CSAMT测量在湖南平江龙泉湾地热资源勘查中的应用
桂 云, 万海辉
(湖南省核工业地质局三一一大队，湖南 长沙 410100)
湖南平江龙泉湾地热田区域上属幕阜山—望湘隆起带和长沙—平江断裂带的北东向构造体系，以NNE向及NE向断裂构造发育为主，严格控制了区域内众多铅锌多金属矿床(点)及温泉点的产出。
勘查区地热田热储隐伏于第四系或燕山早期花岗岩系中，为花岗岩构造破碎带热储，埋藏于隐伏的北北东向断裂带F1中。通过在勘查区开展可控源音频大地电磁测深(CSAMT)，查明勘查区构造F1、F2、F3空间分布位置，并施工钻孔验证，揭露断裂构造F1，在近终孔位置处见有热水涌出，取得了较好的勘查效果。
1.1 地层
勘查区为花岗岩出露区，地层只有少量第四系(Q)，主要为黏土、砂、砾松散冲积物，多分布于一级阶地和二级阶地及河漫滩中，且大部分为水稻种植地。
1.2 构造
区内断裂构造发育，主要以北北东向断裂构造为主。根据遥感地质解译江背—南江桥断裂构造(F1)往北延伸到本区内，在本区内地表大面积被第四系覆盖。在勘查区西南边五角村境内可见构造露头，地表出露宽2～40 m，总体走向呈北北东向(10°～25°)，倾向北西，倾角70°～90°，构造内可见硅化碎裂岩、脉石英透镜体，局部可见硅化糜棱岩及断层泥。该构造切割了燕山期幕阜山岩体，是一条北北东向的区域性控岩构造，与区内已发现的部分温泉点有着密切的关系。
区内还见有断裂构造F2、F8及F4，这类构造均为区域性秦家坊—五福塅断裂构造所派生的次级构造。
1.3 岩浆岩
区内燕山期岩浆活动强烈，出露的岩浆岩主要为燕山早期第一次侵入的中—中细粒二(黑)云母二长花岗岩(ηγ52a)和燕山早期第二次侵入的细—中细粒二(黑)云母二长花岗岩(ηγ52b)，岩性较单一。
2.1 地下水类型
按地下水赋存条件、含水介质岩性和水动力特征，勘查区地下水类型分为第四系孔隙潜水和花岗岩基岩裂隙水。
2.2 含水层及其富水性
含水层主要为第四系及花岗岩基岩。
第四系：测区内分布较广，主要分布在下沙江、石江河、昌水及其支河两岸，岩性主要为冲洪积砂砾石层、坡积层亚黏土、黏土等；
其富水性为孔隙潜水，水量中等。
花岗岩基岩：由燕山早期侵入的细—中粒黑(二)云母二长花岗岩及闪长岩、斜长岩、花岗闪长岩等组成；
其富水性为裂隙水，水量弱至中等。
2.3 地下水补给、径流、排泄条件和动态特征
第四系孔隙潜水：以大气降水补给为主，区内河流、溪沟是地下水的主要排泄通道。第四系孔隙潜水随降水量变化明显，雨季流量大，枯季流量小。
花岗岩基岩裂隙水：以大气降水补给为主，但局部地段因构造断裂造成不同含水层的连通，促使补给来源多样化。花岗岩基岩裂隙水随降水量变化明显，雨季流量大，枯季流量小，很多泉在枯季干枯。
2.4 地下热水
本区热储为花岗岩构造破碎带热储。区内大面积出露燕山期花岗岩，岩浆余热为地下水提供热源，深部循环水将热量带到地表。区内断裂构造发育，可作为良好的水、热交换通道。地下热水的补给源主要是大气降水，大气降水通过地表构造、裂隙向下渗入，沿裂隙、构造进行深部循环，在有利部位以泉的形式排泄于地表。
3.1 工作原理
可控源音频大地电磁法(CSAMT)是在MT法(大地电磁测深法)、AMT法(音频大地电磁测深法)基础上发展起来的，与MT、AMT的基本原理相同，也是研究地下介质导电性电阻率差异的方法。根本区别在于MT、AMT使用的是天然场，而CSAMT则是使用人工场源，所观测电磁场的频率、场强和方向可由人工控制，其极化方向明显，信噪比高，易于观测[1]。它属于一种人工源频率域电磁测深方法，可研究大地的电磁响应，探测地下电性分布及地质构造。由于它可以穿过高电阻薄层，因此有些无法用直流电法和地震法探测到的高电阻薄层下的地质体，用CSAMT法可得到较好的效果。
本次CSAMT法采用的人工场源为电性源，它是在有限长(1～3 km)的接地导线中供音频电流，以产生相应频率的电磁场。在AB偶极的两侧，以AB中点为顶点60°张角扇区内，采用多道赤道偶极装置进行标量测量(图1)。
图1 可控源音频大地电磁测深法平面布置图
该方法通过人工向地下供入电流建立电磁场，采用AMT的测量装置来观测正交电场分量Ex和磁场分量Hy，计算卡尼亚视电阻率ρs，探测深度与频率成反比，可以通过改变发射频率来达到测深的目的，获得地下不同深度介质电阻率分布的信息，反映出地下不同深度的地质情况。
3.2 测量结果
结合勘查区地质情况，采用可控源音频大地电磁测深(CSAMT)查明勘查区构造的空间分布特征[2-4]，推断地热储存位置，测线剖面基本垂直构造走向(图2)。
图2 勘查区CSAMT剖面位置及构造推断图
0线：X=0～400 m段中高频段电阻率值较低，约800 Ω·m；
其余地段电阻率值较高，约5 000 Ω·m。在X=110 m处存在一低阻异常带，阻值约800 Ω·m，倾向北西，倾角约85°，延伸深度大于400 m；
