綜合物化探方法在內蒙古某地區地熱勘探中的應用

  中水塘位于內蒙古中西部,自古有溫泉,但其流量一直很小。長(cháng)期以來(lái),曾有不少單位采用如鉆井、擴泉等不同手段對該溫泉進(jìn)行了研究,均未達到擴大熱水流量的目的。

 

  為初步查明該區的地熱異常范圍,尋找地下儲水導熱構造,開(kāi)展了地球物理及地球化學(xué)勘探。依據發(fā)現的異常及推測的地質(zhì)構造確定了驗證孔位。

 

  經(jīng)鉆探驗證,打出了38e的地下低溫熱水。根據水質(zhì)化驗結果及國家有關(guān)標準評價(jià),溫泉水礦化度為0. 83 g /L,水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-Na型, pH值8. 08,為偏堿性的淡水。地下熱水的鋰、鍶、硒以及偏硅酸等4項含量符合飲用天然礦泉水水質(zhì)指標。

 

  1 地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

 

  區內地層主要有太古宇桑干群、中生界侏羅系及新生界第三系、第四系。

 

  1.1 侵入巖

 

  侵入巖分布于蠻汗山區及平原區的深部,主要為太古宙早期侵入巖。巖性以蘇長(cháng)巖和似斑狀花崗巖為主,蘇長(cháng)巖巖體普遍受區域變質(zhì)和動(dòng)力變質(zhì)作用,故巖石具有壓碎結構和片麻狀構造,似斑狀花崗巖為太古宙早期第二次侵入巖,多為灰色中粗粒似斑狀花崗巖。

 

  1.2 地質(zhì)構造

 

  本區區域地質(zhì)構造屬陰山東西緯向構造帶的南緣。因受早期構造運動(dòng)的影響,在南北向應力場(chǎng)水平擠壓力的作用下,使太古宇桑千群片麻巖成生一系列北東東至北東向褶皺,并伴隨有基性與酸性火成巖侵入。歷經(jīng)多次構造運動(dòng),使中生代地層形成單斜構造,并覆于太古宙片麻巖、基性巖與酸性巖巖體之上。新生界蓋層則近于水平,覆于表層。隨著(zhù)構造運動(dòng)的發(fā)生,產(chǎn)生了北東向、近東西向與北西向3組高角度斷裂構造,形成了岱海盆地的基本格架。

 

  區域性斷裂中,北東向與近東西向主要為壓性結構面,形成時(shí)代較早。而生成較晚的北西向斷裂將上述2組斷裂斷開(kāi),形成以張性為主的破裂面,由一系列北西向高角度正斷層構成。局部見(jiàn)有壓扭性結構面.如中水塘北部的蠻汗山山前西營(yíng)子弧形斷裂即屬壓扭性.其走向北西為325b~340b,傾向北東,傾角在35b~60b之間。沿斷裂面有溫泉溢出,水溫為15~2le。

 

  1.3 水文地質(zhì)調查

 

  為了解區域水文地質(zhì)條件,在熱水露頭外圍50余km2范圍內,進(jìn)行了水文地質(zhì)調查,主要調查了中水塘及其附近的機井、民井及泉。更詳細地了解了井深、井徑、水位埋深、水量、水溫。自蠻汗山山前至岱海沿南北向剖面采取了水化學(xué)樣品,同位素樣品送往國內較具權威的單位進(jìn)行了化驗。統計測區周?chē)?0 m以上的民井井溫資料,井溫一般是在6~9e之間變化。

 

  2 物化探勘查及資料分析

 

  為查明中水塘周?chē)?a href="http://m.keyinmall.com/t/地質(zhì).html" >地質(zhì)構造分布范圍及控水導熱斷裂的具體位置,對在本區采集的多種物化探信息及在探測過(guò)程發(fā)現的各類(lèi)物化探異常進(jìn)行了綜合分析,其主要判斷依據為:地溫異常的展布特征,視電阻率等值線(xiàn)扭曲、密集及低阻帶,異常特征區,地震反射波組的振幅及波形、同相軸的連續性,靜電A卡高脈沖異常點(diǎn)等。

