CSAMT法與微動(dòng)測(cè)深法在漳州某區(qū)地?zé)豳Y源勘探中的應(yīng)用

陳 斌

(福建省121地質(zhì)大隊(duì)，福建龍巖 364030)

0 引言

福建作為生態(tài)大省、地?zé)豳Y源大省，目前已發(fā)現(xiàn)地?zé)崴疁卮笥?0℃而又有特殊化學(xué)成分者有200余處[1-3]，在倡導(dǎo)“綠水青山就是金山銀山”的今天，通過(guò)充分利用地?zé)徇@一儲(chǔ)量巨大且對(duì)環(huán)境友好的資源進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游療養(yǎng)等開(kāi)發(fā)，將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和生態(tài)優(yōu)勢(shì)，是我省發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，綠色經(jīng)濟(jì)的迫切需要[4]。

根據(jù)已有資料顯示，漳州市轄區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)溫泉點(diǎn)有82處，約占全省地?zé)狳c(diǎn)的38%，是名副其實(shí)的地?zé)岽笫衃3,5-7]。勘探區(qū)位于漳州市以東約40km處，地貌屬濱海低丘陵剝蝕區(qū)及海積階地，水系自南往北排泄入海；區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)程度高，以工業(yè)廠房為主，地面基本硬化，給地質(zhì)工作帶來(lái)了較大的困難。因此，項(xiàng)目組在水文地質(zhì)填圖工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人資料及勘探區(qū)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境特征，研究決定采用抗電磁干擾較強(qiáng)的CSAMT法[8-12]聯(lián)合野外施工較為便利的微動(dòng)測(cè)深法[13-16]，旨在了解勘探區(qū)內(nèi)電性及Vx波速特征，圈定可能的隱伏儲(chǔ)熱控水構(gòu)造有利區(qū)，為下一步地質(zhì)工作提供物性參考。

1 礦區(qū)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)位于平潭—東山北東向深大斷裂中，同時(shí)處于環(huán)太平洋地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)帶前沿，北東、北西向斷裂構(gòu)成了本區(qū)主要構(gòu)造格架。

1.2 區(qū)地質(zhì)概況

1)地層。礦區(qū)出露地層主要為第四系殘積層和人工填土(Qel+ml)，主要分布在區(qū)內(nèi)山坡至坡腳，厚度2～15m，局部厚度大于30m。

3)構(gòu)造。北北西向斷裂(F1)，延伸長(zhǎng)度大于1.8km，走向350°～356°，傾向北東東，傾角75°～85°，推測(cè)為與北東向主體壓扭斷裂相共軛的張扭性斷裂帶，根據(jù)前期資料分析和物探成果推斷，該斷裂為次級(jí)導(dǎo)熱構(gòu)造，連通北西向?qū)ǖ篮捅睎|向?qū)嵬ǖ?；北東向斷裂(F2)，根據(jù)前期資料經(jīng)結(jié)合區(qū)域構(gòu)造分析，北東向的斷裂F2與深部斷裂構(gòu)造關(guān)系密切，斷層總體呈北東向35°～45°，傾向北西，傾角70°～80°，局部呈直立狀，具有多期次活動(dòng)的特點(diǎn)，為形成地下深部熱源創(chuàng)造了良好的活動(dòng)通道；北西向斷裂(F3)，形成時(shí)期較晚，切割其他斷裂，走向310°～320°，傾向北東，傾角82°～90°，為張扭性斷裂。根據(jù)物探成果資料結(jié)合鄰區(qū)綜合研究成果，地?zé)崴艿皆摂嗔芽刂?，地下水沿北西向斷裂上升和運(yùn)動(dòng)，并形成溫泉，為工作區(qū)主要導(dǎo)水和儲(chǔ)水構(gòu)造；北東向斷裂(F4)，該斷裂帶巖性破碎，裂隙發(fā)育伴隨花崗斑巖脈及石英脈入侵，寬8～10m，產(chǎn)狀NE35°～45°/SE∠70°～80°，如圖1所示。

