综合物探方法在湖北通山县厦铺-杨芳林地热勘查中的应用

地热能是一种很好的综合矿藏，不仅可用于取暖、发电、还能用于医疗、饮用矿泉水、提取多种矿物质等。近年来，随着地热资源的开发不断深入，我国中低温地热能资源丰富，尤其是湖北咸宁市，对其有效的进行发开与利用，对我国未来的发展有着十分重要的作用。本文结合咸宁市地热井建设项目，利用化探以及综合物探的手段，对地热井施工位置进行精准定位，提高地热井的成功率，从而增强经济效益。

1 研究区地质概况

1.1 地层

通山县厦铺—杨芳林地热田重点勘查区出露地层除第四系外只出露了志留系地层，本次填图单元划分依照《湖北省岩石地层》，下面由老至新依次为志留系下统新滩组(S1x)，志留系下统坟头组(S1f)，志留系下统茅山组(S1m)，第四系(Q)。

1.2 构造

通山县厦铺—杨芳林地热田的具体构造位置为杨芳林背斜核部，属幕阜山复式背斜的北翼部份，与幕阜山背斜核部主体组成似“U”型箱状褶皱。杨芳林背斜轴向近东西向，核部地层为志留系新滩组，两翼为坟头组，北部为洋港向斜，南部为城山向斜。区内断裂较为发育，主要有北东、北西向基底断裂，城山向斜核部北东向断裂见有辉绿岩侵入，见图1。

1.3 褶皱

晋宁运动是区内最早的一次构造运动，冷家溪群遭受东西向挤压，形成近南北向倒转褶皱，并伴随着南北向捡起而变形带的发育。印支-燕山期奠定了区内主要构造格局，主要表现为近东西向褶皱构造与伸展滑脱构造。如区内杨港向斜、杨芳林背斜与城山向斜组合形态(图2)。

区内构造从北至南主要有洋港向斜、杨芳林背斜、城山向斜，以及多处小的背斜、向斜。发育多组北西向及北东向断裂，断裂相互切割，岩性破碎。

2 地热田化探成果

氡气是一种由镭蜕变而产生的惰性放射气体，它的半衰期为3.825 d。放射性气体自由氡，受扩散和对流等作用的影响而发生运移。介质的孔隙度、粒径大小、孔隙的结构等介质结构条件对氡迁移的速度有较大的影响。在基岩的破裂构造等岩石疏松或孔隙相对较多的地段，氡气能更迅速的地下深处运移到地表，所以在断裂破碎带的上方常常存在着氡(RaA)的异常。有些氡气被保留在岩缝中，不能参与到扩散和对流等过程作用，但是，在活动断裂带等岩石疏松或孔隙比较多的路段，由于其有效孔隙度和渗透率偏高，并且破碎带胶结程度较差，能够成为氡气聚集和对流的良好通道;再者，因为断层带发生了新的活动，例如地震、滑坡等地质灾害，使得被束缚在断裂带裂隙中的氡气被释放出来成为自由氡，并可以用相关的仪器进行收集。由于以上两个因素，断裂上带土壤可成为氡气富集区，土壤中氡气浓度也相应会高于当地地区的氡气浓度背景值。从而可以利用断裂带氡气释放强度、范围来判断覆盖区断裂带的空间分布的具体位置。

正式测量前应对仪器进行测试，多组对比以保证仪器正常运行且数据可靠。测点布设相对干燥的土壤，点与点间隔50 m。采用长80 cm的专用钢钎手动打如土壤，大概深入60cm左右，成孔后抽出钢钎将取样器快速插入孔中，确保采样孔完全密闭，以防空气的渗入。打开测氡仪开关进行抽气测量，取样抽气5 min，结果检测1 min后仪器自动显示并存储结果数据。

本次氡气测量对重点勘查区进行全覆盖，测量面积21km2，测量点数745个点，测量密度为250×50 m，对重点构造部位及异常点进行25 m点加密测量。本次共布设南北向30条剖面线，东西向3条剖面线。

