平山县温塘地热田区域高精度航磁异常特征

韩亚彬 张崇山

(河北省地质调查院 石家庄 0050051)

平山县温塘地热田探明热储面积为0.26km2,以该地热田为中心,1∶2.5万高精度航磁异常呈正负交替的北东向、北西向条带状,组成了近圆形的区域航磁异常,直经在15～18km。该航磁数据经垂向一阶导数处理和水平梯度模处理后,形成的二种磁异常圆形特征更加明显(文内将此圆形磁异常称之为温塘地热田区域高精度航磁异常)。以温塘地热田的特征和1∶5万区域地质资料为基础,论述该圆形区域航磁异常特征并作推断解释,结合1∶20万区域重力异常探讨温塘地热田的形成模式,寻找地热的标志,圈定进一步寻找地热的靶区。

1 地热田概况

地热田位于平山县温塘镇一带,北临西柏坡,东距县城20km,东南距离石家庄市区52km。区内交通便利,朔黄铁路通过本区,公路四通八达。

温塘地热田自1958年建立工人疗养院以来,目前疗养院已发展到11家,现有地热井15眼,开发利用8眼,年开采量约165万m3。开采深度一般为82～90m,北北东向长条状分布,与北北东向断层位置和方向大致吻合。热水水温45 ℃～73 ℃,单井涌水量30～60m3/h(图1)。

热水化学特征： 矿化度1015.6～1656.4mg/L,水化学类型为Cl·SO4型,pH 值7.7～8.4,为弱碱性水,氟及偏硅酸质量浓度已达理疗热矿水命名标准,为氟水或硅水,还含有氡、锶、硼酸等具有医疗和有益健康的多种微量元素。

区内断裂构造复杂,岩溶裂隙发育,汇水面积大,有利于降水入渗,成为地下热水的良好补给区,大气降水通过北东向断裂入渗参与深循环。由于开采规模不断扩大,1971年5月实测温塘2眼热泉的流量分别为27.6 m3/d、12.1 m3/d,由于大量抽取地下热水引起了水位下降,导致温泉不能自流,出露的热泉及热坑均已干枯。目前,已有疗养稠密、开采集中,致使地热流体水位、水量、水温、水质都出现不同程度的变化,地下热水水位下降了6～9m。对热水井(热7)多年监测数据分析,水温年际变化呈下降趋势,由1972年66.8 ℃降至2001年的62 ℃。表征热水的特征元素K+、Na+、Cl-、SO2-4等离子质量浓度逐年下降,冷水特征元素HCO-3、NO-3等离子质量浓度逐年升高,主要原因为区域热水水位下降引起上覆冷水回灌,造成热水水质发生了变化。

经地热田地热热资源量计算,温塘地热田热储面积0.26km2,地热水可开采量73.00×104m3/a,地热水可采地热资源量15.2×103J/a。

该地热区经地热资源开发利用前景分析,地热资源开发利用潜力不足。

2 地质特征

2.1 地层

地热田处于南岗片麻岩与城子沟岩组接触部位,北东的阎常峪村一带为坊里片麻岩,东部主要为更新统马兰组,北西和南东为麻河清岩组,南部为长城系、寒武系、奥陶系的碳酸岩盖层(图2),地层从老到新分述如下。

中太古界城子沟岩组(Ar2ch.)： 由黑云二长变粒岩、斜长变粒岩、钾长浅粒岩、大理岩组成。岩石颜色灰—浅灰色,粒状变晶结构。地层走向北东,倾向东南,倾角40°。

中太古界坊里片麻岩(Ar2gnγδο)： 岩性为条带状黑云斜长片麻岩。

中太古界坊里片麻岩(Ar2gnγο)： 岩性为浅灰白色,含黑云斜长片麻岩,片麻状、条带状构造发育。

中太古界麻河清岩组(Ar2m)： 岩性为灰白、浅灰色,细粒角闪黑云斜长变粒岩夹斜长角闪岩、浅粒岩及磁铁石英岩。

新太古界南岗片麻岩(Ar13gnξγ)： 岩性为浅粉色含磁铁角闪正长(二长)片麻岩,普遍含磁铁矿和角闪石,发育花岗伟晶质条带,地层走向北东,倾向东南,倾角35°。