1.3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水的賦存條件，可把礦區(qū)地下水類(lèi)型劃分為松散巖類(lèi)孔隙水、風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水和基巖裂隙水三大類(lèi)。

1.3.1 松散巖類(lèi)孔隙水

廣泛分布于區(qū)內(nèi)，主要分布于溪溝及其支流兩側(cè)的山間谷地，含水巖組主要為第四系沖洪積層，為孔隙承壓水，水量貧乏，單孔涌水量小于50m3/d。直接接受大氣降水和基巖裂隙水側(cè)向補(bǔ)給，洪水期直接接受河水補(bǔ)給。

1.3.2 風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水

主要裸露或隱伏于第四系松散層之下的花崗巖，地表及淺部裂隙較為發(fā)育，巖石裂隙、孔隙經(jīng)后期風(fēng)化或溶蝕改造，成為地下水的主要賦存空間。地下水的主要補(bǔ)給源是含水層裸露區(qū)大氣降水垂直滲入補(bǔ)給和隱伏區(qū)上覆第四系松散含水層補(bǔ)給，以水平逕流為主，在斷裂帶或含水層被切割的溝谷處，以泉的形式排出地表，水量貧乏，一般單孔涌水量小于30m3/d。

1.CSAMT法勘探線(xiàn)；2.微動(dòng)勘探線(xiàn)；3.已知/推測(cè)斷層；4.二長(zhǎng)花崗巖；5.花崗巖；6.巖脈；7.第四系；8.河流；9.鉆孔圖1 地質(zhì)及物探剖面布設(shè)簡(jiǎn)圖Figure 1 A schematic diagram of geological and geophysical sections layout

1.3.3 基巖裂隙水

1.4 地球物理特征

1.4.1 波速特征

根據(jù)對(duì)礦區(qū)內(nèi)已知鉆孔進(jìn)行微動(dòng)測(cè)深試驗(yàn)和對(duì)以往資料分析，勘探區(qū)內(nèi)主要揭露的地層巖性為殘積黏性土、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化地層、弱風(fēng)化地層、完整基巖(花崗巖)，其之間存在的視S波速度差異為開(kāi)展微動(dòng)探測(cè)提供了物性基礎(chǔ)(表1)。

表1 視S波速度統(tǒng)計(jì)表

1.4.2 電性特征

通過(guò)對(duì)勘探區(qū)施工的鉆孔ZK1測(cè)井成果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)了解到，風(fēng)化、微風(fēng)化和較完整花崗巖側(cè)向視電阻率值與破碎帶之間存在明顯的電性差異(表2)。

表2 視電阻率統(tǒng)計(jì)表

綜合分析認(rèn)為，本次物探工作應(yīng)以確定隱伏斷裂的具體位置為目標(biāo)，通過(guò)布設(shè)微動(dòng)測(cè)深法、可控源音頻大地電磁測(cè)深法尋找斷裂破碎帶，并嘗試圈定評(píng)價(jià)儲(chǔ)熱蓋層、圍巖和導(dǎo)熱導(dǎo)水通道延伸情況。

2 微動(dòng)測(cè)深法

前期微動(dòng)剖面布設(shè)遵循從“已知到未知”的原則，根據(jù)已有鉆孔ZK1和ZK2資料，在水文地質(zhì)工作的基礎(chǔ)上，以控制NNW走向F3為主，兼顧前期地質(zhì)推測(cè)的NNE走向F5，布設(shè)近南北向剖面一條(圖1)，編號(hào)WD，剖面長(zhǎng)280m，點(diǎn)距40m，方位3°；使用MTKV-1C型微動(dòng)勘察儀系統(tǒng)，采用觀測(cè)半徑r=20、40、80和160m的四重圓形觀測(cè)臺(tái)陣，在各測(cè)點(diǎn)獨(dú)立進(jìn)行微動(dòng)數(shù)據(jù)采集。并通過(guò)空間自相關(guān)法從微動(dòng)記錄中提取瑞雷波頻散曲線(xiàn)，由相速度頻散曲線(xiàn)計(jì)算二維微動(dòng)視S波速度并繪制剖面(圖2)。