 

  2.1 地溫測量

 

  開(kāi)展地溫測定,圈定地熱異常是尋找地熱田直觀(guān)而有效的方法。為了消除地表大量輻射熱對地溫的影響,采用了地下6 m測溫,繪制出了地溫等值線(xiàn)圖(圖1)。圖1中, 10e等溫線(xiàn)圈定的地熱異常成為寬闊平緩的一級異常,呈蘑菇狀,沿北東向展布的如同蘑菇傘蓋狀異常,長(cháng)約1. 4 km,寬約0. 35 km,菇柄異常呈北西分布,長(cháng)0. 7 km,寬0. 3 km。11e等溫線(xiàn)所圈定的異常呈北西向展布,構成地熱異常的二級異常,形同園丁鏟狀,鏟柄向北西延伸,鏟頭向南東延伸由寬變窄而尖滅。二級異常長(cháng)0. 6 km,最大寬度0. 24 km,具有明顯峰值,最高溫度值17. 3e。最大水平梯度值0. 2e/m。13~16e等溫線(xiàn)圈定的異常中心似等軸狀。

 

  2.2 淺層地震勘查

 

  在已圈定的地溫異常范圍內,開(kāi)展了淺層地震反射波法測量。采用單邊放炮6次覆蓋觀(guān)測系統,最小偏移距30 m,最大偏移距80 m,主要是尋找控水導熱的地質(zhì)構造。依據地震時(shí)間剖面分析,該區地震地質(zhì)條件較好,各速度層(地層)反射波組反映較清晰,有3處反射波組明顯不連續,同相軸錯位、特別是中部錯位明顯且寬度較大,結合地質(zhì)資料劃分出3條斷裂破碎帶,反映出破碎帶最寬達100多m,這些斷裂帶使記錄到的所有速度層都受到破壞而不連續。這3條剖面所反映的斷裂帶連在一起,構成一條北西325b斷裂破碎帶,此斷裂帶與地溫異常中北西走向的二級異常復合在一起(圖2)。

 

  2.3 電法勘查

 

  電測深工作,采用(AB/2)max=3 km觀(guān)測系統,用以確定異常中心下部地層深部變化情況,研究測區內巖土電性變化特征及基巖埋深,準確計算各電性層深度。依據工作區內獲得的孔旁測深曲線(xiàn)(圖3),可將該區地層分為4個(gè)電性層:電測深曲線(xiàn)前支Q1-1為100~3008#m,厚度約為25~30 m,推斷為第四系表層砂礫石層,曲線(xiàn)前中段為Q1-2為40~808#m,厚度為95~110 m,主要為第四系松散層且含水;后中段Q2=30~408#m,厚度為190~210m,推斷主要由砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)砂巖組成;尾支呈近45b角上升,為基底巖層。參考區域地質(zhì)條件,可推斷基底巖層為太古宇片麻巖或花崗巖,其頂板埋深約320~330 m。

 

  從通過(guò)熱異常中心的測深剖面分析,地電斷面Qs等值線(xiàn)在測線(xiàn)的60~80點(diǎn)中部變陡向上,以此為中心,剖面顯示出不同的區域特征。一是中、下部低阻區,下部低阻區反映了含礦化水砂巖層的電性特征,應為地下熱水的賦存空間;中部低阻區Qs等值線(xiàn)變陡近似直立、且有向上開(kāi)口延伸至地表的等值線(xiàn)半封閉圈,基本反映了此處斷裂構造的存在且特征明顯,是地下熱水上涌的通道。二是左右兩側的相對高阻區,應是不同時(shí)代沉積的砂礫巖層(圖4)。

 

  2. 4 靜電A卡測量

 

  基巖破碎帶是地層深部放射性氡氣遷移的通a)電測深地電斷面; b)地溫及A卡曲線(xiàn); c)Hg、As異常曲線(xiàn); d)推斷地質(zhì)剖面道,采用-5 kV靜電濾膜在地下20~30 cm處收集來(lái)自斷裂帶深處氡衰變后產(chǎn)生的粒子數,可以探測破碎帶或蓄水構造,較準確地判別斷裂帶的位置。

