综合物探技术在大秦龙山地热勘查中的应用研究

岳想平，张 健，彭小珂，张文斌

(甘肃省地矿局第一地质矿产勘查院，甘肃 天水 741020)

天水地热资源特色鲜明、潜力巨大，温泉众多，医疗效果也各具特色。开发利用地热资源将为“陇上小江南”概念注入新的内涵。勘查区东北约4km的麦积山温泉属于受构造断裂控制的裂隙型地热资源，并以带状为主，兼有层状热储特点。该温泉矿化度小于0.5 g/L，系重碳酸钙型温泉水，是含有氡、氟、二氧化硅、锶、铁、硼、硫等十九种矿物质的“氡泉”，温泉出水温度45℃，对神经衰弱、心血管、风湿等疾病有一定的辅助治疗作用等。

本着就矿找矿的思路，结合区内以往研究成果，优选区内地热潜力巨大甘泉镇一带作为本次勘查的重点区，利用微重力、CSAMT综合物探方法查明了区内控热构造的空间展布特征，依据物探成果布置了探采结合钻孔，通过抽水试验，获得井口水温38.3°，出水量326 m3/d的地下热水，取得了较好的勘查效果。

1 地质及地球物理特征

1.1 地层

勘查区及周边出露秦岭群、白垩系、新近系和第四系地层，由老到新简述如下(图1)：

图1 勘查区地质简图及工作布置图

1.1.1 早元古界秦岭群富铝片麻岩组(Ptqb)

在普查区周边广泛分布，构成区内第四系和沉积岩基底。岩性为浅灰绿色混合岩化黑云斜长片麻岩夹黑云斜长片岩，下部夹数层灰白色含石墨白云石(质)大理岩，层内有花岗岩岩脉穿插，岩脉宽度数0.05～3 m。

该套地层为经历多期变形、变质、岩浆侵入作用的中深变质岩，原岩为夹基性火山岩及火山碎屑岩的正常沉积岩，总厚度超过900 m。麦积山温泉地热钻孔资料显示，秦岭群层内的混合岩化黑云斜长片麻岩及黑云斜长片岩和沿裂隙脉状充填间夹的花岗岩蚀变带在断裂带或岩浆岩侵入接触带等构造有利地段会构成热储，形成地热异常区。

1.1.2 白垩系麦积山组(Km)

主要分布于普查区东南侧，岩性为紫红色厚层砾岩、砂砾岩与含砾粗砂岩、粉砂质泥岩互层，构成山间红层盆地。总厚度大于483 m，走向以近东西向为主，倾角5°～10°，与其它地层呈不整合或断层接触。

1.1.3 新近系泥岩(Ng1)

勘查区内各沟谷中均有出露，超覆不整合于白垩系岩层之上。岩性为棕红色泥岩夹砂砾岩及灰白色、灰绿色粘土岩。

1.1.4 第四系(Q)

中-上更新统黄土(Q2+3eol)：分布于颍川河两岸黄土丘陵区，褐黄色，成分以粉土质为主，含粘土，发育垂直节理，偶含钙质结核，偶夹褐红色古土壤层。全新统河流沟谷冲-洪积层(Q4al+pl)：分布于河谷及沟谷底部，由黄土状土、粉质粘土、砂砾石层组成，偶夹淤泥质粉质粘土。

1.2 构造

根据以往地质填图和物探成果，结合本次踏勘，普查区及其临近可能有1条以上不同性质的断层通过，均与秦岭群有关。在古老秦岭群变质岩体中，由于经历的强烈构造运动期次较多，因此断层构造非常发育，且极为复杂。

沿颖川河河谷发育平移断层F4，与河谷平行，大峡峡谷内可见平移断层形迹，因勘查区均为第四系覆盖，地面调查无法追索其平面位置及走向，需要通过物探手段进一步查证。根据以往地质资料，推断F4平移断层，形成活动时期较早，以两侧地层时代推断，应该起始于泥盆纪之后，活动延续时期较长，直到白垩纪之后。

1.3 水文条件

地下热水一般属于深循环地下水，补给、径流、排泄隐伏性大，勘查区补给径流排泄条件如下：

1.3.1 补给条件

箕形盆地东南、南、西北三侧的凸起的山体在斜坡张性应力作用下，裂隙经受拉张具有较好的透水性，易于接受垂直入渗补给地下水，森林植被密布，从而成为箕形盆地地下水较好的补给区。对于深循环地下水来说，补给区海拔较高，可成为盆地承压自流基岩裂隙水的动力来源。

1.3.2 径流条件

区域内箕形盆地地形南高北低，总体地势呈现为西南高、东北低，地下水总体径流方向受地形控制，地下水总体径流方向与地形基本一致。

1.3.3 排泄条件

普查区地下热水排泄以侧向径流排泄为主。目前取得的资料初步推断普查区谷低的泉水属于基岩裂隙水排泄，泉水在河床西岸高漫滩呈片状溢出，南北分布长度150 m左右，流量很小。

1.4 地球物理特征

工区收集到常见岩石密度、电阻率资料见表1，由统计结果可见元古界(Pt)片麻岩、大理岩以及岩体花岗岩密度明显高于第四系(Q)黄土、亚砂土、亚粘土和白垩系(K)粉砂质泥岩。元古界(Pt)片麻岩、大理岩以及岩体花岗电阻率亦远高于第四系(Q)和白垩系(K)岩层，大致在10倍左右，物性差异非常明显，备开展重力测量及CSAMT测量的地球物理前提。

