地熱能是一種很好的綜合礦藏，不僅可用于取暖、發(fā)電、還能用于醫(yī)療、飲用礦泉水、提取多種礦物質(zhì)等。近年來，隨著地熱資源的開發(fā)不斷深入，我國中低溫地熱能資源豐富，尤其是湖北咸寧市，對其有效的進行發(fā)開與利用，對我國未來的發(fā)展有著十分重要的作用。本文結(jié)合咸寧市地熱井建設項目，利用化探以及綜合物探的手段，對地熱井施工位置進行精準定位，提高地熱井的成功率，從而增強經(jīng)濟效益。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地層

通山縣廈鋪—楊芳林地熱田重點勘查區(qū)出露地層除第四系外只出露了志留系地層，本次填圖單元劃分依照《湖北省巖石地層》，下面由老至新依次為志留系下統(tǒng)新灘組(S1x)，志留系下統(tǒng)墳頭組(S1f)，志留系下統(tǒng)茅山組(S1m)，第四系(Q)。

1.2 構(gòu)造

通山縣廈鋪—楊芳林地熱田的具體構(gòu)造位置為楊芳林背斜核部，屬幕阜山復式背斜的北翼部份，與幕阜山背斜核部主體組成似“U”型箱狀褶皺。楊芳林背斜軸向近東西向，核部地層為志留系新灘組，兩翼為墳頭組，北部為洋港向斜，南部為城山向斜。區(qū)內(nèi)斷裂較為發(fā)育，主要有北東、北西向基底斷裂，城山向斜核部北東向斷裂見有輝綠巖侵入，見圖1。

1.3 褶皺

晉寧運動是區(qū)內(nèi)最早的一次構(gòu)造運動，冷家溪群遭受東西向擠壓，形成近南北向倒轉(zhuǎn)褶皺，并伴隨著南北向撿起而變形帶的發(fā)育。印支-燕山期奠定了區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造格局，主要表現(xiàn)為近東西向褶皺構(gòu)造與伸展滑脫構(gòu)造。如區(qū)內(nèi)楊港向斜、楊芳林背斜與城山向斜組合形態(tài)(圖2)。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造從北至南主要有洋港向斜、楊芳林背斜、城山向斜，以及多處小的背斜、向斜。發(fā)育多組北西向及北東向斷裂，斷裂相互切割，巖性破碎。

2 地熱田化探成果

氡氣是一種由鐳蛻變而產(chǎn)生的惰性放射氣體，它的半衰期為3.825 d。放射性氣體自由氡，受擴散和對流等作用的影響而發(fā)生運移。介質(zhì)的孔隙度、粒徑大小、孔隙的結(jié)構(gòu)等介質(zhì)結(jié)構(gòu)條件對氡遷移的速度有較大的影響。在基巖的破裂構(gòu)造等巖石疏松或孔隙相對較多的地段，氡氣能更迅速的地下深處運移到地表，所以在斷裂破碎帶的上方常常存在著氡(RaA)的異常。有些氡氣被保留在巖縫中，不能參與到擴散和對流等過程作用，但是，在活動斷裂帶等巖石疏松或孔隙比較多的路段，由于其有效孔隙度和滲透率偏高，并且破碎帶膠結(jié)程度較差，能夠成為氡氣聚集和對流的良好通道;再者，因為斷層帶發(fā)生了新的活動，例如地震、滑坡等地質(zhì)災害，使得被束縛在斷裂帶裂隙中的氡氣被釋放出來成為自由氡，并可以用相關(guān)的儀器進行收集。由于以上兩個因素，斷裂上帶土壤可成為氡氣富集區(qū)，土壤中氡氣濃度也相應會高于當?shù)氐貐^(qū)的氡氣濃度背景值。從而可以利用斷裂帶氡氣釋放強度、范圍來判斷覆蓋區(qū)斷裂帶的空間分布的具體位置。

正式測量前應對儀器進行測試，多組對比以保證儀器正常運行且數(shù)據(jù)可靠。測點布設相對干燥的土壤，點與點間隔50 m。采用長80 cm的專用鋼釬手動打如土壤，大概深入60cm左右，成孔后抽出鋼釬將取樣器快速插入孔中，確保采樣孔完全密閉，以防空氣的滲入。打開測氡儀開關(guān)進行抽氣測量，取樣抽氣5 min，結(jié)果檢測1 min后儀器自動顯示并存儲結(jié)果數(shù)據(jù)。

本次氡氣測量對重點勘查區(qū)進行全覆蓋，測量面積21km2，測量點數(shù)745個點，測量密度為250×50 m，對重點構(gòu)造部位及異常點進行25 m點加密測量。本次共布設南北向30條剖面線，東西向3條剖面線。

