可控源音頻大地電磁法在地熱勘查中的應用

張麗麗,林立新

(1.吉林大學建設工程學院, 吉林長春 130000;2.遼寧省有色地質(zhì)局一〇一隊,遼寧撫順市 113015)

可控源音頻大地電磁法在地熱勘查中的應用

張麗麗1,2,林立新2

(1.吉林大學建設工程學院, 吉林長春 130000;2.遼寧省有色地質(zhì)局一〇一隊,遼寧撫順市 113015)

采用了可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT),對遼寧東部某地處于火成巖地質(zhì)背景條件下的裂隙對流型的地熱資源進行勘查。通過對測區(qū)的1條代表性剖面數(shù)據(jù)的反演,以巖石物性為基礎,結(jié)合該地區(qū)的地質(zhì)資料和臨區(qū)已有的地熱資源,探測出了區(qū)內(nèi)深部構(gòu)造分布及產(chǎn)狀特征,得出了區(qū)內(nèi)有兩處熱儲有力部位的結(jié)論,為下一步的工作提供了參考。

地熱;可控源音頻大地電磁法;電阻率剖面

可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)是地球物理勘探的重要手段之一,是探測研究地質(zhì)體、地質(zhì)構(gòu)造、地層界面,進行立體地質(zhì)填圖非常有效的手段,因此被廣泛應用于地質(zhì)找礦、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地災防治、礦山環(huán)境治理等前期調(diào)查與勘查工作中[1-5]。為了對遼寧東部某地區(qū)的地熱資源進行調(diào)查研究,作者采用CSAMT進行了前期探測工作,取得了良好效果。

1 研究區(qū)地質(zhì)條件及相關(guān)參數(shù)

1.1 研究區(qū)地質(zhì)條件

研究區(qū)在大地構(gòu)造上處于太子河-渾江臺陷之桓仁凸起的北部邊緣,桓仁中生代火山盆地邊緣,為早元古代基底與太古代基底的復合部位,北部為太古宙基底,南部為早元古界基底。莊河-桓仁深大斷裂構(gòu)造帶之北延二戶來子-拐磨子斷裂構(gòu)造帶從區(qū)內(nèi)通過,該斷裂是仍在活動的控熱深大斷裂。

區(qū)內(nèi)地層與巖石為安山巖、遼河群蓋縣組片巖、大理巖和燕山期花崗巖等。其中燕山期花崗巖未出露地表,其埋深距地表一般在550～1000 m,屬燕山期及后期侵入體,通常被認為是淺源地熱的熱源。區(qū)內(nèi)地層、巖石和構(gòu)造具備了儲、蓋、通等地熱地質(zhì)條件。

研究區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造十分發(fā)育,主要有3組,北東東向斷裂、北西西向斷裂和北北東向斷裂帶。

北東東向斷裂主要為二戶來子-拐磨子斷裂帶(F1)。斷裂帶寬30～45 m,通過研究區(qū)北側(cè),是區(qū)域性長期活動的繼承性深大斷裂。其早期活動以韌性活動為主,形成具有韌性剪切特征的微小尺度構(gòu)造群,如石英的拉長拔絲,C形褶曲等;中期活動以壓扭為主,形成壓性斷裂帶,寬30～45 m,斷層泥極為發(fā)育,伴有滑石化,形成滑石礦;晚期以張性活動為主,充填有閃長巖脈及煌斑巖脈。斷裂帶產(chǎn)狀為傾向南東,傾角65°,其電法勘探表現(xiàn)為低電阻率的電性特征。

二戶來子-拐磨子大斷裂是含水及導水斷裂,沿斷裂帶有多個泉水出露點,泉水溫度為8～10℃,高于其它泉水溫度的5～7℃,且水溫受季節(jié)性變化不大。

北西西向斷裂主要為哈達河斷裂(F2),分布于大川南山山角-魚場-石廟子一帶,有多處露頭,并有高密度電法剖面控制,為張性斷裂,寬50 m,角礫呈棱角狀,充填有斷層泥,其被北東向切錯,該斷裂總體產(chǎn)狀為傾向北東,傾角65°,在北東向斷裂附近傾角為55°,本斷裂主要位于大理巖中,深部則表現(xiàn)為低電阻率的含水電性特征。

北東向斷裂由一系列的北東向展布的小型張扭性斷裂組成,每條斷裂都具有較大的錯距,在斷裂密集處,斷裂間隔20～30 cm一條,它們共同形成了寬10 m的構(gòu)造破碎帶。這組破碎帶走向45°～70°,北西傾,傾角60°～65°。

1.2 區(qū)內(nèi)相關(guān)參數(shù)

