综合物探方法在金沙县城北地热资源勘探中的应用

孙 旭 ，赵贵民，李 永，陈开银

(贵州省地质矿产勘查开发局111地质大队 贵州 贵阳 550008)

地热是指地球内部所蕴藏的热能[1]。放射性元素衰变、地球自转引起的内摩擦力、星际间的牵引潮汐力等，是地热产生的主要原因。作为清洁型新能源，具有高回报、长期受益、符合低碳经济发展战略等优势，因此，倍受关注[2-6]。可控源音频大地电磁法(CSAMT)具有勘探深度大(深可达2Km)、精度及准确性相对较高，且经济、高效，便捷等优点，目前，已成为地热资源勘查主要物探方法之一[7-10]。地热资源往往显示多种不同物理特性，针对性地采用不同的物探方法，对于提高物探成果准确性，减少多解性，是十分有益的，综合物探方法应用于地热资源勘探也成必然之势[11-15]。

金沙县位于贵州省西北部，为贵州毕节市下辖县。城北地区第四系覆盖层厚度较大，难以从地面地质调查中了解该区域地质构造情况，本文就地热资源显示的物理特性(电磁、温度、放射性)为关注点，采用可控源音频大地电磁法、米地温及阿尔法卡法三种物探方法及实际应用，通过钻探验证综合物探方法在地热资源勘探中应用的可行性，为此条件下地热资源勘探提供借鉴与参考。

1 区域地质概况

1.1 地 层

工作区地层由新至老主要出露：

第四系(Q)：岩性为残坡积粘土、亚粘土，冲积砂、砾石组成。厚0m～32m。

三叠系下统夜郎组(T1y)：上部主要为紫红色泥岩、泥质灰岩和泥灰岩；中部为灰色厚层灰岩夹泥灰岩；下部为灰黄、黄绿色泥岩和泥灰岩。厚194m～829m。

二叠系上统长兴组(P3ch)：主要为深灰色灰岩和含硅质团块灰岩。厚42m～79m。

二叠系上统龙潭组(P3l)：主要为灰、灰黄色砂岩、粉砂岩、粘土岩及炭质页岩夹煤。厚55m ～157m。

二叠系中统茅口组-栖霞组(P2m+q)：主要为浅灰、灰色中厚层至块状灰岩夹硅质条带灰岩，下部夹有泥质条带灰岩。厚136m～310m。

二叠系中统梁山组(P2l)：主要为页岩。厚0m～60m。

奥陶系中下统湄潭组(O1-2m)：上部为灰黄、灰绿色粘土质粉砂岩、页岩夹生物碎屑灰岩，下部为灰绿色、黄绿色页岩夹薄层石英砂岩及少量灰岩。厚约153m。

奥陶系下统桐梓组(O1t)：上部主要为深灰色厚层白云岩，中部为灰黄色页岩，下部为白云岩。厚72m。

寒武系芙蓉统娄山关组(∈3-4O1l)：主要为灰、浅灰色白云岩、硅质条带白云岩。厚861m。

寒武系第二统至第三统陡坡寺至石冷水组(∈2-3dp-sh)：上部为灰黄色薄层泥质粉砂岩夹灰色泥质白云岩，下部白云岩夹粉砂岩。厚76m。

寒武系中统清虚洞组(∈2q)：上部主要为灰色中厚层夹薄层泥质、灰质白云岩，下部为灰色中厚层至厚层灰岩及白云质灰岩。厚140m。

寒武系中统金顶山组(∈2j)：主要为灰绿、黄绿色粉砂质页岩夹砂岩。厚131m。

寒武系中统明心寺组(∈2m)：上部为灰绿色粉砂质页岩及砂岩，中部为灰、深灰色厚层灰岩夹黄绿色砂岩，下部为黄绿色页岩及泥质砂岩。厚324m。

寒武系中下统牛蹄塘组(∈1-2n)：上部为深灰、黄灰色含泥质页岩夹少量炭质页岩，下部为炭质页岩夹少量硅质岩。厚140m。

图1 研究区水文地质图(实测)