將1 594個野外實際測量點數(shù)據(jù)上圖繪制氡異常區(qū)，通過計算后的背景值與閥值數(shù)據(jù)對勘查區(qū)繪制等值線圖(圖3)。整體而言地表氡氣測量值離散系數(shù)較小，從圖中上可以看出高異常靶區(qū)多呈點狀分布，測區(qū)南部多于北部，于云石村、城山一帶，異常點較多，但連續(xù)性差，主要是由于志留系覆蓋較厚，巖性多為粉砂巖、頁巖，后期充填于斷層之中，孔隙率及孔隙度降低，對氡氣產(chǎn)生了一定的屏蔽作用，但總體可反應地面調(diào)查過程中，地表出露的斷裂是連續(xù)的，并穿過了本次的重點調(diào)查區(qū)。

3 地熱田地球物理特征

3.1 物性特征

根據(jù)本次研究的工作區(qū)主要巖性分布，主要搜集區(qū)內(nèi)沉積巖物性資料，如表1所示。

從巖(礦)石物性參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果來看，志留系泥質(zhì)粉砂巖電阻率值變化范圍為20～500Ω·m之間，奧陶系頁巖、石英砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r電阻率值變化范圍為500～900Ω·m之間，寒武—震旦系炭質(zhì)頁巖電阻率值變化范圍為10～100Ω·m之間，測區(qū)內(nèi)巖層之間，存在有較大的電性物性差異，本次勘查具備電磁法勘探的地球物理前提條件。

本次收集資料及實測剖面可知，志留系及奧陶系地層基巖出露區(qū)厚度穩(wěn)定，巖相變化相對簡單。前文已述，地熱區(qū)楊芳林背斜核部與幕阜山背斜核部主體組成似“U”型箱狀褶皺，因此推測奧陶系地層隱伏與志留系之下。結(jié)合地表調(diào)查工作，并根據(jù)本次物探工作1線、2線、3線、4線、5線、補6線電阻率等值線斷面圖判斷:低視電阻率區(qū)為志留系組的泥質(zhì)粉砂巖地層，高視電阻率區(qū)為奧陶—寒武系石英砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r地層(圖4)。

3.2 成果解譯

利用廣域電磁法數(shù)據(jù)處理軟件中的數(shù)據(jù)預處理?？鞂V域電磁法數(shù)據(jù)進行預處理。數(shù)據(jù)預處理包括飛點剔除、靜態(tài)校正、濾波等，為下一步處理解釋奠定基礎。以下為軟件預處理后的解譯成果。

3.2.1 廣域1線、2線

1-1’與2-2’測線布置在云石村南測山谷中，測線方位角90°，目的是查明志留系地層S厚度的分布變化情況以及工作區(qū)內(nèi)是否存在北北西向隱伏斷裂構(gòu)造及其發(fā)育情況。

從圖5和圖6電性剖面可以看出1、2線主要以低阻為主，電阻率范圍40～500Ω·m，兩條測線淺部均表現(xiàn)為相對高阻300～500Ω·m，推測存在一定場源效應影響，測線整體電阻率偏低主要原因是線路是順地層方向布設，由于巖礦石的各向異性體征，體積效應壓低整體電阻率。兩條測線1500 m左右以上推測為志留系地層S，志留系S以下推測為奧陶系地層O，電阻率100～200Ω·m，厚度未揭穿。根據(jù)各點單條測深曲線分析，尾支電阻率相比中部電阻成3～4倍關(guān)系，尾支呈上翹趨勢，所以推測底部為奧陶系地層。

結(jié)合區(qū)域資料與1、2線物探資料分析，推測在1線1100號點和2線1200號點附近存在北西向斷裂構(gòu)造，推測該斷層傾向北東，傾角較陡，因整體電阻率偏低，上下盤巖性電性差異不大，在剖面中顯示不太明顯。

3.2.2 廣域3、4線

3-3’與4-4’測線由北向南穿過云石村布置，測線方位角180°左右，目的是查明工作區(qū)內(nèi)地層分布情況以及楊芳林背斜核部展布情況。

從3-3’與4-4’測線電性剖面圖7和圖8可以看出，楊芳林背斜展布較為清晰，但核部寒武地層只測量出一半，推測3、4線布設地段處在楊芳林背斜南翼一側(cè)，正核部推測應該在北側(cè)1～2 km處，推測該背斜呈東西向展布，背斜北翼傾角較緩，南翼傾角較陡，由西向東呈上翹狀。

3、4剖面1 000～1 200 m深度范圍內(nèi)推測地層為志留系S的地層，推測向南S深度急劇變深，以砂巖、粉砂巖和頁巖為主，視電阻率小于500Ω·m;S以下為奧陶系O地層，推測埋深1 200～1 600 m，向南逐漸加深至3 000 m，以頁巖、灰?guī)r為主，電阻率400～900Ω·m;O以下為寒武系(∈)地層，以灰?guī)r為主，電阻率大于900Ω·m，厚度未揭穿。

結(jié)合區(qū)域資料與3、4線物探資料分析，推測在3線400-500號點直接和4線750號點附近存在斷層構(gòu)造，推測該斷層傾向北，傾角近似直立。

