陳 斌

(福建省121地質(zhì)大隊，福建龍巖 364030)

0 引言

福建作為生態(tài)大省、地熱資源大省，目前已發(fā)現(xiàn)地熱水溫大于20℃而又有特殊化學成分者有200余處[1-3]，在倡導(dǎo)“綠水青山就是金山銀山”的今天，通過充分利用地熱這一儲量巨大且對環(huán)境友好的資源進行工業(yè)生產(chǎn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游療養(yǎng)等開發(fā)，將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢和生態(tài)優(yōu)勢，是我省發(fā)展低碳經(jīng)濟，綠色經(jīng)濟的迫切需要[4]。

根據(jù)已有資料顯示，漳州市轄區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)溫泉點有82處，約占全省地熱點的38%，是名副其實的地熱大市[3,5-7]?？碧絽^(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)工作帶來了較大的困難。因此，項目組在水文地質(zhì)填圖工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人資料及勘探區(qū)現(xiàn)場施工環(huán)境特征，研究決定采用抗電磁干擾較強的CSAMT法[8-12]聯(lián)合野外施工較為便利的微動測深法[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，同時處于環(huán)太平洋地質(zhì)構(gòu)造活動帶前沿，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)，延伸長度大于1.8km，走向350°～356°，傾向北東東，傾角75°～85°，推測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，該斷裂為次級導(dǎo)熱構(gòu)造，連通北西向?qū)ǖ篮捅睎|向?qū)嵬ǖ溃槐睎|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，具有多期次活動的特點，為形成地下深部熱源創(chuàng)造了良好的活動通道；北西向斷裂(F3)，形成時期較晚，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，地熱水受到該斷裂控制，地下水沿北西向斷裂上升和運動，并形成溫泉，為工作區(qū)主要導(dǎo)水和儲水構(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)地下水類型劃分為松散巖類孔隙水、風化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水和基巖裂隙水三大類。

1.3.1 松散巖類孔隙水

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)向補給，洪水期直接接受河水補給。

1.3.2 風化帶網(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。地下水的主要補給源是含水層裸露區(qū)大氣降水垂直滲入補給和隱伏區(qū)上覆第四系松散含水層補給，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；2.微動勘探線；3.已知/推測斷層；4.二長花崗巖；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)對礦區(qū)內(nèi)已知鉆孔進行微動測深試驗和對以往資料分析，勘探區(qū)內(nèi)主要揭露的地層巖性為殘積黏性土、全風化、強風化地層、弱風化地層、完整基巖(花崗巖)，其之間存在的視S波速度差異為開展微動探測提供了物性基礎(chǔ)(表1)。

表1 視S波速度統(tǒng)計表

1.4.2 電性特征

通過對勘探區(qū)施工的鉆孔ZK1測井成果進行統(tǒng)計了解到，風化、微風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)計表

綜合分析認為，本次物探工作應(yīng)以確定隱伏斷裂的具體位置為目標，通過布設(shè)微動測深法、可控源音頻大地電磁測深法尋找斷裂破碎帶，并嘗試圈定評價儲熱蓋層、圍巖和導(dǎo)熱導(dǎo)水通道延伸情況。

2 微動測深法

前期微動剖面布設(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)推測的NNE走向F5，布設(shè)近南北向剖面一條(圖1)，編號WD，剖面長280m，點距40m，方位3°；使用MTKV-1C型微動勘察儀系統(tǒng)，采用觀測半徑r=20、40、80和160m的四重圓形觀測臺陣，在各測點獨立進行微動數(shù)據(jù)采集。并通過空間自相關(guān)法從微動記錄中提取瑞雷波頻散曲線，由相速度頻散曲線計算二維微動視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，推測為殘積黏土-全風化-強風化花崗巖在速度剖面上的反應(yīng)；E-F點較A-D點速度更低，顯示地表風化程度不同；-25m以深Vx>600m/s，推斷為微風化-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A-C下方-50m以深見串珠狀相對低速(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A-D下方-375～-425m見水平狀低速帶，推斷為斷層F1的反應(yīng)，走向與測線近似平行。F1與點D-E下方-100m以深相對低速(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)上對微動成果進行驗證，共布設(shè)CSAMT法剖面5條(圖1)，測線距離100m，點距30m，方位85°；發(fā)射源位于測區(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個頻點，數(shù)據(jù)采用CSAMT-SW V2.0配合MT-soft2D 2.3進行預(yù)處理和反演，預(yù)處理僅對個別突變數(shù)據(jù)進行圓滑。