1.2 构造

勘查区位于毕节弧形褶皱带南缘，以北东东-南西西向构造发育为主，主要有平坝断裂、平洛断层、松林岩孔背斜和鸭溪向斜。

(1)平坝断裂F2：地表发育于松林岩孔背斜南东翼寒武系中下统清虚洞组(∈2q)中，东至沈家寨，西抵平坝区并延伸出图，长度大于60km。构造方向平坝区以东近北东东走向，平坝区以西近北西西走向，于平坝区出现扭转。

(2)回龙断层F1：为平坝断层的分支断层，延伸约10km，断裂走向近东西向。

1.3 水文地质条件

根据出露含水岩组岩性、含水介质组合特征，本区地下水类型主要有碳酸盐岩类岩溶水、基岩裂隙水及松散岩类孔隙水。碳酸盐岩类岩溶水又分为碳酸盐岩裂隙溶洞水和碳酸盐岩与非碳酸盐岩互层岩溶水。

(2)碳酸盐岩与非碳酸盐岩互层岩溶水：含水岩组包括二叠系上统龙潭组至三叠系下统夜郎组(P3l-T1y)，一般钻孔单位涌水量0.027L/s.m ～0.079L/s.m；奥陶系湄潭组(O1-2m)，地下径流模数1L/s·km2～4L/s·km2。岩性以白云岩、泥质白云岩为主夹泥岩、砂岩及页岩。一般常见泉水流量1L/s ～20L/s，富水性弱-中等。

(3)基岩裂隙水：含水岩组包括寒武系下统牛蹄塘组至金顶山组(∈1-2n-j)，一般泉流量1L/s～5L/s，地下径流模数0.5 L /s·km2～1 L /s·km2。

(4)区域地下水补给、迳流、排泄条件：区内地下水补给来源以大气降水为主。由于含水介质、地质构造、地貌形态、第四系覆盖层厚度以及植被发育程度的差异，各类型地下水含水层接受大气降水的强度也有差别。

1.4 地球物理特征

物性差异是开展物探工作与成果解释的根本前提，因此岩石的物性参数测定是整个物探工作中基础环节。现场物性测试结果如表1：

表1 岩石物性特征统计表

断层破碎带地下水富集，氡元素较为密集，可沿断层破碎带通道向上运移至地表，其产生的α脉冲往往突变为高值异常；同样，深部地下热能也可通过地下水、气(汽)等媒介以不同的渠道(导热岩层或导热构造)或介质间的传递而到达地表，进而影响浅层地温，这也是导热构造判定的一个重要依据。

2 地热资源勘查

本次地热物探勘查使用设备为加拿大凤凰公司生产的V8多功能电法仪、重庆奔腾数控研究所生产的FFA-2α数字闪烁辐射仪及JM222U数字温度计。勘查区布设两条物探测线，每条测线上均做了可控源音频大地电磁法、米地温及阿尔法卡三种物探方法。

2.1可控源音频大地电磁法

如图3：纵观整条测线，视电阻率值在100Ω·m ～10000Ω·m，反演断面图横向上表现为两组高低组异常分界面；在1100m处(Y1-1异常点及附近)，存在一个“U”低阻异常团块，呈过渡梯级带反应，形成一个陡倾的高低阻电性分界面，反映了地层岩性结构裂隙发育，岩石破碎的特征，结合地质资料分析，推断为F1断层，倾向南东，倾角82°左右，发育深度达2000m以下，断层位置与地质图上回龙断层位置相吻合；在测线1500m处(Y1-2异常点及附近)，剖面呈过渡梯级带反应，同样形成一个陡倾的高低阻电性分界面，高阻区域电阻率大于1000Ω·m，区域在100Ω·m～10000Ω·m范围内，结合地质资料综合分析，推断为F2断层，倾向南东，倾角约65°，发育深度达2000m以下，物探测线推测断层位置和地质图上平坝断层位置相吻合。