古元古界官都岩群下部岩组(Pt1G1.)： 岩性为变质砂砾岩、石英岩及云母片岩,角闪片岩。

长城系、寒武系、奥陶系的碳酸岩盖层。

更新统马兰组黄土(Qpm)。

2.2 构造

断裂构造分布于区内南部,以北东向和北西向为主。

2.3 地貌

区域上西部、南部为山区,其它多为丘陵。

地热田位于温塘河河漫滩及阶地上,温塘河两侧丘陵最高标高210m,温塘河河床标高约180m。地热田呈北北东向展布,与北北东向断层总体走向大致相同,断层造成岩石强烈破碎,从而为热水循环、汇集和排泄创造了良好的条件。断裂构造的发育不仅控制着地热田地温场形态特征,而且还为温塘地热田提供了良好的热水运移通道(图2)。

图2 温塘地热田地质图

3 航磁异常特征

航磁ΔT等值线异常、航磁ΔT 垂向一阶导数异常、航磁ΔT化极水平梯度模等值线异常的特征如下。

3.1 航磁△T异常

区域上航磁ΔT 异常主体是以负异常为背景,北东向串珠状正异常为主,异常的梯度带也以北东向为主,其次是北西向异常和梯度带,串珠状异常和条带状梯度异常多由断裂构造引起。400nT 左右的高值航磁异常,多由磁铁石英岩、含磁铁角闪正长(二长)片麻岩等引起(图3)。

图3 温塘地热田航磁△T等值线平面图

通过温塘地热田的M7～M11异常,呈北东向条带状,异常主体走向北东34°,穿越全区,区内长度约为20km,异常南正北负,一般在-280～+400 nT 之间,推断由北东向断裂构造引起,断裂带宽度较大,被后期北西向断裂错成多段,M7、M8、M9异常由含磁铁角闪正长(二长)片麻岩引起。

M2～M5 是串珠状正异常,走向北东,异常带一般在负几十到正几十纳特之间,组成的梯度带通过本区,区内长度约为12km,与M7～M11异常平行,距该异常带约5km。各个珠状正异常被多组北西向条带状负异常隔开,北西向负异常带推断为北西向断裂构造。

M15～M17 是串珠状正异常,走向北东,异常带一般在负几十到正几十纳特之间,组成的梯度带穿越全区,区内长度为15km,与M7～M11异常平行,距该异常带约8km。

M19、M20为北西向负异常带,一般在-80～-40nT 之间,异常长度近约9km,推断为北西向断裂构造。

M12为北西向异常带,中间为正异常,ΔTmax=+113.2nT,两侧为负异常,ΔTmin=-90nT,北侧负值较多、梯度较大。推断由基性岩脉引起,与北西向断裂有关。

M1、M13、M14多为正异常,由中太古界麻河清岩组(Ar2m)引起,高值异常由角闪黑云斜长变粒岩夹斜长角闪岩、浅粒岩及磁铁石英岩引起。

通过航磁异常特征分析,三条北西向平行的异常带,由三条断裂构造引起,中间为主断裂,断距宽、深度大,时间早于北西向断裂,异常被北西向断裂错成多个台阶。北西向断裂带由多条断裂组成,与北东向断裂垂直,断裂规模相对较小。

3.2 航磁△T化极垂向一阶导数

为了更好地研究局部异常、划分次级断裂、较准确的圈定岩体范围,在化极基础上对航磁ΔT 场进行了垂向一阶导数处理。垂向一阶导数的物理意义相当于地下磁性体向地表移动一小段距离产生的异常与原异常之差。垂向一阶导数处理对磁场高频成分有突出和放大作用,它侧重于浅层近地表地质体的磁效应而压制深层区域背景场的影响,从而突出浅部地质体引起的局部异常。

该区垂向一阶导数处理是在化极的基础上进行的,经化极垂向一阶导处理后,突出了浅部的磁异常,压制的深层区域场的影响,消除或减弱了局部异常之间的叠加和干扰现象,在提取负背景场中的升高异常、圈定局部异常、划分构造边界等方面具有重要作用。

进行化极垂向一阶导数处理前与处理后的效果对比分析,经过垂向一阶导数处理后,温塘镇附近地区北东走向升高正磁异常区的边界特征更加明显,负背景场中北西、北东向异常带清晰可见,为局部异常的圈定提供的重要依据(图4)。