為了進行對比,在研究區(qū)采集了具有代表性的4組相關(guān)巖石樣本,進行極化率和電阻率等參數(shù)測定,每組樣本數(shù)量14～18塊不等,其測定統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 工作區(qū)巖石電性參數(shù)測定統(tǒng)計結(jié)果

2 測點布置與實測成果

2.1 測點布置

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)交通及周邊地質(zhì)環(huán)境,選擇測區(qū)東5 km的某村作為供電發(fā)射極,AB距1500 m,供電電流6 A,最小收發(fā)距5 km;起始工作頻率為16 Hz,二維反演起算頻率為32 Hz?？蓾M足使用遠區(qū)數(shù)據(jù)的要求,反演結(jié)果可靠。CSAMT工作依設計共布設了9條剖面,本次研究只針對于異常剖面。

2.2 異常的解釋推斷

通過對CSAMT探測結(jié)果分析,北部垂直16線這條剖面用以探測二戶來子-拐磨子大斷裂的深部狀態(tài),探測結(jié)果出現(xiàn)低阻異常。電阻率異常剖面見圖1。

圖1 16線剖面電阻率斷面

從CSAMT法反演成果剖面圖上看,淺部以1800號點為界,小號點為中低阻電性層,電阻率值在500Ω·m以下,推斷為遼河群地層;大號點處為中高阻層,電阻率值為1000～3000Ω·m,推斷為安山巖的反映。區(qū)內(nèi)深部為高阻反映,電阻率值在3000Ω·m以上,表現(xiàn)為南升北降,具有侵入巖體特征。根據(jù)場值特征及區(qū)內(nèi)地質(zhì)特征,推斷該高阻體為花崗巖侵入體。

根據(jù)場值及斷裂構(gòu)造反映特征,區(qū)內(nèi)推斷斷裂3條,分別標記為WF3、WF7、WF8。WF3斷裂為區(qū)內(nèi)深大斷裂,切入花崗巖體,切割深度超過1500 m,表現(xiàn)為近東西走向,傾向南,傾角約50°,從區(qū)域地質(zhì)資料分析推測,該斷裂即為二戶來子-拐磨子斷裂。WF7為花崗巖體與遼河群的接觸斷裂,走向近東西,傾向北,埋深較淺,地表無明顯地溫異常,推斷與熱儲關(guān)系不大。WF8斷裂為安山巖層間斷裂,表現(xiàn)為近東西走向,傾向南,傾角約45°。該斷裂埋深較淺,遠離花崗巖體,地表無明顯地溫異常,推斷與熱儲關(guān)系不大。

根據(jù)已知的臨區(qū)溫泉地表出露處CSAMT剖面特征,分析認為,溫泉和熱儲與巖漿巖體有關(guān),特別是燕山期和燕山晚期侵入巖體,深部巖漿巖是區(qū)內(nèi)溫泉的熱源,在熱源巖體內(nèi)或巖體邊緣尋找含水裂隙應是尋找中高溫熱水的方向。區(qū)內(nèi)有隱伏花崗巖體存在,有WF3深斷裂切入巖體,有淺部斷裂作為地下水的補給,巖體深部有存在中高溫熱儲的可能。因此,推斷WF3斷裂深部巖體內(nèi)是尋找中高溫地熱資源的有利部位。

3 結(jié) 論

(1)通過CSAMT大功率大深度剖面測量工作,探測出了區(qū)內(nèi)深部構(gòu)造分布及產(chǎn)狀特征。

(2)通過物探異常分析,依據(jù)區(qū)內(nèi)地質(zhì)特征、地熱成礦規(guī)律,分析推斷了兩處熱儲有力部位,并據(jù)此提供了鉆孔布置位置。

總體來說,筆者認為本區(qū)較有利地段為工作區(qū)北部16,18線段,需要通過鉆探進一步驗證。

[1]吳豐收,李 靜,吳德勝.可控源音頻大地電磁法在地熱勘探中的應用[J].工程地質(zhì)學報,2011(19):407-411.

[2]張利民,王志榮,勒建市.可控源音頻大地電磁法在地熱勘探中的應用[J].中州煤炭學報,2011(6):39-40.

[3]宋希利,彭玉明,王仕昌.可控源音頻大地電磁法在平陰縣地質(zhì)災害調(diào)查中的應用效果[J].山東國土資源,2010,26(7): 13-16.

[4]成江明.可控源音頻大地電磁法在資源勘查中的應用探討[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2011,30(21):21-23.

[5]孫 林.可控源音頻大地電磁法在地熱資源勘查中的應用[J].河北煤炭,2010(1):47-50.

2012-03-26)

張麗麗(1984-),女,黑龍江克山人,工程師,在職碩士研究生,主要研究方向為地質(zhì)工程、地球物理勘探等。