圖2 Vx波速度剖面及地質(zhì)解釋圖Figure 2 Vx wave velocity section and geological interpretation

從圖2微動(dòng)Vx剖面看，結(jié)合ZK1和ZK2鉆探及物性成果分析，-25m以淺Vx<600m/s，推測(cè)為殘積黏土-全風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化花崗巖在速度剖面上的反應(yīng)；E-F點(diǎn)較A-D點(diǎn)速度更低，顯示地表風(fēng)化程度不同；-25m以深Vx>600m/s，推斷為微風(fēng)化-新鮮花崗巖體，受斷裂構(gòu)造影響，該層巖性速度變化范圍較大，但整體由淺至深Vx逐漸變大，局部Vx>2 000m/s推斷為較完整致密花崗巖體。另點(diǎn)A-C下方-50m以深見(jiàn)串珠狀相對(duì)低速(Vx=1 300±m(xù)/s)異常，推斷為斷層F5的反應(yīng)，ZK2揭露70～127m段巖心破碎，與推斷相符；點(diǎn)A-D下方-375～-425m見(jiàn)水平狀低速帶，推斷為斷層F1的反應(yīng)，走向與測(cè)線(xiàn)近似平行。F1與點(diǎn)D-E下方-100m以深相對(duì)低速(Vx=600～1 300m/s)凹陷帶相交于-300～-450m，該低速凹陷帶推斷為地質(zhì)劃分的F3的反應(yīng)，ZK1在15.3～60m巖心破碎，應(yīng)是鉆遇斷層，與推斷相符，F(xiàn)3位置相比地質(zhì)劃分的略往北移，傾角約85°。

3 CSAMT法

在分析已有地質(zhì)基礎(chǔ)上對(duì)微動(dòng)成果進(jìn)行驗(yàn)證，共布設(shè)CSAMT法剖面5條(圖1)，測(cè)線(xiàn)距離100m，點(diǎn)距30m，方位85°；發(fā)射源位于測(cè)區(qū)南側(cè)，AB距約1.8km，收發(fā)距9.72～10.11km，發(fā)射頻率0.125～8 533.33Hz共50個(gè)頻點(diǎn)，數(shù)據(jù)采用CSAMT-SW V2.0配合MT-soft2D 2.3進(jìn)行預(yù)處理和反演，預(yù)處理僅對(duì)個(gè)別突變數(shù)據(jù)進(jìn)行圓滑。

根據(jù)5條測(cè)線(xiàn)的CSAMT法反演成果剖面(圖3)，對(duì)本區(qū)各個(gè)地層及各條斷層的分布情況進(jìn)行了推斷解釋。

從5條測(cè)線(xiàn)整體來(lái)看，電阻率值以中阻和高阻為主，低阻異常較少且分布較散亂，除了1線(xiàn)標(biāo)高-650～-1 500m出現(xiàn)較大面積的<700Ω·m低阻異常外，其它測(cè)線(xiàn)的低阻異常面積都較小。1線(xiàn)淺部和中深部橫向變化較平緩，從標(biāo)高-650～-1 500m才出現(xiàn)較大的橫向變化；2線(xiàn)和3線(xiàn)從較淺部開(kāi)始橫向變化就比較激烈，中部出現(xiàn)>10 000Ω·m的高阻異常，高阻異常兩側(cè)又驟變?yōu)?10 000Ω·m中阻異常，呈現(xiàn)出較明顯的斷裂異常；4線(xiàn)中東部從標(biāo)高-300m開(kāi)始往深部出現(xiàn)較大的橫向變化；5線(xiàn)則只在測(cè)線(xiàn)西端中淺部出現(xiàn)較大的橫向變化。上述變化推斷與斷裂構(gòu)造有關(guān)，結(jié)合各地質(zhì)劃分?jǐn)鄬拥牡乇砦恢煤虲SAMT法剖面上相應(yīng)位置上的電性反映，各條斷層傾角都較大，推測(cè)都大于70°，其中F3斷層接近直立。

