大地电磁测深(MT)与土壤氡气测量在涡阳地区地热勘查中的应用

山东国土资源

2016年10月

大地电磁测深（MT)与土壤氡气测量 在涡阳地区地热勘查中的应用

陈

大

磊

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朋

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晨

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先

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章

2

(1.山东省物化探勘查院，山东济南250013;2.安徽省地质环境监测总站，安徽合肥230001)

摘要:为了研究涡阳地区深部构造和热源条件，在髙炉镇附近进行了大地电磁测深（MT)测量和土壤氡气测量工 作。通过对大地电磁测深结果和土壤氡气浓度异常分布范围分析和解释，指导区内地热勘查工作。通过资料解 释，基本查明区内构造的走向及其垂向延展特征，查明基底起伏变化情况并了解深断裂的控制性，预测地热成矿区 有利地段。研究证明，利用MT与土壤氡气测量对隐伏断裂位置和地热异常具有较好的指示意义。关键词：MT与土壤氡气测量;地热勘查;涡阳县 中图分类号:P631.325

文献标识码:A

引文格式:陈大磊，郭朋，刘晨成，等.大地电磁测深（MT)与土壤氡气测量在涡阳地区地热勘查中的应用[J].山东国 土资源，2016,32( 10) :61 —.CHEN Dalei，GUO Peng，LIU Chencheng，etc. Application of Magnetotelluric Sounding (MT) and Thesoil Radon Measurement in Geother^nal Exploration in Guoyang Area [ J ]. Shandong Land and Resources，2016,32(10):61 .

工作区位于涡阳县城东南部，主要围绕岳集大 断裂进行调查评价，岳集断裂为该区的主要控水断 裂,在工作区北部现已探明验证，该断裂带南延具体 走向尚未明确确定，由于研究区内地表基本上被第 四系覆盖，深部构造分布及走向尚未定论。为查明 研究区内控水断裂及其深部延伸特征以及氡气浓度 异常的分布范围，指导区内地热勘查工作，根据以往

的资料[1]，采用了 MT与土壤氡气测量在高炉镇附 近进行了联合勘探。研究表明：土壤氡气测量对圈 定构造破碎带具有良好的应用效果;大地电磁测量 法在解决断裂构造破碎带、蚀变带以及地层接触带 等岩性电性变化部位具有良好的反应。

造单元属中朝准地台淮河台坳，次级单元为淮北褶 皱断带宿州凹断褶束。宿州凹断褶束是淮北煤田所 在，工作区位于该区西南部,发育有区域性NNE向 岳集断裂和EW向板桥集断裂，岳集断裂两侧地层 错切，并发育次级NNE向断层，板桥断裂南侧五河 群地层与北侧寒武、奥陶纪地层接触。上覆上新近 系、第四系（图1)。1.2地球物理特征

由于影响岩石电阻率的因素众多，自然环境下 某种岩石的电阻率并非某一特定值，而是随特定环 境下岩石孔隙中的含水量、温度、深度压力及矿物结 构等，在一定的范围内变化。根据以往的物探及测 井资料统计，一般环境下，第四系和新近系砂岩电阻

率一般在10〜50 n • m，二叠纪石英砂岩和泥质页 岩电阻率一般为150〜1000n.m，电性稳定;奥陶纪 灰岩、寒武纪灰岩，电阻率一般在1000〜20000 .m， 太古代五河群变质岩为高阻岩体，电阻率值大于 20000. m。但当有断层存在情况下，岩石破碎且 充水，其电阻率明显降低，电阻率值小于500 n.m，

1地质及地球物理概况

1.1地质

工作区地层属于华北地层大区晋冀鲁豫地层区 徐淮地层分区淮北地层小区。主要发育有太古代五 河群、古生代寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系及新近 系和第四系，地表皆为第四系覆盖。区域内大地构