图4 温塘地热田航磁△T化极垂向一阶导数等值线平面图

3.3 航磁△T化极水平梯度模处理

水平梯度法利用了磁力水平梯度异常在垂直物性边界的正上方取极大值的特点来确定边界位置,磁力水平梯度公式为：

其中： ΔT 为某点的磁力异常值,i、j为x(东西向)、y(南北向)方向上的单位矢量。

某点异常值ΔT(i,j)的梯度模为：

由于位场异常的水平梯度在垂直物性边界上取最大值,因而可以突出不同物性区的垂直边界,而这种边界又与不同地质构造单元的边界位置有关,利用水平梯度处理的结果,可以更好地从航磁异常中识别出断裂、岩性边界及其他线性构造。突出了北东向主断裂的位置和规模,北西向断裂构造的准确位置(图5)。

图5 温塘地热田航磁△T水平梯度模等值线平面图

4 重磁异常解释

4.1 区域重力异常

本区1： 20万区域布格重力异常为北北东向重力梯度带,东部近北东向、梯度较大,西部梯度较小,近南北(图6)。

1： 20万剩余重力异常在温塘镇为一重力低异常,与圆形航磁异常范围套合较好,推断重力异常由深部中酸性隐伏岩体引起(图7)。

4.2 异常推断解释

根据本区域航磁异常特征,推断解释了断裂构造,自由定义了断裂级别,分三个级别。F1为一级断裂,走向北东,断距宽,深度大,为较好的储水断裂；F2、F3为北东向二级断裂；F4为北西向二级断裂；其它断裂为三级断裂。本区地形是西部、南部高,东部低,北东向断裂为储水断裂,北西向断裂为运水断裂。在地下热源作用下,在北东向断裂和北西向断裂的交汇地段形成了地热田(图8)。

图6 温塘地热田布格重力异常等值线平面图

图7 温塘地热田剩余重力异常等值线平面图

以断裂F4为剖面线,绘制温塘地热地质模型示意图。地下热源体为隐伏的中酸性岩体(γ),地下水由西向东沿北西向断裂流入,经中酸性岩体预热,在F1、F2、F3断裂储水、上涌,形成地热田(图9)。

4.3 地热靶区圈定

依据温塘地热田的地热特征、区域地质特征、区域航磁特征,对航磁异常和重力异常进行了推断解释,研究了该区地热的形成模式,建立了温塘寻找地热的下列标志。

图8 温塘地热田重磁异常推断解译图

图9 温塘地热地质模型示意图

已知温塘地热田特征；

航磁异常梯度带,解释推断的北东向断裂与北西断裂交汇部位；

剩余重力低异常区,推断的隐伏岩体和隐伏断裂构造；

北东向断裂为储水断裂,断距宽,深度大的断裂热量大,北西向断裂为运水断裂；

区域地质上,具有北东向和北西向断裂特征。

按照寻找地热的标志,圈定了温塘地热田预测地热的靶区。根据预测靶区的可信程度,从高到低分为Ⅰ～Ⅲ级。Ⅰ级靶区包括Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3；Ⅱ靶区包括Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3、Ⅱ3、Ⅱ4；Ⅲ级靶区包括Ⅲ1、Ⅲ2(图10)。

图10 温塘地区寻找地热靶区图

5 结语

地热资源是具有巨大开发利用的可再生的矿产资源,前景无限。作为清洁能源,可减少对煤炭、化石的依赖,实现节能减排目标,改善环境质量,常用于供暖、养殖、种植、洗浴等；地热水有很好的理疗医用价值,含有对人体有益的多种微量元素和矿物质,对皮肤病及其它多种疾病有较好的治疗作用。随着时代的发展和环保意识的加强,对地热能源的研究越来越受到国内外的高度重视。

平山县是红色革命圣地,拥有山川旅游资源优势,应紧紧围绕地热产业,加快进行与当地自然风光游有效整合,形成红色教育、会展、观景、培训、疗养为一体的旅游产业链条,形成精品旅游路线,打造独具特色的知名旅游品牌,以创造更好的社会效益和经济效益。

新1∶2.5万高精度航空航磁测量采用了创新的工作方法,提高了大地测量精度和磁场测量精度,制作了航磁数据处理的多种成果图件,很好地反映了磁场异常特征,有利于低缓异常区及负异常相对高异常区的异常特征研究。

利用高精度航磁异常特征推断解释断裂构造,重磁异常配合推断隐伏岩体和隐伏构造,建立重磁异常特征与地热田的关系,研究形成地热模式,确定寻找地热的标志,圈定地热预测靶区,指导地热田的寻找。