区内断裂构造按照展布方向主要可归纳为NE、NW和NNE向3组, 主干断裂为NE向, 分布最为广泛, 其次为NW向。地貌与地质构造关系非常密切, 冲沟和河谷最为密集的地区往往也是断裂构造最为发育的地区。寺前镇、汤泉镇、牛镇镇、天华镇以及晋熙镇的镇中心一般都是几条冲沟(断裂)的交汇部位, 地势低缓, 有利于地下热水排泄, 同时这些地区人口分布集中, 商业繁华, 地热资源开发利用区位条件较好。因此在区内划分了5个重点区, 分别为牛镇、寺前、汤泉、天华和晋熙重点区(图4, 图5)。1:5万地热地质调查中对遥感数据提取的热红外异常进行了实地验证, 发现多为植被或遗弃的建筑材料、铁架等引起, 未发现地热线索, 也未发现明显的水温异常点。

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 花亭湖风景区地质简图 1.第四系; 2.震旦纪港河岩组; 3.新太古代大别岩群; 4.燕山期花岗岩; 5.变质变形侵入体; 6.榴辉岩; 7.实测正断层; 8.实测逆断层; 9.推测平移断层; 10.推测性质不明断层; 11.遥感解译断层; 12.研究区范围; 13.重点区范围; 14.汤水湾温泉; 15.城镇。Fig.4 Geological sketch map of Huating Lake scenic spot

图5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 花亭湖风景区遥感影像Fig.5 Remote sensing image map of Huating Lake scenic spot

以牛镇重点区为例介绍靶区优选方法及应用效果。

牛镇重点区位于牛镇北部和东部, 地貌以低山丘陵为主, 兼有宽缓河谷, 面积约为21 km²。区内构造相对较为复杂, 南部为大别岩群变质岩, 北部为燕山期二长花岗岩侵入体, NE向和NW向多条断裂在区内交汇, NE向断裂主要有黄家大屋断裂(F102)、西冲断裂(F103), NW向断裂主要有龙须沟— 牛凸岭断裂(F122)(图6)。

图6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 牛镇重点区地质简图 1.新太古代大别岩群桥岭组; 2.早白垩世桥埠滩单元二长花岗岩; 3.下五河花岗质片麻岩; 4.银河花岗质片麻岩; 5.实测正断层; 6.实测逆断层; 7.物探推断断层; 8.推测断层; 9.可控源测量剖面及编号; 10.水化学取样点及编号; 11.验证钻孔; 12.重点区范围; 13.地热靶区范围。Fig.6 Geological sketch map of key investigation area in Niu town

3.2.1 地热地质调查

通过地热地质调查, 了解牛镇重点区不同类型地下水的分布特征。

龙湾河河谷宽阔, 沉积厚度较大, 中粗砂, 是第四系孔隙水的主要分布区; 基岩风化裂隙水分布较为普遍, 主要位于山脚的基岩风化带, 动态变化较大; 构造裂隙水主要分布在龙湾河以西, 有4~5个构造裂隙水点, 均为历史悠久的老井(泉), 位于牛镇北部NE向龙须沟— 牛凸岭断裂(F102)和NW向黄家大屋断裂(F122)交汇部位附近, 呈近SN向带状展布, 水量大, 动态稳定, 水温16~18 ℃(气温约10 ℃)。

3.2.2 可控源音频大地电磁测量

根据1:5万区调资料^[9], 重点区内4条主要实测断裂中, F103、F104为压性逆断裂, F102、F122为张性正断裂。为了进一步厘定主要实测断裂的深部特征和水力性质、寻找隐伏断裂, 在区内开展了可控源音频大地电磁法测量。可控源音频大地电磁法(Controlled Source Audio Magnetotelluric Method, CSAMT)采用人工源, 相比较于大地电磁法(Magnetotelluric Method, MT)和音频大地电磁法(Audio Magnetotelluric Method, AMT), 具有信噪比高、施工效率高等优点, 目前已经广泛应用于固体矿产勘查、能源勘查以及水文、工程、环境和灾害地质调查等方面^[15]。

通过对牛镇重点区主要已知断裂的CSAMT测量发现, F102和F122在CSAMT剖面上总体表现为电阻率梯级带, 局部等值线弯曲下凹, 低阻异常特征不甚明显, 部分剖面上浅部低阻特征明显, 可能表明断层局部富水性较好。F103和F104断裂在CSAMT剖面上低阻异常特征明显, 均向西南方向陡倾。另外, 根据CSAMT剖面NZ18、NZ20线以及遥感影像共同识别了隐伏断裂F201, 断裂主要沿龙湾河呈NW向展布, 大致平行于F122断层, CSAMT剖面上表现为电阻率等值线梯级带(图7)。NZ20线CSAMT剖面中还可以发现-400 m以浅存在一条明显的低阻异常带与F201斜交, 低阻带推断为储水构造的反映。

图7

Fig.7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图7 牛镇NZ18线(左)、NZ20线(右)可控源音频大地电磁测量剖面Fig.7 CSAMT profiles of line NZ18 and NZ20 in Niu town