表1 岩石物性参数统计表

2 成果分析与解译

工作布置见图1。现对取得的成果分析如下：

2.1 微重力解译

重力面积测量，对数据整理并进行各项改正后得到布格重力异常等值线图(图2)。由图可知，测区的布格重力场整体上呈现西南高，北东低，高低异常过渡区以密集梯度线分割，在高异常区域又有局部的高低异常，呈北北西走向，梯度较陡。根据等值线异常特征，结合实际地形地质情况，共推测划定了4条断裂带，分别编号为F1～F4。

图2 布格重力异常等值线图及延拓图

从布格异常等值线平面图初步判断，F4为测区主断裂带，该断裂带在形成过程中使F4以北基地下沉，以南基地抬升，高低异常梯度变化较陡，从而判断该断裂带倾向亦较陡。为进一步判断断裂带规模及倾向，对布格异常分别向上延拓10 m，20 m，50 m，100 m，200 m，从延拓结果看，F4为区内深大断裂，F1、F2、F3为次级小断裂，但F1在深部延伸情况要深于F2、F3断裂带。另外在向上延拓过程中F4断裂带在深部向北偏移，F1略微朝东偏移，大致判断F4倾向朝北，F1倾向朝东。

根据地质资料，沿颖川河河谷发育平移断层，与河谷平行，故推测F4断裂带可能是颍川河正断裂带。

图3 G1线2.5D重力剖面联合反演

2.2 CSAMT解译

为进一步查证F1、F4断裂带倾向、深部延伸情况，在区内施工2条CSAMT剖面，编号为C1线和C2线，测量点位置见图1。首先进行了前期试验，选取了适中的收发距、采集及反演参数，保证了数据质量。在反演过程中，剔除了近区及过渡区数据，利用远区数据做2D反演。

在700 m的勘探范围内，两条地电断面均反映出明显的垂向分层特点，第一电性层在横向表现为高低相间的电性块，现对这两条剖面解释如下：

C1线、C2线电阻率断面(图4、图5)，在地表以下K1线以上，埋深在0～200 m之间，电性层呈团块状的高低阻相间电性块，电阻率变化在30～630 Ω·M之间，结合地质资料，地表调查情况及物性统计结果，推测主要为第四系盖层的反映，低阻电性块为黄土、亚砂土、亚粘土的反映，高阻电性块为砂砾石的反映。K1线与K2线之间主要为低阻电性层，埋深在60～600 m之间，电阻率变化在5～25 Ω·M之间，推测可能为白垩系粉砂质泥岩。在K2线以下，埋深在500 m以下，主要表现为中高阻电性层，电阻率变化在30～250 Ω·M之间，推测主要是早元古界秦岭群黑云斜长片麻岩，白云石(质)大理岩。

分析C1线电阻率断面，在110号点附近，电性层明显错动，110号点西侧小号点所在段地层抬升，110号点东侧大号点所在段地层下降，结合重力测量推断成果，与F4断裂带在平面位置及倾向上吻合，故推测该电性错动是由F4断裂带引起，因其倾向朝东，进而推测F4为正断层。F4不仅错断了白垩系地层，而且延伸到了早元古界秦岭群地层，再一次佐证F4断裂带为区内深大断裂。

1—第四系黄土；2—白垩系砂质泥岩；3—早元古界秦岭群黑云斜长片麻岩、白云石(质)大理岩； 4—电阻率等值线；5—推测断层及编号；6—推测地层界限及编号

可控源音频大地电磁法二维反演的电阻率断面解译结果，与重力测量二度半反演拟合的结果一致，故F4断裂带较为可靠。

分析C2电阻率断面，可见在K1线与K2线之间的电性层，平面位置在213号点附近，电性层明显错动，213号点西侧小号点所在段地层抬升，213号点东侧大号点所在段地层下降，推测可能是断裂构造引起，结合重力测量推断成果，与F1断裂带在平面位置上吻合，故推测该电性错动是由F1断裂带引起，因其倾向朝东，进而推测该断裂带为正断层。F1断裂带只错断了白垩系地层，并未延伸到基地早元古界秦岭群地层，为浅层断裂带。

1—第四系黄土；2—白垩系砂质泥岩；3—早元古界秦岭群黑云斜长片麻岩、白云石(质)大理岩； 4—电阻率等值线；5—推测断层及编号；6—推测地层界限及编号

1—布格异常等值线；2—推测断层及编号；3—CSAMT测量点； 4—为总理测量点；5—钻孔ZK1位置；6—圈定的地热异常区

3 勘探成果及钻孔验证

本次勘探成果见图6，共推测划定4条断裂带，其中F1为正断层，倾向朝东，倾角77°；F2、F3倾向及性质尚不明确，有待进一步查证。F4断裂带为正断层，倾向朝北，倾角84°。分析认为F1断裂带为区内主要导水断裂带，F4为阻水断裂带，地下热水经F1循环运移至F4断裂带处聚集，形成地热异常区，故在F1断裂带上盘布置了探测结合孔ZK1，孔深440.0 m，钻孔平面位置见图6，钻孔资料显示：在0～60 m主要为第四系黄土、含泥质砂砾石盖层，其中0～10 m砂砾层含水；60～440 m均为白垩系砂质泥岩，其中在390 m处见F1断裂带。通过抽水试验，获得井口水温38.3°，出水量326 m3/d的地下热水，取得了较好的勘查效果。

4 结语

(1)通过对水文地质、地热条件分析，优选了重点工作区，采用综合物探方法对区内控制构造平面位置、倾向及延伸情况进行探测，最终以物探成果布置了探采结合孔，取得了较好的勘查效果。

(2)由此可见，在以断裂带控热导热的地热勘查中，先以微重力进行扫面，确定断裂带位置及初步的性质特征，再以CSAMT及重力剖面进一步剖析断裂带倾向、性质及深部延伸情况，科学布置钻孔验证，基本会取得较好的勘查效果。