收稿日期：2015 04 26;修订日期：2016 06 03;编辑：陶卫卫 作者简介：陈大磊（19SS—），男，山东潍坊人，助理工程师,主要从

:勘查工作；E — mail:cdl2602080210@ sina.com

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最快3 min完成一个点的测试工作,相对国外产品 工作效率提高近10倍），是国内土壤氡检测最先进 的测试仪器。

3资料解释

通过对MT野外原始数据进行格式转换处理

后，剔除了各种干扰频点，经过专用软件WinGLink 数据处理反演，频率与电阻率对应关系转换为深度 与电阻率的对应关系，据此绘制了 4条MT剖面的 图1勘查区区域地质图（附工作布置)

特别是在温泉附近，构造充水且被加热，其电阻率降 低更为明显，在视电阻率断面等值线图上呈明显的 低阻梯级带及低阻“ U”字或“ V”字形异常[2 3]。

2工作布置

该次物探工作布置是在前期地质调查的基础

上,地质技术人员根据区内的具体情况，现场布设。 共布设MT剖面4条,氡气测量剖面3条。该次大 地电磁测深工作使用的设备是加拿大凤凰公司生产 的V8电法工作站（多功能电法仪），V8是加拿大凤 凰公司最新一代高科技多功能电法仪，成功地解决 了很多过去在实际生产中所遇到的瓶颈问题。V8 系统采用的是先进的模块化技术，包含天然场的大 地电磁（MT)和音频大地电磁（AMT)，以及人工场 源的可控源音频大地电磁（CSAMT)、各种时间域和 频率域电磁功能（TDEM，FDEM)、激发极化一时间 域和频率域（SIP，IP )、各种电阻率电法勘探测量功 能。该次土壤氡气测量所用的设备仪器为FD 3017测氡仪。FD 3017型RaA测氡仪（土壤测氡 仪)是一种新型的瞬时测氡仪器，它利用静电收集 氡衰变的第一代子体-RaA作为测量对象，定量测 量土壤，或水中氡浓度。其特点是没有探测器污染 问题,也不存在氡射气的干扰影响，并且具有较高的 灵敏度，操作简便，现场可获取结果（一般需5 min，.62.

视电阻率断面等值线图（图2)。氡气测量判定断裂 的主要依据是在断裂构造带上，由于岩石破碎致使 断裂附近岩石的放射气性能增强，断层面附近的放 射性元素丰度也往往较大，岩石的射气系数也都比 较大，因此断裂破碎带上的放射性气体常常出现正 异常[45]。绘制了 3条氡气测量剖面的氡气含量曲

线图（图3)。

根据MT 1剖面视电阻率资料知，点号2 800〜 4 400内，视电阻率等值线同步向下弯曲，出现明显 的梯级异常带，梯级带两侧岩性的电性特征有明显 的变化，为典型的断层异常特征，根据该剖面的电性 特征及该区的地质资料综合分析知，2 800〜4 400点 区间内的高低阻接触带，为F,(岳集断裂）断层反 应，向SE倾，倾角70°左右。同时DQ 1剖面在 2 350〜2 650点出现了明显的氡气含量高值异常带, 该异常高值点并未出现在断层正上方，在前期正断 层的测氡剖面上，异常曲线较缓一侧为断层的倾向， 异常最大值不是出现在断层正上方，而是出现在断 层倾向方向的斜上方，由此可以推测该断层为正断 层[6]，倾向E，与大地电磁测深成果一致[7]。综合分 析,F,断层西侧地层破碎较为严重，地温较为异常。

MT 2剖面视电阻率资料在0〜500点出现定

向延深的低阻带，电阻率等值线呈明显的“ V”字型 反映，两侧电性层无明显变化，对应该工作区的F2 中心集断裂;4 400〜5 000点电阻率等值线出现明显 “ V”字型反应，为一小型断裂;在6 000〜7 500点电 阻率断面图上出现了明显的高低阻接触带，接触面 对应点号在6 000点附近，两侧岩性分别为岩脉和 寒武纪灰岩,该断裂带对应MT 1剖面的F,岳集 断裂，低阻值较深较宽,反应断裂带灰岩破碎，岩溶 发育充水。同时DQ 2剖面在1 100〜1 900点出现 了明显的氡气含量高值异常带，该异常高值点为岩