 

  根據前述地溫、電測深、地震資料的推斷解釋,測區內存在北東向與北西向2組近于正交的高角度(80b左右)斷裂帶,靜電A卡測量可見(jiàn)在斷層上方存在高達300~800 cps的異常,由此推斷該處存在著(zhù)傾向北西,傾角70b~80b,長(cháng)約90 m的斷裂。

 

  2.5 土壤地球化學(xué)測量

 

  為了進(jìn)一步確定地質(zhì)構造帶的存在,在地溫異常區選擇了地熱構造的指示元素Hg、As,進(jìn)行了土壤地球化學(xué)測量。用Hg、As等深大斷裂中易于揮發(fā)擴散元素異常來(lái)證明所推斷斷裂的可靠性,從工作成果圖上可見(jiàn),推斷的破碎帶上有明顯的Hg、As異常,這些異常又都與地溫異常中心有對應關(guān)系(圖4)。

 

  綜合物探與化探資料推測,勘查區中水塘附近有北東向與北西向2組近于正交的高角度(80b左右)斷裂帶通過(guò)。其中北東向斷裂,呈北東30b~40b延伸,系高角度壓性斷層,熱水鉆孔與中水塘溫泉位置均在其附近。而北西向斷裂,構成了一條北西325b的破碎帶,寬度為100~200m,深約在400m以下,系多階梯高角度正斷層,其向北西方向延伸至蠻汗山麓,可與西營(yíng)子斷裂相接。地熱二級異常嚴格受北西向地質(zhì)構造的控制,而呈等軸狀,異常中心恰與2組構造交點(diǎn)復合在一起。地熱異常中心不僅有地質(zhì)破碎帶,而且有地熱構造的指示元素異常、靜電A卡高脈沖異常。從中水塘溫泉出露情況推測,勘查區北東方向的斷裂雖然形成時(shí)代較早,但斷層活動(dòng)連續性強,直至近代,并繼承了老斷裂的活動(dòng),因此是本區地下熱水和溫泉形成的主要通道。

  3 鉆探驗證情況

 

  綜合研究分析物化探的各項成果,認為測區內地熱嚴格受地質(zhì)構造控制?；谏鲜稣J識,結合該區的水文地質(zhì)條件,確定選擇2組構造交匯點(diǎn)同時(shí)又是地熱異常高值點(diǎn)的70 /10點(diǎn)為鉆孔位置,設計孔深400 m。設計預計將在110~130 m穿透第四系松散層、320 m穿透新近系上新統和古近系漸新統砂礫巖、泥巖層,見(jiàn)破碎帶。在驗證過(guò)程中,由于設備專(zhuān)用配套程度較低,隊伍沒(méi)有經(jīng)驗,當鉆孔施工至230 m深砂礫巖層段時(shí),發(fā)生層壓熱水井噴,熱水帶著(zhù)泥沙噴出距孔口2 m多高,及時(shí)采取措施封堵。成井后測量,為38e的地下低溫熱水。

 

  4 結束語(yǔ)

 

  采用人工地震測量,初步查明勘查區隱伏斷裂構造的位置、性質(zhì)及產(chǎn)狀;采用淺層測溫,直接探明地下熱水徑流影響地表溫度的平面中心位置及分布范圍;采用大極距電測深,大致推測地下500 m以上地段巖性變化情況及隱伏斷裂構造存在的位置及產(chǎn)狀;采用靜電A卡法測氡、土壤Hg、As測量,間接顯示了地下儲水、儲熱通道的存在?？偠灾?綜合物化探方法在地熱資源勘查中發(fā)揮的作用不可替代。

 

  根據不同的水文地質(zhì)條件,合理選擇物化探方法各項技術(shù)條件、科學(xué)的方法組合,是得到收到良好的地質(zhì)效果的基本保證。