综合物化探方法在内蒙古某地区地热勘探中的应用

  中水塘位于内蒙古中西部,自古有温泉,但其流量一直很小。长期以来,曾有不少单位采用如钻井、扩泉等不同手段对该温泉进行了研究,均未达到扩大热水流量的目的。

 

  为初步查明该区的地热异常范围,寻找地下储水导热构造,开展了地球物理及地球化学勘探。依据发现的异常及推测的地质构造确定了验证孔位。

 

  经钻探验证,打出了38e的地下低温热水。根据水质化验结果及国家有关标准评价,温泉水矿化度为0. 83 g /L,水化学类型为HCO3-Na型, pH值8. 08,为偏碱性的淡水。地下热水的锂、锶、硒以及偏硅酸等4项含量符合饮用天然矿泉水水质指标。

 

  1 地质及水文地质概况

 

  区内地层主要有太古宇桑干群、中生界侏罗系及新生界第三系、第四系。

 

  1.1 侵入岩

 

  侵入岩分布于蛮汗山区及平原区的深部,主要为太古宙早期侵入岩。岩性以苏长岩和似斑状花岗岩为主,苏长岩岩体普遍受区域变质和动力变质作用,故岩石具有压碎结构和片麻状构造,似斑状花岗岩为太古宙早期第二次侵入岩,多为灰色中粗粒似斑状花岗岩。

 

  1.2 地质构造

 

  本区区域地质构造属阴山东西纬向构造带的南缘。因受早期构造运动的影响,在南北向应力场水平挤压力的作用下,使太古宇桑千群片麻岩成生一系列北东东至北东向褶皱,并伴随有基性与酸性火成岩侵入。历经多次构造运动,使中生代地层形成单斜构造,并覆于太古宙片麻岩、基性岩与酸性岩岩体之上。新生界盖层则近于水平,覆于表层。随着构造运动的发生,产生了北东向、近东西向与北西向3组高角度断裂构造,形成了岱海盆地的基本格架。

 

  区域性断裂中,北东向与近东西向主要为压性结构面,形成时代较早。而生成较晚的北西向断裂将上述2组断裂断开,形成以张性为主的破裂面,由一系列北西向高角度正断层构成。局部见有压扭性结构面.如中水塘北部的蛮汗山山前西营子弧形断裂即属压扭性.其走向北西为325b~340b,倾向北东,倾角在35b~60b之间。沿断裂面有温泉溢出,水温为15~2le。

 

  1.3 水文地质调查

 

  为了解区域水文地质条件,在热水露头外围50余km2范围内,进行了水文地质调查,主要调查了中水塘及其附近的机井、民井及泉。更详细地了解了井深、井径、水位埋深、水量、水温。自蛮汗山山前至岱海沿南北向剖面采取了水化学样品,同位素样品送往国内较具权威的单位进行了化验。统计测区周围80 m以上的民井井温资料,井温一般是在6~9e之间变化。

 

  2 物化探勘查及资料分析

 

  为查明中水塘周围地质构造分布范围及控水导热断裂的具体位置,对在本区采集的多种物化探信息及在探测过程发现的各类物化探异常进行了综合分析,其主要判断依据为:地温异常的展布特征,视电阻率等值线扭曲、密集及低阻带,异常特征区,地震反射波组的振幅及波形、同相轴的连续性,静电A卡高脉冲异常点等。

 

  2.1 地温测量

 

  开展地温测定,圈定地热异常是寻找地热田直观而有效的方法。为了消除地表大量辐射热对地温的影响,采用了地下6 m测温,绘制出了地温等值线图(图1)。图1中, 10e等温线圈定的地热异常成为宽阔平缓的一级异常,呈蘑菇状,沿北东向展布的如同蘑菇伞盖状异常,长约1. 4 km,宽约0. 35 km,菇柄异常呈北西分布,长0. 7 km,宽0. 3 km。11e等温线所圈定的异常呈北西向展布,构成地热异常的二级异常,形同园丁铲状,铲柄向北西延伸,铲头向南东延伸由宽变窄而尖灭。二级异常长0. 6 km,最大宽度0. 24 km,具有明显峰值,最高温度值17. 3e。最大水平梯度值0. 2e/m。13~16e等温线圈定的异常中心似等轴状。

 

  2.2 浅层地震勘查

 

  在已圈定的地温异常范围内,开展了浅层地震反射波法测量。采用单边放炮6次覆盖观测系统,最小偏移距30 m,最大偏移距80 m,主要是寻找控水导热的地质构造。依据地震时间剖面分析,该区地震地质条件较好,各速度层(地层)反射波组反映较清晰,有3处反射波组明显不连续,同相轴错位、特别是中部错位明显且宽度较大,结合地质资料划分出3条断裂破碎带,反映出破碎带最宽达100多m,这些断裂带使记录到的所有速度层都受到破坏而不连续。这3条剖面所反映的断裂带连在一起,构成一条北西325b断裂破碎带,此断裂带与地温异常中北西走向的二级异常复合在一起(图2)。