将1 594个野外实际测量点数据上图绘制氡异常区，通过计算后的背景值与阀值数据对勘查区绘制等值线图(图3)。整体而言地表氡气测量值离散系数较小，从图中上可以看出高异常靶区多呈点状分布，测区南部多于北部，于云石村、城山一带，异常点较多，但连续性差，主要是由于志留系覆盖较厚，岩性多为粉砂岩、页岩，后期充填于断层之中，孔隙率及孔隙度降低，对氡气产生了一定的屏蔽作用，但总体可反应地面调查过程中，地表出露的断裂是连续的，并穿过了本次的重点调查区。

3 地热田地球物理特征

3.1 物性特征

根据本次研究的工作区主要岩性分布，主要搜集区内沉积岩物性资料，如表1所示。

从岩(矿)石物性参数统计结果来看，志留系泥质粉砂岩电阻率值变化范围为20～500Ω·m之间，奥陶系页岩、石英砂岩、泥质灰岩电阻率值变化范围为500～900Ω·m之间，寒武—震旦系炭质页岩电阻率值变化范围为10～100Ω·m之间，测区内岩层之间，存在有较大的电性物性差异，本次勘查具备电磁法勘探的地球物理前提条件。

本次收集资料及实测剖面可知，志留系及奥陶系地层基岩出露区厚度稳定，岩相变化相对简单。前文已述，地热区杨芳林背斜核部与幕阜山背斜核部主体组成似“U”型箱状褶皱，因此推测奥陶系地层隐伏与志留系之下。结合地表调查工作，并根据本次物探工作1线、2线、3线、4线、5线、补6线电阻率等值线断面图判断:低视电阻率区为志留系组的泥质粉砂岩地层，高视电阻率区为奥陶—寒武系石英砂岩、泥质灰岩地层(图4)。

3.2 成果解译

利用广域电磁法数据处理软件中的数据预处理模快对广域电磁法数据进行预处理。数据预处理包括飞点剔除、静态校正、滤波等，为下一步处理解释奠定基础。以下为软件预处理后的解译成果。

3.2.1 广域1线、2线

1-1’与2-2’测线布置在云石村南测山谷中，测线方位角90°，目的是查明志留系地层S厚度的分布变化情况以及工作区内是否存在北北西向隐伏断裂构造及其发育情况。

从图5和图6电性剖面可以看出1、2线主要以低阻为主，电阻率范围40～500Ω·m，两条测线浅部均表现为相对高阻300～500Ω·m，推测存在一定场源效应影响，测线整体电阻率偏低主要原因是线路是顺地层方向布设，由于岩矿石的各向异性体征，体积效应压低整体电阻率。两条测线1500 m左右以上推测为志留系地层S，志留系S以下推测为奥陶系地层O，电阻率100～200Ω·m，厚度未揭穿。根据各点单条测深曲线分析，尾支电阻率相比中部电阻成3～4倍关系，尾支呈上翘趋势，所以推测底部为奥陶系地层。

结合区域资料与1、2线物探资料分析，推测在1线1100号点和2线1200号点附近存在北西向断裂构造，推测该断层倾向北东，倾角较陡，因整体电阻率偏低，上下盘岩性电性差异不大，在剖面中显示不太明显。

3.2.2 广域3、4线

3-3’与4-4’测线由北向南穿过云石村布置，测线方位角180°左右，目的是查明工作区内地层分布情况以及杨芳林背斜核部展布情况。

从3-3’与4-4’测线电性剖面图7和图8可以看出，杨芳林背斜展布较为清晰，但核部寒武地层只测量出一半，推测3、4线布设地段处在杨芳林背斜南翼一侧，正核部推测应该在北侧1～2 km处，推测该背斜呈东西向展布，背斜北翼倾角较缓，南翼倾角较陡，由西向东呈上翘状。

3、4剖面1 000～1 200 m深度范围内推测地层为志留系S的地层，推测向南S深度急剧变深，以砂岩、粉砂岩和页岩为主，视电阻率小于500Ω·m;S以下为奥陶系O地层，推测埋深1 200～1 600 m，向南逐渐加深至3 000 m，以页岩、灰岩为主，电阻率400～900Ω·m;O以下为寒武系(∈)地层，以灰岩为主，电阻率大于900Ω·m，厚度未揭穿。

