綜合物探工作方法在地熱勘查中的應用

（山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014）

地熱作為新興能源，具有清潔、環(huán)保、可持續(xù)等優(yōu)點。

地熱勘查一般應用地質(zhì)和物探方法。地質(zhì)方法研究區(qū)域問題，可看作“面”；研究“面”的目的是確定“線”，即構(gòu)造帶；在本例中，確定“線”的手段是聯(lián)合剖面法和CSAMT；由“線”定“點”是大極距電阻率測深[1]。因此，從工作方法層次，“面、線、點”可看作地質(zhì)方法→聯(lián)合剖面法和CSAMT→大極距電阻率測深[2]。

哲學上，點組成線，線組成面。物探勘查最終目的是確定地熱井，這就是“由面（工區(qū)）到點（地熱井）”的過程。進一步講，在確定地熱井之前，我們往往需要先確定大型斷裂、破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造帶，這些構(gòu)造帶就好比是“線”。因此，地熱勘查可以看作“由面及線，由線及點”的過程，從空間層次就是工區(qū)→構(gòu)造帶→地熱井[3]。

在空間及方法層次，其面、線、點的關系見下表，下文將主要從工作方法層次詳細展開地熱勘查中的面線點關系：

表1 面、線、點關系一覽表

1 面

1.1 地質(zhì)條件

工區(qū)地層包括第四紀地層、中生代地層及古元古代地層，巖漿巖較發(fā)育，主要以侵入脈體或巖墻的形式出現(xiàn)。第四系主要巖性為亞黏土、砂土、礫砂，偶見礫石層；白堊系主要巖性為泥巖、頁巖，局部地區(qū)可見安山巖及火山角礫巖。古元古界地層主要由大理巖透輝巖及變粒巖組成。

1.2 水文地質(zhì)條件

工區(qū)位于典型的丘陵地區(qū)，地勢起伏較大，整體趨勢略向南傾斜，第四系松散層有較大出露，面積在60﹪以上。北部補給區(qū)為山地，海拔較低，多在300m以下，呈北東走向。南側(cè)為陡崖子水庫，已幾近干涸。水庫以北有兩條河流，河中水量較少，滲流作用弱。工區(qū)屬溫帶海洋氣候，年平均降雨量794毫米。工區(qū)地下水含水巖組主要為第四系松散巖類孔隙水及花崗巖區(qū)裂隙水；孔隙水主要賦存于東南部部山前沖洪積平原、陡崖子水庫沖洪積扇地帶。在山前沖洪積平原區(qū)含水層巖性主要為黏性土、粉土、砂土、碎石土、半膠結(jié)砂礫石層等。

1.3 地熱條件

魯東地區(qū)位于歐亞板塊與太平洋板塊邊緣內(nèi)側(cè)，該區(qū)屬于地殼穩(wěn)定緩慢隆起地段，地熱系統(tǒng)屬中低溫深循環(huán)對流型。大地熱流是其主要熱源，地表水是地下熱水的補給水源，地下水通過發(fā)育在花崗巖和變質(zhì)巖中的斷層或斷裂破碎帶進行下滲，在地質(zhì)動力作用下完成深循環(huán)對流。地下水在深部的徑流過程中不斷吸取圍巖熱量，溫度緩慢提升，成為熱水，而后沿斷裂帶運移，期間與地下圍巖、淺部裂隙水融合，成為化學成分各異、溫度高低不等的溫泉水。

工區(qū)巖性以石英二長巖為主，該巖石質(zhì)地緊密，風化弱，因此斷裂構(gòu)造以剛性斷裂為主，斷裂性質(zhì)為張性斷裂，賦水類型多為裂隙水。

2 線

通過研究資料找到一條潛在構(gòu)造帶。其類型、產(chǎn)狀、規(guī)模不明朗，需要物探進行確定。確定”線”的方法為聯(lián)合剖面法和CSAMT。

2.1 聯(lián)合剖面法

圖1 聯(lián)合剖面法L1、L2、L3線視電阻率曲線

工區(qū)內(nèi)共布設三條剖面線，點距40m,靠近交點處點距加密為20m。

若聯(lián)合剖面曲線的正交點兩支分離不大,在低阻交點處一般為斷裂帶富水構(gòu)造；如果、同步平行距離較大,而在2～3個測點上,雙支產(chǎn)生正反相交時,稱為“麻花”低阻異常。這是由于地質(zhì)體的規(guī)模較小或埋藏較深時,地電反映不甚明顯；如果、同步下降,到達某一極小值后,又同步上升,則形成“V”形曲線。這是斷層破碎帶規(guī)模較窄，是含水的反映。

由圖，L1與L2線曲線對應較為一致。在同一水平位置，OA=300m時視電阻率值較OA=200m時要大，說明隨深度加大，視電阻率值升高，這與地質(zhì)情況相符。

L1線在剖面280m處，存在一正交點，推斷此處為斷裂構(gòu)造的反應。兩種極距下，交點連線近乎垂直，推測此處斷裂構(gòu)造傾角約為85度，傾向為ES向。同理, L2線在剖面215m處，推斷為斷裂構(gòu)造傾角約為85度，傾向為ES向。L3線不存在統(tǒng)一的正交點，且兩條曲線較為接近，說明該區(qū)域巖性變化較為均勻，綜合分析此處為斷裂破碎區(qū)域。

2.2 CSAMT

圖2 CSAMT法視電阻率等值線斷面圖

如圖可見，從地表以下約300m深，巖層視電阻率一般幾百到1000Ω·m ；南側(cè)部分受松散沉積層影響，視電阻率值變大，達3000Ω·m以上。300m以下巖層，視電阻率一般大于2000Ω·m，右側(cè)電阻率略偏高，這說明區(qū)內(nèi)巖石電阻率差異較大。橫向上，等值線出現(xiàn)“臺階狀”或“U型”密集帶，且異常沿一定方向延伸，最深處達2000m，推斷為斷裂構(gòu)造的反應，構(gòu)造傾向為南向，傾角約為70-80度。綜合分析C5線斷裂構(gòu)造較為理想。

3 點

大極距電阻率測深法：

圖3 大極距電阻率測深法視電阻率等值線斷面圖

工區(qū)多為裂隙水。因此，視電阻率值相比較低，在等值線斷面圖上，會形成高阻背景下的低阻條帶。

如圖，剖面位置、方向與C5線保持一致?？梢钥闯鲈?00-1400m深度區(qū)域存在低值區(qū)，向下延伸至1500m。橫向上，在250～400m區(qū)間，等值線出現(xiàn)“V型”密集帶，且異常沿一定方向延伸達2200m。推斷此處為較理想的斷裂構(gòu)造，傾角約為80度，見圖中白紅色虛線F1。

4 結(jié)語

井位定在此圖175m處，深度2000m。鉆探結(jié)果：終孔深度1810m，72h后水溫47.6℃，出水量達90/h。

我們通過地質(zhì)、水文地質(zhì)、地熱等技術條件的分析，確定了工作重點區(qū)域，即“面”；通過物探方法-聯(lián)合剖面法、CSAMT，確定了隱伏構(gòu)造帶，即“線”；最后通過大極距電阻率測深確定了井位，即“點”；由鉆探結(jié)果來看，“由面及線，由線及點”的工作心得取得了良好的效果。

從哲學意義上講，工程應用領域里幾乎都可以看到“面、線、點”的語言?！懊?、線、點”方法不僅簡化了工作流程，還讓我們更清晰的認識到不同工作的目的所在，同時也增加了工程應用的成功率，提高了工作效率。