 

  2.3 电法勘查

 

  电测深工作,采用(AB/2)max=3 km观测系统,用以确定异常中心下部地层深部变化情况,研究测区内岩土电性变化特征及基岩埋深,准确计算各电性层深度。依据工作区内获得的孔旁测深曲线(图3),可将该区地层分为4个电性层:电测深曲线前支Q1-1为100~3008#m,厚度约为25~30 m,推断为第四系表层砂砾石层,曲线前中段为Q1-2为40~808#m,厚度为95~110 m,主要为第四系松散层且含水;后中段Q2=30~408#m,厚度为190~210m,推断主要由砂质泥岩或泥质砂岩组成;尾支呈近45b角上升,为基底岩层。参考区域地质条件,可推断基底岩层为太古宇片麻岩或花岗岩,其顶板埋深约320~330 m。

 

  从通过热异常中心的测深剖面分析,地电断面Qs等值线在测线的60~80点中部变陡向上,以此为中心,剖面显示出不同的区域特征。一是中、下部低阻区,下部低阻区反映了含矿化水砂岩层的电性特征,应为地下热水的赋存空间;中部低阻区Qs等值线变陡近似直立、且有向上开口延伸至地表的等值线半封闭圈,基本反映了此处断裂构造的存在且特征明显,是地下热水上涌的通道。二是左右两侧的相对高阻区,应是不同时代沉积的砂砾岩层(图4)。

 

  2. 4 静电A卡测量

 

  基岩破碎带是地层深部放射性氡气迁移的通a)电测深地电断面; b)地温及A卡曲线; c)Hg、As异常曲线; d)推断地质剖面道,采用-5 kV静电滤膜在地下20~30 cm处收集来自断裂带深处氡衰变后产生的粒子数,可以探测破碎带或蓄水构造,较准确地判别断裂带的位置。

 

  根据前述地温、电测深、地震资料的推断解释,测区内存在北东向与北西向2组近于正交的高角度(80b左右)断裂带,静电A卡测量可见在断层上方存在高达300~800 cps的异常,由此推断该处存在着倾向北西,倾角70b~80b,长约90 m的断裂。

 

  2.5 土壤地球化学测量

 

  为了进一步确定地质构造带的存在,在地温异常区选择了地热构造的指示元素Hg、As,进行了土壤地球化学测量。用Hg、As等深大断裂中易于挥发扩散元素异常来证明所推断断裂的可靠性,从工作成果图上可见,推断的破碎带上有明显的Hg、As异常,这些异常又都与地温异常中心有对应关系(图4)。

 

  综合物探与化探资料推测,勘查区中水塘附近有北东向与北西向2组近于正交的高角度(80b左右)断裂带通过。其中北东向断裂,呈北东30b~40b延伸,系高角度压性断层,热水钻孔与中水塘温泉位置均在其附近。而北西向断裂,构成了一条北西325b的破碎带,宽度为100~200m,深约在400m以下,系多阶梯高角度正断层,其向北西方向延伸至蛮汗山麓,可与西营子断裂相接。地热二级异常严格受北西向地质构造的控制,而呈等轴状,异常中心恰与2组构造交点复合在一起。地热异常中心不仅有地质破碎带,而且有地热构造的指示元素异常、静电A卡高脉冲异常。从中水塘温泉出露情况推测,勘查区北东方向的断裂虽然形成时代较早,但断层活动连续性强,直至近代,并继承了老断裂的活动,因此是本区地下热水和温泉形成的主要通道。

  3 钻探验证情况

 

  综合研究分析物化探的各项成果,认为测区内地热严格受地质构造控制。基于上述认识,结合该区的水文地质条件,确定选择2组构造交汇点同时又是地热异常高值点的70 /10点为钻孔位置,设计孔深400 m。设计预计将在110~130 m穿透第四系松散层、320 m穿透新近系上新统和古近系渐新统砂砾岩、泥岩层,见破碎带。在验证过程中,由于设备专用配套程度较低,队伍没有经验,当钻孔施工至230 m深砂砾岩层段时,发生层压热水井喷,热水带着泥沙喷出距孔口2 m多高,及时采取措施封堵。成井后测量,为38e的地下低温热水。

 

  4 结束语

 

  采用人工地震测量,初步查明勘查区隐伏断裂构造的位置、性质及产状;采用浅层测温,直接探明地下热水径流影响地表温度的平面中心位置及分布范围;采用大极距电测深,大致推测地下500 m以上地段岩性变化情况及隐伏断裂构造存在的位置及产状;采用静电A卡法测氡、土壤Hg、As测量,间接显示了地下储水、储热通道的存在。总而言之,综合物化探方法在地热资源勘查中发挥的作用不可替代。

 

  根据不同的水文地质条件,合理选择物化探方法各项技术条件、科学的方法组合,是得到收到良好的地质效果的基本保证。