热开发利用现状表明，区内专门的地热地质研究工作程度较低，尚处于起步阶段。尽管位于查区北部的凤阳县梅市乡有温泉出露（图2），但没有做过专门的地热地质研究工作，仅在2001年和2004年，安徽省滁州地环站和凤阳县梅市乡政府对梅市乡詹家槽坊泉眼水做过水质检验分析工作；2003年12月安徽省地球物理地球化学勘查技术院对泉眼地段进行过水温简易测量，水温达26.5℃。在定远县北东约10km的泉坞山处有一地热勘探水井（图2），井底深约300m，经过简易测温，水温30℃左右。

图2 区域断层构造图Fig.2 Map of regional fault structures

图2显示，在北北东向深大断裂与北东向、北西向或近东西向次级断裂的交汇部位有地热显示。本次查区位于梅市乡詹家槽坊与定远县泉坞山之间，特别是处于北北东向深大断裂带上（15），北西方向有乌云山体，若存在次级断裂与深大断裂带相交，在深埋的白垩系张桥组中细粒砂岩含水岩体中定会出现地热异常，并会有地下热水埋藏。

1.3 区域重力场特征

区域重力场是揭示大地构造（深大断裂、深部隆起、凹陷、背斜、向斜等）最重要、最基础的地球物理资料。图3是区域重力场总体展布特征，反应了地壳基底构造为北北东向和地表浅部古老地层的走向。在池河镇东侧为一重力梯度带，反应了郯—庐深大断裂带的西侧界线；定远北部的东西向的重力高是蚌埠东部的老地层分布；定远—练铺—梅市—明光一线为一系列的局部重力低，这些局部重力低反应的是古近系或白垩系断陷盆地的存在；在定远县南东的仓镇、练铺的北东地段显示为局部重力高异常，表明这些地段古生代地层发生了隆起情况。

图3 区域布格重力异常示意图Fig.3 Sketch of the regional Bouguer gravity anomaly

图3显示出勘查区处于次级的重力异常梯级带上，因此有可能存在次级的断裂构造，练铺凹陷中存在含水的张桥组中细粒砂岩，所以地下深部存在地热异常和地下热水的可能性极大。

2 工作布置

在收集、分析、研究地质资料的基础上，将勘查工作剖面布置成北西向，用来寻找圈定北北东向及北东东向两组断裂带位置，其具体剖面布置见图4。

图4 勘查工作布置图Fig.4 Arrangement of survey work

勘查工作投入了视电阻率联合剖面法、激发极化测深法、大地电磁（MT）法、常规测氡（α射线）法和、浅层（10～15m）测温法。视电阻率联合剖面法和常规测氡（α射线）法的测点距=20m；激发极化测深法测点距=50m；大地电磁（MT）法测点距=50～100m；浅层（10～15m）测温法点距=100～200m。

3 勘查结果

通过综合地面物探方法的勘查，发现并圈定了测区内北北东向和北东向断裂带位置、走向以及性质。由浅层（10～15m）测温结果圈定了地热异常区范围，根据梅市乡詹家槽坊泉眼水的化学性质，估算了热储层的温度，设计了深孔位置。

3.1 直流视电阻率联合剖面

视电阻率联合剖面装置适用于探测圈定陡立状的断裂或断层低阻异常体，在陡立的薄板低阻体上方会形成曲线的“正交点”，依据“正交点”的位置很容易确定地层中断裂破碎带的位置，通过不同测线的异常特征的相似性，可以确定断裂带的走向。

图5是勘查区25线视电阻率联合剖面测量结果，供电极距AO=BO=100m，测量极距MN=40m。在剖面的33和55号测点处出现了“正交点”，且异常岐离带明显，反应了地层中断裂破碎带的存在，由于交点的低阻性不明显，在55号点约13Ω.m,在33号点约11Ω.m，这可能是激电效应产生的，说明两处的断裂带可能是含地下水的。

3.2 直流视电阻率测深

图5 查区25号测线视电阻率联合剖面曲线Fig.5 Line 25 apparent resistivity composite profile across the survey area

视电阻率测深是查明断裂破碎带的垂向分布和变化的详细情况，根据异常特征可大致获得断裂带的宽度、倾向和下延深度等信息。图6是查区31号测线视电阻率垂向测深等值线断面图。浅部（AB/2≤100m）在42～62号测点约200m范围内为一水平低阻层，深部（AB/2≥200m）呈一漏斗状的低阻异常；在66～80号测点间，浅部呈相对高阻，深部是一个高阻隆起，大约在66号测点附近为一电性梯级带。据此异常展布特征和相邻测线的异常特点，推测在66号测点处存在断层。断层产状陡立，略向小号点倾，为一正断层。

大地电磁测深（magnetotelluric，MT）是以天然场为场源来探索地球内部电性结构的一种重要的地球物理勘查手段。在地表观测大地电磁场，它的频率响应反映着地下岩土层电性的垂向分布情况[4]。