图2 物探测线布置图

图3 CSAMT 1线反演电阻率断面及解释图

如图4：作为物探1线的对应线，物探2线在曲线形态上与1线相对应，同样，在测线1100m处(Y2-1异常点及附近)视电阻率形成一个高低组电性分界，结合物探1线解译及地质资料分析，推断为F1断层反映，倾向南东，倾角约82°，发育深度达2000m以下，断层位置与地质图上回龙断层位置相吻合；在测线1500m～2000m段(Y2-2异常点及附近)，等值线图上呈过渡梯级带反应，存在一个陡倾的高低阻电性分界面，结合物探1线解译及地质资料分析，推断为F2断层反映，倾向南东，倾角约65°，发育深度达2000m以下，与地质图上平坝断层位置相吻合。

图4 CSAMT 2线反演电阻率断面及解释图

2.2 米地温

如图5：米地温1线地温值主要在14.8℃～16.8℃之间变化，其异常值变化不大，在测线1000m处热异常值相对较高，其位于F1断裂附近，地温高极值点16.5℃；在测线1500m段，地温出现一个较高热异常点，其值为16.6℃，位于F2断层附近，可见F2断层具一定导热性。

图5 物探1线米地温曲线图

如图6：米地温2线的温度值主要在14.8℃～16.8℃变化，由于天气的原因，其温度值变化不大，在测线1100m处，热异常值相对较高，地温高极值点16.7℃，因其位于F1断裂附近，故出现一个地温热异常点；在测线1500m处，同样存在一个相对较高热异常值，地温为16.4℃，其位于F2断裂附近，由此可判断F2断裂具有一定的导热性。

图6 物探2线米地温曲线图

2.3 阿尔法卡法

如图7：纵观整条测线，3min与5min的α脉冲曲线起伏形态基本一致，脉冲背景平均值分别在50个/5min及30个/3min左右。在α卡N-L曲线中可以看出有两处明显的高值异常区，表明该位置有大的断层构造深切基底，致使阿尔法脉冲值相对其它地方高，高值异常区分别位于剖面的900m～1100m与1400m～1600m处，异常幅值明显高于其他剖面位置，异常幅值最高可达60个/5min以上，结合已知地质资料分析，该高值异常区为断裂构造反应且局部岩体破碎带，具有一定的导水导热性。

如图8∶2线曲线和1线形态几位相似，3min与5min的α脉冲曲线起伏形态基本一致，脉冲背景平均值分别为52个/5min及32个/3min左右。在放射性曲线中可以看出明显的两处高值异常区，表明该位置有断裂构造深切基底，致使阿尔法脉冲值相对其它地方高，高值异常区分别位于剖面的1000m～1200m与1400m～1600m处，异常幅值明显高于其他剖面位置，异常幅值最高可达65个/5min，结合已知地质资料可以得知，该处高值异常处为断裂构造所引起。

图8 物探2线阿尔法卡曲线图

3 物探解译及钻孔验证

综合物探成果推断有2条断层穿过测区，其中由Y1-1、Y2-1异常点共同对应了断裂F1，发育深度达2000m左右，倾向南东，倾角约82°左右；Y1-2、Y2-2异常点共同对应断层F2，发育深度达2000m以下，倾向南东，倾角约65°左右；在F1、F2断层及附近，α脉冲及地温出现高值反应，因此推断F1、F2断层具有一定导水导热性。

4 结 论

(1)通过揭穿深大导水导热断裂构造而获取地下热水的开发方式是经济而高效的，已成为当今贵州地热开发的首选方式。在地热资源勘查论证中，紧紧抓住深大断裂构造电阻率异常形态特征及其导水、导热性能，就会取得成功，为此，通过采用以可控源音频大地电磁法为主，米地温、阿尔法卡法为辅的综合物探方法进行地热资源勘探，理论上是可行的，实践证明，是可以取得良好效果的。

(2)通过本次工程实例，也再一次表明了在第四系覆盖层厚、地质现象较为隐蔽或地质资料严重匮乏的情况下开展地热物探的必要性，同时，也为含水层不理想(如变质岩、火成岩地区)但构造断裂较发育地区的地下热水开发，提供了较好借鉴。通过综合物探来判断和评估隐伏断层的空间展布情况、发育规模、发育深度、含水导热性能，从而提高地热资源的开发效率，减少投资风险。