在X=220 m处存在一低阻异常带，阻值约1 000 Ω·m，倾向南东，倾角约86°，延伸深度大于600 m；
在X=260 m处存在一低阻异常带，阻值约1 000 Ω·m，倾向南东，倾角约86°，延伸深度大于600 m(图3)。
推断：(1)在X=110 m处存在一断裂构造F2，倾向南东，倾角约85°，延伸深度大于400 m；
(2)在X=220 m处存在一断裂构造F3，倾向北西，倾角约86°，延伸深度大于600 m；
(3)在X=260 m处存在一断裂构造F1，倾向北西，倾角约86°，延伸深度大于600 m。
2线：在X=40 m处存在一低阻异常带，阻值约800 Ω·m，倾向北西，倾角约85°，延伸深度大于500 m；
在X=170 m处存在一低阻异常带，阻值约500 Ω·m，倾向南东，倾角约86°，延伸深度大于500 m(图3)。
推断：(1)在X=170 m处存在一断裂构造F1，倾向南东，倾角约86°，延伸深度大于500 m；
(2)在X=40 m处存在一断裂构造F2，倾向北西，倾角约为85°，延伸深度大于500 m。
3线：剖面等值线界限较为明显，只是在X=-20 m、70 m处各存在一低阻异常带，阻值约800 Ω·m，产状较陡，延伸深度大于500 m。其余各点阻值较高(图3)。
图3 勘查区CSAMT测量成果图
推断：(1)在X=70 m处存在一断裂构造F1，倾向南东，倾角约87°，延伸深度大于500 m；
(2)在X=-20 m处存在一断裂构造F2，产状陡立，延伸深度大于400 m。
4线：剖面等值线形态较为简单，高频段电阻率值较小，中低频段电阻率值较大，只是在X=160 m处存在一低阻异常带，阻值约800 Ω·m，产状陡立，延伸深度大于200 m；
在X=300 m处存在一低阻异常带，阻值约800 Ω·m，倾向南东，倾角约86°，延伸深度大于300 m(图3)。
推断：(1)在X=300 m处存在一断裂构造F1，倾向南东，倾角约86°，延伸深度大于300 m；
(2)在X=160 m处存在一断裂构造F2，产状陡立，延伸深度大于200 m。
7线：剖面异常带较为明显，在X=20 m处存在一低阻异常带，阻值约800 Ω·m，倾向北西，倾角约88°，延伸深度大于400 m；
在X=100 m处存在一低阻异常带，阻值约800 Ω·m，倾向南东，倾角约87°，延伸深度大于600 m(图3)。
推断：(1)在X=100 m处存在一断裂构造F1，倾向南东，倾角约87°，延伸深度大于600 m；
(2)在X=20 m处存在一断裂构造F2，倾向北西，倾角约为88°，延伸深度大于400 m。
结合地质情况及勘查区已有地热钻孔分析，北东向断裂构造F1为勘查区主要断裂，控制着已知地热露头的产出，为本次物探勘查的主要对象。断裂构造F1开启性好，有一定的含水性，构造越往南面，开启性变差，切割深度变浅；
北东向断裂构造F2局部产状陡立，开启性好，推测有一定的含水性，值得重视；
北东向断裂构造F3走向北东向，倾向南东，在勘查区内连续性好，形态明显，延伸深度>600 m，开启性好，推测有一定的含水性。
综合分析，选择在0线X=300 m处施工ZK01，终孔深度为502.88 m。终孔后，揭露断裂构造F1，在近终孔位置处见有热水涌出，水量较大，稳定后最大流量可达1 200 m3/d，水温高，最高温度达44.5 ℃，取得了较好的勘查效果。
(1)可控源音频大地电磁测深(CSAMT)可以有效探测勘查区内构造的空间分布特征，推断了构造F1、F2、F3的位置，并判断了其产状及延伸深度。
(2)建议施工的ZK01揭露断裂构造F1，在近终孔位置处见有热水涌出，水量较大，稳定最大流量可达1 200 m3/d，水温高，最高温度达44.5 ℃。
猜你喜欢 阻值倾角花岗岩 乘用车四轮定位参数设计时代汽车(2022年14期)2022-07-06强风化花岗岩地层中双护盾TBM掘进参数和控制要点分析交通科技与管理(2022年9期)2022-05-24系列长篇科幻故事，《月球少年》之八：地球轴倾角的改邪归正科学大众·小诺贝尔(2021年10期)2021-01-22草店－小林地区中生代花岗岩微量元素地球化学特征及成因科技视界(2020年13期)2020-06-03对一道电学实验题的思考中学生数理化·教与学(2018年10期)2018-12-06新疆花岗岩地貌地质遗迹分布及其特征概述炎黄地理(2018年4期)2018-07-13汽车行驶性能中车轮的重要影响速读·中旬(2015年10期)2015-10-21佳木斯地块东部二叠纪锦山花岗杂岩体的成因及其地质意义地球科学与环境学报(2014年4期)2015-01-07电桥平衡条件的应用理科考试研究·高中(2014年8期)2014-10-17这道电学黑箱题有误吗？物理教学探讨(2009年4期)2009-05-25