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技术方法

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MT 3剖面视电阻率资料在200〜1 000点之

间，1 000 m以下有一明显等值线梯级带,等值线 同步向下弯曲，呈现明显的“V”字型异常，为断层异 常特征反应;在200〜1 000点之间断裂带两侧岩性 出现电性差异，南侧视电阻率值在2 000 n.m以 上，北侧电阻率值在1 000〜2 000 n.m,分别与MT 3剖面的F3板桥断裂两侧岩性相对应，推断该异 常为F3板桥断裂带。MT 4剖面视电阻率资料在 600〜1 600点；5 000〜5 600点，出现已明显的等值 线梯级带,等值线同步向下弯曲，呈现明显的“V”字 型异常，为明显的断层异常特征。在600〜1 600点， 低阻异常推断为F3板集断裂，梯级接触带位于700 点,断裂带N倾，南侧地层为五河群变质岩，电阻率 大于20 000 n.m,北侧为页岩、粉砂岩、灰岩，电阻 率值在150〜1 000 n-m。在5 000〜5 600点处，高 低阻接触带位于5 200点附近，异常推断为F2中心 集断裂，两侧岩性电性层有明显差异,断裂带南侧为 石炭纪、寒武奥陶纪地层，北侧对应古近纪、二叠纪 的泥岩、砂岩。

脉位置,2 300左右高异常值位于F,岳集断裂倾向 的斜上方，由此可以推测该断层为正断层，倾向E, 与大地电磁测深成果一致。

4综合推断

根据该次大地电磁测深成果推断断裂构造基本

标志特征推测工作区主要断裂为F,岳集断裂、F:

.63.

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中心集断裂带和F3板桥断裂。MT 1,MT 2和

MT 3三条MT剖面线从北到南跨越F,断层展布,

从其视电阻率断面显示，工作区地面400 m以下，电 阻率等值线扭曲严重，出现明显的“V”字型电性特 征梯度异常带，电阻率值在50〜2 000 n.m之间变 化，推测SF,断裂带在测点上的异常反映。特别是

MT 2剖面在岳集断裂带附近小于100 n.m低阻

值深度达1 600 m以上，说明断裂带破碎且充水。

F2中心集断裂是一条“…”型EW向正断裂，倾向 N。MT 2,MT 3和MT 4三条MT剖面测线分别

穿过该断裂东西两端，但该次物探测点布置不多, MT 2,MT 4线仅在断层西端断层上及两侧布置 了 5个测点，从图2可以看出,视电阻率等值线在该 处出现了明显的等值线梯级带，小于100 n.m的 视电阻率低阻值深度达1 600 m以上，说明断裂带 破碎充水。MT 3剖面线由于受Fi深断裂的影响 并未解译出该断层。F3板桥断裂是工作区物探推 测的又一相对较大的断裂,MT 3和MT 4剖面分 别穿过该断裂东西两端并与其垂直布设。从MT 3 和MT 4视电阻率断面图知，工作区地面900 m以 深，出现明显的等值线梯级带,并且等值线同步向下 弯曲，呈现明显的“V”字型异常，两者均为明显的断 层异常特征。结合区域地质条件,推断该异常为F3 板桥断裂带。该次氡气测量的DQ 1线和DQ 2 线氡气测量曲线图（图3)显示，氡气测量异常曲线 变化较为明显，呈跳跃式起伏变化。根据区域地质 资料，在断裂带上面的测点出现明显的高值异常。 根据氡气测量出现异常的原因，同时结合该次的大 地电磁测深成果,3条测氡线出现的氡气含量高值 异常带推断为Fi丰涡断裂（岳集断裂）的反应（图 4)[8 |0]。