图6 查区31号测线视电阻率测深断面图Fig.6 Line 31 apparent resistivity sounding cross-section in the survey area

图7 是查区30号测线上观测的大地电磁场通过付氏变换获得卡尼亚电阻率，再经过二维反演后得到的电阻率等值线断面图。剖面100m以上为低阻异常，主要反映了古近系泥质岩类，100m以下出现高阻异常区，主要给出了白垩系张桥组中细粒砂岩的分布。在张桥组砂岩中有两处下凹的低阻异常，异常中心一处位于36号测点，另一处位于72号测点，两处下凹的低阻异常带反映了张桥组地层中断层破碎带的存在，并在深部（大于500m）可能相交，500m以下电阻率有所降低，为我们圈定查区断裂带的分布和主要热储层位提供了重要线索和依据。

图7 查区30号测线大地电磁测深二维反演电阻率等值线断面图Fig.7 Line 30 magnetotelluric sounding two-dimensional inversion resistivity isoline cross-section in the survey area

3.4 浅层（10m）测温

浅层10m钻孔测温结果表明，10～15m深度范围内各孔的垂向地温梯度变化很小（小于0.2°），地温场的平面分布情况见图8。由图8可见，地温异常（粉红色区域）呈北北东向，与区域北北东向的断裂带及查区主要断裂分布一致（图9），说明北北东向的断裂带是导热构造，这一结果与我国和我省大多地热田的温泉分布也是一致的。

3.5 推断的断层构造与热储层温度估算

（1）断层构造：通过综合物探的勘查工作，勘查区内断裂构造有两组，一组为北北东向，另一组为北东向。北北东向分布的断裂带有三条（1、2、3），向西倾斜，经过房家村,它是地下深部的导热构造；北东向分布的断裂带有两条（4、5），4号断层切割北北东向分布的断裂带，使北北东向的断裂带发生了平移，5号断层位于查区北西部的乌云山南东，其倾向不清。断层构造的分布见图9。

经视电阻率联合剖面和激电测深测量，上述断层破碎带宽约20～60m,大地电磁（MT）测量结果显示1、2、3、4号断层向下延伸约达到1km。

（2）热储层温度：热储是指埋藏于地下、具有有效空间和渗透性的地层、岩体或构造带，其中储存的地热流体可供开发利用。

图8 查区浅层10m测温等温线平面图Fig.8 Shallow 10m range temperature measurement isotherm plane in the survey area

图9 勘查区推断的断层构造分布图Fig.9 Distribution of inferred fault structures in the survey area

区域和查区北北东向断裂构造在平面上呈条带状延伸（图2、图9），梅市乡詹家槽坊出露的温泉位于北北东向断裂带上，地表水温在冬季测量为26.5°，为明显的地温异常区。区域重力在定远县练铺地段为一重力低，表明是一局部中生代盆地构造，盆地内基岩地层为古近系定远组泥质粉砂岩，下伏岩层是白垩系张桥组砂岩，因此具备层状热储条件。由此可见，查区具有带状热储和层状热储的双重条件[5]。层状热储是以传导热为主；带状热储是以对流热为主。

地球化学温标法是推算地下热储温度的一种比较经济的方法，也是现行《地热资源地质勘查规范》中推荐的一种方法，它需要对温泉或地热井中的水取样进行化学分析，根据不同元素的离子浓度进行计算，以达到估算热储温度。我们借助于梅市乡詹家槽坊的温泉水的化学分析结果进行计算，以作为查区热储温度估算的参考。

根据中华人民共和国国家标准《地热资源地质勘查规范》（GB/T 11615-2010）附录A中A.4式—钾镁地热温标计算式：

式中：

C2—水中钾的浓度，单位为（mg/L）；

C3—水中镁的浓度，单位为（mg/L）。

2001年梅市乡詹家槽坊的温泉水分析结果为：K=7.39（mg/L）、Mg=29.84（mg/L）；2004年梅市乡詹家槽坊的温泉水分析结果为：K=6.23（mg/L）、Mg=33.54（mg/L）。取两次分析结果的平均值代入上式计算得热储温度t=46.78℃。

根据断裂带和地热异常的分布确定了深钻（1000m）位置，见图9。

4 结论

（1）由于勘查区基岩地层（古近系定远组泥质粉砂岩）电阻率低，电性异常幅值小，因此勘查工作需用综合物探方法进行，以弥补物探方法存在干扰和多解性的影响。

（2）通过视电阻率联合剖面、激电测深、大地电磁法（MT）、浅层（10m）测温等综合物探方法的勘查资料，发现并圈定了断裂带位置、走向等基本性质，为地热异常区的圈定提供了基本地热地质依据。

（3）根据浅层（10m）测温资料，圈示了勘查区浅层地温场的分布特征。由断裂带和地温场的分布特征，指出勘查区北北东向断裂是导热构造，确定了深钻位置。

（4）综合物探方法勘查确实能够提供比较多的信息，在对于勘查的目标体（如：断裂）时，应该注意不同方法的异常特点进行综合分析、研究和判断。