根據(jù)5條測線的CSAMT法反演成果剖面(圖3)，對本區(qū)各個地層及各條斷層的分布情況進行了推斷解釋。

從5條測線整體來看，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線標高-650～-1 500m出現(xiàn)較大面積的<700Ω·m低阻異常外，其它測線的低阻異常面積都較小。1線淺部和中深部橫向變化較平緩，從標高-650～-1 500m才出現(xiàn)較大的橫向變化；2線和3線從較淺部開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線中東部從標高-300m開始往深部出現(xiàn)較大的橫向變化；5線則只在測線西端中淺部出現(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)劃分斷層的地表位置和CSAMT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，1線各斷層交匯處及斷層F5深部位置的低阻異常反應(yīng)最強烈，相對其它剖面含水性最好。

1.物探推測斷裂；2.二長花崗巖；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 驗證分析

綜合勘探區(qū)內(nèi)視S波速剖面特征分析，認為1線斷層F1和F5交匯處位置存在地下水的可能性相對最高，最有可能是導(dǎo)水導(dǎo)熱構(gòu)造的電性反應(yīng)。綜合考慮野外實際施工條件，在CSAMT法1線與微動測深剖面交匯處附近進行了鉆孔驗證，孔深500.22m，測井結(jié)果顯示孔底溫度為30.9℃，根據(jù)抽水試驗，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圖，從側(cè)向電阻率和單程時差曲線看，標高-150～-220m曲線整體較平整，側(cè)向電阻率主要在105Ω·m左右，單程時差在180μs/m左右，為高阻中等時差異常，對應(yīng)較完整花崗閃長巖體；標高-220～-350m曲線整體呈劇烈跳動的鋸齒狀，側(cè)向電阻率幅值達103～105Ω·m級，單程時差150～250μs/m，對應(yīng)花崗巖測井曲線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，推測為巖性接觸帶受陡傾斷裂F3控制； 標高-350～-420m曲線平整近直線狀， 側(cè)向電阻率105.6Ω·m，單程時差178μs/m左右，為高阻中等時差異常，反應(yīng)該段巖體完整且結(jié)構(gòu)較均勻致密，鉆孔編錄驗證了該推測；標高-420m以深，測井曲線呈劇烈變化的鋸齒狀特征，側(cè)向電阻率1×102～104Ω·m，單程時差在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；3.二長花崗巖；4.花崗閃長巖；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；11.單程時差曲線；12.物探推測斷層 ；13.物探異常邊界；14.鉆孔與物探工程相對位置圖4 綜合物探剖面及鉆孔柱狀成果比對圖Figure 4 Comparison of results from integrated geophysical prospecting section and borehole columnar section

從微動視S波速綜合剖面看，標高-75m左右存在一明顯的速度分層，對應(yīng)二長花崗巖、花崗巖、花崗閃長巖的接觸帶；-75～-225m區(qū)間見似串珠狀相對低速異常，推測為陡傾斷裂F3在視S波速剖面上的反應(yīng)，另在該區(qū)間見明顯的速度差異，對應(yīng)花崗閃長巖與花崗巖體接觸帶；-225～-350m見呈高速異常，形態(tài)規(guī)整，推測為花崗巖體引起；-350～-420m見明顯低速異常，推測為地質(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，推測為巖體引起。

從CSAMT法綜合剖面上看，標高-75m存在一明顯等值線突變帶；-100～-300m見高阻異常；-350m附近見局部低阻異常；結(jié)合圖3的1號剖面，-400～-600m為平穩(wěn)的中阻異常反應(yīng)；-600m以深見大面積低阻反應(yīng)；上述異常均能與地質(zhì)、微動視S波速以及測井曲線進行較好的對應(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)等干擾嚴重區(qū)域，單一物探方法造成的信息單一和多解性已無法滿足當下市場日益追求的高精度勘探要求，而通過選擇不同物探方法進行組合，可達到優(yōu)勢互補，相互佐證，減少多解性的效果，從而在提高解譯精度的同時較好的解決地質(zhì)問題，達到勘探目的。

2)本次勘探工作發(fā)現(xiàn)CSAMT法對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分布，只能大體上把握各地層的電性分布；微動在本次勘探中通過對已知鉆孔ZK1、ZK2(鉆孔深度均<100m)上標定后對視S波速度剖面進行了分層及解譯，在縱向分辨率上較CSAMT法有明顯優(yōu)勢，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定模型、解算方法等限制，在深度劃分上存在出入。

3)通過CSAMT法聯(lián)合微動測深法進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)成功圈定了地熱資源有利區(qū)，劃分出隱伏控礦斷裂和儲熱蓋層，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)通過對鉆孔ZK01柱狀圖、測井曲線和地面物探剖面進行綜合分析，對該礦區(qū)及周邊地區(qū)的物探反演剖面在深度上的劃分及儲熱控水構(gòu)造上的識別具有很好的參考意義。