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。長期以來,曾有不少單位采用如鉆井、擴泉等不同手段對該溫泉進行了研究,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,開展了地球物理及地球化學勘探。依據發現的異常及推測的地質構造確定了驗證孔位。

 

  經鉆探驗證,打出了38e的地下低溫熱水。根據水質化驗結果及國家有關標準評價,溫泉水礦化度為0. 83 g /L,水化學類型為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指標。

 

  1 地質及水文地質概況

 

  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。巖性以蘇長巖和似斑狀花崗巖為主,蘇長巖巖體普遍受區域變質和動力變質作用,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 地質構造

 

  本區區域地質構造屬陰山東西緯向構造帶的南緣。因受早期構造運動的影響,在南北向應力場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。歷經多次構造運動,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。隨著構造運動的發生,產生了北東向、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,形成時代較早。而生成較晚的北西向斷裂將上述2組斷裂斷開,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。局部見有壓扭性結構面.如中水塘北部的蠻汗山山前西營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 水文地質調查

 

  為了解區域水文地質條件,在熱水露頭外圍50余km2范圍內,進行了水文地質調查,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樣品,同位素樣品送往國內較具權威的單位進行了化驗。統計測區周圍80 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

 

  為查明中水塘周圍地質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程發現的各類物化探異常進行了綜合分析,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卡高脈沖異常點等。

 

  2.1 地溫測量

 

  開展地溫測定,圈定地熱異常是尋找地熱田直觀而有效的方法。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圖(圖1)。圖1中, 10e等溫線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,長約1. 4 km,寬約0. 35 km,菇柄異常呈北西分布,長0. 7 km,寬0. 3 km。11e等溫線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,開展了淺層地震反射波法測量。采用單邊放炮6次覆蓋觀測系統,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構造。依據地震時間剖面分析,該區地震地質條件較好,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(圖3),可將該區地層分為4個電性層:電測深曲線前支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,推斷主要由砂質泥巖或泥質砂巖組成;尾支呈近45b角上升,為基底巖層。參考區域地質條件,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。

 

  從通過熱異常中心的測深剖面分析,地電斷面Qs等值線在測線的60~80點中部變陡向上,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等值線變陡近似直立、且有向上開口延伸至地表的等值線半封閉圈,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; c)Hg、As異常曲線; d)推斷地質剖面道,采用-5 kV靜電濾膜在地下20~30 cm處收集來自斷裂帶深處氡衰變后產生的粒子數,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卡測量可見在斷層上方存在高達300~800 cps的異常,由此推斷該處存在著傾向北西,傾角70b~80b,長約90 m的斷裂。

 

  2.5 土壤地球化學測量

 

  為了進一步確定地質構造帶的存在,在地溫異常區選擇了地熱構造的指示元素Hg、As,進行了土壤地球化學測量。用Hg、As等深大斷裂中易于揮發擴散元素異常來證明所推斷斷裂的可靠性,從工作成果圖上可見,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。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,可與西營子斷裂相接。地熱二級異常嚴格受北西向地質構造的控制,而呈等軸狀,異常中心恰與2組構造交點復合在一起。地熱異常中心不僅有地質破碎帶,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代較早,但斷層活動連續性強,直至近代,并繼承了老斷裂的活動,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構造控制。基于上述認識,結合該區的水文地質條件,確定選擇2組構造交匯點同時又是地熱異常高值點的70 /10點為鉆孔位置,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,見破碎帶。在驗證過程中,由于設備專用配套程度較低,隊伍沒有經驗,當鉆孔施工至230 m深砂礫巖層段時,發生層壓熱水井噴,熱水帶著泥沙噴出距孔口2 m多高,及時采取措施封堵。成井后測量,為38e的地下低溫熱水。

 

  4 結束語

 

  采用人工地震測量,初步查明勘查區隱伏斷裂構造的位置、性質及產狀;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。總而言之,綜合物化探方法在地熱資源勘查中發揮的作用不可替代。

 

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