3.2.3 水化学分析

通过对区域地热田特征的总结, 发现地热流体水化学特征非常明显, 其水化学类型主要为SO₄· HCO₃-Na型, 矿化度及主要阴阳离子含量均明显高于普通地下水, 还含有F^-、H₂SiO₃、Sr、Li等标志性化学组分^[16]。因此在地热地质调查和可控源音频大地电磁测量的基础上, 选择牛镇重点区内具有代表性的水点进行了取样分析, 取样点大部分为构造裂隙水点, 少部分为基岩风化裂隙水、第四系孔隙水与构造裂隙水的混合水。通过表1可以发现, 在所有取样点中, 牛镇北部黄家坳JC47取样点溶解性总固体、Na⁺、Ca²⁺、 SO42-、Li、Sr、H₂SiO₃含量均为最高, 与汤水湾温泉样品(QT024)相对最为接近, 结合该地区的构造特征判断, JC47取样点深部可能存在地热流体, 地热资源潜力较大。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 牛镇重点区水点主要成分含量 Tab.1 Main ingredients of water spots in key investigation area of Niu town 取样点 溶解性 总固体 ρ (Na+)/ (mg· L-1) ρ (Ca2+)/ (mg· L-1) ρ ( SO42-)/ (mg· L-1) ρ ( HCO3-)/ (mg· L-1) ρ (Li) (μ g· L-1) ρ (Sr) (μ g· L-1) ρ (F-)/ (mg· L-1) ρ (H2SiO3)/ (mg· L-1) JT68 80 7.81 7.07 7.15 42.83 0.369 34.1 < 0.1 38.87 JT73 163 17.40 12.82 7.53 48.94 3.522 119.7 0.12 57.84 JT78 102 7.85 11.13 10.75 48.94 0.469 75.1 0.15 29.25 JT89 90 5.70 13.07 4.98 67.30 1.056 70.6 0.17 26.15 QC27 170 13.41 17.89 12.55 73.41 3.106 136.9 0.17 56.77 QT31 155 14.02 13.85 12.54 55.06 4.825 138.8 0.16 60.75 JC47 225 22.52 24.69 21.43 73.41 4.991 290.0 0.18 62.39 JC48 136 13.13 13.71 6.42 73.41 4.599 122.4 0.32 57.79 QT024 470 108.20 21.71 198.00 100.94 97.680 686.2 7.56 89.88 Y1 298 48.47 34.00 89.80 131.53 33.570 644.9 4.50 48.16 注: QT024为本次在汤水湾温泉所取样品, Y1为本次验证钻孔中所取地下水样品。

表1 牛镇重点区水点主要成分含量 Tab.1 Main ingredients of water spots in key investigation area of Niu town

根据以上结果, 认为牛镇北部黄家坳地区存在隐伏地热资源的潜力较大, 该处是由4条断裂(F102、F122、F201、F35)构成的一个菱形洼地, 面积约2.3 km², 地貌特征与汤水湾温泉类似, 北、东、西三面为河流包围, 南面环山。地质构造上处于花岗岩侵入体与大别岩群片麻岩的接触部位, 周边发育多条NE向和NW向断裂。NZ20线CSAMT剖面上的低阻异常和JC47点水化学特征, 指示该处非常可能有深循环的构造裂隙水存在, 可作为地热靶区开展钻探验证工作。

靶区选定后, 为进一步确定验证钻孔位置, 在靶区内开展了构造补充调查。F201断裂在地貌上主要表现为深切河谷。调查发现河东岸的花岗质片麻岩(Ygn)在河西岸消失, 可佐证断层存在。另外, 河两岸多个调查点均存在一组(210° ~240° )∠(50° ~70° )方向的张性裂隙, 与推断储水构造方向一致。根据调查结果分析, F122可能为导水断裂, 从高处接受大气降水补给, 经深循环后, 在黄家坳一带沿与F201斜交的含水构造运移, 形成储热构造, 而NW向断裂F201更可能为阻水构造, 3条断裂之间呈“ H” 形耦合关系。

为了验证推断的成热模式, 在JC47取样点北东约50 m、NZ20线CSAMT剖面1 250点处施工了验证钻孔Y1, 孔深300 m, 发现水温为22 ℃, 涌水量为780.4 m³/d(降深S=20.62 m)的地下水资源, 含水段主要为孔深137~140 m的构造裂隙。

本次验证虽未发现地下热水(水温≥ 25 ℃), 但钻孔地下水水化学类型为SO₄· HCO₃- Na· Ca型, 其 SO42-和Na⁺的含量接近汤水湾温泉的1/2, 地热流体特征组分H₂SiO₃、F^-、Sr、Li等微量元素含量均有明显异常, 且与汤水湾温泉接近(表1), 表明钻孔中为深循环地下水。钻孔含水段位置与CSAMT剖面显示的低阻带深度一致, 表明CSAMT剖面推断结果可靠。测井结果显示, 含水段井温梯度和井液电阻率均有明显异常, 全孔井温梯度平均约为2.25 ℃/100 m, 而含水段的井温梯度可达20.79 ℃/100 m(底点井温-顶点井温/含水段厚度× 100)。钻孔分析与测量结果与地球化学、地球物理推断结果相吻合, 表明该处确实存在深循环的构造裂隙水, 但水温偏低。