结合区域资料与3、4线物探资料分析，推测在3线400-500号点直接和4线750号点附近存在断层构造，推测该断层倾向北，倾角近似直立。

3.2.3 广域5、补6线

5线布置在云石村北西侧1.5 km处，补6线布置在5线北西侧200 m处与5线基本连续，两测线均平行于3、4线由北向南布设，方位角180°，5线、补6线勘查目的是进一步查明工作区内地层分布情况以及杨芳林背斜核部展布情况，验证3、4线资料。6-8剖面图是补6线与5线合并而成的联合剖面图(见图9)，前半段为补6线测线，后半段为5线测点。

从5-5’测线电性剖面可以看出，杨芳林背斜展布情况及地层分布情况与推测一致，5线地段处在杨芳林背斜核部，补6线基本进入背斜的北翼一侧，且该区域志留系和奥陶系地层厚度变小。

补6线和5线剖面900～1 200 m深度范围内推测地层为志留系(S)的地层，推测志留系(S)地层向南深度急剧变深，向北缓慢变深，以砂岩、粉砂岩和页岩为主，视电阻率小于400Ω·m;S以下为奥陶系(O)地层，推测厚度200～500m，奥陶系地层向南逐渐变深，以页岩、灰岩为主，电阻率400～1 000Ω·m;O以下为寒武系∈地层，以灰岩为主，电阻率大于1 000Ω·m，厚度未揭穿;在补6线300-900号点，深度2 300～3 000 m区域出现较大低阻异常区，电阻率40～500Ω·m，该区域岩性不详，推测可能存在断裂破碎带，另在700号点处推测存在断层，断层倾向北，倾角较陡，大于70°，结合1-5线，推测断层走向北西。

根据地面调查及物探结果可知，杨芳林背斜在深部出现了一定的倾伏，本次施工钻孔在避开咸九高速保护范围后，仍处在背斜的转折端，且物探解译该处存在较大范围的相对地区低阻，该地热井在1 200 m后，电阻率偏高，意味着揭穿志留系热储盖层，实际已施工地热井在1 260 m进入奥陶系中统宁国组的石英砂岩地层，石英脉、节理裂隙较发育，为地下热水提供了良好的通道。

如上所述，物探成果基本查明厦铺—杨芳林地热田热储埋深、深部构造形态以及盖层与热储层的分界面。为后续地热田边界划分提供依据。

4 结语

(1)从1、2线电性剖面可以看出，由于背斜体征导致云石村以南志留系(S)地层厚度逐渐增大，奥陶系地层也增大至3 000m，南部可能还会更深。

(2)综合分析3、4、5及补6线物探资料可初步得出该区域内杨芳林背斜的展布情况，推测该背斜呈东西向展布，背斜北翼倾角较缓，推测分布有断裂构造，岩层较破碎;背斜南翼倾角较陡，岩层较完整。背斜整体由西向东呈上翘状，向西侧志留系地层变薄，向东侧变厚，故物探资料显示西侧5线寒武系地层埋深浅，最东侧4线的寒武系地层埋深大。

(3)各地层厚度及电阻率特征，志留系(S)地层电阻基本小于500Ω·m，厚度900-1800m;奥陶系O地层电阻率400～900Ω·m，厚度大于300 m，向南西侧厚度急剧增大;寒武系∈地层电阻率基本大于900Ω·m，根据断裂构造发育、裂隙发育等因素影响呈现不同电阻率，厚度未揭穿。

(4)根据本次物探资料结合区域资料的综合分析推测工作区内存在一条北西向断层构造，推测该断层走向北西330°左右，倾向北-北东，断层倾角较陡，大于70°，近似直立;另在5线范围内存在一条近东西向断层，该断层倾向南，倾角较陡，大于70°，900 m以上发育在志留系(S)地层中，900 m以下顺奥陶系(O)地层发育。

(5)根据区域资料，志留系和奥陶系以下的寒武系岩层主要为高阻的灰岩为主，如果构造发育或岩体破碎，可能导致其电阻率降低。根据电阻率特征初步分析认为在寒武系地层中电阻率较低的相对低阻区域，为较好的富水层，建议在志留系(S)地层厚度较大的地段中，选择寒武系(∈)中相对低阻的部位布置钻孔。