結(jié)合低阻異常和斷裂異常情況推測(cè)，1線(xiàn)各斷層交匯處及斷層F5深部位置的低阻異常反應(yīng)最強(qiáng)烈，相對(duì)其它剖面含水性最好。

1.物探推測(cè)斷裂；2.二長(zhǎng)花崗巖；3.第四系殘積層；4.花崗巖圖3 卡尼亞電阻率剖面及地質(zhì)解釋圖Figure 3 Cagniard resistivity section and geological interpretation

4 驗(yàn)證分析

綜合勘探區(qū)內(nèi)視S波速剖面特征分析，認(rèn)為1線(xiàn)斷層F1和F5交匯處位置存在地下水的可能性相對(duì)最高，最有可能是導(dǎo)水導(dǎo)熱構(gòu)造的電性反應(yīng)。綜合考慮野外實(shí)際施工條件，在CSAMT法1線(xiàn)與微動(dòng)測(cè)深剖面交匯處附近進(jìn)行了鉆孔驗(yàn)證，孔深500.22m，測(cè)井結(jié)果顯示孔底溫度為30.9℃，根據(jù)抽水試驗(yàn)，水位降深最大為9.59m，鉆孔抽水量為1 243.21m3/d。

圖4為ZK01鉆孔柱狀與綜合物探剖面成果比對(duì)圖，從側(cè)向電阻率和單程時(shí)差曲線(xiàn)看，標(biāo)高-150～-220m曲線(xiàn)整體較平整，側(cè)向電阻率主要在105Ω·m左右，單程時(shí)差在180μs/m左右，為高阻中等時(shí)差異常，對(duì)應(yīng)較完整花崗閃長(zhǎng)巖體；標(biāo)高-220～-350m曲線(xiàn)整體呈劇烈跳動(dòng)的鋸齒狀，側(cè)向電阻率幅值達(dá)103～105Ω·m級(jí)，單程時(shí)差150～250μs/m，對(duì)應(yīng)花崗巖測(cè)井曲線(xiàn)呈鋸齒狀在一定程度上反應(yīng)了巖體存在不均勻特征，鉆孔編錄顯示該段節(jié)理裂隙較發(fā)育，推測(cè)為巖性接觸帶受陡傾斷裂F3控制； 標(biāo)高-350～-420m曲線(xiàn)平整近直線(xiàn)狀， 側(cè)向電阻率105.6Ω·m，單程時(shí)差178μs/m左右，為高阻中等時(shí)差異常，反應(yīng)該段巖體完整且結(jié)構(gòu)較均勻致密，鉆孔編錄驗(yàn)證了該推測(cè)；標(biāo)高-420m以深，測(cè)井曲線(xiàn)呈劇烈變化的鋸齒狀特征，側(cè)向電阻率1×102～104Ω·m，單程時(shí)差在150～250μs/m，局部位置呈現(xiàn)明顯低阻異常特征，解釋其為破碎帶反應(yīng)。

1.Vx剖面及解釋圖；2.視電阻率剖面及解釋圖；3.二長(zhǎng)花崗巖；4.花崗閃長(zhǎng)巖；5.第四系；6.花崗巖；7.破碎帶；8.輝綠巖脈；9.已竣工鉆孔；10.側(cè)向電阻率曲線(xiàn)；11.單程時(shí)差曲線(xiàn)；12.物探推測(cè)斷層 ；13.物探異常邊界；14.鉆孔與物探工程相對(duì)位置圖4 綜合物探剖面及鉆孔柱狀成果比對(duì)圖Figure 4 Comparison of results from integrated geophysical prospecting section and borehole columnar section