5结论

(1)根据该次物探资料及工作区的地质综合分

析，研究区内F,,F2,F3,3条构造发育良好,地势平 缓，补给面积较大,具有良好汇水、富水条件,F,,F2,

F3断裂交会部位,具有良好的成井条件，建议下一

步工作将中心集断裂（F2)以南、岳集深大断裂（F,) 两侧1.5 km以及板桥断裂（F3)和岳集深大断裂

(FJ交会处西侧200 m范围作为拟勘探靶区，在圈

定的地热靶区内最有利部位，进行深井钻探验证，实 行探采结合。..

图4综合推断图

(2)研究区第四系覆盖厚而广，通过方法应用 研究分析认为该区选择的物探方法正确、有效，利用

大地电磁测深（MT)与土壤氡气测量查明揭示了区 内断裂构造的分布及产状，圈定地热成矿有利靶区, 综合分析认为，MT和土壤氡气测量方法组合的利 用，在该区寻找地热资源是有效可行的。

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6 659.

(下转第68页）

的

尔

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社,2012.

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合区域已有的地层渗透率等相关参数，反算出合理 的滤水管直径,使实测水位降深与理论降深无限接 近，将井损降到最小，使得抽水试验更加真实。

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试验确定水文地质参数探讨[」]■中全生产科学技术， 2014,(3) ：24 29.

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损影响的解决方法探讨[」]■中国西部科技,2010,( 18):7 8.作用[」]■工程勘察,2009,(11) :44 47.

中国地质调查局■水文地质手册（第二版）[M] ■北京:地质出版

[5]

Determination of Well Loss in Pumping Test of Geothermal Well

WANG Lidong, ZHAO Jichu, YU Xi, LI Xinyu, ZHANG Pingping

(Lubei Geo engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253072, China)

Abstract ： The evaluation ol groundwater resources is usually to estimate water exploitation quantity in geothermal a­nomaly areas. Mature method is relatively small. Major method is todetermine the hydrogeological parameters ol aq­uifer in accordance with the pumping test data, such as permeability, transmissivity, storage coefficient and degree of water supply. Determination of hydrogeological parameters is reasonable or not will directly affect the final results of the credibility, and in relation to scientific evaluation of water resources demonstration. In calculating the param­eters ,in order to make the calculation results more close to reality, well losscan not be ignored. In this paper, 2 kinds of calculation methods have been calculated. Combining with pumping test analysis and calculation, a rela­tively accurate calculation method should be choosed.Key words ： Hydrogeology; well loss ； pumping test

(上接第页）

Application of Magnetotelluric Sounding (MT) and Thesoil Radon

Measurement in Geothermal Exploration in Guoyang Area

CHEN Dalei1 , GUO Peng1 , LIU Chencheng1 , YU」iabinl , WU Shuoxian1 , WANG Mingzhang2

(1. Shandong Geophysical and Geochemical Exploration Institute, Shandong」inan 250013, China; 2. Anhui Moni­

toring Station of Geological Environment, Anhui Hefei 230001, China)

Abstract: In order to study deep structures and heat source conditions in Guoyang area, magnetotelluric sounding

(MT) and soil radon measurement have been carried out in Gaolu town. Through analysis and interpretation of mag­

netotelluric sounding and soil radon concentration anomaly distribution, geothermal exploration work in this area has been carried out. Through data interpretation, direction of the structures in this area, its vertical extension charac­teristics and the changes of basement relief have been identified, and the controlled ovarian have been understood, and favorable areas of geothermal forming have been predicted. it is showed that it has good guiding for determing the locations of buried faults and geothermal anomaly by using MT and soil radon measurement.Key words ： MT and soil radon measurement; geothermal exploration； Guoyang county

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