3.2.3 廣域5、補6線

5線布置在云石村北西側(cè)1.5 km處，補6線布置在5線北西側(cè)200 m處與5線基本連續(xù)，兩測線均平行于3、4線由北向南布設，方位角180°，5線、補6線勘查目的是進一步查明工作區(qū)內(nèi)地層分布情況以及楊芳林背斜核部展布情況，驗證3、4線資料。6-8剖面圖是補6線與5線合并而成的聯(lián)合剖面圖(見圖9)，前半段為補6線測線，后半段為5線測點。

從5-5’測線電性剖面可以看出，楊芳林背斜展布情況及地層分布情況與推測一致，5線地段處在楊芳林背斜核部，補6線基本進入背斜的北翼一側(cè)，且該區(qū)域志留系和奧陶系地層厚度變小。

補6線和5線剖面900～1 200 m深度范圍內(nèi)推測地層為志留系(S)的地層，推測志留系(S)地層向南深度急劇變深，向北緩慢變深，以砂巖、粉砂巖和頁巖為主，視電阻率小于400Ω·m;S以下為奧陶系(O)地層，推測厚度200～500m，奧陶系地層向南逐漸變深，以頁巖、灰?guī)r為主，電阻率400～1 000Ω·m;O以下為寒武系∈地層，以灰?guī)r為主，電阻率大于1 000Ω·m，厚度未揭穿;在補6線300-900號點，深度2 300～3 000 m區(qū)域出現(xiàn)較大低阻異常區(qū)，電阻率40～500Ω·m，該區(qū)域巖性不詳，推測可能存在斷裂破碎帶，另在700號點處推測存在斷層，斷層傾向北，傾角較陡，大于70°，結(jié)合1-5線，推測斷層走向北西。

根據(jù)地面調(diào)查及物探結(jié)果可知，楊芳林背斜在深部出現(xiàn)了一定的傾伏，本次施工鉆孔在避開咸九高速保護范圍后，仍處在背斜的轉(zhuǎn)折端，且物探解譯該處存在較大范圍的相對地區(qū)低阻，該地熱井在1 200 m后，電阻率偏高，意味著揭穿志留系熱儲蓋層，實際已施工地熱井在1 260 m進入奧陶系中統(tǒng)寧國組的石英砂巖地層，石英脈、節(jié)理裂隙較發(fā)育，為地下熱水提供了良好的通道。

如上所述，物探成果基本查明廈鋪—楊芳林地熱田熱儲埋深、深部構(gòu)造形態(tài)以及蓋層與熱儲層的分界面。為后續(xù)地熱田邊界劃分提供依據(jù)。

4 結(jié)語

(1)從1、2線電性剖面可以看出，由于背斜體征導致云石村以南志留系(S)地層厚度逐漸增大，奧陶系地層也增大至3 000m，南部可能還會更深。

(2)綜合分析3、4、5及補6線物探資料可初步得出該區(qū)域內(nèi)楊芳林背斜的展布情況，推測該背斜呈東西向展布，背斜北翼傾角較緩，推測分布有斷裂構(gòu)造，巖層較破碎;背斜南翼傾角較陡，巖層較完整。背斜整體由西向東呈上翹狀，向西側(cè)志留系地層變薄，向東側(cè)變厚，故物探資料顯示西側(cè)5線寒武系地層埋深淺，最東側(cè)4線的寒武系地層埋深大。

(3)各地層厚度及電阻率特征，志留系(S)地層電阻基本小于500Ω·m，厚度900-1800m;奧陶系O地層電阻率400～900Ω·m，厚度大于300 m，向南西側(cè)厚度急劇增大;寒武系∈地層電阻率基本大于900Ω·m，根據(jù)斷裂構(gòu)造發(fā)育、裂隙發(fā)育等因素影響呈現(xiàn)不同電阻率，厚度未揭穿。

(4)根據(jù)本次物探資料結(jié)合區(qū)域資料的綜合分析推測工作區(qū)內(nèi)存在一條北西向斷層構(gòu)造，推測該斷層走向北西330°左右，傾向北-北東，斷層傾角較陡，大于70°，近似直立;另在5線范圍內(nèi)存在一條近東西向斷層，該斷層傾向南，傾角較陡，大于70°，900 m以上發(fā)育在志留系(S)地層中，900 m以下順奧陶系(O)地層發(fā)育。

(5)根據(jù)區(qū)域資料，志留系和奧陶系以下的寒武系巖層主要為高阻的灰?guī)r為主，如果構(gòu)造發(fā)育或巖體破碎，可能導致其電阻率降低。根據(jù)電阻率特征初步分析認為在寒武系地層中電阻率較低的相對低阻區(qū)域，為較好的富水層，建議在志留系(S)地層厚度較大的地段中，選擇寒武系(∈)中相對低阻的部位布置鉆孔。