從微動(dòng)視S波速綜合剖面看，標(biāo)高-75m左右存在一明顯的速度分層，對(duì)應(yīng)二長(zhǎng)花崗巖、花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖的接觸帶；-75～-225m區(qū)間見(jiàn)似串珠狀相對(duì)低速異常，推測(cè)為陡傾斷裂F3在視S波速剖面上的反應(yīng)，另在該區(qū)間見(jiàn)明顯的速度差異，對(duì)應(yīng)花崗閃長(zhǎng)巖與花崗巖體接觸帶；-225～-350m見(jiàn)呈高速異常，形態(tài)規(guī)整，推測(cè)為花崗巖體引起；-350～-420m見(jiàn)明顯低速異常，推測(cè)為地質(zhì)上揭露的破碎帶在視S波速剖面上的反應(yīng)，該低速異常與實(shí)際地質(zhì)揭露的破碎帶在深度上存在一定的差異；-420m以深呈高速異常，推測(cè)為巖體引起。

從CSAMT法綜合剖面上看，標(biāo)高-75m存在一明顯等值線(xiàn)突變帶；-100～-300m見(jiàn)高阻異常；-350m附近見(jiàn)局部低阻異常；結(jié)合圖3的1號(hào)剖面，-400～-600m為平穩(wěn)的中阻異常反應(yīng)；-600m以深見(jiàn)大面積低阻反應(yīng)；上述異常均能與地質(zhì)、微動(dòng)視S波速以及測(cè)井曲線(xiàn)進(jìn)行較好的對(duì)應(yīng)，但在反演深度上各物探成果存在較明顯的差異。

5 結(jié)論

1)隨著勘探區(qū)域逐步靠近城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)等干擾嚴(yán)重區(qū)域，單一物探方法造成的信息單一和多解性已無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)下市場(chǎng)日益追求的高精度勘探要求，而通過(guò)選擇不同物探方法進(jìn)行組合，可達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，相互佐證，減少多解性的效果，從而在提高解譯精度的同時(shí)較好的解決地質(zhì)問(wèn)題，達(dá)到勘探目的。

2)本次勘探工作發(fā)現(xiàn)CSAMT法對(duì)地層電性的橫向變化反映較明顯，但縱向變化受體積效應(yīng)影響較大不能反映各地層的真實(shí)分布，只能大體上把握各地層的電性分布；微動(dòng)在本次勘探中通過(guò)對(duì)已知鉆孔ZK1、ZK2(鉆孔深度均<100m)上標(biāo)定后對(duì)視S波速度剖面進(jìn)行了分層及解譯，在縱向分辨率上較CSAMT法有明顯優(yōu)勢(shì)，特別是在淺部地層的劃分上，表現(xiàn)尤為突出，但在深部解譯上仍受標(biāo)定模型、解算方法等限制，在深度劃分上存在出入。

3)通過(guò)CSAMT法聯(lián)合微動(dòng)測(cè)深法進(jìn)行野外勘探和成果的綜合分析，在第四系和人工填土覆蓋地區(qū)成功圈定了地?zé)豳Y源有利區(qū)，劃分出隱伏控礦斷裂和儲(chǔ)熱蓋層，在綜合物探異常位置成功定孔成井，水量超出勘探預(yù)期。

4)通過(guò)對(duì)鉆孔ZK01柱狀圖、測(cè)井曲線(xiàn)和地面物探剖面進(jìn)行綜合分析，對(duì)該礦區(qū)及周邊地區(qū)的物探反演剖面在深度上的劃分及儲(chǔ)熱控水構(gòu)造上的識(shí)別具有很好的參考意義。