冀西北山区地热地质特征及综合勘察方法探讨

田增彪，任 磊，代 涛，薛宝林，赵 强，王延军

河北九华勘查测绘有限责任公司，河北 保定 071051

1 前言

地热资源[1-6]是具有巨大开发利用价值的可再生能源。河北省地热资源丰富，在平原区发现了丰富的中低温地热资源，山区地热温泉也具有悠久的开发历史。近年来，由于旅游观光、休闲度假、疗养等项目的大力发展，山区地热勘查的市场需求和投入力度均有所加大。

论文主要以赤城县某山区地热工作区勘查为例，分析冀西北山区地热类型及热储[15]，并总结冀西北山区地热地物化综合勘查方法技术组合(CSAMT、米地温测量、氡气测量)的有效性及地热勘查找矿标志。

2 概况

2.1 工作区地质概况

1-康保—围场深断裂；2-丰宁—隆化深断裂；3-大庙—娘娘庙深断裂；4-尚义—平泉深断裂；5-上黄旗—乌龙沟深断裂；6-怀柔—涞水深断裂；①沽源—张北大断裂；②马市口—松枝大断裂图1 冀西北断裂及地热资源分布略图(河北地矿局)Fig.1 Distribution of faults and geothermal resources in Northwest Hebei (Hebei Bureau of Geology and Mineral Resources)

2.2 冀西北地热资源特征

冀西北地热资源分区为山区构造带地下热水区(Ⅰ)燕山山地热水亚区(Ⅰ1)，赤城—平泉一线以北属冀北东西向隆起带，地下热水活动与北西、北东、北北东和东西向4组断裂构造交汇复合有关，温度一般大于60°C，热水化学类型以SO4-Na型，矿化度0.27～1.15 g/L；赤城—平泉一线以南为东西向沉降带，温度略低。

地热资源类型那个主要有两类[1]：一类为断裂带型开放型热储、一类为断裂带半圈闭型热储。

图2 地热概化模型图[4]Fig.2 geothermal generalization model diagram[4]

3 勘查方法原理及工作方法

根据该地区地热地质背景和地热类型，选取地质调查[2]、米地温测量[15]、地球化学气体测量(氡气)[5-14]、可控源音频大地电磁[10-18]等几种在该领域应用效果较好的方法组合可更好的来评价断裂的存在、活动性、深部赋水性及赋热特征。

3.1 地质调查

据工作目的，有针对性的开展，密切关注工作区的断裂构造裂隙带、岩体，对发现的构造、岩体详细记录其地质特征[2]，包括产状、厚度、岩石蚀变、节理裂隙发育程度、围岩节理裂隙发育程度等，追索调查，重要的构造需至少两个构造控制点控制，同时兼顾观察地表水体、泉眼、民用水井。

3.2 米地温测量

由于地热异常区的热量可以通过传导而不断地向地表扩散，测量地下一定深度的温度，便可以圈定热异常区，并大致推断地下水的分布范围。米地温测量指地下一米浅孔深度的地层温度，测线方向一般应垂直于地热异常的长轴或储热、导热构造的走向[15]。

3.3 地球化学气体测量(氡气)

利用地球化学气体(如氡Rn、汞Hg、氦He等气体)的含量异常变化来探测断裂构造存在是较为成熟的方法之一[4-14]。Rn是一种放射性惰性气体，是U238放射系列中Rn衰变的中间产物。利用断裂带上的Rn释放强度的变化异常信息来探测活动断裂的存在和位置[7]，此方法适用于未受严重化学污染场地的隐伏活断层断裂。

3.4 可控源音频大地电磁

CSAMT法是一种先进的频率域电磁法勘查技术[7-10.13]，它是利用不同频率的场在地层中的传播深度不同，不同电导率的岩石在电流流过时所产生的电位和磁场是不同的的原理，在远端利用人工场源对地下岩石进行激发，则不同的频率产生在接收端便产生的一定电位差，即一次电场，接收端观测不同供电频率的一次场电位和磁场强度变化，并通过计算得出该位置对应深度的视电阻率。CSAMT法其主要特点具有抗干扰能力强，探测深度比较大，纵向分辨率高，穿透能力强等特点。

4 实例

工作区部署了综合剖面四条，均有较好的地热异常显示。其中米地温测量剖面，点距40 m，地温背景值约-1.5℃，地温峰值2.4℃，整体上存在4℃左右的地温异常，地温异常均出现在位于沟谷的断裂构造裂隙带上，米地温异常和断裂构造裂隙带关系密切。土壤氡气剖面，点距40 m，土壤氡背景值1 000～2 000 bq/m3左右，峰值为8 898 bq/m3，异常位置多数和断裂构造裂隙带位置吻合，直接显示断裂构造裂隙带。可控源音频大地电磁测深剖面清晰的刻画了低阻破碎带的位置、产状，为寻找赋水区域提供了翔实的地球物理依据。

图3为0号勘探线综合剖面图，由图可见，可控源音频大地电磁测深显示，在剖面86号点及剖面116号点附近，存在两处陡倾的低阻带，视电阻率值600～1 600 Ωm，低阻带宽度在60～100 m，编号为F1、F2，整体构造格架为“两高夹一低”的特征；F1、F2位置各有土壤氡气异常，其中F1处土壤氡气浓度451 bq/m3，F2处土壤氡气浓度8 898 bq/m3，均高于2倍背景场，地表为第四系浅覆盖，整体推测两低阻带(F1、F2)具有较高的赋水性。米地温测量结果，在F1断裂附近，温度为-0.6～-0.3℃，略高于背景场；在F2断裂附近，温度为1.3～1.5℃，相对于背景场具有稳定的地温异常，且与土壤氡气异常套合较好。因此F1断裂的赋热型明显弱于F2，F1是地表冷水的补给通道，F2则为深部热水的上升通道。

综上所述：F1低阻断裂带，略向北倾，宽度40～60 m，土壤氡气异常高于背景场2倍，米地温异常略高于背景场，推断为赋水较好的断裂带；F2低阻断裂带，陡倾近直立，宽度80～100 m，土壤氡气异常高于背景场4倍，米地温异常高于背景场3℃，推断F2断裂的赋水、赋热性质为全区最好。

因此，综合可控源音频大地电磁测深、米地温测量和地球化学土壤氡测量能在本区较好的划分断裂构造裂隙密集带，更为后期地热资源开发利用提供可靠的地球物理依据。

图3 工作区0号勘探线综合剖面图Fig.3 comprehensive profile of exploration line 0 in working area

5 结论

(1)冀西北山区地热资源分区为山区构造带地下热水区(Ⅰ)燕山山地热水亚区(Ⅰ1)，地热类型主要以断裂带型开放型热储和断裂带半圈闭型热储，热储多为片麻岩、岩浆岩的断裂带，一般都位于深大断裂附近，受深大断裂控制或者与深大断裂的次生断裂有关。

(2)山区地热勘查思路：首先，由区域地热地质背景探讨是否存在地热的可能性，其次，根据地热概化模型利用地质调查、地球化学氡气测量，电磁法确定赋水断裂的存在，再次，根据米地温测量的结果判断赋水断裂是否为热源通道。

(3)地热井的成本较高，采用单一方法定井风险较大。实践证明米地温测量、地球化学气体测量、可控源音频大地电磁几种方法发挥了各自的作用，互相补充、互相验证，减少了多解性，在冀西北山区寻找与断裂有关的断裂带型地热热储工作中，可以取得较为快捷可靠的良好成果。